автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Прогноз эрозионных процессов, техника и технология для обработки склоновых земель

 со

сг>

егт сг>

О

ЙС

1-й

ю «=Т

и. 1Г1

На правах рукописи

МАКСИМОВ Иван Иванович

ПРОГНОЗ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Чувашской государственной сельскохозяйственной академии (ЧГСХА)

Научный консультант - Заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, академик НАНИ Чувашской Республики, доктор технических наук, профессор МЕДВЕДЕВ В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

БУРЧЕНКО П.Н. доктор технических наук, старший научный сотрудник ШМОНИН В.А.

доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, академик Академии аграрного образования КАЗАКОВ B.C.

Ведущее предприятие - Российский научно-исследовательский и про-ектно-изыскательский институт земельных ресурсов (Рос НИИземпро-ект)

Защита состоится "25" декабря 1996 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 169.06.01 в АООТ "ВИСХОМ" по адресу: 127247 г. Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АО "ВИСХОМ"

Автореферат разослан "21" ноября 1996 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор г^^да^-А.А.СОРОКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Водной эрозии почв подвержено более 45% пахотных земель Российской Федерации, в том числе 81,3% земель Чувашской Республики. Она вызывает сокращение площадей удобных для сельскохозяйственного пользования, снижение их плодородия, ухудшение экологической обстановки и структуры почв, что в целом приводит к снижению продуктивности сельского хозяйства. В результате действия эрозионных процессов на территории России площади эродированных земель ежегодно возрастают на 400...500 тыс. га, десятки тысяч гектаров пашни ежегодно разрушаются оврагами. Общая площадь оврагов составляет более 2,5 млн. га. Если средние скорости роста оврагов в земледельческих областях центра России составляют 1,0...1,5 м/год, то максимальные скорости роста оврагов на территории Чувашии, Татарстана, Саратовской и Пермской областях и Алтайского края достигли 15.. .25 м/год.

Общие теоретические и практические основы проектирования про-тивоэрозионных технологий на эрозионно опасных землях изложены в работах Бараева А.И., Госсена Э.Ф., Докучаева В.В., Заславского М.Н., Каштанова А.Н., Н.В. Комова, С.Н. Волкова, Краснощекова Н.В., Макарова И.П., Милащенко Н.З., Нарциссова В.А., Сдобникова С.С., Скачкова И.А., Соболева С.С., Спирина А.П., Трегубова П.С., Baver L.D., Bennet N.N., De Ploey I., Foster G.R., Kirkby M.I., Mitchell I.K., Williams I. и многих других.

Теоретическое и экспериментальное изучение технологических процессов почвозащитных сельскохозяйственных машин и их рабочих органов базируется на работах основоположника земледельческой механики В.П. Горячкина и современное состояние характеризуется работами В.А. Желиговского, П.М. Василенко, Г.Н. Синеокова, И.М. Панова, JI.B. Гя-чева, Г.Е. Листопад, А.И. Любимова, П.Н. Бурченко, Х.А. Хачатрян, И.И. Гуреева, В.В. Кацыгина, A.C. Кушнарева, А.Д. Кормщикова, В.И. Медведева, В.А. Шмонина, А.П. Грибановского, М.Д. Подскребко, В.В. Бледных, P.C. Рахимова, A.A. Князева, А.П.; Иофинова, Р.Л. Турецкого, И.Г. Шульгина, И.Т. Коврикова, А.К. Кострицына, Н.В. Грищенко, A.C. Бурякова, М.С. Хоменко, Д.Д. Прокопенко, В.В. Юдкина, A.A. Шишкина и других.

Современное состояние исследований по прогнозу эрозионных процессов определяется трудами И.П. Айдарова, H.H. Бобровицкой, В.Д. Иванова, М.А. Великанова, B.C. Казакова, М.С. Грушевского, В.Н. Гончарова, Н.В. Гршпанина, В.Б. Гуссак, A.B. Караушева, B.C. Кноро-за, С.А. Кондратьева, И.И. Леви, A.B. Магомедовой, В.М. Маккавеева, Ц.Е. Мирцхулава, В.П. Герасименко, Г.А. Ларионова, В.В. Сурикова, Ю.П. Сухановского, T.G. Franti, G.R. Foster, R. Evans, I.B. Thornes, M.I. Kirkby, I.R. Williams, W.H. Wischmeier, I.K. Mitchell и других.

В настоящее время известно множество способов и приемов, позволяющих существенно уменьшить потери от эрозионных процессов, путем организационно-хозяйственного планирования эрозионно опасных земель, применения агротехнических приемов, лесо- и гидромелиоративных способов защиты. Однако далеко не всегда проводимые мероприятия на конкретных стокоформирующих поверхностях достигают своей цели, поскольку разработчики этих мероприятии имеют дело с почвой - средой, характеристики которой весьма неопределенны и изменчивы в пространстве и во времени. Следовательно, расчеты, проводимые при проектировании и планировании противоэрозионных технологий, являются в той же мере неопределенными. Поэтому проводимые мероприятия в основном базируются на предшествующем опыте, а не на расчетах, что приводит к неоправданным затратам материальных средств.

Такое положение связано прежде всего с отсутствием изученных объективных критериев, характеризующих эрозионную стойкость почв. Многочисленные работы в этой области противоречивы, и их применение для практических расчетов ограничено из-за длительности определения исходных параметров, неадекватности результатов реальному процессу, невозможности сравнительной оценки различных почв и т.п. В связи с этим разработка единого интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почвогрунтов и применение его для проектирования почвозащитных технологий и технических средств является актуальной.

Работа выполнялась по заданию О.сх. 109.04.06 ГКНТ СССР, а также заданий Министерства сельского хозяйства и продовольствия Чувашской Республики и Госкомзема Чувашской Республики.

Цель исследований. Сокращение смыва почвы со склоновых земель путем разработки единого интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почвогрунтов и применения его для проектирования почвозащитных технологий и технических средств.

Научная новизна. Научную новизну работы составляют:

- термодинамический подход к изучению эрозионных процессов на склонах для талых, мерзлых и оттаивающих почвогрунтов;

- интегральный критерий оценки эрозионной стойкости почв -"потенциал эрозионной стойкости" (ПЭС), представляющий собой энергию, затраченную на разрушение и вынос единицы массы почвы;

- обобщенные уравнения эрозионных процессов и их прогноз, включающий математические модели: почвенного и растительного покрова; хозяйственного использования земель; рельефа стокоформирую-щей поверхности; климатических факторов; транспортирования и аккумуляции смытых частиц почвы склоновым потоком;

- способы повышения ПЭС путем разрыхления уплотненного техногенного подпахотного горизонта, улучшения агротехнических показа-

телей работы орудий для безотвальной обработки почвы, повышения равномерности внесения в почву жидких удобрений и мелиорантов.

Новизна способов и устройств для определения ПЭС почвогрунтов, почвозащитных технологических операций и сельскохозяйственных машин на склоновых эрозионно опасных землях защищена 21 авторским свидетельством СССР и патентом РФ и 1 положительным решением РОСПАТЕНТа.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическую ценность работы составляют: способы и методика для определения ПЭС и приборы для его измерения; методика проектирования противоэрозионных технологий на склоновых землях; алгоритмы расчетов эрозионных процессов.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и изготовлены следующие макетные и опытные образцы устройств и приборов для изучения эрозионных процессов, почвозащитных сельскохозяйственных машин и рабочих органов: пермиметр для определения гидрофизических свойств почвогрунтов в полевых условиях; лабораторный лоток для определения ПЭС почвогрунтов; лабораторный малый лоток для определения ПЭС почвогрунтов; устройство для определения ПЭС почвогрунтов с учетом инфильтрации; устройство для измерения ПЭС мерзлых и оттаивающих почвогрунтов; устройство для измерения ПЭС почвогрунтов в полевых условиях; рабочий орган плоскореза со стабилизаторами-рыхлителями; рабочий орган плоскореза с рыхлителями дна борозды; рабочий орган плоскореза с игольчатыми рыхлителями дна борозды; лабораторная установка для исследования равномерности распределения ЖКУ в подлаповом пространстве.

Материалы исследований и техническая документация на рабочий орган плоскореза со стабилизаторами-рыхлителями переданы НПО "Целинсельхозмеханизация" (1983 г.), Чувашской государственной с.-х. опытной станции (1983 г.). Материалы исследований и техническая документация на пермиметр, лабораторные лотки для определения ПЭС почвогрунтов, устройство для измерения ПЭС почвогрунтов в полевых условиях переданы Министерству сельского хозяйства и продовольствия Чувашской Республики (1993 г.), Государственному комитету Чувашской Республики по земельным ресурсам и землеустройству (1994, 1995 гг.). Разработанная методика проектирования почвозащитных технологий и устройства для изучения гидрофизических и эрозионных свойств почвогрунтов использованы на опытном полигоне колхоза "Ленинская искра" Ядринского района на площади 354 га и в опытном хозяйстве учхоза "Приволжское" Чувашской ГСХА на площади 100 га. Сменные рабочие органы плоскорезов-глубокорыхлителей (A.c. № 938772, 1107764) внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Чувашской Республики и Кировской области. Результаты исследований по теме дис-

сертации используются в учебном процессе Чувашской ГСХА и Чувашском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава Чувашского сельскохозяйственного института в 1980...1995 гг., Чувашской государственной сельскохозяйственной академии в 1996 г. (г.Чебоксары); научных конференциях профессорско-преподавательского состава ЧИМЭСХа в 1980...1983 гг. (г.Челябинск); Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов в 1981 г. (г.Минск); научно-техническом совете НПО "Целинсельхозмеханизация" в 1983 г. (г.Кустанай); научно-техническом совете Всесоюзного НИИ земледелия и защиты почв от эрозии в 1983 г. (г.Курск); республиканской научно-технической конференции в 1988 г. (Уфа-Нефтекамск); научно-практической конференции "Развитие науки Чувашской Республики" в рамках международной выставки-презентации "Чувашия - новое время" в 1994 г. (г.Чебоксары); расширенном совещании представителей Роскомзема и кабинета Министров Чувашской Республики, глав администраций городов и районов Чувашской Республики, Госкомзема, Ги-прозема и представителей научно-исследовательских организаций республики в 1994 г. (г.Чебоксары); Волго-Вятской региональной научно-методической конференции в 1994 г. (г.Чебоксары); Татарской республиканской конференции по охране природы в 1995 г. (г.Казань); Чувашской республиканской конференции по охране природы в 1995 г. (г.Чебоксары); Чувашской республиканской конференции по земельным ресурсам и землеустройству в 1995 г. (г.Чебоксары); научно-технических советах МСХ и продовольствия и Госкомзема Чувашской Республики в 1993...1996 гг. (г.Чебоксары).

Опубликовано 57 печатных работ, в том числе 22 авторских свидетельства СССР и патентов Российской Федерации.

Защищаемые положения

1. Теоретические предпосылки определения ПЭС почвогрунтов, основанные на методе термодинамических потенциалов.

2. Методика определения ПЭС почвогрунтов.

3. Методика расчета эрозионных процессов на стокоформирующих поверхностях и их прогноз.

4. Методика проектирования противоэрозионных технологий на склонах.

5. Классификация противоэрозионных агротехнических приемов и способов их осуществления при обработке почвы.

6. Предложения по совершенствованию почвообрабатывающих орудий и их рабочих органов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, пять основных разделов, общие выводы и приложения. Содержит 250 страниц машинописного текста, 57 рисунков и 21 таблицу.

Список литературы включает 252 наименования, в т. ч. 30 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ содержит краткое изложение вопросов исследуемой проблемы, сущность выполненной работы и основные положения, выносимые на защиту.

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основной характеристикой, используемой при проектировании и разработке противоэрозионных технологий и технических средств для их осуществления, является эрозионная стойкость почв. К настоящему времени измерение этой величины связывают с определением целого ряда характеристик почв таких, как механический состав, структурность, содержание органического вещества, содержание коллоидов, эквивалент влажности, степень агрегированное™, инфильтрационная способность поверхности почвы, водопроницаемость почвенного профиля и многих других (H.H. Berinet, Н.Е. Middleton, Y.E. Lutz, A.C. Вознесенский, А.Б. Арцруни, Д.Г. Виленский, В.П. Козлов). Многие из этих характеристик в значительной мере неопределенны. Часть из них в известной степени дублируют друг друга, например, структурность и степень агрегированное™. Но все отличаются тем, что требуют трудоемких экспериментов для определения их количественного выражения. Определение эрозионной стойкости по измерениям перечисленных и им подобных величин, а также по комплексам этих величин, таких, как дисперсионное отношение, принято называть косвенно-лабораторным способом.

Для оценки искомой характеристики используются также и способы размыва реальной почвы потоком воды. Наиболее широко известны способы размыва в гидролотках (В.Б. Гуссак, А.И. Спиридонов, С.К. Ре-вяшко, Ф.Н. Хальфин, Ц.Е. Мирцхулава, М.С. Кузнецов, В.Я. Григорьев, Ю.П. Поляков), струей воды (В.В. Охотин, С.С. Соболев, С.П. Пономарева, A.A. Ибрагимов, Е.А. Бураковская, Х.М. Мустафаев, В.А. Бурыкин, Е. Slusarczuk, Г.В. Бастраков), в центробежных приборах (А.Д. Брудастов, В.Ф. Василенков, А.Д. Короновский), на полевых (стоковых) площадках (П.А. Дудкин, Д.П. Юневич, М.Н. Заславский, Г.П. Сурмач). Перечисленные способы сводятся к измерению некоторой интегральной физической величины, не требующей измерений частных характеристик, свойственных косвенно-лабораторному способу. Это такие характеристики, как скорость начала размыва, время размыва, объем или размеры почвы, вынесенной струей из каверны, объем промоины и т.п. Однако упомянутые характеристики не дают объективной сравнительной эрозионной оценки почв, поскольку выбор их в значительной степени случаен, измеряются разнородные по своей природе физические величины и выражаются в различных единицах измерения. Наиболее строгой количественной характеристикой эрозионной стойкости почвогрунтов являются величины критических скоростей - неразмывающей и размывающей,

определяемые в гидролотках., имеющих в днище специальные камеры для установки исследуемых образцов почвы (Ц.Е. Мирцхулава, М.С. Кузнецов, В.Я. Григорьев).

Потенциальная опасность эрозии определяется совокупным действием многих факторов: климат, рельеф, геология, почвенный и растительный покров, хозяйственное использование земель.

Для количественной оценки влияния почвенного, растительного покрова и хозяйственного использования земель на потенциальную опасность эрозии предложены ряд способов: оценка по степени смы-тости почв; по следам струйчатых размывов, глыбистости и цвету пашни, наличия почвенной корки; по мощности горизонтов А и В; по результатам стандартного дождевания; по эродируемости с эталонной площадки 40,5 м2; по коэффициенту шероховатости почвенного и растительного покрова и др.

Методы прогнозирования потерь почвы в результате эрозии разрабатывались в течение многих лет и рассматривались как следствие развития эрозионных процессов. Ранние расчетные модели потерь почвы носили в основном качественный характер, демонстрируя различную эффективность отдельных агротехнических приемов в борьбе с эрозией. В начале для описания потерь почвы были получены уравнения с использованием одной независимой переменной. Такие однофакторные уравнения характеризовали частные ситуации при практической неизменности остальных факторов. В результате накопления более обширного экспериментального материала и дальнейшего познания механизма эрозионных процессов были получены многофакторные уравнения. В настоящее время известно достаточно большое количество расчетных моделей поверхностного смыва. В диссертационной работе приведен анализ эмпирических, гидромеханических и логико-математических моделей. Показано, что эмпирические модели эрозии для решения задач прогноза применимы лишь для конкретных водосборных и стокоформи-рующих поверхностей и не могут быть интерпретированы для других почвенно-климатических условий. Использование для тех же целей гидромеханических и логико-математических моделей предопределяется чувствительностью их к эрозионным свойствам почвогрунта, таким, как фактор подверженности почв эрозии, определяемый экспериментально, неразмывающая или допустимая донная скорости в уравнениях Ц.Е. Мирцхулава и М.С. Кузнецова, устойчивость почвенных агрегатов к сдвиговому напряжению, используемая во всех зарубежных имитационных моделях.

В настоящее время известно множество способов и приемов защиты почв от эрозии. В диссертационной работе подробно анализируются способы проектирования почвозащитных технологий на склоновых землях. Показано, что применение тех или иных противоэрозионных технологий зависит от точности определения расчетных интенсивностей стока

и смыва почвы, а следовательно, от эрозионной стойкости почвогрун-тов.

В соответствии с поставленной проблемой в работе предстояло решить следующие задачи:

1. Теоретически обосновать возможность использования потенциала эрозионной стойкости в качестве объективного, единого интегрального критерия оценки почвогрунтов.

2. Разработать методику определения потенциала эрозионной стойкости почвогрунтов.

3. Составить обобщенные уравнения эрозионных процессов и их прогноза.

4. Разработать алгоритмы расчетов эрозионных процессов.

5. Используя основные положения разработанной методики определения ПЭС почвогрунтов и результаты экспериментальных исследований, дать практические рекомендации по проектированию противоэро-зионных технологий на склоновых землях и совершенствованию почвообрабатывающих орудий и их рабочих органов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ПОЧВОГРУНТОВ

Для изучения весьма сложных и многофакторных эрозионных процессов предлагается использовать метод термодинамических потенциалов. Сущность этого метода заключается в следующем. Используя основное уравнение термодинамики для рассматриваемой системы, вводятся некоторые функции состояния - термодинамические потенциалы. Увеличение или уменьшение термодинамических потенциалов при изменении рассматриваемого состояния системы является полным дифференциалом, что позволяет составить соответствующие (термические, калорические) уравнения для изучаемого процесса. Решение и анализ получаемых результатов являются наиболее корректными с физической точки зрения, так как метод термодинамических потенциалов исходит из более общих представлений об объекте и, что особенно важно, этот метод позволяет экспериментально измерить ряд величин, входящих в эти характеристические функции.

В качестве величины, характеризующей эрозионную стойкость почв, нами предлагается использовать энергию, затраченную на разрушение и вынос единицы массы почвенного образца

цг -1,АI аш, (1)

где дА - энергия, затраченная на разрушение и вынос массы дш почвенного образца.

В такой постановке вопрос о взаимодействии водного потока с поч-вогрунтом будет сводиться к определению или к измерению величин дА и лш. Следовательно, разработка теоретических предпосылок решаемой проблемы и экспериментальное определение величин, входящих в (1), могут выявить основные закономерности в физическом механизме эро-

зионных процессов и установить наиболее существенные связи, имеющие здесь место.

Пусть сШп слой почвогрунта, разрушаемый водным потоком за время <И, и (ШИи глубина продвижения фронта впитываемой в почву воды за то же время, тогда скорость разрушения слоя почвогрунта <Н1П / Л, а скорость продвижения фронта сШин / 61. Эродируемый почвогрунт водонепроницаем, если {Шин = 0 . Водонепроницаемые почвогрунты в реальных условиях практически не встречаются. Поэтому сШин /(И > 0.

Когда скорость разрушения слоя почвогрунта водным потоком больше или по крайней мере равна скорости продвижения фронта, тогда

<Ш„ > <111„„. (2)

Условие (2) показывает, что почва не обменивается влагой с водным потоком, то есть изменением энергии системы за счет поступления инфильтруемой воды или солей в почву можно пренебречь

£ Мп^о, (3)

¡•1

где п, - количество компонента 1, выражаемая числом молей; щ - химический потенциал, характеризующий изменение свободной энергии почвогрунта, вызванная изменением содержания Ьго компонента при постоянстве остальных.

Выразив йЬп и <ШИН через элементарные объемы (1УП = сШ„с1В (II и (1¥ин=(Ши1|(1В (11, плотности скелета почвогрунта р„ и воды р„ = /(Ьян, 0 и элементарные массы, получим

(1шин / [рп + /((1„„, 0] - <1т« / р„ = дУв < 0 (4)

где рн = /(Ьин, 1) - функция распределения плотности воды в слое почвогрунта за время инфильтрации 1; <Ши, (Ш и (11 - линейные размеры элементарного объема; <1т„/рл - представляет собой элементарный объем почвогрунта с исходной объемной влажностью во; (1тин /[ри + /(Ьин^ )1 -элементарный объем почвогрунта с объемной влажностью 01, вследствие поступления впитываемой в почву воды за время 61; дУв - объем влаги, впитавшейся за время <Н.

Взаимодействие водного потока с талым почвогрунтом без учета инфильтрации в соответствии с (4) сопровождается целым комплексом взаимосвязанных процессов. Предположим, что все параметры этих процессов меняются бесконечно медленно и эрозионный процесс стабилизировался, т.е. осуществляется квазистатический процесс. Для этого случая основное уравнение термодинамики может быть записано в виде

Т(Й = (1и+£ ВкШь (5)

1-1

где Т-температура; (18 - функция, определяемая дифференциальным уравнением; в - энтропия; сШ - изменение внутренней энергии системы, определяемое начальным и конечным состоянием системы и представ-

ляющее собой полный дифференциал; В| - обобщенная сила, являющаяся при равновесии функцией внешних параметров Ь: и температуры Т (при нестатических процессах обобщенная сила В| является функцией не только внешних Ъ] и внутренних щ параметров, а также производных йЪ-МЬ и <1а,/<и).

Воспользуемся методом термодинамических потенциалов. Если состояние системы "эродируемый талый почвогрунт - водный поток" определяется некоторыми обобщенными координатами Ь; и энтропией системы Б, то ее термодинамическим потенциалом является внутренняя энергия 11 (Б, ЬО

<ш =та8-£ В1(Иу,. (б)

Состояние системы, определенной внешними параметрами Ь^ и температурой Т, характеризуется термодинамическим потенциалом - свободной энергией Гельмгольца Г(Ьь Т)

<1Г = -8(1Т-|; В!аь;.

1=1

в

При Т=сопэ1 последнее примет вид сШ = - В) <1Ь;. (7)

Если состояние системы определяется температурой Т и обобщенными силами Ви сопряженными внешними параметрами Ьь то термодинамическим Ьотенциалом системы является свободная энергия Гиббса С(Т,В0

сЮ = рс1У + Убр-БёТ-Х ЬаВь (8)

¡«1

где р- гидростатистическое давление; V - объем системы.

Пусть работа 6А1, производимая водным потоком над эродируемым почвогрунтом, состоит в смещении его границ и преодолении при этом некоторого равномерно распределенного гидростатистического давления р. Причем р не обязательно равно давлению в системе. Однако это равенство давлений имеет место, если эродируемый почвогрунт находится в квазистатическом равновесии с водным потоком. Если (IV бесконечно малое изменение объема системы, то эта работа

5А1 = Ь] <!В1 ^ р (IV, (9)

независимо от формы или внутренней структуры системы. Уравнение (8) с учетом (9) примет вид

<Ю = У(1р-8(1Т- £ Ь,сШь

При удовлетворении требований для талого почвогрунта р=соп81 и Т=соп81 будем иметь

сЮ = - £ МВ,. (10)

1=2

Если независимыми параметрами системы являются энтропия Б и обобщенные силы 81, то термодинамическим потенциалом является энтальпия Н(8, ВО

<1Н = Т<18-£ МВ;. (11)

1-2

Проанализируем полученные уравнения (6), (7), (10), (11) сточки зрения возможного экспериментального измерения входящих в них величин. Формула (6) с практической точки зрения неудобна тем, что одна из ее независимых переменных - энтропия в , непосредственно, подобно величинам V, р, Т, не может быть измерена. Аналогичное заключение можно сделать для уравнения (11). Для использования уравнения (7) необходимо измерить внешние параметры Ы , так как в этом случае обобщенная сила В| является не только функцией Ь\ и Т, но и внутренних параметров а; и производных по времени от тех и других.

Учитывая вышеизложенное, считаем возможным применение уравнения (10) для описания эрозионных процессов талых почвогрунтов, так

я

как в этом случае работа внешних сил равна изменению сво-

1-2

бодной энергии системы. Знак "-" перед суммой уравнения (10) отражает тот факт, что увеличение свободной энергии системы связано с энергетическими затратами. Смысл независимых переменных в £ Ь (Щ состоит в том, что они представляют собой элементарные работы, совершенные системой против сил различной природы, например : работы гравитационных сил 5Аг = Ьг (№2 , работы сил поверхностного натяжения на границе раздела фаз б Аз = Ьэ ёВз, работы осмотических сил 5Ал= = Ь4 (1В4, работы сил магнитной природы 8А5 = Ь5 <И$5, работы сил электрической природы 8Аб = Ьб с1Вб и т.д.

В равновесной системе, где эрозионный процесс стабилизировался, давление и температура системы постоянны, свободная энергия (Ю согласно уравнению (10) минимальна и постоянна во всех точках рассматриваемого объема системы. Отсюда следует, что постоянство С является необходимым и достаточным условием термодинамического равновесия в изотермической системе и, следовательно, это равновесие может быть обеспечено различным сочетанием величин Ь; йВ] , определяющих О. После интегрирования уравнения (10) дв = - дА, где лА-интегральная энергия, затраченная на эродирование талого почвогрунта без учета инфильтрации.

Тогда на основе (1) потенциал эрозионной стойкости для талых почвогрунтов без учета инфильтрации примет вид

\|/т = дС/ дш = - дА / дт. (12)

Из полученного выражения (12) видно, что потенциал эрозионной стойкости 1}/т представляет собой величину постоянную для конкретного почвогрунта и выражает его свойства.

' Эродирование почвогрунтов с учетом инфильтрации возможно, когда скорость движения фронта инфильтруемой воды больше скорости ' разрушения слоя почвогрунта водным потоком.

Поэтому уравнение (4) запишется в форме

йтин / [рп + /(Ьия, 1)] - йш„ / р„ = лУ„ > 0 (13) ;

где дУв - объем влаги, впитавшейся за время «К на глубину ёЬ „и .

Объем лУ„ можно выразить через сорптивность - функцию, введенную Филипом и представляющую собой объем влаги лУ„, впитавшейся на единице площади А за первую секунду I

С= лУ„/Л 7ё=[(01-9о)Фх/Ь]1«, (14)

где 0о - объемная влажность почвы, м3/ м3; 81 - установившаяся объемная влажность почвы после прохождения фронта смачивания при потенциале потока Фь По Филипу Ь = 0,5 ; по Рейнольдсу и Элрику для большинства почв Ь = 0,55.

Выразив лУ„ из (14) и подставив в (13) получим

«1т иН

/(Ь,ш, 1) = Рп (--1). (15)

ДШп + рпСА^ё

Таким образом, полученные условия (13) и (15) показывают, что почва обменивается массой с водным потоком, то есть происходит изменение энергии системы за счет изменения концентрации или состава ее компонентов вследствие поступления инфильтруемой воды или солей на величину ^

£ |к4щ>0, (16)

(д0\

где Ц|=1- - химическим потенциал 1-го компонента.

\5П! / Б.Ь

Эрозионные процессы при учете фильтрационных характеристик почвогрунтов по сравнению с эродированием без их учета сопровождаются изменением энергии системы на аддитивную величину, определяемую выражением (16). Считая, что осуществляется квазистатический процесс, основное уравнение термодинамики для систем с переменной массой можно записать 1

Т сК = (Ш + £ ВкЯ* - £ ркЬц. (17)

Учитывая, что наиболее употребительными характеристическими функциями являются термодинамические потенциалы и, Б, С и Н, то на основе (17) аналогично вышеизложенному можно получить:

1|/т = 1|/ти - Ц/и [

I

где ц/ти - потенциал эрозионной стойкости почвогрунта с учетом инфильтрации; \)/н - потенциал инфильтрации, учитывающий влияние энерго-массообменных процессов вследствие впитывания воды в почвогрунт.

Отсюда следует, что

Ч/ти = \ут + ч/и , (18)

т.е. собственно потенциал эрозионной стойкости 1|/т представляет собой величину аддитивную и постоянную для конкретного почвогрунта и выражает его свойства. Естественно, пространственная изменчивость 1|/и влияет и на величину у™ ,тем не менее постоянство для конкретного почвогрунта сохраняется.

Процесс эрозии почв, протекающий в весенний период, есть результат комплексного взаимодействия системы атмосфера - подстилающая поверхность. В ней в результате обменных процессов осуществляются: промерзание почвы, накопление осадков, таяние снега, оттаивание почвы, инфильтрация в почву талой воды, формирование склонового стока и эрозия почвы.

Аналогично вышеизложенному для мерзлых почвогрунтов получим =\|/т +Уот , (19)

где ч/от - потенциал оттаивания мерзлых почвогрунтов.

Таким образом, для описания эрозионных процессов можно использовать метод термодинамических потенциалов. Следует заметить, что термодинамический потенциал Гиббса наиболее подходит для этих целей, поскольку можно разработать устройства для экспериментального измерения независимых переменных, входящих в соответствующее дифференциальное уравнение. Установлено, что потенциал эрозионной стойкости представляет собой величину аддитивную и постоянную для конкретного почвогрунта и выражает его свойства, т.е. может быть принят в качестве единого интегрального критерия оценки эрозионной стойкости почв.

В диссертационной работе для оценки устойчивости эрозионных неравновесных процессов в термодинамическом смысле предложены соответствующие функции, представлющие собой вторые производные от потенциала эрозионной стойкости \|/г по времени I.

3. ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ЭРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ПОЧВОГРУНТОВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом экспериментальных исследований являлся процесс эрозионного разрушения почвогрунтов на примере представительных групп почв Чувашской Республики, а предметом исследований - метод термодинамических потенциалов. Целью исследований на лабораторных и полевых устройствах и приборах было изучение основных эрозионных и

гидрофизических характеристик почв, а также проверка достоверности разработанной методики определения ПЭС.

Рассмотрев течение воды в лотке без почвенного образца и с почвенным образцом, получено расчетное выражение для определения ПЭС Ос1 С?» Рв / Ос2 (2е2\

ут=-+-----, (20)

2В2 Ьг2 2((}с - <2в)р„ В2 \ Иг2 Ы1 / где С?в, С^с - соответственно расход воды, подаваемой на лоток, и суспензии, стекающей с лотка, м3/с; В - ширина лотка, м; р„, рп - соответственно плотность воды и почвогрунта, кг/м3; 1ц, Ьг - соответственно высота потока воды в нижней части лотка без почвенного образца и высота потока суспензии в той же части лотка с образцом, м.

Потенциал \|/т может быть определен и по другим расчетным формулам, отражающим ту же физическую сущность рассматриваемого процесса, например

г

Ч/т =-

2В2ш„

Х?в3р„ / Шп\3 рп (рв + т„) --<*■ + —--

(21)

Ь!2 \ Ъгг (р„ Qat + т„)

где 1 - продолжительность опыта, с; шп - масса разрушенной водаым потоком почвы за время 1, кг.

Для реализации полученных расчетных выражений (20), (21) была разработана и изготовлена экспериментальная установка, представляющая собой наклонный регулируемый лоток со съемной кассетой для образца почвогрунта, установленной в рабочей части лотка. На боковой стенке в верхней и нижней частях лотка вдоль его продольной оси закреплены микрометры со специально изготовленными мерными иглами. Они предназначены для измерения высоты потока жидкости соответственно в верхней и нижней частях лотка и расположены на таком расстоянии от съемной кассеты, где возмущением потока, вызванного взаимодействием с образцом почвогрунта, можно пренебречь.

Для предварительных исследований были отобраны образцы из песка древнеаллювиальных отложений и серой лесной почвы, просеянные на сите 0,5 мм. Образцы почвогрунта предварительно перед началом опытов укладывались с известной плотностью рп в съемную кассету, капиллярно увлажнялись в течение 24 часов по общепринятой методике и затем помещались в лоток для исследований. Анализ полученных данных показал, что \|/т величина достаточно стабильная, не зависит от расхода подаваемой в лоток воды <2е и, следовательно, скорости потока, т.е. подтвердились теоретические предпосылки.

Для определения ПЭС наиболее распространенных типов почв Чувашской Республики из пахотного горизонта были отобраны образцы в 38 точках, расположенных на разных полях: Комсомольского района - 4; Шемуршинского района - 3; Батыревского района - 4; Янтиковского

района - 3; Урмарского района - 3; Аликовского района - 3; Порецкого района - 6; Чебоксарского района - 8; Красночетайского района - 4. Кроме того, были отобраны образцы почвогрунтов на полях колхоза "Ленинская искра" Ядринского района. После подготовки образцов (просеивание почвы в воздушно-сухом состоянии через сито с диаметром отверстия 1 мм и увлажнение в вакууме до полного влагонасыщения) определение ПЭС проводилось на экспериментальной установке, описанной выше. В таблице 1 приведены некоторые результаты экспериментальных исследований.

Анализ результатов исследований показал, что значения ПЭС основных типов почв Чувашской Республики изменяется в довольно широких пределах: 0,082...0,276 Дж/кг при варьировании плотности твердой фазы почвы 2,70...2,96 г/см3 . Тем не менее, ПЭС для выщелоченных тяжелосуглинистых черноземов почти в 2 раза выше, чем для аллювиальных дерновых почв, что сравнимо с данными М.С. Кузнецова.

Сопоставим полученные значения ПЭС с ранее проведенными исследованиями. Для чего воспользуемся наиболее известными формулами по определению критических скоростей. Критические скорости потока, определяемые по формулам Ц.Е. Мирцхулавы, М.С. Кузнецова и др., характеризуют условия эрозионного разрушения образцов почвогрунта в гидравлическом лотке, а потенциал эрозионной стойкости \|/т, рассчитываемый на основе экспериментов по формулам (20) и (21), позволяют определить потребную энергию на разрушение единицы массы образца почвогрунта в лотке при некоторой "критической" скорости потока. Следовательно, вышеприведенные уравнения описывают один и тот же процесс, но уравнения Ц.Е. Мирцхулавы и др. выражены в кинематической форме, а уравнения (20) и (21) - в энергетической. Действительно, размерность потенциала \|/т - [Дж/кг] или'[м2/с2], а размерность критических скоростей - [м/с]. Поэтому, воспользовавшись теорией размерностей, получим

Ут1 = У2ДОП. Н ,

1ё2(8,8 НМ)

У — У2Д ДОП. И -!

1,25* 1ё2(8,8 НМ) \|/.з = У2д|ш -,

>

(22)

1,252

где Удоп. н, Уд доп. н, Уд р» - соответственно средняя по глубине потока допускаемая, донная, донная размывающая скорости; Н - глубина потока; (1- средний размер отрывающихся отдельностей.

В таблице 2 приведены некоторые результаты по определению потенциала ц/г по зависимостям (22) на основе экспериментальных данных Ц.Е. Мирцхулавы и др. Сравнивая численные значения , приведенные

в таблицах 1 и 2, можно видеть, что величины у, одного порядка и поэтому свидетельствуют о сопоставимости проведенных исследований.

Таблица 1

№ п.п Наименование сельскохозяйственных предприятий Почва, угодья Плотность твердой фазы почвы, г/см3 Среднее значение ПЭС, Дж/кг ПЭС почво-грунтов, рассчитанный на основе данных М.С. Кузнецова

1. к-з "Звезда" Аликовского р-на Аллювиальные дерновые насыщенные средне-суглинистые стерня 2,71 0,131+0,013 0,118.-0,152

2. к-з им. Ленина Янтиков-ского р-на Коричнево-серые лесные тя-желосуглинист. кукурузн. поле 2,96 0,082+0,006

3. к-з "Гвардеец" Баты-ревского р-на Чернозем выще лоченный тяжелосуглинистый; картофельное поле 2,83 0,270±0,014 0,115...0,401

4. к-з "Красный Октябрь" Порецкого р-на Чернозем опод-золешшй тяжелосуглинистый и легкоглинистый; стерня 2,7 0,177±0,011 0,115...0,133

5, к-з "Гигант" Красноармейского р-на Темно-серые лесные легкоглинистые; пашня 2,78 0,184+0,014 0,152

6. То же Дерновые ов-ражнобалочные, тяжелосуглинистые; многолетние травы 2,68 0,216+0,007 0,332

7. То же Светло-серые лесные, легкоглинистые и тяжелосуглинистые; стерня 2,51 0,184±0,013 0,221...0,457

В диссертационной работе получены расчетные выражения для определения \\гт и \|/Ми на специальных экспериментальных установках (патенты РФ №2032159, 2013941 и др.). Исследования, проведенные в лабораторных условиях, подтвердили зависимости (18) и (19), полученные выше.

Определения ПЭС в полевых условиях осуществлялось на устройстве, основанном на способе размыва тестируемого участка струей воды. Для изучения гидрофизических свойств почвы был разработан перми-метр, позволяющий в полевых условиях измерить коэффициент фильтрации Кг«, матричный потенциал потока Фм, а-параметр и сорптивность С.

Экспериментальные исследования по определению ПЭС и гидрофизических свойств почв в полевых условиях проводились на опытном полигоне колхоза "Ленинская искра" Ядринского района Чувашской Республики на площади 354 га. Схема расположения экспериментальных точек приведена на рис. 1. Результаты экспериментальных исследований показали (табл. 3), что величина ПЭС характеризуется пространственной изменчивостью в зависимости от показателей почвенного и растительного покрова и хозяйственного использования земель как в пределах обследованной водосборной площади, так и в пределах однородного участка или элементарного почвенного ареала.

Изучение влияния агрофона и глубины впитывающей поверхности на гидрофизические свойства (табл. 4) также показало, что числовые значения коэффициентов фильтрации лежат в пределах значений измеряемых другими известными методами, такими, как метод заливных площадок, метод Нестерова и др. Причем разброс величин, полученных с помощью пермиметра, существенно меньше, чем для данных, полученных другими методами, что указывает на более высокую воспроизводимость, а следовательно, достоверность результатов.

Из анализа данных по фильтрации (табл. 4) видно, что в большинстве точек измерений наименьшее значение коэффициентов Кл соответствует слою толщиной около 20 см, что говорит о максимальном техногенном уплотнении почвы в этом слое. Для значительной части измерений значения коэффициента фильтрации Кл , матричного потенциала потока Фп и сорптивности С близки к предельным по доступности влаги растениям, особенно на глубине 20 см. Отсюда следует, что для улучшения снабжения растений влагой и уменьшения вероятности развития эрозионных процессов следует использовать агротехнические приемы, позволяющие разрушить уплотненный почвенный горизонт. К улучшению гидрофизических параметров и повышению потенциала эрозионной стойкости могут привести также мероприятия по улучшению структуры почвы, оптимальная смена сельскохозяйственных культур в почвозащитном севообороте, применение структурообразова-телей и т.п.

Таблица 2

Некоторые результаты по определению уут

о Автор, литертур- Характеристика Устройство критичес- Потенциал

•П пый источник почвогрунта или способ кая ско- эрозионной

определе- рость, стойкости

ния Улоп. н ,м/С , Дж/кг

1. Мирцхулава Ц.Е. Грунты песчаные, Гидравли-

средний размер ческий ло-

частиц, мм: гок

0,25-0,37 мм 0,37-0,38 0,137-0,144

0,50-0,75 мм 0,41-0,47 0,168-0,221

Грунты глинис-

- тые, расчетно

удельное сцепле То же

ние 0,005-0,01 0,39-0,44 0,152-0,194

0,02-0,03 0,52-0,59 0,271-0,348

г. Кузнецов М.С. Песок, средний

диаметр частиц То же

0,37 мм 0,27 0,070

1,50 мм 0,35 0,123

4,00 мм 0,52 0,271

Почва серая лес-

ная средне- и тя- Тоже 0,46 0,221

желосуглинистая,

угодье без расти

гельности

3. Брудастов А. Д. Мелкий чистый Центробеж-

песок, диаметр ный прибор 0,35-0,45 0,123-0,203

частиц 0,05 мм

80% То же 0,4-0,6 0,16-0,36

Мелкий песок с

примесью ила

». Короновский Почва-чернозем

обыкновенный

мощный средне- То же 0,56 0,314

суглинистый,

слой 0...10см

5. Мирцхулава Ц.Е. Средний сугли- Метод раз-

нок, Самгор- мыва струей 0,518 0,268

ское СУ воды

Рис. 1. Схема расположения экспериментальных точек на опытном полигоне к-за "Ленинская искра" Ядринского района.

Таблица 3

Результаты полевых экспериментальных исследований по

определению ПЭС на опытном полигоне колхоза __1_"Ленинская искра" Ядринского района_

№№ точек по схеме рис. 1. Агрофон, поле Статистическая оценка, точн. измер.

м, Дж/кг Дж/кг т, Дж/кг Р, % о, %

1 2 3 4 5 6 7

1... 18,20,21 Пашня, поле №1 0,394 0,219 0,022 5,63 55,8

19,22...39 Многолетние травы, поле №1 3,085 1,754 0,017 5,49 56,8

40...64 Пашня, поле №2 0,410 0,149 0,013 3,25 36,6

65...68, 77 Многолетние травы, поле №2, расположенное между лесными полосами 2,267 0,781 0,147 6,51 34,4

69...72, 78 Многолетние травы, поле №3, расположенное между лесными полосами 2,641 2,199 0,383 14,50 83,3

73...75 Стерня яровых культур, поле №1 0,386 0,096 0,025 6,46 25,1

76 Многолетние травы, поле №4 3,927 0,624 0,279 7,П 15,8

78...83 Многолетние травы, поле №5 2,021 0,736 0,137 6,77 36,5

84 Стерня яровых культур, поле №2 0,333 0,049 0,020 6,10 14,9

85 Свекла кормовая 0,355 0,133 0,050 13,21 37,4

16 "а" Пастбище (дернина) 15,711 2,940 0,886 5,64 18,7

16 "б" Лесополоса, поле № 1 20,547 2,860 0,904 4,40 13,9

70 "а" Лесополоса, поле №2 20,408 5,500 1,944 9,53 26,9

Примечания: 1. В таблице: М - среднее арифметическое; <т - среднее квадратичное отклонение; т - средняя ошибка среднего арифметического; р - показатель точности; и - коэффициент вариации.

Таблица 4

Средние значения коэффициентов фильтрации для экспериментального полигона колхоза "Ленинская искра" Ядринского района

№ п/п Kfs, х см/с на глубине h

Агрофон, поле h = 0 h = 20 см h = 40 см h = 60 см

1 Пашня, поле № 1,2 3,56 1,53 17,43 16,58

2 Многолетние травы, поле № 1 3,42 1,73 6,80 14,23

3 Многолетние травы, поле № 2, расположено между лесными полосами 3,04 0,98 6,56 7,07

4 Стерня яровых культур, поле №1 0,62 0,01 1,90 5,00

5 Лесная полоса, поле №1 25,00 4,46 4,76 118,00

4. ОБОБЩЕННЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ИХ ПРОГНОЗ На формирование стока, эродирования почвенных частиц, транспорта и отложения наносов влияют большое число взаимосвязанных факторов: рельеф, климат, геология, почвенный и растительный покров, хозяйственное использование земель. Следовательно, обобщенные уравнения расчета и прогноза эрозионных процессов должны включать: математическую модель рельефа стокоформирующей поверхности; математическую модель климатических факторов; математическую модель почвенного и растительного покрова, хозяйственного использования земель; математическую модель транспортирования и аккумуляции разрушенных частиц склоновым потоком.

Математическая модель почвенного и растительного покрова, хозяйственного использования земель. В качестве основной обобщенной характеристики, отражающей интегральное влияние показателей почвенного и растительного покрова и хозяйственного использования земель (ПРХИЗ) на эрозию, может быть принята экспериментально определяемая физическая величина - ПЭС почвогрунтов. ПЭС представляет собой экспериментальный метод получения информации об объекте при предположении, что данный почвогрунт в пределах однородного участка обладает в каждый данный момент однозначной связью между независимыми и зависимыми переменными ПРХИЗ. Однако пространственная изменчивость ПРХИЗ даже в пределах однородного участка

или элементарного почвенного ареала существенно сказывается на вариабельности измеряемых величин ПЭС (см. табл.3), гидрофизических и других свойств почвы и поэтому представляют собой, как правило, случайные величины. Поэтому представление пространственной изменчивости измеряемых величин (ПЭС и др.) в виде многомерного вектора и его статистическими характеристиками невозможно, поскольку требуются многократные измерения изучаемых величин в одних и тех же точках стокоформирующей поверхности. Это обусловлено тем, что понятие случайной величины имеет конкретный смысл только при соблюдении таких условий, как теоретическая возможность бесконечного повторения испытаний и независимость каждого из них от результатов предыдущих испытаний. Поэтому представляется целесообразным эрозионные и гидрофизические свойства почв выразить в виде карт в изолиниях.

В диссертационной работе показано, что наиболее оптимальным способом картирования в изолиниях является метод сетей в сочетании с точечным и универсальным кригингом, позволяющим проводить оптимальную оценку неизмеренной физической величины по данным тех же величин, измеренных в других и расположенных достаточно близко к оцениваемой точке. Кроме того, метод кригинга обеспечивает измерение ошибки (дисперсию DP, стандартную Sp) или неопределенности поверхности, изображаемой изолиниями; позволяет использовать информацию из полувариограммы у^ для нахождения оптимального множества весов Wi для оценки поверхности в точках р, отличных от контрольных величин, и не требует знаний закона распределения физических величин на исследуемой поверхности.

После ввода множества измеренных значений (контрольных точек) ПЭС осуществляется процесс проверки стационарности изучаемой физической величины по полувариограммам у*. Если же измеряемая физическая величина ПЭС нестационарна, т.е. полувариограмма содержит дрифт, то определяются форма дрифта и полувариограммы. Затем в зависимости от стационарности или нестационарности регионализированной переменной ПЭС составляются соответственно система уравнений [А] [W] = (В] для точечного кригинга и система уравнений [AJ [WJ = [С1 для универсального кригинга. Решая соответствующее матричное уравнение, определяют неизвестные веса Wi и вычисляют значение ПЭС ij/p в оцениваемой точке р, а также оценивают дисперсию Dp и стандартную ошибку Sp. После определения v|/p, Dp , Sp для всех узлов сети картируемой стокоформирующей поверхности определяют координаты точек входа и выхода в ячейках равных значений ПЭС, т.е. месторасположения изолиний. Затем, рассмотрев последовательно для каждого сегмента кусочно-определенный сплайн, составляют систему уравнений [Т] = |К|, решая которую находят коэффициенты ßi и по выражению n/t=ßi +ß2t +... +ßo+itn строят аппроксимирующую кривую, т.е. изолинию ПЭС.

Для экспериментальной оценки метода кригинга был выбран участок (агрофон-пашня) площадью 12 га. Измерения ПЭС производились полевым устройством по узлам сети 100x100 м в 25 точках №№ 40...64 (см. рис. 1). По экспериментальным данным были вычислены полудисперсии для различных значений \ и построены экспериментальные полу-вариограммы. Затем экспериментальные значения ПЭС обрабатывались методом наименьших квадратов и аппроксимировались сферической функцией. Эксперименты показали, что процедуру кригинга можно проводить при максимальном расстоянии Е, между соседними точками опробования и 250...300 м без дрифта и200 м с учетом дрифта, поскольку при 4г*>250...300 м и ^*>200 м регионализированная переменная у^ становится нечувствительной. Если сравнить результаты обработки экспериментальных данных для того же участка №№ 40...64 стандартным методом, приведенные в таблице 3 («т — 0,149 Дж/кг), и методом кригинга, то последний в 3,2...8,8 раза позволяет снизить стандартную ошибку и в то же время позволяет учесть пространственную вариабельность значений ПЭС. На рис. 2 приведена карта ПЭС в изолиниях, построенная рассматриваемым методом.

Цифровая модель рельефа (ЦМР) может быть создана на основе картографической информации, полученной путем записи пространственных координат местности либо в процессе топографической съемки, либо фотограмметрической обработкой космических или аэрофотоснимков с последующей обработкой на ЭВМ. Однако во многих странах мира базовые цифровые карты в настоящее время в основном создаются по традиционным графическим оригиналам карт или их дубликатам вследствие того, что уже имеются высокоточные карты различных масштабов и назначений. При создании ЦМР одной из фундаментальных задач является аппроксимация кривой, заданной исходной цифровой картографической информации (ЦКИ). Хотя эта задача является классической задачей прикладной математики и ее решение имеет обширную библиографию, однако при создании автоматизированных картографических систем требуется оценка и выбор аппроксимирующих функций, учитывающих специфику задачи аппроксимации исходной таблично заданной ЦКИ.

В диссертационной работе показано, что наиболее универсальным и удобным может считаться параметрический сплайн, позволяющий сжать исходную информацию, провести гладкую аппроксимацию с равномерно и неравномерно расположенными узлами, построить сглаживающий сплайн с заданной точностью и поэтому в некоторой степени имитирующий основные действия картографа при ручной обработке картографической информации.

Параметрическим кубическим сплайном, определенным на отрезке [а , Ь], изменения параметра I с узлами а= ... < к = Ь принято на-

зывать пару функций х(1) и уС<), если:

1) на отрезке ЭД для 1 = 1,п /х(0 е Рз, ы)ерэ

где Рз - множество многочленов степени < 3;

2) Гх(0б{С2[«цЪ]},

1 е {сг I а, Ь1}

где {с I а, Ь ] } - множество непрерывных на отрезке [а', Ь] функций, имеющих непрерывную вторую производную.

Поскольку математическая теория сплайнов разработана с достаточной полнотой, то представляется целесообразным использовать этот метод дам создания ЦМР. В данном случае не требуется каких-либо дополнительных теоретических построений, а точность аппроксимации, быстродействие, возможности определения длины, площадей на контуре и градиента к горизонталям устанавливаются теми допущениями, которые положены в основу метода сплайн-функций.

Математическая модель климатических факторов. Рассмотрев пяю-виограмму 1х (0 единичного дождя, получено выражение для расчета стока qx в точке х водосборной площади

q* = Ь** - С (41 к - -Яа) - А ((к-где Ьх* - суммарное количество осадков за единичный дождь в точке х, см; и, 1К - соответственно время начала и конца стока, с; С - сорптив-ность почвы, см/с0 5; А - постоянная, см/с.

Интенсивность стока 1сг

1сг = [I«*/ (1к - М1 -С|(л/Тк-.-Лп)/ - {н)\ - А.

Рассмотрим столбик снега единичной площади и высотой 1о, равной толщине снежного покрова. Процесс таяния этого столбика в зависимости от метеорологической обстановки может осуществляться разными способами - сверху; снизу; сверху и снизу.

Очевидно, общим для всех перечисленных способов абляции снежного покрова являются сток талых вод на склонах, определяемый по формуле **

= 1 !»„*(*)<«- /ШЛ. (23)

и

и интенсивность стока, вычисляемая по выражению

Ъ^цЛи-ЬЬ, (24)

где Ьв*(0 - интенсивность водоотдачи из снега, т.е. стаявший за единицу времени слой снежного покрова с плотностью рс« 0,4 г/см3 (равной во-доудерживающей способности снега) и образовавшийся за время ^ с начала абляции; 1ф(<) - интенсивность инфильтрации талой воды в почву; Ь,,

tK - соответственно время начала и конца стока; здесь интенсивность испарения L(t) не рассматриваем, поскольку она учитывается первым интегралом в (23).

Величины hB*(t), I,)>(t), Ic(t) и tK- tH переменны в разных точках водосборной площади, зависят от пространственной и временной изменчивости свойств снежного покрова: толщины, плотности, температуры, твердости, альбедо, выпадения дождя или твердых осадков на снежный покров во время его абляции, пространственной ориентации склона и др. Поэтому при формулировке выражений (23) и (24) предполагается определенное пространственное осреднение входящих в них членов.

В общем виде для определения t. необходимо решать термическую задачу, известную как проблема Стефана. В диссертационной работе показано, что рассматриваемую задачу с некоторым приближением можно привести к однородному уравнению теплопроводности (предполагая, что снежная масса является изотропной теплопроводящей средой), а время запаздывания начала стока может быть определено с учетом поправок Колбека. При этом интенсивность h„ (t) водоотдачи из снега может быть вычислена по формуле П.П. Кузьмина.

Пусть в результате обработки плювиограмм и расчетов водоотдачи из снега получен ряд стока q (Т/х) в некоторой точке х водосборной площади за Т лет. Так как ожидаемые ряды стока в будущем нам неизвестны, то при решении прогностических задач представляется целесообразным использовать ряды уже наблюдавшихся стоков, чтобы с их помощью представить стоки, которые реализуются в будущем. В общем случае динамический ряд q (Т/х) может быть разложен на тревдойую составляющую qm (Т/х) и случайную составляющую е (Т/х): q (Т/х) = qm (Т/х) + б (Т/х) .

Учитывая, что выбор вида модели при прогнозировании часто носит интуитивный характер и статистические методы прогнозирования не всегда позволяют учесть измерение динамики в будущем на основании минимума дисперсии или корреляционного отношения, считаем возможным в первом приближении использовать модифицированный нами метод B.JI. Гореловой и E.H. Мельниковой, в основе которого лежит системное представление прогнозируемого объекта.

Математическая модель транспортирования и аккумуляции разрушенных частиц почвы склоновым потоком основана на гравитационной теории (модель М.А. Великанова) путем замены работы сил взвешивания эквивалентной работой по разрушению и выносу почвенных частиц водным потоком, выраженной через потенциал эрозионной стойкости \|/

8 b ps g Pxi 0,125 bp* Г4 Б X k1-8 ICT(t) x"

q3 =--\ Icr (t) i x dx--\ -dx. (25)

V <-L Ц1 Jy no1,8

Xf •*•{

где Ь - элементарная ширина водосборной площади, м; р8 - плотность твердой фазы почвогрунта, хг/м3 ; к - коэффициент А.Н. Костякова, характеризующий изборожденность поверхности склона; по - коэффициент шероховатости временного водотока, принимаемый по шкале Ганкилье-Куттера; ¡- уклон склона; к - коэффициент сопротивления; 8 - параметр, зависящий от концентрации взвешенных частиц в потоке и плотностей р и р5; XI - расстояние от водораздела, соответствующее началу эрозионных процессов, м; \г - расстояние от водораздела, соответсвующее насыщению склонового стока наносами до его транспортирующей способности, м.

Сопоставление результатов расчета склоновой эрозии ЯэС данными наблюдений показало удовлетворительную точность в широком диапазоне природно-климатических условий возникновения водной эрозии.

5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОЧВОЗАЩИТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА СКЛОНАХ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОТИ-ВОЭРОЗИОННЫХ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН И ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

В зависимости от интенсивности антропогенного воздействия на стокоформирующей поверхности могут возникнуть экстремальные ситуации и предельные изменения ее состояния: сокращение площадей, удобных для сельскохозяйственного использования, снижения их плодородия, ухудшение экологической обстановки и структуры почв в результате действия эрозионных процессов; покрытие эродированных земель естественным травостоем, зарастание мелкими древесными породами и лесом при долговременном забрасывании их в залеж. В то же время, при вполне определенном диапазоне антропогенного воздействия, водосборная площадь, как любая экосистема, за счет саморегуляции адаптируется к "малым" возмущаклЦим воздействиям и как бы колеблется около основного тренда своего генетического развития. Следовательно, активное управляющее воздействие на стокоформирующую поверхность ограничено и имеет свои пределы. Поэтому при разработке и проектировании противоэрозионных технологий и средств механизации представляется целесообразным исходить из общих позиций теории прогнозирования и принятия решений. Следует отметить, что идея управления агроэкосистемой через технологии не нова (Д.А. Куртенер, И.Б. Усков), но на современном этапе развития вычислительной техники и информатики она получает принципиально новое содержание.

Поскольку организационно-хозяйственное планирование территории землепользования предполагает рациональное размещение полей севооборотов на склонах, эффективное использование средств механизации на полях конечных размеров (кратность ширине захвата сельскохозяйственных машин; максимальная длина гона; выполнение технологических операций сельскохозяйственными машинами при движении их поперек склона) и оптимальную трансформацию эрозионно опасных зе-

мель под лесотехнические и гидротехнические сооружения, то при вып

полнения условия > ]Г для каждого проектируемого поля сево-

¡-1

оборота и трансформируемого участка стокоформирующей поверхности требуется рассчитать

0»=£ tV^Ч*>

»-1 н

где - смыв почвы со всей стокоформирующей поверхности за 1-ый год ротации севооборота; г = 1,г - число полей севооборота и трансформированных участков; Рг - площадь г-го поля севооборота или трансформированного участка; ^эо] - суммарный ежегодный допустимый уровень потерь почв; q,j - смыв почвы за единичный сток осадков; ] = Г7п - число атмосферных осадков, вызвавших сток на данном участке стокоформирующей поверхности.

Следовательно, целевая функция, отражающая смыв почвы со всей стокоформирующей поверхности за 1 = 1,т лет ротации севооборота, может быть записана в следующем виде

<3 = 1-> тт. (26)

1=1 г-1 }

Анализ функции (26), а также формулы (25) показывает, что к регулируемым параметрам по подбору почвозащитных технологий следует отнести потенциал ц/, коэффициенты шероховатости по и изборожден-ности к, интенсивность 1ст (0 стока, а к нерегулируемым - уклон ъ я 1 и Ьс длину склона и интенсивность 1Х (0 атмосферных осадков.

В диссертационной работе сформулированы линейные ограничения-неравенства по площади земельных угодий, по обеспечению пропорциональности между структурой севооборотов и противоэрозионными агротехническими мероприятиями, по поддержанию положительного баланса гумуса в почве, по плану производства продукции, по условию неотрицательности переменных, по целесообразной площади осуществления отдельных противоэрозионных технологических операций. Показано, что для различных почвозащитных технологий линейные рубежи и проектируемая площадь Рг(ВЬ),, геР могут быть оптимизированы исходя из регулируемых у, по, к, 1ст 0) и нерегулируемых и, Ьс, 1х (0 параметров. Установлено, что поля севооборотов можно проектировать с более рациональными размерами и конфигурацией не только для снижения смыва почвы с участка до нормативного уровня, но и для уменьше- ( ния расхода топлива и повышения производительности машинно- | тракторных агрегатов. Для обработки полей севооборотов предложено | использовать сельскохозяйственные машины с изменяющейся шириной ! захвата, как более рационально загружающие энергетическое средство, .; так и меньшими затратами обрабатывающие поля различных конфигу- :

радий, характерных для водосборных площадей. Сформулированная задача (26) при линейных ограничениях-неравенствах приведена к задаче линейного программирования, которая решена симплекс-методом. В работе показано, что применение на стокоформирующей поверхности лесных полос с гидротехническими валами и канавами в сочетании с безотвальной обработкой почвы между этими полосами позволяет снизить среднегодовой смыв почвы более чем в 8 раз.

При проведении агротехнических мероприятий по защите почв от водной эрозии преследуется в конечном счете цель - предотвратить полностью или резко уменьшить сток временных водных потоков и смыв почвы с водосборной площади. Это может быть достигнуто путем придания определенных свойств обрабатываемому объекту - почве. Во-первых, так изменить пахотный и подпахотный слои почвы, чтобы значительно повысить гидрофизические характеристики почв Кь, Фн, а и С. Во-вторых, так изменить поверхностный слой обрабатываемого участка, чтобы снизить скорость движения воды, уменьшить вымывание почвенных частиц, увеличить площадь и продолжительность контакта воды с поверхностью почвы, т.е. существенно изменить значения по и к. В-третьих, так изменить поверхностный, пахотный и подпахотный слои почвы, чтобы осуществлять одновременно первые два вида обработки. Таким образом, можно упорядочить классификацию противоэрозион-ных агротехнических приемов и способов их осуществления при обработке почвы на склонах, выбрав в качестве основного классификационного признака эрозионные и гидрофизические свойства почвы.

Приведенный в диссертационной работе анализ противоэрозионных агротехнических приемов показал, что на простых склонах крутизной до 2° достаточно проведение глубокой вспашки поперек склона отвальным плугом, на склонах крутизной до 3...4° глубокую вспашку необходимо сочетать со щелеванием, кротованием и почвоуглублением или же с образованием противоэрозионных неровностей, а на склонах крутизной более 3...4°, особенно на сложных, более эффективна безотвальная обработка, обеспечивающая максимальное сохранение на поверхности полей стерни и других растительных остатков. Таким образом, предложенная классификация позволяет не только объективно оценить эффективность агротехнических приемов, осуществляемых при обработке почвы, но и наметить пути совершенствования почвозащитных сельскохозяйственных машин и их рабочих органов. В связи с этим в диссертационной работе рассмотен ряд новых технических решений, направленных на совершенствование противоэрозионных почвообрабатывающих машин и их рабочих органов (рис. 3).

Для повышения почвозащитных свойств почвы (к, по) путем улучшения агротехнических показателей работы (крошения, вспушен-ности почвы, сохранения стерни, стабилизации движения пласта по ра-

[7

Рис. 3. Рабочий орган плоскореза-глубокорыхлителя: !

а) - со стабилизаторами-рыхлителями; б) - со стабилизаторами-рыхлите-лями с криволинейным лезвием; в) - с долотообразными рыхли- г телями дна борозды; г) - с игольчатыми рыхлителями дна борозды; д) - ! для внесения жидких удобрений и мелиорантов.

1>) ^

бочему органу), а также повышения устойчивости движения орудия на склонах предложены и разработаны рабочие органы для глубокой плоскорезной обработки почвы (рис. 3, а, б). Сравнительные испытания плоскореза-глубокорыхлителя с серийными и экспериментальными рабочими органами показали, что стабилизаторы-рыхлители позволяют увеличить стабильность траектории движения орудия на склонах в 1,7...2,5 раза, крошение почвы в 1,4...1,7 раза, вспушенность почвы в 1,3...1,5 раза и на 8,3% сохранение стерни на поверхности поля. Полевыми опытами на склоне южной экспозиции 4...6° установлено, что плоскорежущая лапа со стабилизаторами-рыхлителями вследствие улучшения агротехнических показателей и, следовательно, почвозащитных свойств почвы (у, к, по) позволяет снизить смыв почвы с участка в 1,2...2,0 раза по сравнению с серийным рабочим органом и 2,4...3,6 раза в сравнении со вспашкой (ПЛН-4-35). При этом урожайность зерновых культур на 1,8...3,2 ц/га выше по сравнению со вспашкой и на 0,4... 1,1 ц/га в сравнении с обработкой серийными рабочими органами.

Предложены технические решения, позволяющие повысить гидрофизические свойства почвы и, следовательно, потенциал эрозионной стойкости 1(/и путем улучшения обработки пахотного и разрыхления уплотненного техногенного подпахотного горизонтов (рис. 3, в и г). Сравнительные производственные опыты показали, что рыхление дна борозды (уплотненного техногенного горизонта) позволяет создать благоприятные условия (водно-воздушный режим) для культурных растений в фазе кущения и особенно в фазе созревания. Это в конечном итоге обеспечило повышение урожайности в среднем на 0,4 ц/га по сравнению с плоскорезной и на 1,7 ц/га по сравнению с отвальной вспашкой.

Учитывая специфические условия склоновых земель, связанные с формированием стока атмосферных осадков, предложены технические решения (рис. 3, д), позволяющие не только увеличить потенциал эрозионной стойкости почв путем повышения надежности работы и улучшения равномерности внесения в почву жидких удобрений и мелиорантов, но и предохраняющие окружающую среду от загрязнения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для описания эрозионных процессов предложен метод термодинамических потенциалов. Показана целесообразность применения для этих целей термодинамического потенциала Гиббса. В качестве единого интегрального критерия оценки эрозионных свойств почвогрунтов предложен потенциал эрозионной стойкости, представляющий собой энергию, затраченную на разрушение и вынос единицы массы почвы в конкретных условиях ее залегания.

2. Установлено, что потенциал эрозионной стойкости представляет собой величину аддитивную (талая почва без учета инфильтрации, та-

лая почва с учетом инфильтрации, мерзлая и оттаивающая почва) и постоянную для конкретного почвогрунта.

3. Разработана методика расчета эрозионных процессов на стоко-формирующих поверхностях и их прогноз, основанный на математическом моделировании. В качестве обобщенных уравнений эрозионных процессов предложены:

- математическая модель почвенного, растительного покрова и хозяйственного использования земель, представляющая собой экспериментальный метод получения информации об объекте и выраженная в виде карты потенциала эрозионной стойкости почв в изолиниях и картированная методом сетей в сочетании с кригингом;

- математическая модель рельефа стокоформирующей поверхности, выражающая существующую картографическую информацию в горизонталях путем аппроксимации горизонталей параметрическим кубическим сплайном;

- математическая модель климатических факторов, представляющая собой стохастическую модель прогнозирования величины поступающих осадков на стокоформирующую поверхность и формирующих сток путем генерирования их на основе временного ретроспективного ряда параметров распределения дождя, зависящего в основном от продолжительности и интенсивности, и процесса снеготаяния, зависящего от суммарного количества тепла;

- математическая модель транспортирования и аккумуляции разрушенных частиц склоновым потоком, основанная на гравитационной теории (модель М.А. Великанова) путем замены работы сил взвешивания частиц почвы водным потоком эквивалентной ей работой по разрушению и выносу тех же частиц, выраженной через потенциал эрозионной стойкости.

Составлены блок-схемы и программы для расчета и прогноза по обобщенным уравнениям.

4. На основе обобщенных уравнений расчета и прогноза эрозионных процессов разработана методика проектирования противоэрозион-ных технологий на склоновых землях. Установлено, что целевой функцией, оптимизирующей применение различных почвозащитных технологий, является минимизация суммарного объема смываемой почвы со стокоформирующей поверхности за прогнозный период полной ротации севооборота. Сформулированная задача при линейных ограничениях-неравенствах приведена к задаче линейного программирования и решена симплекс-методом.

5. Установлено, что поля севооборотов можно проектировать с более рациональными размерами и конфигурациями для снижения смыва почвы с участка до нормативного уровня и для уменьшения расхода топлива и повышения производительности машинно-тракторных агрегатов. Показано, что для различных почвозащитных технологий проек-

тируемая площадь Рг = (В L)2, z е F может быть оптимизирована, исходя из регулируемых по, к, I<n(t) и нерегулируемых k, Lc, Ix(t) параметров.

6. Для обработки полей севооборотов предложено использовать сельскохозяйственные машины с изменяющейся шириной захвата, как более рационально загружающие энергетическое средство, так и уменьшающие затраты обрабатываемых полей различных конфигураций, характерных для водосборных площадей.

7. Для повышения потенциала эрозионной стойкости почв предложены и разработаны: почвообрабатывающие орудия и рабочие органы для глубокой плоскорезной обработки почвы; рабочие органы для разрыхления уплотненного техногенного подпахотного горизонта; технические решения по внутрипочвенному внесению жидких удобрений и мелиорантов при плоскорезной обработке почвы на склонах с целью повышения надежности их работы и равномерности распеределения.

8. Применение на стокоформирующей поверхности разработанных на основе ПЭС технологий (лесные полосы с гидротехническими валами и канавами) и технических средств позволяет снизить среднегодовой смыв почвы более чем в 8 раз.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать новые способы и устройства для исследования эрозионных процессов, а также предложить новые технические средства для склоновых эрозионно опасных земель, защищенные 22 авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ.

По теме диссертации опубликовано 57 работ, основные из них:

1. Максимов И.И. К вопросу совершенствования рабочего органа для безотвальной обработки почвы на склонах // Вопросы механизации и электрификации с.-х. - Тезисы докладов Всесоюзной школы молодых ученых и специалистов: М., 1981. - с. 53 - 55.

2. Максимов И.И. Исследование и внедрение орудий для безотвальной обработки почвы на склонах. Отчет о НИР - Чебоксары, 1981.-е. 120; Гос. per. № 81099599; Инв. №Б 990733.

3. Максимов И.И. Некоторые агротехнические показатели работы плос-кореза-глубокорыхлителя / Почвообрабатывающие машины и динамика агрегатов - Науч. тр. ЧИМЭСХ, вып. 167, - Челябинск, 1981. - с. 75-78.

4. Максимов И.И. Результаты исследования нового рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя / Динамика почвообрабатывающих агрегатов и рабочие органы для обработки почвы - Науч. тр. ЧИМЭСХ, -Челябинск, 1982. - с. 37 - 42.

5. Максимов И.И. О тяговом сопротивлении плоскореза-глубокорыхлителя с усовершенствованными рабочими органами II Совершенствование и развитие мобильных энергетических средств в сельском хозяйстве - Тезисы докладов конф. - Чебоксары, 1983. - с. 129 - 135.

6. Максимов И.И., Федоров А.И. О пневматическом распределении ЖКУ при безотвальной обработке почвы. // Сб. тезисов республиканской НТК. - Уфа, 1988, с. 35 - 36.

7. Максимов И.И. О движении пласта по плоскорежущей лапе со стабилизаторами-рыхлителями // Исследование машин и рабочих органов для возделывания и уборки сельскохозяйственных культур-. Сб. науч. тр. Горьковский СХИ. - Горький, 1990. - с. 7 - 10.

8. Максимов И.И. Сборник упражнений по сельскохозяйственным машинам для студентов неинженерных специальностей. - Чебоксары, 1991. -72 с.

9. Максимов И.И., Сироткин В.М. Методика определения потенциала противоэрозионной стойкости для талых почв // Материалы юбил. науч. конф. Казан. СХИ, 41 - Казань, 1992. - с. 117 -119.

10. Максимов И.И., Сироткин В.М. Термодинамический подход при изучении водной эрозии почв // Совершенствование технологий и технических средств для механизации сельскохозяйственных процессов: Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1992. - с. 81 - 91.

11. Максимов И.И., Белов В.В., Александров А.Х. Конструкция сельскохозяйственных и мелиоративных машин. Сборник контрольных вопросов. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1993. - 64 с.

12. Максимов И.И. Сельскохозяйственные машины. Методические указания по лабораторным работам. - Чебоксары, 1993. - 65 с.

13. Максимов И.И., Сироткин В.М. Энергетическая оценка водной эрозии почв с учетом инфильтрации // Труды Чувашского СХИ, том 11, вып. 3, - Чебоксары, 1995. - с. 60 - 65.

14. Сироткин В.В., Максимов И.И. Оценка техногенного уплотнения почвогрунтов по их гидрофизическим характеристикам с помощью пер-миметра //Труды Чувашского СХИ, том 11, вып. 3, - Чебоксары, 1995. -с. 104- 108.

15. Максимов И.И., Борисов А.П. Некоторые результаты экспериментальных исследований по определению ПЭС почвогрунтов в лабораторных условиях // Земельный фонд Чувашской Республики и его современное состояние. - Чебоксары, 1995. - с. 42 - 45.

16. Максимов И.И., Малов A.A. Автоматизированное картирование гидрофизических и эрозионных свойств почвогрунтов в изолиниях // Земельный фонд Чувашской Республики и его современное состояние. -Чебоксары, 1995. - с. 46 - 48.

17. Максимов И.И., Сироткин В.М., Аквильянов А.П. Теоретические и методические основы оценки и прогноза эрозионных процессов // Земельный фонд Чувашской Республики и его современное состояние. -Чебоксары, 1995. - с. 48 -50.

18. Сироткин В.В., Максимов И.И. Оценка земель по их фильтрационным характеристикам // Земельный фонд Чувашской Республики и его современное состояние. - Чебоксары, 1995. - с. 51 - 55.

19. Максимов И.И., Сироткин B.B. Оценка и прогноз эрозионных процессов II Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан; Тезисы докл. 2 Республ. н. конф., - Казань, 1995. - с. 146 - 147.

20. Сироткин В.В., Максимов И.И. Система почва-растение-атмосфера, ее свойства и их изменение при техногенном уплотнении // Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан; Тезисы докл. 2 Республ. н. конф., - Казань, 1995. - с. 40 - 41.

21. Максимов И.И., Белов В.В., Добролюбов В.И. Сельскохозяйственные машины. Задания и методические указания к курсовой работе. - Чебоксары, 1996. - 74 с.

22. Максимов И.И., Сироткин В.М. Потенциал эрозионной стойкости -интегральная термодинамическая характеристика почвогрунтов. // Известия Национальной академии наук и искусств Чувашской Республики. - Чебоксары, 1996. - № 4. - с. 120...135.

23. Максимов И.И., Александров А.Х., Константинов Ю.В. Многокритериальный подход к проектированию противоэрозионных земляных гидротехнических сооружений. // Известия Национальной академии наук и искусств Чувашской Республики. - Чебоксары, 1996. - № 4. - с. 136... 142.

24. A.c. 938772 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы / Блау В.Ю., Кормщиков А.Д., Максимов И.И. - Опубл. 30.06.82, Бюл. №

24.

25. A.c. 1014480 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы на склонах / Максимов И.И., Блау В.Ю. - Опубл. 30.04.83, Бюл. №16.

26. A.c. 1061738 СССР. Устройство для внутрипочвенного внесения удобрений / Максимов И.И., Блау В.Ю., Самакин В.Ю. - Опубл. 23.12.83, Бюл. № 47.

27. A.c. 1107764 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы / Максимов И.И., Кормщиков А.Д., .Блау В.Ю. - Опубл. 15.08.84, Бюл. № 30.

28. A.c. 1158060 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы / Бледных В.В., Блау В.Ю., Максимов И.И., Свечников П.Г., Овсянникова JI.C. - Опубл. 30.05.85, Бюл. №20.

29. A.c. 1340602 СССР. Установка для моделирования эрозионных процессов, возникающих от стока талых снеговых вод / И.И. Максимов. -Опубл. 30.09.87, Бюл. № 36.

30. A.c. 1477289 СССР. Рабочий орган для внесения в почву жидких удобрений / Максимов И.И., Блау В.Ю., Федоров А.И. - Опубл. 07.05.89, Бюл. №17.

31. A.c. 1530111 СССР. Почвообрабатывающий рабочий орган / Максимов И.И. - Опубл. 23.12.89, Бюл. № 47.

32. A.c. 1604256 СССР. Установка для моделирования эрозионных процессов / Максимов И.И. - Опубл. 07.11.90, Бюл. № 41.

33. A.c. 1628602 СССР. Устройство для определения противоэрозионной стойкости почвогрунтов / Максимов И.И. - ДСП, 15.10.90.

34. А.с. 1653207 СССР. Рабочий орган для внесения в почву жидких удобрений / Максимов И.И. - ДСП, 1.02.91.

35. Патент 2013941 РФ. Устройство для исследования эрозионных процессов / Сироткин В.М., Максимов И.И. - Опубл. 15.06.94, Бюл. №11.

36. Патент 2017407 РФ. Устройство для определения потенциала проти-воэрозионной стойкости почвогрунта / Максимов И.И., Сироткин В.М. -Опубл. 15.08.94, Бюл. № 15.

37. Патент 2021647 РФ. Способ определения противоэрозионной стойкости почвогрунтов и устройство для его осуществления / Максимов И.И., Сироткин В.М. - Опубл. 30.10.94, Бюл. №20.

38. Патент 2026471 РФ. Рабочий орган кротователя / Максимов И.И., Козлов Е.Г. - Опубл. 10.01.95, Бюл. № 1.

39. Патент 2032159 РФ. Способ определния потенциала противоэрозионной стойкости для талого почвогрунта с учетом инфильтрации / Максимов И.И., Сироткин В.М. - Опубл. 27.03.95, Бюл. № 9.

Максимов Иван Иванович

Прогноз эрозионных процессов, техника и технология для обработки

склоновых земель

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать19.11.1996 г. Формат 60x90/16. Гарнитура Тайме. Уч.печ.листов 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 110.

Редакционно-издательский отдел Чувашской ГСХА. 428000, г.Чебоксары,ул.К.Маркса,29, т.22-20-27.