Прогноз солевого баланса
По данным послойного опробования для каждого участка строится график изменения концентрации солей с глубиной (рис. 2). Для этого на оси абсцисс откладывается сухой остаток, а по оси ординат— глубина от зеркала грунтовых вод. Графики разбиваются линиями, параллельными оси абсцисс, на интервалы глубин. Выбор интервалов произвольный. Нами принят интервал в 1 м.
Планиметрированием определяется запас солей в каждом выделенном интервале, и для каждого участка опробования строится кривая зависимости суммарного содержания солей от мощности водонасыщенной толщи. Построение заключается в следующем. По оси абсцисс откладывается глубина от зеркала грунтовых вод и наносятся границы выделенных интервалов. Из точки, соответствующей нижней границе первого от зеркала грунтовых вод интервала, откладывается по оси ординат запас солей в этом интервале. Из точки, соответствующей нижней границе второго интервала, откладывается по оси ординат сумма солей в первом и во втором интервале и т. д.; из точки, соответствующей нижней границе какого-либо интервала, откладывается по оси ординат сумма солей этого и всех расположенных выше интервалов. Полученные точки соединяются кривой, проходящей через начало координат, соответствующее зеркалу грунтовых вод.
Для удобства пользования полученной кривой по оси абсцисс откладывается мощность водонасыщенной толщи, приведенная к слою воды (Н). Для этого мощность водонасыщенной толщи умножается на величину, где — полная влагоемкость в долях единицы (весовая) ; шн — максимальная гигроскопическая влажность — «не растворяющий объем» — в долях единицы (весовая); б — объемный вес.
Для условий нижне-Донской оросительной системы величина (а'о— т н) Ь принята равной в среднем 0,3. По полученным кривым АЛ = / (Я), как среднее, можно определить поступление солей от грунтовых вод на всей территории, если известен водный баланс.
Рассмотрим пример прогноза солевого баланса для. конкретных уело-вий Нижне-Донской оросительной системы. Исходными данными могут служить элементы прогнозируемого нами водного баланса территории на 1956 и 1957 гг. (табл. 4).
Чтобы определить приращение запаса солей в зоне аэрации, достаточно знать избыточный над инфильтрацией расход грунтовых вод на испарение и транспирацию (С?). Последний определится из выражения (обозначения см. в табл. 4) и составит в 1956 г. 163 мм, а в 1957 г.— 198 мм.
По рис. 3 получим, что в 1956 г. от грунтовых вод в зону аэрации поступит в среднем 19 т солей на 1 га.
Для того чтобы определить поступление солей от грунтовых вод в 1957 г., следует сложить значения (2 для 1956 и 1957 гг. Полученной сумме в 361 мм по рис. 3 соответствует в среднем 33,3 г/га. Следовательно, в 1957 г. в зону аэрации от грунтовых вод поступит 14,3 т/га (33,3— 19,0).
Несколько сложнее определить поступление солей с грунтовыми водами в толщу определенной мощности, захватывающую и верхние слои грунтовых вод. В этом случае искомая величина определится с учетом колебаний среднего уровня грунтовых вод за расчетный период. В общем виде она может быть получена из выражений, где Ай — поступление солей в расчетную толщу с грунтовыми водами; ф — избыточный над инфильтрацией расход грунтовых вод на испарение и транспирацию, представленный набегающим со времени опробования итогом на конец периода; (20 — избыточный над инфильтрацией расход грунтовых вод на испарение и транспирацию, представленный набегающим итогом со времени опробования до начала периода: кх — превышение среднего уровня грунтовых вод над подошвой расчетной толщи в начале периода в мм; И2 — превышение среднего уровня грунтовых вод над подошвой расчетной толщи в конце периода в мм (остальные обозначения см. выше).
Положив мощность расчетной толщи равной 3 ж, а среднюю глубину залегания грунтовых вод равной 2,5 м, получим.
Из выражения (7) на рис. 3 получаем, что в 1957 г. в толщу мощностью в 3 м поступит с грунтовыми водами в среднем около 12,6 т/га солей.
Анализ кривых на рис. 3 показывает, что с каждым, следующим за 1957 г. поступление солей в трехметровую толщу и приращение их запаса в зоне аэрации будут непрерывно уменьшаться. Уменьшение это будет иметь место и в том случае, если расход грунтовых вод на испарение и транспирацию несколько превысит норму 1957 г.
Эта закономерность представляет большой практический интерес с точки зрения прогноза солевого баланса. Так, можно уверенно прогнозировать, что на той части территории Нижне-Донской оросительной системы, где почво-грунты были незасоленными или слабозасоленными, в ближайшие пять-шесть лет сильного засоления не произойдет. Связано это с тем, что запас солей, содержащихся в верхней пяти-шестиметровой водо-насыщенной толще, в пределах которой грунтовые воды обладают повышенной минерализацией, недостаточен, чтобы вызвать сильное засоление зоны аэрации. Как правило, запас растворенных солей в этой толще не превышает 70—100 т/га.
Выводы
1. Послойное опробование грунтовых вод, проведенное на территории Нижне-Донской оросительной системы летом 1956 г., показало:
а. В пределах верхнего трех-пяти метрового слоя грунтовых вод имело место уменьшение минерализации с глубиной. Уменьшалась концентрация всех ионов, исключая ион НСО^. Концентрация последнего или почти не менялась, или увеличивалась с глубиной.
б. На целинных и богарных землях градиент концентрации солей в верхнем 1,5—3-метровом слое грунтовых вод составил в среднем 6,6 г/л на 1 м (крайние значения 3,2—11,2 г/л на 1м). На участках, в отдельные годы орошавшихся, градиент концентрации солей в верхнем трех-четырехметровом слое грунтовых вод составил в среднем 2,2 г/л на 1 м (крайние значения 0,61—4,75 г/л на 1 ж).
2. Для прогноза приращения запаса солей в зоне аэрации и в толще определенной мощности, включающей и водонасыщенные почво-грунты, необходимо построить графики зависимости суммарного содержания солей от мощности водонасыщенной толщи породы, приведенной к слою воды. Известный избыточный над инфильтрацией расход грунтовых вод на испарение и транспирацию позволяет определить по такому графику соответствующее этому расходу приращение запаса солей.