Ввод исходной информации для программы WASTR2

Общие исходные данные:

1строка: текстовая информация о решаемой задаче (шифр,

наименование объекта и др.), всего не более 80 символов, включая пробелы;

2строка: целые и переменные определяющие число узлов сетки и режимы расчета

KX -. число узлов разностной сетки по координате (Kx), Kx<50;

KS - число литологических слоев в области расчета (Ks ), Ks<10;

KJ - число узлов, в которых заданы исходные эпюры (KJ ), KJ<50

MR - признак, определяющий режим расчета, может принимать следующие значения:

MR=+1 («водно-солевой» режим) - расчет перераспределения компонент на ряд заданных интервалов с изменяющейся интенсивностью потоков на верхней границе;

MR=+2 («промывка») - расчет ведется с шагом (T0) по времени до тех пор, пока средняя концентрация солей в заданном слое (HKOР) не станет меньше допустимой (СДОП);

на верхней границе задана интенсивность дождевания или, напор воды, время промывки вычисляется;

MHW- признак, определяющий вводимую эпюру для уравнения влагопереноса, может принимать 2 значения:

MHW=+1 - в качестве исходных вводятся значения потенциала H, м;

MHW=+2 - в качестве исходных вводятся значения объемной влажности W;

MPF - признак расчета параметров основной гидрофизической характеристики ОГХ, может принимать два значения:

MPF=+0 - параметры ОГХ (hk*, W0) и Wппв, Wz вводятся;

MPF=+1 – параметры ОГХ (hk*, W0) и Wппв, Wz

рассчитываются программой по механическому и микроагрегатному составу для каждого литологического слоя;

G2 - признак нижнего краевого условия, может принимать следующие значения:

G2 = +1 - условия 1-го рода на нижней границе, моделируется заданный потенциал;

G2 = +2 - условие 2-го рода на нижней границе, моделируется заданный лоток;

G2=+3 - условие 3-го рода на нижней границе, моделируется отток при работе горизонтального дренажа (при этом MD>0);

G2=+4 - условие 3-го рода, моделирующее свободное гравитационное стенание влаги при глубоких грунтовых водах;

MD - признак задания параметров горизонтального дренажа, может принимать следующие значения:

MD=+0 - дренажа нет, параметры не задаются;

MD=+1 - дренаж в однородном пласте, подстилаемом водоупором;

MD=+2 - дренаж в верхнем слое двухслойной толщи;

MC - признак расчета солевого режима, может принимать следующие значения:

MC=+0 - солевой режим не рассчитывается, уравнение солепереноса в расчетах не участвует;

MC=+1 - солевой режим рассчитывается;

MGP- признак размерности исходных концентраций, может принимать следующие значения:

MGP=+0 - исходные концентрации солей вводятся в г/л;

MGP=+1- исходные концентрации солей вводятся в %,

3 строка: - координаты узлов разностной сетки (Xi, м) и признаки печати результатов в узлах ( NPi ). Если Npi=0, то вывод в узле на печать не производится, если Npi=1 -производится вывод на печать в соответствующем узле Xi, за которым стоит значение Npi, i=1,…,Kx.

4 строка: HJ(J), J=1,…,Kj - координаты узлов, в которых определены исходные эпюры, м;

На одной строке до 12 значений HJ .

5 строке: - заполняется KS строк, воднофизические и гидрохимические характеристики профиля;

HS - верхняя граница каждого литологического слоя в области расчета [0,L], м; HS(1) = 0;

пор - пористость слоя ( m ) доли 1;

ПВ - полная влагоемкость слоя (Wп), объемные доли;

ППВ - предельно-полевая влагоемкость слоя (Wппв), объемные доли;

BЗ - влажность завядания слоя (Wz), объемные доли;

МГ - максимальная гигроскопичность слоя (влажность, при которой прекращается движение влаги – W0), объемные доли;

КФ - коэффициент фильтрации слоя ( K0 ), м/сут;

HK* -«условная» высота капиллярного поднятия (hk*), м;

G - объемная масса скелета почвы (g), гУсм³;

NKW - показатель степени в формуле влагопроводности С.Ф. Аверьянова (Nkw);

NU - резервный параметр (NU = 0);

LMD - параметр гидродинамической дисперсии солей (l*), м;

TEKCT -буквенное наименование слоя.

При MPF=1 параметры ППВ, ВЗ, МГ, HK* пересчитываются по механическому и микроагрегатному составу слоя и выводятся на печать независимо от того, какие их значения были введены.

6 строка: - при MPF=1 заполняется KS строк с механическим (1-я строка, %) и микроагрегатяым (2-я строка, % ) составами слоев в диапазонах: 1-3; 0,5-1; 0,25-0,5; 0,10-0,25; 0,05-0,10; 0,01-0,05; 0,005-0,01;

0,001-0,005; < 0,001 мм. При MPF=0 – 6 строка пропускаются.

7 строка - исходная эпюра для уравнения влагопереноса;

при MHW = 1 вводятся значения потенциала H(м) в узлах HJ;

при MHW= 2 вводятся значения объемной влажности в узлах HJ.

В одной строке до 12 значений H или W.

8 строка: - исходная эпюра для уравнения солепереноса ( C ) вводится при MC = 1 (при MC = 0 – 8 стрка пропускается):

при MGP=0 значения концентраций вводятся в г/л;

при mgp =1 значения концентраций вводятся в %;

в одной строке набивается до 12 значений C.

9 строка: - параметры горизонтального дренажа, вводятся при MD = 1 или 2 (при MD = 0 – 9 строка пропускается):

B - междренное расстояние, м;

DДР - приведенный диаметр дрены, м;

HДР -глубина заложения дренажа, м;

TB - мощность слоя от поверхности земли до водоупора при однослойной геофильтрационной схеме (MD=1) или до подстилающего слоя при двухслойной схеме (MD = 2), м;

КФ- средний коэффициент фильтрации слоя TB; считается, что дрена заложена в этом слое, м/сут;

PH - проводимость подстилающего, слоя, м2/сут (при MD=2; РН =0 при MD = 1);

10 строка - дата, от которой начинается расчет

D - число;

M - месяц;

Г - год;

11 строка: - имеет две различные формы:

При MR = 2 «промывка»):

G1 - признак способа промывки ( G1 =1 - затоплением, G1 = 2 -дождеванием);

QДЖ - слой воды на поверхности, м (при G1=1) или интенсивность дождевания, м/сут (при G1=2);

H2 - значения нижнего краевого условия:

при G2=1 H2 - потенциал на нижней границе, м;

при G2=2 Н2 - поток на низшей границе ( H2 > 0 - приток, H2<0 - отток, H2=0 - водоупор или равенство притока и оттока, м/сут);

при G2=3 H2 - дополнительные потоки на нижней границе, влияющие на УГВ при работе дренажа (фильтрационые потери из каналов, напорные питание - со знаком плюс; переток через разделяющие слои, отток - со знаком минус, м/сут;

при G2=4 Н2=0;

СР - концентрация солей в промывной воде, г/л;

CДОП - средняя концентрация солей, до которой надо опреснять

заданный слой, %;

НКОР- глубина опресняемого слоя, м.

При NR=2 11строка - последняя.

При MR=1 (водно-солевой режим) вводртся:

NПЕР - число периодов в году (NПЕР < 50);

KE - код сельскохозяйственной культуры (KE=0 – корневой системы нет, KE=1 - кукуруза, KE=2 -подсолнечник, 3 – озимая пшеница, 4 – яровая пшеница, 5 – свекла, 6 – люцерна, 7 – картофель, 8 – томаты, 9 – яблоня, 10 – виноград, 11- хлопчатник.

Параметры G1, WMAX, WMIN, QДЖ, CДОП имеют значение для расчета только если в 12 строке значения LR=1.

G1 - признак техники полива (G1 = 1 - поверхностный полив, G2 = 2 - полив дождеванием);

WMAX - верхний предел увлажнения слоя НКОР при поливе, объемные доли;

WMIN - нижний предел иссушения слоя НКОР при поливе, объемные доли;

QДЖ - слой воды при поверхностном поливе (G1= 1, при поливе по бороздам QДЖ =-0,2 м) или интенсивность дождевания (G2 = 2), м/сут;

СР - концентрация солей в поливной воде, г/л;

СДОП - допустимая концентрация солей в слое НКОР, %;

TДР - число дней работы дренажа в году, сут (параметр необходим для вычисления интенсивности нагрузки на дренаж при его работе).

NДОП – минимально допустимая поливная норма, м3/га (если NДОП < 50, то полагается NДОП = 3000).

12 строка:- при MR=1 вводится NПЕР строк 12 по одной на

каждый интервал времени расчетного года.

KP - признак печати (0 - печати эпюр на данный интервал времени нет; 1 - печатаются эпюры в узлах X , где NP=1);

LR - признак расчета режима орошения на данный период (при

LR = 0 - режим орошения не рассчитывается;

при. LR = 1 - режим орошения рассчитывается, т.е., если на какой-то момент времени средняя влажность Wср в слое HКОР станет меньше WMIN или средняя минерализация перового раствора Cср станет выше 10g·Cдоп/WMIN то автоматически назначается полив, который будет продолжаться пока не выполнятся условия Wcp > WMAX и Cср £ 10g·Cдоп/WMAX норма полива вычисляется.

T0 - продолжительность расчетного интервала времени, сут;

ECM - суммарное испарение за период Т0, м3/га;

FTP - доля транспирации от суммарного испарения, доли 1;

ОС -осадки за период Т0 , м3/га;

NП - поливная норма за период T0, м3/га (при LR = 1 полагается NП = 0 и, наоборот, при NП>0, LR =0);

HKOP - глубина корневой системы (при расчете отбора влаги корнями растений) и глубина слоя, в котором контролируется , влажность и засоление (при расчете режима орошения LR = 1);

H2 - значения нижнего краевого условия на пориод (см. 11 строку

при MR = 2).

После ввода 12 строки в количестве NПЕР штук вводится 11 строка на следующий год расчета (со своими параметрами), затем снова группа 12 строк и т.д. пока в 11 строке значение NПЕР > 0 (всего не, более 24 раз). Если 11 строка - пустая, т.е. NПЕР = 0, то программа заканчивает работу. В году должно быть не более 25 поливов.

Вывод информации на печать

Все вводимые данные выводятся на печать. При MR = 1 каждый расчетный период выводится его номер, дата на конец периода, время от начала периода ( TV ), транспирация за время TV ( TRAN ), время суммарное от начала расчетного года (STV), транспирация за время STV (STRAN, м3/га), границы зон полного и неполного водонасыщения (УГВ или верховодки, точки, где Р = 0). При значении параметра KP = 1 на конец периода выдаются массивы:

координата Х в точках, где NP =1

потенциал Н, м;

давление (капиллярный потенциал) P , м;

влажность W, объемные доли;

скорость на момент времени VT, V, м3/сут;

поток влаги через сечение X за время TV, Q(TV), м3/га

поток влаги через сечение Х за время STV ,Q(STV) м3/га

концентрация солей C в г/л и %;

средние в слое [0,X] влажность W и концентрации

солей C в г/л и %;

влагозапасы SW в слое [0,X] и их изменение DW по сравнению с предыдущим периодом, м3/га;

солезапаоы SC в слое [0,X] и их изменение DC по сравнению c предыдущим периодом, т/га;

Если на расчетный период LR = 1 (режим орошения рассчитывается) происходит назначение полива, то внутри интервала печатается дата назначения полива, эпюры перед поливом (при KP = 1), поливная норма NП (м3/га) с учетом промывного режима, дата окончания полива и эпюры после полива (при КР = 1).

В конце каждого расчетного года на печать выводятся:

таблица режима орошения (номер, дата и норма полива), оросительная норма;

таблица статей водного баланса (м3/га) .включающая: влагозапасы начальные (SW0); осадки за вычетом поверхностного стока ( Ос ); оросительную норму (МОР); испарение физическое ( ЕФ ); транспирацию ( ТР ); поток через нижнюю границу (Q2); влагозапасы конечные, рассчитанные из уравнения водного баланса ( SWR = SW0+OC+MOP-EФ-TP-Q2 ); влагозапасы конечные, полученные в результате расчета ( swf ); навязку счета ( DW=SWR-SWF ); относительную погрешность (100· DW/SWF, %). При моделировании работы дренажа ( G2=3) дополнительно печатаются: фильтрационные потери (ФК); нагрузка на дренаж (Q2+ФК ); интенсивность нагрузки ((Q2+ФК)/(10000·TДР)), м/сут; средневзвешенный за год уровень грунтовых вод.

При MC = 1 печатается таблица статей солевого баланса (т/га):

солезапасы начальные ( SC0 ); количество солей, пришедших с оросительной водой ( SMOp ); поток солей через нижниюю границу ( SQ2 ); солезапасы конечные, рассчитанные по уравнению солевого баланса (SCR=SC0+SMOP-SQ2); солезапасы конечные, полученные в результате расчета (SCF ); навязка счета (DC=SCR-SCF); относительная погрешность (100·DC/SCF, %),

В конце расчета печатаются оcредненные оросительные нормы, интенсивность нагрузки на дренаж (при G2=3) и уровень грунтовых вод (при G2 = 3).

При MR = 2 (промывка) печать эпюр идет с заданным интервалом времени T0 ; в конца расчета печатается промывная норма нетто ( Q , м3/га) и эпюры влажности и засоления во всех узлах сетки.

Последняя запись, выводимая на печать: КОНЕЦ РАСЧЕТА. Программа WASTR2 требует 120 Кб памяти, состоит из головной программы (WASTR2) и 33 подпрограмм:

1. SETX01 ввод исходной сетки Х, вычисление расчетных шагов, ввод координат HJ;

2. VWFGH1 - ввод, расчет и аппроксимация на сетке послойных водно-физических и гидрохимических характеристик;

3. ZASLR1 - подпрограмма аппроксимации исходных эпюр;

4. ISHFP1 - ввод исходных эпюр и формирование рабочих массивов;

5. GRAND2 - ввод параметров дренажа и расчет оттока в дренаж;

6. VGUS01 - ввод и формирование краевых условий;

7.-I3. ZPF01, PER1,SUBOU1,SUBPF1,DWM, CPF1, DTV расчет основной гидрофизической характеристики (ОГХ) по механическому и микроагрегатному составам (составлены к.т.н. А.М.Зейлигером);

14. CRZPF1 - критерий для аппроксимации ОГХ аналитической формулой;

15. YRAND1 - случайный поиск минимума функции многих переменных (программа В.Б.Митрофанова);

16. VFIL01 - вычисление скоростей влагопереноса и

фильтрации;

17. POTN5 - вычисление P(W), W(P), ¶w¤¶p;

18 . FKW01 - вычисление влагопроводности;

19. TRAN01 - вычисление источников отбора влаги корнями;

20. FKOR01 - выбор функции корневой системы;

21. RESC01 - решение уравнения солепереноса;

22. RESH01 - решение уравнения влагопереноса;

23. YPROG1 - метод прогонки;

24. POLN01 - назначение и расчет поливных норм;

25. SRMU01 - вычисление средних за ряд лет оросительных норм, нагрузки на дренаж, УГВ;

26. ZONA01 - расчет границ верховодок и УГВ;

27. ZAPW01 - расчет влаго запасов;

28. WSR01 - расчет средней влажности;

29. GLPR01 - перевод концентрации из г/л в % и обратно;

30. WSBAL1 – водно - солевые балансы;

31. DAT01 - расчет даты по номеру дня;

32. CONDT1 - контроль исходной сетки;

33. WRIT01 - печать результатов.

Программные прерывания:

1. Если WMAX<WMIN + 0,01 печатается данное сообщение и программа прекращает выполнение;

2. Если, 0,1*CP*WMAX/G(1) > СДОП печатается сообщение «ОПРЕСНЕНИЕ НЕВОЗМОЖНО ВВВДУ БОЛЬШОЙ СР» программа прекращает выполнение;

3. Если при LR = 1 получится TV >T0 + 2 или при MR = 2 получится TV> IOOO, то печатаются эти сообщения и текст «НЕ ИДЕТ УВЛАЖНЕНИЕ ИЛИ ПРОМЫВКА» и в первом случае программа переходит на расчет следующего интервала времени, а во втором случае заканчивает выполнение; подобная ситуация возникает при .длительных поливах и промывках, когда увлажнение или рассоле-ние не достигается либо в результате неверно заданных пределов увлажнения, расселения, недостаточной интенсивности дождевания, либо в результате отсутствия отточности при промывке;

4. Если значения X или HJ или HS следуют не в порядке возрастания, печатается соответствующее сообщение с указанием параметра и номера значения и программа прекращает выполнение;

5. Если значения ПВ > ПОР, или ППВ > ПВ, или ВЗ > ППВ, или МГ > ВЗ, печатается сообщение и программа прекращает выполнение;

6. Если при задании параметров дренажа ТВ £ НДР, или КФ £ 0, или DDP £ 0, или при МД = 2, РН £ 0, .то печатается сообщение и программа прекращает выполнение.; если при G2 = 3 не заданы параметры дренажа (МД = 0), печатается сообщение и выполнение прекращается;

7. Если при задании в качестве начальных значений влажности W < МГ для соответствующего слоя, печатается сообщение и выполнение прекращается.

Расчет на один год (365 сут.) на ЭВМ с разбивкой на 15 узлов по глубине и 10 интервалов времени в году занимает 2-3 мин. машинного времени в зависимости от того назначается

ли режим орошения и число поливов.

5. Рекомендации по проведению расчетов на ЭВМ

Расчетная глубина L выбирается из соображений возможности задания нижнего краевого условия и должна включать наиболее интересующую нас область, но не слишком превосходить ее, чтобы уменьшить время расчета.

При близком залегании УГВ и наличии горизонтального дренажа L равна или немного больше глубины заложения дренажа, на нижней границе задается условие 3-го рода (G2 = 3). Если дренаж отсутствует, то задается условие 2-го рода (10) (G2 = 2). Значение потока Q2(z) (идентификатор Н2 в 12 строке определяется из гидрогеологических условий: интенсивность напорного питания, перетока через нижележащие слои или боковых притоков и оттоков). При глубоких грунтовых водах, если нас интересует воя зона аэрации или ставится задача прогноза подъема УГВ, расчетная глубина принимается или до водоупора или немного ниже существующего УГВ. На нижней границе ставится условие 2-го рода ( G2=2 ). При глубоких грунтовых водах, если их подъемы до нижней границы расчетного слоя за прогнозное время не происходит, можно ставить краевое условие (II), моделирующее свободное гравитационное отекание (G2= 4). Область [0,L] разбивается сеткой. В однородной области рекомендуется неравномерная сетка с координатами: 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,75; 2,0; 2,25; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 5,0 м и т.д. На нижней границе сетку рекомендуется сгущать..Например, если L = 4,0 м, то берем узлы до 3,5 м аналогично и вводим дополнительный узел ни глубине 3,75 м. Если область [0,L] включает несколько литологических слоев, рекомендуется для повышения точности узлы располагать так, чтобы в каждый слой попало не менее 2-х узлов и. узлы на границе слоев располагать на расстоянии 0,01 м по обе стороны границы. Например, граница двух слоев находится на глубине 1,0 м. Для удобства задаем HS =0,99. Граничные узлы располагаем на глубинах 0,98 м (попадает в верхний слой) и 1,00 м (попадает в нижний слой).

Затем готовятся данные о воднофизических и гидрохимических свойствах почвогрунта по литологическим слоям, попадающим в область расчета (рекомендуется выделять пахотный горизонт,

даже если зона однородна). Экспериментальные зависимости P(W) и K(W) аппроксимируются формулами (13) и (14) и находятся параметры hk*, W0, Nkw (для этого можно использовать программы APW01, AKW01 ). Если экспериментальных данных нет, то параметры (hk*, W0) можно принять по таблице 1. Параметр Nkw рекомендуется подбирать по экспериментальным данным о перераспределении влажности после полива. Для этого моделируется полив при известной поливной норме при различных значениях Nkw. Полученные значения расчетных эпюр влажности сравниваются с экспериментальной эпюрой по наилучшему совпадению выбирается соответствующее Nkw. его значение влияет на расчетную эпюру влажности следующим образом: увеличение Nkw уменьшает глубину промачивания при одновременном увеличении влажности, т.е. фронт промачивания более «крутой», при больших Nkw, чем при малых. При расчете Р ( W ) по механическому и микроагрегатному составам (при HPF = 1) рекомендуется принимать Nkw по верхнему пределу, если они берутся из табл. 1.

Значения полной влагоемкости Wп ~0,9…0,95m, где m - пористость. Параметр гидродисперсии ( l* ) определяется по данным о промывке монолитов, площадок или в зависимости от мехсостава для иона Cl` (рис, 2).

После выбора параметров уравнений весь расчетный период разбивается по годам (по 365 сут.), а каждый год на интервалы T0i (i£5,0). На каждый интервал задаются суммарное испарение ( ЕСМ ), осадки ( ОС ), поливная норма ( NП ), доля транспирации (FTP), глубина корневой системы ( НКОР ), нижнее краевое ( Н2 ). Если режим орошения задан, то разбиение на интервалы рекомендуется типа: полив, перерыв, полив, перерыв и т.д. При этом можно заплавать поливную норму нетто, тогда на период полива Uc=Oc=0. Если режим орошения рассчитывается (LR=1), то рекомендуется в вегетационный период помесячное или подекадное разбиение. Во вневегетационный период можно разбивку делать более крупную. Зимнее снеготаяние и влагозарядочные поливы задаются отдельно. Долю транспирации рекомендуется в начале вегетации задавать 0,5, постепенно увеличивая до 0,8-1,0 в конце вегетации. Даже если растения нет

(пар), то рекомендуется фиктивно его вводить. При расчете режима орошеяия величина получаемых поливных норм примерно

Nn~(Wmax-Wmin)·Hkop·10000 м3/га. В начальные периоды рекомендуется увеличивать Нkop-, чтобы получаемые нормы не были слишком малыми и поливы назначались не очень часто.

В качестве начальных условий для уравнения влаголереноса можно задавать влажность (причем в зоне полного насыщения она полагается равной полной влагоемкости соответствующего слоя). При близком УГВ можно задавать равновесную эпюру через потенциал: например при УГВ = 2 м задается значение потенциала (H) на всех глубинах HJ равным Н = -2 м.

При расчетах могут возникать обои и расбалансы влаги и солей в случае, если происходит сильное иссушение расчетного слоя, значение Н < -50 м. Это может быть вследствие задания высокого испарения или оттока, т.е. реальные свободные влагозапасы в поверхностных слоях меньше задаваемого их отбора.