Способ учета водной эрозии почвы



Способ учета водной эрозии почвы
Способ учета водной эрозии почвы

 


Владельцы патента RU 2467326:

Флесс Андрей Дмитриевич (RU)
Есафова Елена Николаевна (RU)
Егоров Юрий Валентинович (RU)
Бобков Алексей Викторович (RU)

Изобретение относится к сельскому хозяйству применительно к оценке эффективности противоэрозионных мероприятий. Способ включает измерение объема стока порциями при помощи качалки, отбор проб воды щелевым водоотделителем с коэффициентом водоотделения K1, измерение и анализ проб на содержание твердого осадка, причем сток из водоотделителя направляют в накопительную емкость в продолжении всего периода стока, а после его окончания накопленный объем взмучивают и повторно пропускают через качалку и водоотделитель с коэффициентом водоотделения К2, причем коэффициент К2 устанавливают с расчетом получения из накопленного объема одной окончательной пробы для анализа в виде средневзвешенной пробы при уменьшении объема стока, а результат анализа - вес твердого осадка, делят на произведение коэффициентов K1 и К2 и получают общий вес смытой почвы. Достигается повышение точности учета и упрощение смыва почвы. 1 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для учета водного стока и смыва почвы с опытного участка, например, для оценки эффективности противоэрозионных мероприятий. Для этого участок обваловывают, а в месте концентрации потока периодически определяют его интенсивность и отбирают пробы воды. Пробы фильтруют, на фильтрах собирается осадок, который сушится и взвешивается. Затем строят графики интенсивности стока и выноса твердой фазы почвы (1). Ливневые стоки отличаются внезапностью, интенсивностью и динамичностью. Это затрудняет работу наблюдателя и снижает надежность результатов. При быстрой динамике процесса его дискретное представление может быть неадекватным, кроме того, при ручном отборе проб не учитывается неоднородность потока. Крупные частицы движутся ближе ко дну, и необходимо отбирать средневзвешенную пробу из всего сечения русла. Также нужно отметить трудоемкость анализа многочисленных проб.

Указанные недостатки частично снимаются автоматизацией эксперимента. При этом учет стока и отбор проб не требуют присутствия наблюдателя. Например, при применении устройства по А.С. №922517, G01F 11/22, учет водного стока происходит порциями с помощью одноковшовой качалки (2). Выплеск из ковша качалки попадает на водоотделитель, который представляет собой щель между двумя параллельными пластинами. Коэффициент водоотделения пропорционален ширине щели. Достоинством качалки с водоотделителем является сохранение фракционного состава и процентного содержания осадка в ходе водоотделения независимо от интенсивности стока. Способ учета эрозии почвы с помощью этого устройства можно взять за прототип.

Недостатком применения указанного устройства является дискретный характер взятия проб в определенные моменты времени, что снижает точность определения смыва почвы. Велики трудозатраты на обработку и анализ собранных проб.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и упрощение учета смыва почвы.

Сущность изобретения заключается в том, что сток, отобранный водоотделителем, с коэффициентом деления K1 непрерывно подают в накопительную емкость достаточно большого объема. По окончании стока измеряют накопленный объем Vн и устанавливают коэффициент водоотделения , заменяют накопительную емкость емкостью для взятия окончательной пробы, воду с осадком в накопительной емкости взмучивают и повторно пропускают через качалку с водоотделителем. Измеряют объем полученной окончательной пробы Vкn, фильтруют ее и определяют вес сухого осадка на фильтре Рос. Окончательная проба является средней, отражающей в миниатюре весь произошедший сток. Объем окончательной пробы делят на произведение K1·К2 и получают величину полного объема стока. Вес осадка Рос также делят на произведение K1·К2 и получают вес смытой с участка почвы. Перед началом работ по предложенному способу необходимо определить зависимость коэффициента водоотделения от ширины щели в водоотделителе. Для этого наполняют ковш отмеренным объемом воды, опрокидывают его и собирают сток из водоотделителя. Делят объем полученного стока на объем воды в ковше и получают коэффициент водоотделения для данного размера щели. Затем меняют размеры щелей и повторяют эти операции. По полученным данным строят график указанной зависимости, который позволяет находить размер щели для требуемой величины коэффициента водоотделения. Прогнозируют возможный объем стока, учитывая метеоданные, размер стоковой площадки, свойства почвы и состояние пахотного слоя. Используют также предыдущий опыт. Выбирают первоначальную величину коэффициента K1 и устанавливают размер щели в водоотделителе. С запасом выбирают объем накопительной емкости. Устройство устанавливают в приемной части стоковой площадки.

Работа по предлагаемому способу иллюстрируется фиг.1.

Сток по желобу 1 подают в ковш качалки 2. Ковш, наполняясь, опрокидывается, отклоняясь на угол 90°, и сливает порцию воды на водоотделитель 3. Часть выплеска попадает в щель между стенками водоотделителя и ее направляют в накопительную емкость 4. С завершением стока измеряют объем воды в емкости 4 и изменяют коэффициент водоотделения, чтобы при пропуске накопленного объема получить объем окончательной пробы около 1 л. Указанная величина не требует строгого соблюдения, она лишь подходит для фильтровального оборудования. Емкость 4 заменяют на емкость 5. Затем воду с осадком в емкости 4 взмучивают и вручную выливают в желоб 1. Полученную пробу анализируют обычным образом, определяют ее объем и вес осадка. Для расчета общего объема стока и массы смытой почвы результаты, полученные от анализа пробы, делят на произведение коэффициентов водоотделения K1 и К2 в обеих операциях.

Пример - опыт с моделированием ливневого стока на большом гидрологическом лотке факультета Почвоведения МГУ. Лоток позволяет регулировать расход водного потока и дозировано вносить в него взвесь измельченной почвы, имитируя таким образом смыв в результате водной эрозии. Ливневые стоки носят быстротечный характер, длятся обычно не более часа-двух. Интенсивность смыва почвы зависит от предварительного увлажнения ее осадками и может достигать очень больших величин. После окончания ливня сила потока и смыв почвы постепенно уменьшаются. В модельном опыте максимальная интенсивность потока составляла 10 л/мин, мутность доходила до 7 г в литре воды.

Предварительно перед началом работы необходимо установить зависимость между коэффициентом водоотделения и шириной щели между стенками водоотделителя. Стенки выполнены из листового оцинкованного железа и стягиваются винтами, на которые надеты втулки, расположенные между стенками. Для практических целей удобнее знать зависимость коэффициента водоотделения от размера втулок. Были изготовлены наборы втулок разного размера и для каждого определен коэффициент водоотделения. Для этого ковш качалки наполнялся 5-ю литрами воды и опрокидывался. Собирался и измерялся сток после водоотделителя. Так повторялось три раза и определялась средняя величина коэффициента водоотделения для каждого типоразмера втулок. Результаты приведены в таблице.

Длина втулок, мм 28,2 20 14,1 10 7,5 5 3,5
Коэффициет водоотделения 0,13 0,093 0,066 0,047 0,037 0,021 0,015

График зависимости коэффициента водоотделения от длины втулок представляет собой прямую линию в логарифмическом масштабе. В дальнейшем графиком можно воспользоваться для того, чтобы определить размер втулок, соответствующий требуемому коэффициенту водоотделения. Перед началом работы оценивают возможный объем стока со стоковой площадки, устанавливают коэффициент водоотделения K1 и с запасом выбирают объем накопительной емкости. В опыте прогнозировался сток максимум в 300 л. Установлен коэффициент К1=0,047 (втулки 10 мм) и объем накопительной емкости 20 л. Опыт длился 1 ч 10 мин с переменной интенсивностью потока и изменением мутности подобно естественному ливневому стоку. За время опыта в накопительной емкости было собрано 12,76 л воды с осадком. Для получения окончательной пробы в 1 л требуется установить . Для этого по графику фиг.2 необходимы втулки размером 16,6 мм. Были составлены втулки из типоразмеров 10 и 5 мм и воспользовались шайбами толщиной 1,5 мм, в сумме 16,5 мм. Увеличили ширину щели в водоотделителе, взмутили объем воды в накопительной емкости и вылили ее в ковш качалки. После 3-х опрокидываний ковша собран объем окончательной пробы Vкn=0,99 л. Фильтрация пробы показала вес сухого остатка почвы Рос=2,65 г. Произведение коэффициентов водоотделения К1·К2=0,047·0,078=3,66·10-3. Деление объема окончательной пробы на произведение коэффициентов K1 и К2 дает общий объем стока . Деление веса осадка на произведение K1 и К2 дает вес смытой почвы: .

Данные с гидролотка:

Объем стока по водосчетчику составил 274 л.

Вес израсходованной почвы за опыт 795 г.

Объем стока по предложенному методу определен с ошибкой 1,5%.

Вес смытой почвы определен с ошибкой 9%, что является допустимым при полевых исследованиях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Методические рекомендации по учету поверхностного стока и смыва почвы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975 г.

2. Устройство для учета водного стока. Авт. свидетельство СССР №922517, G01F/11/22, 1982 г. Бюллетень изобретений №15.

Способ учета водной эрозии почвы, включающий измерение объема стока порциями при помощи качалки, отбор проб воды щелевым водоотделителем с коэффициентом водоотделения K1, измерение и анализ проб на содержание твердого осадка, отличающийся тем, что сток из водоотделителя направляют в накопительную емкость в продолжении всего периода стока, а после его окончания накопленный объем взмучивают и повторно пропускают через качалку и водоотделитель с коэффициентом водоотделения К2, причем коэффициент К2 устанавливают с расчетом получения из накопленного объема одной окончательной пробы для анализа в виде средневзвешенной пробы при уменьшении объема стока, а результат анализа - вес твердого осадка делят на произведение коэффициентов K1 и К2 и получают общий вес смытой почвы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к мелиорации. .

Изобретение относится к области медицины, ветеринарии, экологии. .
Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано при оценке экологической обстановки на территории при добыче полезных ископаемых.
Изобретение относится к области исследований параметров грунтов, а конкретней к способам определения коэффициента фильтрации плывунного грунта. .

Изобретение относится к области охраны почв и может быть использовано для определения потерь почвы при полевом обследовании земель, подверженных эрозии, в научных исследованиях и проектных разработках.

Изобретение относится к подземному строительству и предназначено для определения эффективных технологических параметров грунтовых колонн методом струйной технологии.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и рекультивации земель. .

Изобретение относится к устройствам для оценки потенциального плодородия почвы, ее водного режима. .

Изобретение относится к области измерительно-испытательной техники и направлено на обеспечение возможности исследования воздействия интенсификаторов на напряжение сдвига материалов и грунтов по поверхности сдвига при изменении угла взаимодействия грунта и поверхности сдвига, что обеспечивается за счет того, что сдвиговый стенд включает обойму со съемным кольцом для размещения образца грунта, пригрузочное приспособление, приводной механизм и поверхность наклонного стола, размещенную под обоймой.

Изобретение относится к приборам для определения деформаций и сил морозного пучения грунта в лабораторных условиях

Изобретение относится к химическим методам анализа почв и может быть использовано для прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийным экстрагентом

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды в нефтедобывающей промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано для определения углеводород-деградирующего потенциала почвенной микробиоты
Изобретение относится к области испытаний с-х машин, в частности для измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин и агрегатов, и может быть использовано для создания более точных и адекватных приборов
Изобретение относится к области биологии и может быть использовано при проведении химических анализов многокомпонентных веществ
Изобретение относится к области сельского хозяйства, экологии и может быть использовано для определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg
Изобретение относится к промышленной экологии, сельскому хозяйству, промышленному и гражданскому строительству
Изобретение относится к области почвоведения и предназначено для определения усредненной степени восстановленности торфяных почв

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб для анализа почвы
Наверх