Методические аспекты изучения эродируемости почв методом размыва

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведенные ранее экспериментальные исследования интенсивности смыва почв методом размыва образцов водным потоком на различном оборудовании (гидравлический лоток, струйная установка, гидродинамическая труба), как правило, сопровождались высокой вариабельностью результатов. Стремление ее снизить, привело к разработке нового горизонтального способа формирования образцов, отличающегося от предыдущего загрузкой образца через съемную боковую стенку кассеты, расположенной горизонтально. При этом послойная загрузка и уплотнение образца остались неизменными. Расположение слоев образца перпендикулярно по отношению к потоку, а не параллельно как прежде, позволило получить более однородное сопротивление образца смыву. Использование измерительного устройства “Посейдон”, разработанного для определения средней глубины волнового потока, дало возможность не только кратно увеличить число измерений интенсивности смыва в течение опыта (с 1 до 14–15), но и оценить качество подготовки образцов, что повысило точность и достоверность исследований. Установлено, что коэффициенты вариации эродируемости практически всегда были ниже при горизонтальной загрузке по сравнению с вертикальной как по повторностям варианта опыта, так и в опыте в целом, в среднем на 13 и 12% соответственно.

Об авторах

С. Ф. Краснов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Россия, Москва

А. В. Горобец

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Россия, Москва

О. Г. Бушуева

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: GorobetsAV@geogr.msu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Бастраков Г.В. Эрозионная устойчивость рельефа и противоэрозионная защита земель. Брянск: Изд-во БГПИ, 1994. 260 с.
  2. Бушуева О.Г., Горобец А.В., Добровольская Н.Г., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф. Экспериментальная оценка противоэрозионной стойкости агропочв лесостепи // Маккавеевские чтения – 2022. Сб. матер. М.: Географический факультет МГУ, 2023. С. 50–59.
  3. Горобец А.В., Краснов С.Ф., Митюхина Н.В., Бушуева О.Г. Использование электроконтактного уровнемера для определения отметки поверхности мелководных бурных потоков // Маккавеевские чтения – 2013. Сб. матер. М.: Географический факультет МГУ, 2014. С. 95–101.
  4. Кузнецов М.С. Противоэрозионная стойкость почв. М.: Изд-во МГУ, 1981. 135 с.
  5. Ларионов Г.А., Бушуева О.Г. Добровольская Н.Г., Кирюхина З.П., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф., Муракаев Р.Р. Определение гидрофизических параметров почвы в модели эрозии // Почвоведение. 2010. № 4. С. 488–494.
  6. Ларионов Г.А., Краснов С.Ф. Вероятностная модель размыва почв и связных грунтов // Почвоведение. 2000. № 2. С. 235–242.
  7. Ларионов Г.А., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф., Горобец А.В. Основы эрозии и оценка эродируемости почв (теория, эксперимент). М.: Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2022. 167 с.
  8. Ларионов Г.А., Краснов С. Ф., Литвин Л.Ф., Горобец А.В. Эродируемость почвы (факторы, теория, эксперименты) // Эрозия почв и русловые процессы. Тр. науч.-исслед. лаборатории эрозии почв и русловых процессов им. Н.И. Маккавеева. Вып. 22. М.: Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2022. С. 6–37.
  9. Ларионов Г.А., Краснов С.Ф., Литвин Л.Ф., Горобец А.В., Кобыльченко (Куксина) Л.В., Крючков Н.Р. Экспериментальная оценка механизма размыва в начальной стадии формирования оврага // Геоморфология и палеогеография. 2023. Т. 54. № 2. С. 97–104. https://doi.org/10.31857/S2949178923010085
  10. Лисецкий Ф.Н., Светличный А.А., Черный С.Г. Современные проблемы эрозиоведения. Белгород: Константа, 2012. 456 с.
  11. Мирцхулава Ц.Е. Инженерные методы расчета и прогноза водной эрозии. М.: Колос, 1970. 240 с.
  12. Холодов В.А., Ярославцева Н.В. Агрегаты и органическое вещество почв восстанавливающихся ценозов. М.: ГЕОС, 2021. 120 с.
  13. Al-Madhhachi A.T., Fox G.A., Hanson G.J., Tyagi A.K., Bulut R. Mechanistic detachment rate model to predict soil erodibility due to fluvial and seepage forces // J. Hydraul. Eng. 2014. V. 140. P. 1–10. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000836
  14. Choo H., Zhao Q., Burns S.E., Sturm T.W., Hong S.H. Laboratory and theoretical evaluation of impact of packing density, particle shape, and uniformity coefficient on erodibility of coarse-grained soil particles // Earth Surf. Process. Landforms. 2020. V. 45. P. 1499–1509. https://doi.org/10.1002/esp.4825
  15. Crowley R.W., Robeck C., Thieke R.J. Computational modeling of bed material shear stresses in piston-type erosion rate testing devices // J. Hydraul. Eng. ASCE. 2014. V. 140. № 1. P. 24–34. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000797
  16. Foster G.R. Modeling the erosion process // Hydrologic Modeling of Small Watersheds. ASAE Monograph No. 5. ASAE, St. Joseph, MI. 1982. P. 297–380.
  17. Haddadchi A., Rose C.W., Olley J.M., Brooks A.P., McMahon J., Pietsch T. An alternative method for interpreting JET erosion test (JET) data: P. 2. Application // Earth Surf. Process. Landforms. 2017. V. 43. № 3. P. 743–754. https://doi.org/10.1002/esp.4270
  18. Hanson G.J., Cook K.R. Apparatus, test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ // Applied Engineering in Agriculture. American Society of Agricultural Engineers. 2004. V. 20. № 4. P. 455–462. https://doi.org/10.13031/2013.16492
  19. Hanson G.J., Hunt S.L. Lessons learned using laboratory JET method to measure soil erodibility of compacted soils // Appl. Eng. Agric. 2007. V. 23. № 3. P. 305–312. https://doi.org/10.13031/2013.22686
  20. Kimiaghalam N., Clark S.P., Ahmari H. An experimental study on the effects of physical, mechanical, and electrochemical properties of natural cohesive soils on critical shear stress and erosion rate // Int. J. Sediment Res. 2016. V. 31. № 1. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2015.01.001
  21. Knapen A., Poesen J., Govers G., Gyssels G., Nachtergaele J. Resistance of soils to concentrated flow erosion: A review // Earth-Science Reviews. 2007. V. 80. P. 75–109. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2006.08.001
  22. Li M., Liu Q., Zhang H., Wells R.R., Wang L., Geng J. Effects of antecedent soil moisture on rill erodibility and critical shear stress // Catena. 2022. V. 216. № 106356. P. 1−10. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106356
  23. Moragoda N., Kumar M., Cohen S. Representing the role of soil moisture on erosion resistance in sediment models: challenges and opportunities // Earth-Science Reviews. 2022. V. 229. № 104032. P. 1−16. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.104032
  24. Nearing M.A., Bradford J.M., Parker S.C. Soil detachment by shallow flow at low slopes // Soil Sci. Soc. Am. J. 1991. V. 55. № 2. P. 339–344. https://doi.org/10.2136/sssaj1991.03615995005500020006x
  25. Nguyen V.-N., Courivaud J.-R., Pinettes P., Souli H., Fleureau J.-M. Using an improved jet-erosion test to study the influence of soil parameters on the erosion of a silty soil // J. Hydraul. Eng. 2017. V. 143 (8). P. 04017018. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001305
  26. Song Y., Liu L., Yan P., Cao T. A review of soil erodibility in water and wind erosion research // J. Geogr. Sci. 2005. V. 15. № 2. P. 167–176. https://doi.org/10.1007/BF02872682
  27. Wan C.F., Fell R. Investigation of rate of erosion of soils in embankment dams // J. Geotech. Geoenviron. Eng. ASCE. 2004. V. 130. № 4. P. 373–380. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:4(373)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема кассетоприемника, оборудованного измерительным устройством: 1 – корпус кассетоприемника; 2 – крышка кассетоприемника; 3 – кассета с почвенным образцом 4; 5 – проставка; 6 – плунжер; 7 – уплотняющая резиновая прокладка; 8 – сальник подающего винта 9; 10 – датчик сигнала (герконовый выключатель), закрепленный на крышке кассетоприемника; 11 – миниатюрный магнит на ручке 12 подающего винта.

Скачать (274KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость интенсивности размыва почвенных образцов от их влажности при скорости потока в гидродинамической трубе 1.2 м/с: 1 – агрочернозем при вертикальной загрузке; 2 – агрочернозем при горизонтальной загрузке; 3 – агросерая почва при горизонтальной загрузке.

Скачать (319KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Устройство приспособления для горизонтального формирования почвенного образца: 1 – кассета со снятой боковой стенкой 2; 3 – корпус устройства с прижимным винтом 4; 5 – прижимная пластина; 6 – технологический вкладыш; 7 – проставка; 8 – 1-й, уплотненный слой почвы; 9 – надставка; 10 – уплотняющий стержень.

Скачать (703KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема расположения слоев, сформированных модельных образцов почвы, по отношению к водного потоку при вертикальном (a) и горизонтальном (b) направлениях загрузки: 1 – кассета; 2 – проставка; 3 – слои почвенных агрегатов; 4 – съемная боковая стенка кассеты.

Скачать (226KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость интенсивности смыва агросерой почвы от скорости водного потока при вертикальном (a) и горизонтальном (b) направлениях загрузки образцов.

Скачать (502KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024