1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Почвоведение
  4. № 12, 2023

Почвоведение, 2023, № 12, стр. 1644-1653

Исследование вертикального переноса влаги в лизиметрах

А. Н. Салугин a, Р. Н. Балкушкин a, *

a Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН
400062 Волгоград, пр-т Университетский, 97, Россия

* E-mail: balkushkin_r@vfanc.ru

Поступила в редакцию 21.02.2023
После доработки 17.07.2023
Принята к публикации 17.07.2023

Аннотация

Рассмотрены вопросы почвенно-гидрофизического обеспечения математических моделей передвижения влаги, учитывающих неоднородность почвы, обусловленную пространственным изменением гранулометрического состава. Изучены процессы вертикального движения влаги на крупногабаритных лизиметрах ФНЦ агроэкологии РАН (Волгоград). Влияние статистической неоднородности гидрофизических параметров субстратов лизиметров исследовано на моделях динамики влагопереноса и формирования гравитационного стока, разработанных в среде программного пакета HYDRUS-1D. Учитывалось изменение гранулометрического состава по вертикали профиля лизиметров и связанная с ним изменчивость основной гидрофизической характеристики (ОГХ). Гранулометрическая неоднородность субстратов оценивалась методом масштабирования по масштабным коэффициентам параметров ОГХ в предположении о нормальном распределении вероятностей логарифмов радиусов капилляров порового пространства между почвенными частицами. Изучалось влияние гранулометрического состава на водоудерживающую способность, граничные и начальные условия, интенсивность гравитационного стока и кумулятивное накопление влаги.

Ключевые слова: масштабирование гидрофизических характеристик, влагоперенос в почве, ОГХ, лизиметры

Список литературы

  1. Анисимов B.C., Анисимова Л.Н., Санжаров А.И., Фригидов Р.А., Дикарев Д.В., Корнеев Ю.Н., Коровин С.В., Саруханов А.В., Томсон А.В. Изучение подвижности и биологической доступности цинка в почве с использованием 65Zn в условиях вегетационного лизиметрического эксперимента // Почвоведение. 2022. № 4. С. 428–444. https://doi.org/10.31857/S0032180X22040037

  2. Болотов А.Г., Шеин Е.В. Влияние верхнего граничного условия на точность расчета режима влажности почв в имитационном моделировании // Почвы – стратегический ресурс России: Тез. докл. VIII съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Школы молодых ученых по морфологии и классификации почв. Сыктывкар, 2021. С. 8–10.

  3. Глобус А.М. Почвенно-гидрофизическое обеспечение агроэкологических математических моделей. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 427 с.

  4. Дмитриев Е.А. Понятие о неоднородности почв // Масштабные эффекты при исследовании почв. М., 2001. С. 8–39.

  5. Моисеев К.Г., Терлеев В.В. Применение фрактального моделирования в гидрофизике почв // Таврический вестник аграрной науки. 2022. № 3(31). С. 125–136.

  6. Салугин А.Н., Балкушкин Р.Н. Масштабирование гидрофизических свойств почвогрунтов крупногабаритных лизиметров ФНЦ агроэкологии РАН // Почвенно-экологические исследования окружающей среды лизиметрическими методами. М., 2021. С. 113–121.

  7. Салугин А.Н., Мелихова Е.В., Рыжова Т.А. Масштабирование гидрофизических характеристик почвогрунтов // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 1. С. 8–12. https://doi.org/10.31857/S2500262722020028

  8. Смагин А.В. К термодинамической теории водоудерживающей способности и дисперсности почв // Почвоведение. 2018. № 7. С. 836–851. https://doi.org/10.1134/S0032180X18070092

  9. Терлеев В.В., Гиневский Р.С., Лазарева В.А., Топаж А.Г., Дунаева Е.А. Функциональное представление водоудерживающей способности и относительной гидравлической проводимости почвы с учетом гистерезиса // Почвоведение. 2021. № 6. С. 715–724. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060149

  10. Терлеев В.В., Миршель В., Баденко В.Л., Гусева И.Ю. Усовершенствованный метод Муалема-Ван Генухтена и его верификация на примере глинистой почвы Бейт Нетофа // Почвоведение. 2017. № 4. С. 457–467. https://doi.org/10.7868/S0032180X1704013X

  11. Шеин Е.В. Теоретические основы гидрологии почв в трудах А.А. Роде и современные подходы к описанию движения и равновесия влаги в почвах // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. № 83. С. 11–21. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2016-83-11-21

  12. Ahuja L.R., Williams. R.D. Scaling water characteristic and hydraulic conductivity based on Gregson-Hector-McGowan approach // Soil Sci. Soc. Am. J. 1991. V. 55. № 2. P. 308–319. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1991.03615995005500020002X

  13. Brooks R.H., Corey. A.T. Hydraulic properties of porous media // Hydrology Paper. 1964. V. 3. P. 1–27.

  14. Dobson A. An introduction to generalized linear model. CRC Press LLC, 2002. 221 p.

  15. Gardner W.R. Representation of soil aggregate-size distribution by a logarithmic-normal distribution // Soil Sci. Soc. Am. J. 1956. V. 20. № 2. P. 151–153. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1956.03615995002000020003X

  16. Fernandez-Galvez, J., Pollacco J., Lilburne L., McNeill S., Garrick S., Lassabatere L., Angulo-Jaramillo R. Deriving physical and unique bimodal soil Kosugi hydraulic parameters from inverse modelling // Adv. Water Resources. 2021. V. 153. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2021.103933

  17. Kosugi K. Three-parameter lognormal distribution model for soil water retention // Water Resources Research. 1994. V. 30. № 4. P. 891–901. https://doi.org/10.1029/93WR02931

  18. Kosugi K. Lognormal distribution model for unsaturated soil hydraulic properties // Water Resources Research. 1996. V. 32. № 9. P. 2697–2703. https://doi.org/10.1029/96WR01776

  19. Kosugi K. A new model to analyze water retention characteristics of forest soils based on soil pore-radius distribution // J. Forest Research. 1997. V. 2. P. 1–8. https://doi.org/10.1007/BF02348255

  20. Kosugi K., Hopmans J.W. Scaling water retention curves for soils with lognormal pore-size distribution // Soil Sci. Soc. Am. J. 1998. V. 62. P. 1496–1506. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1998.03615995006200060004X

  21. Miller E.E., Miller. R.D. Physical theory for capillary flow phenomena // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. P. 324–332. https://doi.org/10.1063/1.1722370

  22. Nasta P., Romano N., Assouline S., Vrugt J., Hopmans J.W. Prediction of spatially variable unsaturated hydraulic conductivity using scaled particle-size distribution functions // Water Rresources Research. 2013. V. 49. P. 4219–4229. https://doi.org/10.1002/wrcr.20255

  23. Nimmo J.R. Modeling structural influences on soil water retention // Soil Sci. Soc. Am. J. 1997. V. 61. P. 712–719. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1997.03615995006100030002X

  24. Pachepsky Ya.A., Shcherbakov R.A., Korsunskaya L.P. Scaling of soil water retention using a fractal model // Soil Sci. Soc. Am. J. 1995. V. 159. P. 99–104. https://doi.org/10.1097/00010694-199502000-00003

  25. Pollacco J.A.P., Nasta P., Soria-Ugalde J.M., Angulo-Jaramillo R., Lassabatere L., Mohanty B., Romano N. Reduction of Feasible Parameter Space of the Inverted Soil Hydraulic Parameter Sets for Kosugi Model // Soil Sci. Soc. Am. J. 2013. V. 178. № 6. P. 267–280. https://doi.org/10.1097/SS.0b013e3182a2da21

  26. Pollacco J.A.P., Web T., McNeill S., Hu W., Garrick S., Hewitt A., Lilburne L. Saturated hydraulic conductivity model computed from bimodal water retention curves for a range of New Zealand soils // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2017. V. 21. P. 2725–2737. https://doi.org/10.5194/HESS-21-2725-2017

  27. Rassam D., Simunek J., Mallants D., van Genuchten M.Th. The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media // Tutorial. Adelaide: CSIRO Land and Water, 2018. P. 183.

  28. Romano N., Nasta P. How effective is bimodal soil hydraulic characterization? Functional evaluations for predictions of soil water balance // Eur. J. Soil Sci. 2016. V. 67. P. 523–535. https://doi.org/10.1111/ejss.12354

  29. Simunek J., Sejna M., Saito H., Sakai M., van Genuchten M.Th. The Hydrus-1D Software Package for Simulating the Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably Saturated Media, Version 4.17, HYD-RUS Software Series 3. Riverside: Department of Environmental Sciences. University of California Riverside, 2013. 342 p.

  30. Van Genuchten M.Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils // Soil Sci. Soc. Am. J. 1980. V. 44. P. 892–898. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1980.03615995004400050002X

  31. Van Lier Q de J., Pinheiro E.A.R. Regarding a Common Misinterpretation of the Van Genuchten α Parameter // Article in Revista Brasileira de Ciência do Solo. 2018. V. 42. P. 1–5. https://doi.org/10.1590/18069657RBCS20170343

  32. MathWorks [Электронный ресурс]. URL: https://www.mathworks.com/?s_tid=gn_ (дата обращения 05.09.2022).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Почвоведение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал