А. Уравнения водного баланса.

Общий водный баланс и балансы почвенных и грунтовых вод для территории, подлежащей мелиорации, в естественном состоянии (до орошения и ввода дренажа) характеризуются следующими уравнениями:

а) общий водный баланс

                   (1)

где:

- суммарное изменение запасов воды в границах рассматриваемой территории;

- приток поверхностных вод;

- отток поверхностных вод за пределы территории;

- приток грунтовых вод;

 - отток грунтовых вод;

А - атмосферные осадки за минусом поверхностного стока;

U - испарение поверхностных вод;

Тр - транспирация и испарение из почвы;

 ±р - вертикальный водообмен балансового слоя с глубокими подземными водами (подпитывание грунтовых вод напорными водами или перетекание грунтовых вод вниз);

б) баланс почвенных вод

                                       (2)

где:

- изменение запасов почвенных вод в грани­цах рассматриваемой территории; ±q  - вертикальный водообмен между почвенными и грунтовыми водами;

в) баланс грунтовых вод

                          (3)

где

DWгp - изменение запасов грунтовых вод в границах рассматриваемой территории.

Влагообмен между почвогрунтами зоны аэрации и грунтовыми водами при близком их залегании можно выразить:

где

А₁ - доля осадков, идущая на питание грунтовых вод;

Ег - подпитывание почвогрунтов зоны аэрации грунтовыми водами.

При наличии нисходящих токов, когда доля осадков, идущая на питание грунтовых вод (A₁),  превалирует над подпитыванием зоны аэрации грунтовыми водами (Ег), величина q является расходной статьей для почвенных вод-  знак минус в уравнении (2) и приходной статьей для грунтовых вод-знак плюс в уравнении (3). При наличии восходящих токов (Е_г>A₁) знак у величины q изменится на обратный и тогда эта величина будет расходной статьей для грунтовых вод - знак минус в уравнении (3) и приходной для почвенных вод - знак плюс в уравнении (2).

Водные балансы для территории с существующим оро­шением до строительства дренажа могут быть выражены сле­дующим образом:

а) общий водный баланс

                 (4)

Здесь В - водозабор в оросительную систему;

С - поверхностные сбросы оросительной воды с территории:

С=С_к+С_П ,

где 

С к ~ концевые сбросы из оросительных каналов;

Сп - сбросы с поверхности полей.

В уравнении (4)

Здесь

Ор- оросительные воды (нетто) с учетом промывного режима:

где 

Ор - оросительные воды (нетто), идущие на водопотребление с.-х. культурами;

DОр - объем воды, идущий на поддержание необходимого солевого режима;

Фк - фильтрационные потери оросительной воды из каналов;

б) баланс почвенных вод

;                                      (5)

в) баланс грунтовых вод
                                         (6).

Влагообмен между почвогрунтами зоны аэрации и грунтовыми водами при близком их залегании можно выразить:

При наличии нисходящих токов () величина q- является расходной статьей для почвенных вод - знак минус в уравнении (5) и приходной статьей для грунтовых вод - знак плюс в уравнении (6). При наличии восходящих

токов () знак у величины q в уравнениях (5) и (6) изменится на обратный.

Водные балансы, для орошаемой территории при наличии дренажа, могут бытъ выражены следующим образом:

а) общий водный баланс

       (7)

где:

D - сброс по коллекторно-дренажной сети за пределы территории;

б) баланс почвенных вод выражается уравнением (5);

в) баланс грунтовых вод

                (8)

Анализ величины q в уравнении (8) следует произво­дить аналогично уравнениям (5) и (6).

Из приведенных водобалансовых уравнений определяют нагрузку на дренаж и ее составные элементы, что является основой для выбора схемы размещения дренажа и расчета его параметров.

При расчете на среднемноголетние условия (DW=0) из(7) и (8) нагрузка на дренаж может быть определена следу­ющим образом:

                 (9)

или

                  (10)

Следует иметь в виду, что составляющие водного баланса  и р после ввода в действие дренажа будут отличаться от их значений в естественных условиях. В частности, при действии дренажа приток грунтовых вод всегда увеличивается, а отток уменьшается.

Анализ составляющих элементов в уравнениях (9) и (10) позволяет наиболее рационально разместить дренаж на массиве.

Так, при значительной величине поверхностного притока на мелиорируемую территорию со стороны его целесообразно перехватывать нагорными каналами. Тогда в водном балансе поверхностный приток () будет равен нулю.

В зависимости от конкретных условий уравнения водного баланса упрощаются. В частности, при расположении мелиорируемой территории на водоразделе можно принять  ; на засоленных землях, характеризующихся, как правило, слабой отточностью, можно принять  ; при отсутствии напорного подпитывания балансового слоя подземными водами следует принимать р=0; при высокой технике полива СгЮ; при применении закрытых оросительных систем значительно уменьшается Фк •

Определить потери на фильтрацию из оросительных каналов можно натурными наблюдениями или гидродинамическими расчетами. Приближенно эту, величину можно определить по формуле

                                   (11)

где:

h - коэффициент полезного действия системы; для современных инженерных оросительных систем  h= 0,8-0,9;

Ор - оросительная норма (нетто).

Величину суммарного испарения определяют согласно рекомендациям.

Значение величин () можно находить аналитическими методами, моделированием и другими способами.

Объем воды DОр , необходимый для поддержания проектного солевого режима, определяется расчетом в зависимости от водно-физических свойств почвогрунтов, минерализации грунтовой и поливной воды, глубины грунтовых вод, допустимого содержания солей в корнеобитаемом слое.

Б. Уравнения солевого баланса

Общий солевой баланс и частные балансы для территории, подлежащей мелиорации в естественном состоянии (до орошения и ввода дренажа), можно выразить следующими уравнениями:

а) общий солевой баланс

             (12)

где:

DS - суммарное изменение запасов солей в границах рассматриваемой территории;

 - поступление солей с поверхностными водами;

 - вынос солей поверхностными водами;

Sп - поступление солей с притекающими грунтовыми водами;

 - вынос солей с оттоком грунтовых вод за пределы территории;

Sр - поступление и вынос солей при вертикальном водообмене с глубокими подземными водами (подпитывание напорными водами или переток грунтовых вод вниз под местный водоупор);

S_A - поступление солей с осадками;

б) баланс солей в зоне аэрации

                               (13)

где:

 - изменение запасов солей в зоне аэрации;

S_q, - поступление и вынос солей при вертикальном водообмене между почвенными и грунтовыми водами;

 - перенос солей за счет диффузии;

в) баланс солей грунтовых вод

                    (14)

где:

- изменение запасов солей в грунтовых водах в границах рассматриваемой территории.

Солеобмен между почвогрунтами зоны аэрации и грунтовыми водами при близком их залегании можно выразить:

где:

 - поступление солей с долей воды, идущей на питание грунтовых вод;

 - поступление солей в зону аэрации за счет подпитывания из грунтовых вод.

Направление одного из процессов: засоления восходящими токами, равновесия, устойчивого рассоления нисходящими токами, характеризуется величиной S_q .

При наличии нисходящих токов, когда объем солей, поступающих в грунтовые воды с осадками (), превалирует над поступлением солей в зону аэрации из грунтовых вод (), величина S_q является расходной статьей для зоны аэрации - знак минус в уравнении (13) и приходной статьей для грунтовых вод - знак плюс в уравнении (14). При наличии восходящих токов (>) знак у величины S_q изменяется на обратный и тогда эта величина будет расходной статьей для грунтовых вод - знак минус в уравнении (14) и приходной статьей для зоны аэрации - знак плюс в уравнении (13).

Солевые балансы для территории с существующим орошением до строительства дренажа:

а) общий солевой баланс

                        (15)

где:

S_B - поступление солей с оросительными водами;

S_C - вынос солей с поверхностными сбросами оросительной воды;

б) баланс солей в зоне аэрации

                               (16)

где:

- поступление солей с оросительными водами;

в) баланс солей грунтовых вод

                 (17)

где:

- поступление солей в грунтовые воды с фильтрационными потерями из оросительных каналов.

Солеобмен между почвогрунтами зоны аэрации с грунтовыми водами при близком их залегании можно выразить:

где:

- поступление солей в грунтовые воды с объемом оросительной воды, идущей на поддержание необходимого солевого режима.

При наличии нисходящих токов () величина S_q является расходной статьей для зоны аэрации - знак минус в уравнении (16) и приходной статьей для грунтовых вод - знак плюс в уравнении (17). При наличии восходящих токов () знак у величины S_q в уравне­ниях (16) и (17) изменяется на обратный.

Солевые балансы для орошаемых территорий при наличии дренажа:

а) общий солевой баланс

                    (18)

где:

 - вынос солей с дренажными водами;

б) баланс солей в зоне аэрации выражается уравнением (16);

в) баланс солей грунтовых вод

                        (19)

Анализ величины S_q в уравнении (19) следует производить аналогично уравнениям (16) и (17).

Анализ составляющих солевых балансов позволяет оценить источники поступления солей и наметить мероприятия по их изменению.