Упрощенное уравнение водного баланса почв

Водный баланс почвы

Водным балансом почвы называется количественное выражение совокупности всех видов поступления влаги в почву, ее расходования и изменения влагозапасов. Баланс почвенной влаги составляется для определенного слоя почвы за определенный промежуток времени. Чаще всего он составляется для одного гектара и выражается в м 3 /га или в мм слоя воды.

Баланс влаги представляется в виде уравнения, в котором изменения влагозапасов приравниваются к разности между приходными и расходными составляющими.

Основные приходные составляющие следующие: атмосферные осадки (О_с), приток поверхностных вод со стороны (П), капиллярное подпитывание со стороны грунтовых вод (Г), конденсация парообразной влаги, поступающей из атмосферы (К), поступление поливных вод (М). Основные расходные составляющие: сток поверхностных вод за пределы балансовой площади (С), испарение с поверхности почвы (Е_ф), отбор влаги растениями на транспирацию (Е_m) просачивание части влаги в глубжезалегающие слои (В).

В этих составляющих не учитывается горизонтальный приток и отток почвенной влаги, имеющий сравнительно небольшую величину. С учетом принятых обозначений уравнение водного баланса имеет следующий вид:

где ∆W=W_к–W_н, т.е. накопление запасов влаги в определенном слое почвы за определенный промежуток времени, равный разности между конечным W_к и начальными запасами W_н.

На орошаемых землях при правильно организованных поливах отсутствует приток поверхностных вод со сторон и сток поливных вод, мало поступает влаги в результате конденсации. Если обозначить Е_с=Е_ф+Е_m, что равно суммарному расходованию влаги на испарение; Г–В=g, что представляет собой суммарный влагообмен между почвенным слоем и его подстилающими слоями, то из уравнения баланса можно получить выражение для определения потребности в поливной воде за вегетацию (оросительной нормы): М=Е_с–О_с–g+∆W.

Балансовые расчеты и исследования имеют большое значение при изучении водного режима почв и назначений мероприятий для его улучшения. Количественный анализ составляющих баланса позволяет выявить его основные приходные или расходные статьи. При избыточном увлажнении, например, это дает возможность наметить правильные методы осушения.

Балансовые расчеты позволяют установить потребность в орошении, как это было показано выше, определить роль грунтовых вод в формировании почвы. Уравнения водного баланса используют для прогноза изменения водного режима почвы при изменении внешних условий (орошение, осушение и т.д.).

Баланс влаги можно составлять для разных периодов, например за время исследований водного режима в полевых условиях, за конкретный вегетационный период, за год. Для обобщенной оценки водного режима местности баланс можно составлять за многолетний период. В этом случае используют средние многолетние данные об атмосферных осадках, испарении и других составляющих баланса. Можно допустить, что в среднем за год в почвенном слое не происходит изменений в содержании влаги (∆W=0).

При организации воднобалансовых исследований необходимы наблюдения за всеми его составляющими. В этом случае невязка баланса позволяет определить точность исследований. Иногда практикуемое определение одной составляющей из уравнения баланса может привести к значительным погрешностям, так как ошибки измерений всех составляющих накладываются на неизвестную составляющую баланса.

Упрощенное уравнение водного баланса почв

Водный режим и водный баланс почвы.

Водный режим почвы называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, её перемещения, удержания и расходования с почвы. Количественно его выражают через водный баланс, который характеризует поступление влаги в почву и её расходование.

Общее уравнение водного баланса выражается формулой 1:

Вн+Вос+ Вг+ Вк+ Впр+ Вс = Еисп+ Ет + Ви+ Впс+ Вбвс+ Вк, (1)

где Вн – запас влаги в почве в начале исследований; Вос – сумма осадков за весь период наблюдений; Вг – количество влаги, которое поступаетс грунтовых вод; Вк – количество влаги, которое конденсируется с паров воды; Впр – количество влаги, которое поступает вследствие поверхностного притока воды; Вс – количество влаги, которое поступает со стороны почвенных и подгрунтовых вод; Еисп – количество влаги, которое испаряется с поверхности почвы за весь период наблюдения, физическое испарение; Ет — количество влаги, которое расходуется на транспирацию (десукцию); Ви – влага, которая инфильтруется в почвенную толщу; Впс – количество воды, которая теряется в следствие поверхностного стока; Вбвс – влага, которая тратится при боковом внутрипочвенном стоке; Вк – запас влаги в почве на конец периода наблюдений.

Естественно, что в том или ином конкретном случае не все статьи водного баланса имеют место, а некоторые из них могут играть мизерную роль и ими можно пренебречь. Тогда уравнение водного баланса упрощается.

Главным источником влаги в почве являются атмосферные осадки. На Украине наибольше их выпадает в западных областях, в направлении на юг и юго-восток количество осадков уменьшается. Среднегодовое количество осадков на Полесье 580 – 620 мм, в Лесостепи 450 – 550, в северной Степи около 450, в южной Степи 350, в Прикарпатье 650 – 800 мм.

Водный режим значительно зависит от водно-физических свойств почвы. Так, максимально возможные запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы Полесья колеблется в пределах от 200 – 220 в илисто-песчаных и легкосуглинистых и до 68 – 105 мм в песчаных, в Лесостепи в серых лесных и чернозёмных почвах – от 180 до 200 мм, в Степи в чернозёмах обыкновенных и южных – 150 – 175 мм, в каштановых почвах – 120 – 150 мм.

Обеспеченность растений влагой зависит не только от количества атмосферных осадков, но и от количества влаги, которое может испарится с почвой. Поэтому характер водного режима определяется соотношением между количеством осадков и испаряемостью (наибольшим количеством влаги, которое может испарится с открытой водной поверхности или с поверхности по состоянию переувлажнённой почвы при данных климатических условиях за определённый промежуток времени).

Испарение с открытой водной поверхности по всей территории Украины в холодную пору года составляет от 75 до 100 мм, в тёплую – в северо-западной части – около 400 мм, в направлении на юг испарение увеличивается и достигает 1000 мм в районах нижнего течения Днепра и степного Крыма.

Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости называют коэффициентом увлажнения (КУ). Его можно определить по формуле Иванова.

КУ= Ем= 0,0018 (25 + t)2 (100 – а), (2,3)

где Р – сумма осадков за год, мм; Е – годовая испаряемость, которая равна сумме месячных испаряемостей (), мм; Ем – месячная испаряемость, мм; t – среднемесячная температура воздуха ˚С; а – среднемесячная относительная влажность воздуха, %.

Водный баланс почв

Важной характеристикой водного режима почв является водный баланс, отражающий изменение запасов влаги в почвенном профиле за определенный промежуток времени на основе изучения всех видов поступления и расходования жидкой влаги для заданного слоя почвы.

Водный баланс измеряется в мм, м 3 /с или л/(с · м 2 ).

Гидрологические процессы в почве и на ее границах (по Е.В. Шейну, 2005)

Для характеристики соотношения расхода и прихода влаги используется общее уравнение водного баланса:

где W_T — запас влаги в почвенной толще на конец изучаемого периода; W₀ — начальный запас влаги на период расчета водного баланса; П_в — поступление влаги в почвенную толщу; Р_в — расход почвенной влаги.

Поступление влаги в почвенную толщу (П_в) вычисляется по уравнению:

где О_ос — сумма осадков на расчетный период; К — конденсация влаги; В_п — поверхностный приток; В_вп — внутрипочвенный приток; В_гп — поступление влаги в почву из грунтовых вод (капиллярный подъем влаги).

Расход почвенной влаги (Р_в) вычисляется по уравнению:

где Ис — физическое испарение; Д — десукция растениями; С_п — поверхностный сток; С_вп — внутрипочвенный сток; С_гр — грунтовый сток.

Водный баланс обычно составляется для декады, месяца, вегетационного периода, года. Изучение элементов водного баланса дает представление о закономерностях формирования водного режима почв.

Водный баланс почв при разных типах водного режима

Обменные процессы в почвах, связанные с их водным режимом, протекают в едином гидрологическом поле в пределах речных бассейнов. Водосбор любого водотока или водоема — это целостно функционирующая географическая система, управляющая стоком поверхностных, внутрипочвенных и грунтовых вод, а, следовательно, водным балансом почв. Внутрипочвенное перераспределение влаги имеет большое значение в формировании водного режима почв и их лесорастительных свойств.

На рисунках показана связь между характером сетки линий стекания внутрипочвенных вод и почвенным покровом.

На формах рельефа с расходящимися в плане линиями стекания внутрипочвенных вод распространены зональные почвы нормального увлажнения, в местах схождения линий стекания развиваются гидроморфные почвы с разной степенью увлажненности.

По различиям в характере водообмена и его интенсивности в границах водосбора выделяются три закономерно расположенные относительно водотоков зоны водообмена: прирусловая (периодически заливаемая дождевыми водами или водами от снеготаяния), интенсивного водообмена (область максимального дренирования с оптимальными условиями для роста древостоя) и приводораздельная (часто зона близкого от земной поверхности стояния грунтовых вод) — зона слабого водообмена. В разных природных зонах на водосборах наблюдаются пространственно однотипные закономерные изменения в общем характере водного режима почв.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.