Світличний О.О., Чорний С.Г.
Основи ерозієзнавства

Методи математичного моделювання, розрахунку і прогнозу ерозійних втрат грунту

Перші спроби кількісного опису впливу окремих факторів ерозії на інтенсивність змиву грунту та розробка формул розрахунку або прогнозу водної ерозії, які можна розглядати як перші математичні моделі водної ерозії, належать до другої половини тридцятих років минулого сторіччя. Це формули Я.В. Корнєва (1937),

Дж.Г. Ніїла (J.H. Neal) (1938), B.A. Казакова (1940) і А.У. Цинга (A.W. Zingg) (1940), що являли собою залежності витрати схилових наносів або середніх втрат грунту в розрахунку на одиницю площі від основних факторів – ухилу, довжини схилу та інтенсивності атмосферних опадів (або витрат поверхневого стікання).

У наш час у різних країнах світу розроблені десятки математичних моделей, що використовуються або рекомендуються до використання для розрахунку інтенсивності ерозійного руйнування грунту. Велика частка з них належить до категорії емпіричних формул змиву (або ерозійних втрат) грунту, отриманих на основі статистичної обробки даних спостережень за змивом грунту або на стаціонарних стокових майданчиках, або з використанням методу штучного дощування. Усі вони належать до категорії статичних детермінованих моделей (див. п. 2.2.3), проте розрізняються між собою, насамперед, за інформаційною забезпеченістю і ступенем використання апріорних (теоретичних) знань про процес, який моделюється. За останнім показником емпіричні моделі можна поділити на формально-статистичні, отримані в результаті обробки емпіричних даних на основі формально-статистичного підходу з використанням апарату множинної регресії, і фізико-статистичні, які відрізняються від моделей першого рівня, насамперед, прагненням до щонайбільш повного врахування теоретичних знань про процес ерозії. Деякі з моделей другої групи називають ще логіко-математичними.

Загальним недоліком усіх емпіричних моделей є їх «прив'язка» лише до того регіону, де були проведені спостереження, у межах яких і були отримані чисельні значення параметрів цих моделей. Тому застосування емпіричних моделей в інших природно-господарських умовах, відмінних від тих, для яких вони були розроблені, пов'язане з необхідністю проведення відповідного обгрунтування.

Найбільш відомою з формально-статистичних моделей в Україні є математико-статистична модель, яка була розроблена в Українському науково-дослідному інституті захисту грунтів від ерозії (УкрНДІЗГЕ) (Лавровский и др., 1987), з фізико-статистичних – так зване «універсальне рівняння втрат грунту США», або рівняння Уїшмейєра – Сміта (1958, 1978, 1989), логіко-математична модель змиву грунту (Швебс, 1974; Світличний, 1995), формули І.К. Срібного (1977, 1993), Державного гідрологічного інституту (Инструкция., 1979) і Г.П. Сурмача (1979, 1985).

Другу велику групу ерозійних моделей складають теоретичні моделі ерозії, а в останні роки – моделі ерозії-акумуляції, які спираються на опис основних складових ерозійно-акумулятивного процесу з використанням диференціальних рівнянь нерозривності (балансу маси) і руху (балансу енергії). Як субмоделі в них, як правило, використовуються емпіричні формули інтерполяційного типу. Ці моделі іноді не зовсім справедливо називають гідромеханічними, тому що вони засновані на розв'язанні одновимірних, тобто гідравлічних рівнянь. В англомовній науковій літературі їх називають «фізично обгрунтованими (physically based)». Ступінь детальності і повноти опису окремих складових процесу в різних моделях, так само як і їхнє інформаційне забезпечення, досить різний. До найбільш відомих в Україні моделей даної групи належить модель (формула) Ц.Є. Мірцхулави (1970) та ерозійна модель Проекту прогнозу водної ерозії США (Water Erosion Prediction Project – WEPP) (Nearing et al., 1989). Заслуговують на увагу також моделі, які розробляються в Західній Європі – Лімбурзька модель грунтової ерозії (Limburg Soil Erosion Model – LISEM) (De Roo et al., 1994) та Європейська модель грунтової ерозії (European Soil Erosion Model – EUROSEM) (Morgan et al., 1994, 1998).

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом