Модель влагообмена для управления влагозапасами почвы при капельном орошении сада

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ПРОБЛЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЯАГООБМЕНА И УПРАВЛЕНИЯ ВЛАГОЗАПАСАМИ ПОЧВЫ С УЧЕТОМ ОСОБЕН* НОСТЕЙ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ
1.1. Система капельного орошения как объект управления
1.1.1. Сравнительный анализ технологии капельного орошения
1.1.2. Характеристика объекта исследования
1.2. Современное состояние вопроса управления влагозаласами почвы
1.2.1. Классификация способов управления поливами
1.2.2. Некоторые особенности регулирования ала-гообеспеченности плодовых культур
1.3. Прикладные модели водного режима агроэкосистем
1.3.1. Выбор метода изучения водного режима почвы
1.3.2. Моделирование влагообмена в почве для условий локального увлажнения
1.3.3. Подход к моделированию водопотребления при капельном орошении
1.3.4. Анализ моделей водопотребления агрофитоценоза, адаптированных к условиям капельного орошения
1.4. Основные требования к математическому обеспечению для решения задачи управления поливами при капельном орошении
5
10
10
10
14
20
20
30
32
33
36
44
46
50
*
ПРИКЛАДНАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛАГООБМЕНА ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ САДА
2.1. Модельные допущения на основе послойнобалансового динамического подхода
2.2. Количественное описание моделируемых факторов
2.2.1. Влагообмен в почве
2.2.2. Инфильтрация поливной воды
2.2.3. Микроклимат в орошаемом саду интенсивного типа
2.2.4. Подмодель водопотребления сада при капельном орошении
2.3. Элементы информационного обеспечения модели
2.3.1. Дискретизация пространства в корнеобитаемой зоне
2.3.2. Параметризация аппрокеимационных зависимостей гидрофизических характеристик почвы
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ НА ЭВМ
3.1. Программный продукт для постановки численных экспериментов
3.1.1. Обоснование целесообразности разработки системы имитационного моделирования
3.1.2. Принципы разработки, структура и эксплуатационные характеристики системы имитационного моделирования влагообмена
3.2. Результаты исследования модели
3.2.1. Чувствительность модели к пространственной и временной дискретизации
3.2.2. Идентификация модели по данным полевого эксперимента для условий Молдавской ССР
состояние приземного слоя воздуха, микроклимат в растительном покрове (РП) и почвенные процессы. Одна из основных целей функционирования СКО - на фоне принятой агротехнологии в условиях ограниченных ресурсов создание благоприятных условий для стабильного формирования максимального урожая заданного качества, а также исключение вредных воздействий на снижение плодородия почвы и загрязнения водного бассейна. Важнейшими компонентами МО создавоемой системы управления КО являются модель влагообме-на в агрофитоценозе и алгоритм принятия решения о поливах.
Для нормального протекания продукционного процесса сельскохозяйственных культур необходимо непрерывное водопотребление, ресурсы для которого в основном складываются из атмосферных осадков и оросительной влаги. Приток дождевой воды на поле носит дискретный характер, заключающийся в чередовании дождей различной интенсивности с сухими периодами. Технология КО предусматривает дискретную водопод&чу, динамика которой определяется графиком полива и производительностью водовыпусков. В связи с тем, что временные зависимости водопотребления и приходной части водного баланса не совпадают, между растениями и источниками воды должен находиться аккумулирующий буфер, функции которого выполняет активный слой почвы благодаря своим водоудержи-ващим свойствам. Накопление воды в поверхностном сдое почвы обуславливает физическое испарение, которое с точки зрения ирригационных мероприятий может рассматриваться как бесполезная потеря ресурсов. Тешим образом, динамика влагозапасов почвы определяется в основном тремя внешними воздействиями: метеусловкя-ми, состоянием растений и орошением, из которых управляемое -только третье.
В последнее время получает распространение идея практичес-
ки непрерывного орошения растений малыми полившви нормами с целью поддержания влагообеспеченности посевов легкодоступной влагой в оптимальном диапазоне путем непрерывного компенсировав
ход к орошению оказывается оправданным с физиологической точки зрения и целесообразным с технической, так как ведет к рассредоточению поливного тока воды и снижению материалоемкости гидравлической сети Г58 I .
Сложность задачи управления влагозапасами почвы обусловлена; в первую очередь чрезвычайной сложностью объекта управления — агрофитоценоза с СКО. Многообразные физические процессы влаго-обмена, включающие водоподачу, инфильтрацию в почву, трехмерный влагоперенос в почвенных горизонтах, испарение с поверхности грунта, переходят в физиологические процессы усвоения влаги растениями путем ее корневого впитывания и транспорта к листьям, где механизм устьичной регуляции определяет транспирационную способность посева. Параллельно и взаимосвязано с влагоперено-оом протекает многофазовый продукционный процесс формирования урожая. Как физические, так и физиологические процессы чрезвычайно чувствительны к состоянию окружающей среды, которое характеризуется полифакторностью, причем действие факторов внеш-
логические параметры хорошо поддаются измерению, но не существует достаточно надежных методов их прогнозирования.
Агрофитоценоз как объект управления следует отнести к нелинейным системам с распределенными параметрами. Его поведение, в общем случае, определяют нестационарные параметры, так как характер реакции на воздействие внешней среды изменяется со сменой фенофаз. Функции объекта проявляются в непрерывном стохасти-
ния расхода влаги на транспирацию и испарение £76J . Такой под-
ней среды не подчиняется принципу аддитивности