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

Математико-статистична модель ерозійних втрат грунту при зливових опадах УкрНДІЗГЕ

Математико-статистична модель ерозійних втрат грунту при зливових опадах розроблена в колишньому УкрНДІЗГЕ під керівництвом А.В. Лавровського на основі обробки даних штучного дощування грунтів у різних природно-сільськогосподарських районах України, а також узагальнення матеріалів досліджень низки авторів у колишньому СРСР і за кордоном. Модельний вираз має такий вигляд (Справочник., 1990):

АR = 10-3 · ХE 2,7 · (5,0 - 0,04Хc – 0,1Хh + 0,1Хсс) · Хα · Хri · Хof · Хр, (5.3)

де АR – величина втрат грунту за період, що розглядається, т/га;
ХЕ – середньозважена сумарна кінетична енергія ерозійної частини зливових опадів за цей період, кДж/м2;
Хc – вміст фізичної глини (суми частинок менше 0,01 мм), %;
Xh – вміст гумусу, %;
Хсс – вміст карбонатів (СаСО3), %;
Хα – ухил, градуси;
Хri – фактор рельєфу, який враховує вплив форми схилу (прямої, випуклої та увігнутої), експозиції (за чотирма румбами) і відношення довжини схилу (L) до його ширини (В);
Хof– відкритість агрофону, %;
Хр – фактор ефективності протиерозійних заходів.

Середньозважену кінетичну енергію злив за період, що розглядається (декада, місяць, теплий період року, ротація сівозміни тощо) ХЕ у моделі пропонується визначати підсумовуванням зважених за імовірністю значень енергії добових максимумів опадів:

Середньозважена кінетична енергія злив (5.4)

де Е1, Е2, …, Еп – кінетична енергія зливових дощів, кДж/м2,
F1, F2, …, Fп імовірності випадання, %.

Для визначення енергії окремих злив запропонована емпірична формула

E = 23,1r0,21, (5.5)

де r – середня інтенсивність ерозійної частини зливи, мм/хв.

У таблицях 5.1 і 5.2 наведені значення кліматичного параметра ХE2,7 розрахованого авторами моделі для різного шару одиничних опадів, а також значення цього показника за теплий період року при різній річній сумі опадів.

Таблиця 5.1. Величини параметра ХE2,7 для різного шару одиничних зливових опадів (Справочник., 1990)
Шар опадів за дощ, ммЗначення параметраШар опадів за дощ, ммЗначення параметраШар опадів за дощ, ммЗначення параметра
10 0,2 50 6,5 90 35
20 0,6 60 10,0 100 46
30 2,0 70 16,0 120 70
40 3,5 80 25,0 150 100
Таблиця 5.2. Величини параметра ХE2,7 за теплий період року при різній річній сумі опадів (Справочник., 1990)
Річна сума опадів, мм 500 600 700 800 900 1000
Значення параметру ХE2,7 6,0 8,0 10.0 12,0 14,0 15,0

З цих таблиць видно, що кліматичний параметр математико-статистичної моделі монотонно зростає зі збільшенням суми опадів і за окремий дощ, і за рік. З цього закономірно випливає, що просторовий розподіл норми кліматичного параметра моделі в межах території України близький до зонального розподілу загальної кількості опадів (рис. 5.1). Але відомо, що просторовий розподіл видатних злив, які визначають ерозійний потенціал опадів, не відповідає розподілу річних сум атмосферних опадів. Зокрема, найбільші в межах України значення добових максимумів опадів однопроцентної забезпеченості (тобто, повторюваності 1 раз за 100 років) спостерігаються на півдні лісостепової – півночі степової зон у межах Подільської, Придніпровської і Донецької височин, де саме і знаходиться пояс максимальної ерозії (Швебс, 1974).

Просторовий розподіл норми кліматичного параметра для теплого періоду року
Рис. 5.1. Просторовий розподіл норми кліматичного параметра для теплого періоду року (Справочник., 1990)

Рельєфні умови в моделі враховуються за допомогою середньозваженого ухилу схилу (Хα) і комплексного рельєфного фактора (Хri), що враховує форму схилу і його експозицію. Останній заданий у вигляді таблиць (табл. 5.3-5.5), у яких як параметр бере участь відношення довжини схилу (L, м) до ширини ділянки (В, м). Звертає на себе увагу той факт, що в моделі зовсім не враховується вплив на інтенсивність змиву грунту довжини схилу.

Таблиця 5.3. Величина Хri для прямого схилу (Справочник., 1990)
ЕкспозиціяВідношення L/B
0,51,02,04,06,08,010,0
Північна 1,20 1,15 1,08 1,03 0,99 0,95 0,92
Східна 1,12 1,09 1,01 0,97 0,93 0,89 0,87
Західна 1,14 1,10 1,03 0,98 0,94 0,90 0,88
Південна 1,07 1,03 0,97 0,92 0,88 0,85 0,83
Таблиця 5.4. Величина Хri для випуклого схилу (Справочник., 1990)
ЕкспозиціяВідношення L/B
0,51,02,04,06,08,010,0
Північна 1,44 1,38 1,30 1,23 1,19 1,14 1,10
Східна 1,35 1,31 1,21 1,16 1,11 1,07 1,04
Західна 1,37 1,32 1,23 1,17 1,13 1,08 1,05
Південна 1,25 1,24 1,16 1,10 1,06 1,02 0,99
Таблиця 5.5. Величина Хri для увігнутого схилу (Справочник., 1990)
ЕкспозиціяВідношення L/B
0,51,02,04,06,08,010,0
Північна 1,02 0,98 0,92 0,87 0,84 0,81 0,78
Східна 0,95 0,93 0,86 0,82 0,79 0,81 0,78
Західна 0,97 0,94 0,87 0,83 0,80 0,77 0,75
Південна 0,91 0,88 0,82 0,78 0,75 0,73 0,71

Параметр Xof (відкритість агрофону) задається за фізико-географічними зонами України (Степ, Лісостеп, Полісся) у вигляді графіків для основних груп сільськогосподарських культур:

  1. багаторічні трави;
  2. озимі колосові;
  3. ярові колосові;
  4. просапні високостеблові (кукурудза, соняшник);
  5. просапні низькорослі (цукровий буряк, кормовий буряк та ін.) і двох способів основного обробку грунту – полицевого і грунтозахисного.

Графіки наведені в довіднику з грунтозахисного землеробства (Справочник., 1990).

Таблиця 5.6. Значення параметра Хр для грунтоохоронних заходів (за (Справочник., 1990) зі скороченнями)
Грунтоохоронний західВідкритість фону, %Крутизна схилів, °Хр
Контурно-смугове розміщення культур 1-3
3-5
5-7
0,15
0,25
0,40
Щілювання міжрядь просапних культур 0,50-0,60
Буферні трав'яні смуги
  • по полицевому зябу
  • по стерновому фону
1-3
3-5
1-3
0,45
0,50
0,35
Буферні трав'яні смуги в міжряддях саду
  • у кожному міжрядді
  • через одне міжряддя
3-5



0,20
0,35
Проміжні посіви 40
30
20
0,50
0,35
0,15

Зазначимо, що формально-статистичні моделі, безумовно, мають право на існування. Однак сфера застосування кожної моделі обмежена тими природно-господарськими умовами, для яких вона була розроблена. Що стосується статистичних моделей, які грунтуються на даних штучного дощування невеликих майданчиків, то існують досить серйозні проблеми з екстраполяцією отриманих залежностей на реальні умови навіть у тих регіонах, у межах яких вони отримані.

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