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

Логіко-математична модель поверхневого змиву грунту Г.І. Швебса. Базова модель

Логіко-математична модель поверхневого змиву грунту була розроблена Г.І. Швебсом і в найбільш повному вигляді опублікована в 1974 р. (Швебс, 1974). В основу логіко-математичної моделі було покладено припущення про те, що кількість схилових наносів у будь-якому створі визначається сполученням умов водовіддачі, наносоутворення і транспортувальної здатності потоку по всій тій частині схилу, яка знаходиться вище цього створу. При цьому роль різних ділянок схилу буде тим меншою, чим вище вони знаходяться від облікового створу. Найбільш повно ця особливість викладена в генетичній формулі рідкого стоку (Великанов, 1964). За аналогією з генетичною формулою рідкого стоку автором моделі було прийнято, що сумарний стік наносів за дощ є:

Логіко-математична модель поверхневого змиву грунту Г.І. Швебса. Базова модель (5.12)

де εi – середня за час схилового добігання інтенсивність наносоутворення;
γн – об'ємна маса грунту;
Т – час стоку;
kp' – коефіцієнт розмірності.

При цьому прийнято, що при незначних змінах по довжині схилу умов наносоутворення добуток γнε може бути замінений на добуток h і ρ, де h – інтенсивність водовіддачі, ρ – каламутність потоку, з урахуванням функції впливу рельєфу Ф(L, І).

В остаточному вигляді розрахунковий вираз для середнього багаторічного модуля зливового змиву грунту (т/га) у літньо-осінній період у базовому варіанті логіко-математичної моделі має вигляд:

розрахунковий вираз для середнього багаторічного модуля зливового змиву грунту (т/га) у літньо-осінній період (5.13)

де Wл-о – середнє багаторічне значення середнього для схилу модуля змиву грунту за літньо-осінній період, т/га/рік;
jR – показник відносної змиваємості грунту, який визначається з урахуванням її еродованості (див. п. 4.4.2);
т1 – параметр формули швидкості, що враховує гідравлічну шорсткість поверхні грунту;
λр – параметр, що характеризує протиерозійні властивості рослинності;
Ф(L,І) – функція рельєфу, де L – довжина схилу, м, І – середній ухил схилу, ‰;
КГМ – середньобагаторічне значення річних сум (річна норма) гідрометеорологічного фактора зливового змиву грунту.

Експериментальне вивчення впливу рельєфу на змив грунту та узагальнення численних матеріалів інших дослідників (отриманих, у першу чергу, у США) дозволили авторові моделі одержати вираз для рельєфної функції у вигляді монотонно зростаючої функції довжини і середнього ухилу схилу:

Ф(І, L)= Іт0L0,5. (5.14)

Показник ступеня при ухилі т0 у рельєфній функції (5.14) залежить від ерозійної стійкості поверхні і змінюється від 0,7 для лісу, пасовища і цілини до 1,3-1,5 для обробленої поверхні без рослинності (Швебс, 1974, 1981).

В основу обрахування середніх багаторічних значень річних сум гідрометеорологічного фактора зливового змиву грунту ∑KГМ покладений вираз гідрометеорологічного фактора для окремого змивоутворюючого дощу у вигляді:

вираз гідрометеорологічного фактора для окремого змивоутворюючого дощу (5.15)

де kГМ – значення гідрометеорологічного фактора зливового змиву грунту для окремого дощу;
хзм – змивоутворююча сума опадів;
хст – сума опадів за час перевищення інтенсивності опадів змивоутворюючої інтенсивності плюс 15 хвилин, тобто за час стокоутворення (Δtст);
А – коефіцієнт, що характеризує грунтозахисний вплив рослинності;
N – кількість змивоутворюючих злив за ерозійно-небезпечний період року.

Змивоутворююча сума опадів у (5.15) розраховується за формулою:

Змивоутворююча сума опадів (5.16)

де rj – інтенсивність опадів, мм/хв; 
rзмj – змивоутворююча інтенсивність опадів – мінімальна інтенсивність дощу, при якій на схилі формується поверхневий стік, здатний до ерозійного руйнування грунту, мм/хв.;
М – кількість змивоутворюючих інтервалів дощу, тобто інтервалів, для яких rj - rзмj > 0.

Змивоутворююча інтенсивність опадів розраховується за формулою (4.4).

Значення відносної характеристики змиваємості jR для основних генетичних типів і підтипів грунтів Степу та Лісостепу України наведені в таблицях 4.7-4.8; значення параметрів m1 m0, λ, А наводяться в монографіях Г.І. Швебса (1974, 1981), а також у низці публікацій у періодичних виданнях. Річна норма гідрометеорологічного фактора зливового змиву грунту, що грунтується на виразі гідрометеорологічного фактора для окремого дощу в редакції (5.15), наводиться в роботі (Игошин, 1984).

Для зимово-весняного періоду величину модуля змиву грунту Wз-в (т/га/рік) у базовій версії логіко-математичної моделі рекомендується визначати за рівнянням:

величина модуля змиву грунту (5.17)

де jр – часткова характеристика відносної змиваємості, що визначається з урахуванням еродованості грунту;
ΔХз – середньорічні _запаси води в снігу, що вивільнюються в результаті відлиг;
Хв.с. – середньорічні максимальні запаси перед весняним сніготаненням;
ηстз і ηств – середні коефіцієнти стоку, а λρз λρв – параметри, які враховують стан поверхні, відповідно, для зимових відлиг і весняного періоду;
Фв(L, І) – фактор рельєфу для зимово-весняного періоду, що відрізняється від фактора рельєфу для теплого періоду більш низькими значеннями показника ступеня при І;
Се – коефіцієнт, що характеризує вплив експозиції (див. п. 4.3.5).

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