Land Reclamation and Water Management (E-Journal)
Not a member yet
312 research outputs found
Sort by
THE IMPACT OF CLIMATE CHANGE ON EVAPORATION FROM THE RESERVOIRS OF THE SOUTHERN BUG BASIN
Get PDFThe article deals with the issue of assessing the level of flow regulation of the Southern Bug River Basin within Khmelnytskyi and Vinnytskyi regions. The Southern Bug River Basin is one of the most regulated river basins in Ukraine, with 17 % of reservoirs and 20 % of ponds of the total number in Ukraine. Many of them are in extremely poor condition. Overgrowth, siltation, and bank degradation in many small reservoirs have led to a significant reduction in their volume, an increase in the area of shallow water, disrupted soil nutrition, and caused intensive development of higher aquatic vegetation. Studies have shown that water losses to evaporation in the reservoirs of this basin amount to 25,6% of their total volume, or 50,2% of the useful volume. At the ponds, losses are much higher and amount to 66,7% of their total volume. In general, evaporation losses in the Southern Bug River (up to the border with Kirovohradskyi region) amount to 17,6% of its average annual value over the long-term observation period. A significant increase in evaporation from the water surface has been observed in recent decades, due to an increase in air temperature during the growing season. While in the very low-water years of the last century, evaporation losses of the Southern Bug amounted to 38,3% of the annual runoff, in 2020 they reached almost 70%. The greatest increase in evaporation is observed in the summer months, due to an increase in daily maximum air temperatures and the number of days with average daily air temperatures above 30 0C. To solve the problem of conservation and efficient use of water resources, it is necessary to introduce a comprehensive system of organizational and technical measures, including optimization of the number of reservoirs in river basins, taking into account the level of flow regulation and economic needs; increasing the volume of functioning reservoirs by clearing their l
Висвітлено питання щодо оцінки рівня зарегулювання стоку річок басейну Південного Бугу в межах Хмельницької та Вінницької областей. Басейн Південного Бугу є одним з найбільш зарегульованих річкових басейнів України, де знаходиться 17 % водосховищ і 20 % ставків від їх загальної кількості в Україні. Значна їх частина знаходиться у вкрай незадовільному стані. Заростання, замулення, деградація берегів на багатьох малих водоймах призвели до значного зменшення їхнього об’єму, збільшення площі мілководь, порушили умови грунтового живлення та спричинили інтенсивний розвиток вищої водної рослинності. Виконані дослідження показали, що на водосховищах зазначеного басейну втрати води на випарування становлять 25,6 % від їх повного сумарного об’єму, або 50,2 % від корисного. На ставках втрати значно вищі і становлять 66,7 % їхнього сумарного об’єму. У цілому втрати стоку Південного Бугу на випарування (до межі з Кіровоградською областю) становлять 17,6 % від його середньорічного значення за багаторічний період спостережень. Значне зростання випарування з водної поверхні спостерігається в останні десятиліття, що обумовлено підвищенням температури повітря у вегетаційний період. Якщо у дуже маловодні роки минулого століття втрати на випарування Південного Бугу становили 38,3 % річного стоку, то у 2020 році вони сягнули майже 70%. Найбільше зростання випарування спостерігається в літні місяці, що зумовлено зростанням добових максимумів температур повітря та кількості днів з середньодобовими температурами повітря понад 30 0С. Для вирішення проблеми збереження й ефективного використання водних ресурсів необхідне впровадження комплексної системи організаційних і технічних заходів, що включають оптимізацію чисельності водойм у басейнах річок з врахуванням рівня зарегулювання стоку та господарських потреб; збільшення об’єму функціонуючих водойм за рахунок розчищення їх ложа; ліквідацію мілких водойм, або зменшення площі їх мілководних ділянок; відновлення природних джерел живлення водойм; забезпечення нормальних умов роботи регулювальних споруд у відповідності з правилами їх експлуатації, а також впровадження системи заходів щодо покращення екологічного стану водойм.
 
ВОДНИЙ РЕЖИМ ҐРУНТУ І ВРОЖАЙНІСТЬ КАРТОПЛІ ЗА РІЗНИХ СПОСОБІВ ЗРОШЕННЯ В УМОВАХ ПОЛІССЯ УКРАЇНИ
No full textIn this scientific study, the parameters of irrigation regimes, evapotranspiration (ETc) values, and potato yields were experimentally determined depending on irrigation methods and water supply regimes. To conduct the study, a short-term (2023-2025) field experiment, analytical and statistical methods of experimental data processing were used. It has been proven that the method of laying irrigation pipelines for drip irrigation systems, the method of irrigation, and the water supply regime have a significant impact on evapotranspiration, soil water regime, and potato tuber yield in the Polissya region of Ukraine. Thus, the amount of evapotranspiration of plantings varied depending on the water regime: 2,20–2,51thousand m³/ha in non-irrigated conditions; 4,47–5,31 thousand m³/ha in the case of underground placement of irrigation pipelines (at a depth of 0,30 m), 4,72–5,61 thousand m³/ha for drip irrigation with periodic water supply, and 4,30–5,17 thousand m³/ha for drip irrigation with pulsed water supply. Under sprinkler irrigation, evapotranspiration was highest, ranging from 5,80 to 6,24 thousand m³/ha over the years of the study. It is natural that without irrigation, the lowest yield of marketable tubers was obtained – 43,4 t/ha, and the factor of "irrigation" in combination with fertigation increased this indicator by an average of 1,5 times – to 65,15 t/ha. The increase in tuber yield with drip irrigation with periodic and pulsed water supply was statistically significant: up to 66,4 t/ha and 70,4 t/ha, respectively. Under conditions of sprinkler and subsurface drip irrigation, 60,8 t/ha and 62,7 t/ha were obtained, respectively. The minimum specific irrigation water consumption was obtained with drip irrigation with a pulsed water supply mode – 67,6 m³/t, respectively. The highest water consumption coefficient was for sprinkler irrigation – 100,4 m³/t. Thus, when growing potatoes in the Polissya region of Ukraine, it is more expedient to use drip irrigation, preferably with a pulsed water supply mode, and in conditions of acute water shortage for irrigation, drip irrigation with underground installation of irrigation pipelines.У науковому дослідженні експериментально визначено параметри режимів зрошення, величини евапотранспірації (ЕТс) та врожайність картоплі залежно від способів зрошення та режиму водоподачі. З метою реалізації дослідження використано короткотерміновий (2023-2025 рр.) польовий дослід, аналітичні і статистичні методи обробки експериментальних даних. Доведено, що спосіб укладання поливних трубопроводів систем краплинного зрошення, спосіб зрошення та режим водоподачі достовірно впливають на евапотранспірацію, водний режим ґрунту та врожайність бульб картоплі в умовах Полісся України. Так, величина евапотранспірації насаджень варіювала залежно від водного режиму: 2,20–2,51 тис. м3/га у незрошуваних умовах; 4,47–5,31 тис. м3/га у разі внутрішньоґрунтового розміщення поливних трубопроводів (на глибині 0,30 м), 4,72–5,61 тис. м3/га за краплинного зрошення з періодичним режимом водоподачі та 4,30-5,17 тис. м3/га – за краплинного зрошення з імпульсним режимом водоподачі. За умови зрошення дощуванням евапотранспірація була найвищою і становила від 5,80-6,24 тис. м3/га за роками дослідження. Закономірно, що без зрошення отримано найнижчий рівень врожайності товарних бульб – 43,4 т/га, а фактор «зрошення» у поєднанні з фертигацією збільшував цей показник в середньому у 1,5 рази – до 65,15 т/га. Статистично достовірним було збільшення врожайності бульб за краплинного зрошення з періодичним та імпульсним режимом водоподачі: до 66,4 т/га і 70,4 т/га відповідно. За умов дощування та внутрішньоґрунтового краплинного зрошення отримано 60,8 т/га і 62,7 т/га відповідно. Мінімальні питомі витрати зрошувальної води отримано за реалізації варіанту краплинного зрошення з імпульсним режимом водоподачі – 67,6 м3/т відповідно. Найвищим коефіцієнт водоспоживання був для умов дощування – 100,4 м3/т. Таким чином, за вирощування картоплі в умовах Полісся України доцільніше впроваджувати краплинне зрошення, переважно – з імпульсним режимом водоподачі, а за умови гострого дефіциту водних ресурсів для зрошення – краплинне зрошення з внутрішньоґрунтовим укладанням поливних трубопроводів
ВПЛИВ ЗМІННИХ ПОГОДНИХ УМОВ НА ВРОЖАЙНІСТЬ ПОЛЬОВИХ КУЛЬТУР В ЛІВОБЕРЕЖНОМУ ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ
No full textDifferent weather conditions affect plant growth rates, nutrient mobility in the soil, photosynthesis intensity, and soil biota activity. Optimization of soil water-air and nutrient regimes through land reclamation makes it possible to significantly offset the negative effects of adverse weather conditions and increase the sustainability of agrophytocenosis productivity. However, in the conditions of "organic" farming in regions with a moisture deficit without sufficient water resources and mineral fertilizers, effective agricultural production is problematic. Establishing the patterns of the influence of moisture and heat conditions at certain stages of organogenesis is the theoretical basis for increasing the sustainability of agriculture, in particular when using only natural soil fertility and secondary biomass. The aim of the work was to establish the patterns of changes in the yield of field crops in different crop rotations depending on the dynamics of agrometeorological factors in conditions of insufficient moisture in the eastern Forest-Steppe of Ukraine and to assess the productivity potential of crops, taking into account the annually changing hydrothermal conditions in the system "organic" farming system without the use of mineral fertilizers. The assessment of changes in agrometeorological resources was carried out using mathematical and statistical analysis of ten-day indicators of heat supply (air temperature and precipitation) and field crop yields. Data from a 20-year stationary experiment were processed using correlation and computational-comparative analysis methods with systematic generalization. The most reliable key periods before vegetation and during organogenesis were established, when the relationship between weather conditions and crop yields manifests itself with a sufficient level of reliability. The proposed approach is based on the formation of statistical series of yield data (15–20 years) and corresponding decadal indicators of temperature and precipitation in the local area. It is recommended to first construct graphs of the dynamics of hydrothermal conditions in years with different yields to identify periods of the most obvious deviations, and then conduct a detailed search for mathematical dependencies of productivity on weather conditions.За різних погодних умов змінюються темпи розвитку рослин, рухомість елементів живлення у ґрунті, інтенсивність фотосинтезу та активність ґрунтової біоти. Оптимізація водно-повітряного і поживного режимів ґрунту через меліорації дає змогу значною мірою нівелювати негативну дію несприятливих погодних умов та підвищити сталість продуктивності агрофітоценозів. Однак в умовах «органічного» землеробства у регіонах з дефіцитом зволоження без достатніх водних ресурсів і мінеральних добрив ефективне аграрне виробництво є проблематичним. Встановлення закономірностей впливу умов зволоження і теплозабезпечення на окремих етапах органогенезу є теоретичною основою підвищення сталості землеробства, зокрема за використання лише природної родючості ґрунту та побічної біомаси. Метою роботи було встановлення закономірностей змін врожайності польових культур у різних сівозмінах залежно від динаміки агрометеорологічних факторів в умовах недостатнього зволоження східного Лісостепу України та оцінка потенціалу продуктивності посівів з урахуванням щорічно змінних гідротермічних умов у системі «органічного» землеробства без застосування мінеральних добрив. Оцінку змін агрометеорологічних ресурсів здійснювали методом математико-статистичного аналізу подекадних показників теплозабезпечення (температури повітря та опадів) і врожайності польових культур. Дані 20-річного стаціонарного досліду оброблялися методами кореляційного та розрахунково-порівняльного аналізу із системним узагальненням. Встановлено найбільш вірогідні ключові періоди до вегетації та під час органогенезу, коли залежності між погодними умовами та врожайністю проявляються з достатнім рівнем достовірності. Запропонований підхід ґрунтується на формуванні статистичних рядів урожайних даних (15–20 років) та відповідних подекадних показників температури і опадів на локальному просторі. Рекомендовано спочатку побудувати графіки динаміки гідротермічних умов у різні за врожайністю роки для виявлення періодів найочевидніших відхилень, а потім провести детальний пошук математичних залежностей продуктивності від погодних умов
ШЛЯХИ ПОКРАЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОЩУВАННЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР НА ДЕРНОВО-ПІДЗОЛИСТОМУ ҐРУНТІ
No full textThe article presents the results of field studies on the impact of mineral fertilizer, liming, application of sulfur-containing fertilizer and microelements on the yield and economic efficiency of growing crops on a sod-podzolic soil. The study was conducted in a stationary experiment of the Institute of Agriculture of Western Polissya in the following crop rotation: winter wheat, corn, spring barley, winter rapeseed. Limestone materials (dolomite and limestone flour) were applied in doses determined by the magnitude of hydrolytic acidity (Hh, mmol/100 g of soil) before the experiment was started, recommended doses of mineral fertilizers were applied to the crops annually, and foliar feeding with the micronutrient "Nutrivan Plus" was carried out. It has been established that the productivity of crops on this type of soil largely depends on the degree of its agrochemical conditions. The use of mineral fertilizer (NPK) alone provided limited yield increase, while the combination of fertilizers with liming with dolomite flour contributed to a significant increase in crop productivity. The highest yield (4,00 t/ha) and economic return (9,2 thousand UAH/ha) in winter wheat crop was ensured by the integrated use of NPK, dolomite flour (1.0 Hh), sulfur (S40), and micronutrient fertilizers. For corn and winter rapeseed, the highest yield (9.04 and 2,94 t/ha) and profit (29,2 and 33,5 thousand UAH/ha), respectively, were obtained with the application of 1,5 Hh CaMg(CO3)2. It has been proven that growing crops without fertilizer or only with NPK is economically unprofitable. The obtained results confirm the feasibility of using an integrated system of fertilization and land reclamation on acidic soils to ensure sustainable agricultural production.У статті представлено результати польових досліджень щодо впливу мінерального удобрення, вапнування, внесення сірковмісного добрива та мікроелементів на врожайність і економічну ефективність вирощування сільськогосподарських культур на дерново-підзолистому ґрунті. Дослід проведено у стаціонарному досліді Інституту сільського господарства Західного Полісся у сівозміні: пшениця озима, кукурудза, ячмінь ярий, ріпак озимий. Вапнякові матеріали (доломітове та вапнякове борошно) вносили у дозах визначених за величною гідролітичної кислотності (Нг, ммоль/100 г ґрунту) перед закладкою досліду, щорічно під культури вносили рекомендовані дози мінеральних добрив та проводили позакореневі підживлення мікродобривом «Нутріван плюс». Установлено, що продуктивність культур на цьому типі ґрунтів значною мірою залежить від ступеня його агрохімічного окультурення. Застосування лише мінерального удобрення (NPK) забезпечило обмежене зростання врожайності, тоді як поєднання добрив із вапнуванням доломітовим борошном сприяло достовірному підвищенню продуктивності культур. Найвищу врожайність (4,00 т/га) і економічну віддачу (9,2 тис. грн/га) у посівах пшениці озимої забезпечило комплексне застосування NPK, доломітового борошна (1,0 Нг), сірки (S40) та мікродобрива. Для кукурудзи та ріпаку озимого найбільшу урожайність (9,04 і 2,94 т/га) і прибуток (29,2 і 33,5 тис. грн/га) відповідно отримано за внесення 1,5 Нг СаMg(CO3)2. Доведено, що вирощування культур без удобрення або лише за фону NPK є економічно збитковим. Отримані результати підтверджують доцільність застосування інтегрованої системи удобрення й меліорації на кислих ґрунтах для забезпечення сталого агровиробництва
ПРОБЛЕМИ ТА НАПРЯМИ УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ ОЦІНКИ ВПЛИВУ КЛІМАТИЧНИХ РИЗИКІВ НА СТАЛІСТЬ ВЕДЕННЯ МЕЛІОРАТИВНОГО ЗЕМЛЕРОБСТВА
No full textGlobal climate change drives aridization and instability of soil-moisture conditions, which threatens sustainable development in agriculture and creates preconditions for accounting for these changes in the design of irrigation and drainage (land reclamation) systems and their operating regimes. Existing methods for designing irrigation and drainage often do not account for current climate trends (seasonal shifts, increased duration of rainless periods, changes in temperature regime), which creates a need for their systematic improvement. The article presents an approach to assessing the impact of climate risks on irrigated agriculture that integrates up-to-date indicators (moisture-supply deficit, reference evapotranspiration, crop coefficients, soil water-holding capacity and field capacity, the frequency and intensity of droughts, heat waves and precipitation intensity) with scenario analysis to forecast different moisture regimes under expected climate conditions. The concept of a methodology adapted to the regional diversity of Ukraine is outlined. For testing, pilot regions with contrasting climate-soil characteristics are proposed: the arid South, the moderately arid Center (periodic temperature stress, high inter-annual variability of precipitation), and the West, which is excessively humid in spring and slightly arid in summer (risks of waterlogging, the need for effective drainage at the beginning of the growing season and additional moisture supply during the rest of the period). A monitoring and validation program is proposed, including regular collection of meteorological data (daily temperatures, precipitation, radiation, wind, humidity), biometric indicators of plant growth and development (development stages, leaf-area indices, actual yield), soil characteristics (moisture, structure, nutrient content), as well as performance indicators of irrigation and drainage networks. Based on these data, crop coefficients and modelling parameters are refined, which makes it possible to perform hourly–daily calculations of water deficit, to develop adaptive irrigation and moisture-supply schedules, and to test SSP-based climate scenarios. The use of modern digital and automated tools (local weather stations, soil-moisture sensors, etc.) forms the basis for the digitalization of irrigation and water-regulation management in line with impact indicators. The improved methodology will make it possible to increase water-use efficiency in existing reclamation systems, incorporate updated climate parameters into new designs, reduce the vulnerability of agro-systems to droughts and other extreme weather events, minimize yield losses, and ensure production stability under climate change. An additional advantage is the possibility of ranking investment options according to economic efficiency indicators.Глобальна зміна клімату зумовлює аридизацію та нестабільність умов зволоження ґрунтів, що ставить під загрозу сталий розвиток у сільському господарстві, а також формує передумови щодо її врахування при проектуванні меліоративних систем та режимів. Існуючі методики проектування зрошення та дренажу часто не враховують поточні кліматичні тренди (зміщення сезонів, збільшення тривалості бездощових періодів, зміна температурного режиму), тому виникає потреба в їх системному удосконаленні. У статті представлено підхід до оцінки впливу кліматичних ризиків на зрошуване землеробство, який передбачає інтеграцію актуальних показників (дефіциту вологозабезпечення, еталонної евапотранспірації, коефіцієнтів культур, водоутримувальної здатності та вологоємності ґрунтів, частоти та інтенсивності посух, теплових хвиль і інтенсивності опадів) зі сценарним аналізом для прогнозування різних режимів зволоження відповідно до очікуваних кліматичних умов. Розкрито концепцію методики, адаптованої до регіонального різноманіття України. Для апробації запропоновано пілотні регіони з контрастними кліматично-ґрунтовими характеристиками: посушливий Південь, помірно посушливий Центр (періодичні температурні стреси, висока міжрічна мінливість опадів) та надмірно зволожений весною і легко посушливий влітку Захід (ризики перезволоження, потреба в ефективному дренажі на початку вегетації і додатковому зволоженні в решту часу ). Запропоновано програму моніторингу й валідації: регулярний збір метеоданих (добові температури, опади, радіація, вітер, вологість), біометричних показників росту та розвитку рослин (фази розвитку, показники листкової поверхні, фактична врожайність), характеристик ґрунтів (вологість, структура, вміст поживних речовин) а також показників роботи зрошувальних і дренажних мереж. На базі цих даних уточнюються коефіцієнти культур і параметри моделювання, що дає змогу здійснювати погодинно-добові розрахунки водного дефіциту, формувати адаптивні графіки поливів та зволоження і тестувати сценарії (SSP-сценарії). Використання сучасних цифрових та автоматизованих інструментів (локальні метеостанції та датчики ґрунтової вологи та ін.) закладає основу для цифровізації управління зрошенням та водорегулюванням залежно від індикаторів впливу. Удосконалена методика дозволить підвищити ефективність водокористування на існуючих меліоративних системах, врахувати оновлені кліматичні параметри при проектуванні, зменшити вразливість агросистем до посух та інших екстремальних погодних явищ, мінімізувати втрати врожайності та забезпечити стабільність виробництва в умовах зміни клімату. Окремою перевагою є можливість ранжування інвестицій за показниками економічної ефективності
ОЦІНКА ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ҐРУНТОВОЇ ГРЕБЛІ КРАСНОПАВЛІВСЬКОГО ВОДОСХОВИЩА
No full textDams and weirs of the reservoirs are objects of increased man-made hazard, which is due to the high probability of catastrophic flooding of territories and destruction as a result of their breakthroughs. The probability of technogenic accidents at reservoirs increases not only with exceeding the design operating lifespan, but also as a result of hostilities and climate changes, which lead to changes in the hydrological regime of surface and groundwater. According to the conducted research, it has been found out that monolithic reinforced concrete supports of the upper slopes of dams are particularly susceptible to destruction. This is primarily due to the destruction of temperature-deformation and structural joints of fastening structures, as well as the manifestation of chemical and mechanical suffosion. As a result, cavities form in the base of the earth dam body deck, which leads to subsidence and destruction of the deck, a decrease in the stability of the upper slope, and the manifestation of filtration processes. In order to assess the technical condition of the structural elements of the earth dam of the Krasnopavlivsk reservoir and determine the potential reserve of its operation, field surveys were conducted, which allowed assessing the stability of both the fastening structures and the earth dam body. The reservoir was put into operation in 1984 as a component of the hydroelectric facility of Dnipro–Donbas canal. It ensures the uninterrupted operation of the canal, and in case of emergencies it is used as a freshwater reservoir for water supply. The reservoir dam is made of soil. The upper slope is secured in the lower part with a stone cape, and in the upper part with monolithic reinforced concrete slabs. The bottom slope is secured with a layer of soil with grass seeding. To discharge the filtration water and drain it into an open drainage collector, tubular drainage and discharge wells are arranged. The dam's load characteristics are typical for the most reservoir dams in Ukraine. During the surveys, a set of diagnostic methods was used, including non-destructive examinations of the concrete cover of the upper slope reinforcement and assessment of its strength using a Schmidt hammer, georadar studies to determine cavities in the thickness of the underlying layer of the soil dam base under the concrete cover using a VIY5 600 georadar, as well as geodetic methods for measuring the geometric parameters of facilities’ structures and the consequences of the destruction of structural elements. According to the research materials, violations of the geometric parameters of the dam were noted, as well as the presence of deformation processes in the form of the subsidence of the dam crest in places where anomalous phenomena occurred. The effect of the destruction of the concrete cover on the stability of the earth dam, the manifestation of the activation of filtration processes accompanied by increased suffosion of the underlying layer of the base of the reinforcement, were noted.Греблі і дамби водосховищ відносяться до об’єктів підвищеної техногенної небезпеки, що зумовлено високою ймовірністю катастрофічного затоплення територій і руйнувань в результаті їх проривів. Ймовірність техногенних аварій на водосховищах зростає не лише із перевищенням проектних термінів експлуатації, але і внаслідок бойових дій та кліматичних змін, що призводять до зміни гідрологічного режиму поверхневих і підземних вод. За даними виконаних досліджень встановлено, що особливо піддаються руйнуванню монолітні залізобетонні кріплення верхових укосів гребель. Це, у першу чергу, пов’язано з руйнуванням температурно-деформаційних та конструктивних швів конструкцій кріплення, а також проявом хімічної та механічної суфозії. В результаті відбувається формуванням порожнин в основі кріплення тіла грунтової греблі, що призводить до просідання та руйнування кріплення, зменшення стійкості верхового укосу та проявлення фільтраційних процесів. З метою оцінки технічного стану конструктивних елементів грунтової греблі Краснопавлівського водосховища і встановлення потенційного резерву її експлуатації були проведені натурні обстеження, що дозволили оцінити стійкість як конструкцій кріплення, так і тіла грунтової греблі. Водосховище введене в експлуатацію у 1984 р, як складова частина гідровузла каналу Дніпро–Донбас. Воно забезпечує безперебійну роботу каналу, а у випадку аварійних ситуацій використовується як резервуар прісної води для водопостачання. Гребля водосховища грунтова. Верховий укіс у нижній частині закріплений кам’яним накидом, у верхній - монолітними залізобетонними плитами. Низовий укіс закріплений шаром ґрунту із посівом трав. Для розвантаження фільтраційних вод та відведення їх у відкритий дренажний колектор влаштовано трубчатий дренаж та розвантажувальні свердловини. Гребля в частині навантажень є характерною для більшості гребель водосховищ України. В ході виконання досліджень було використано комплекс діагностичних методів визначення , що включали неруйнівні обстеження бетонного покриття кріплення верхового укосу і оцінку його міцності із застосуванням молотка Шмідта, георадарні дослідження з визначення порожнин у товщі підстилаючого шару основи ґрунтової греблі під бетонним покриттям з використанням георадара VIY5 600, а також геодезичні методи вимірювання геометричних параметрів конструкцій споруд та наслідків руйнування конструктивних елементів. За матеріалами досліджень відмічено порушення геометричних параметрів греблі, наявність деформаційних процесів в частині просідання гребеня греблі в місцях проходження аномальних явищ. Відмічено вплив руйнування бетонного покриття на стійкість ґрунтової греблі, проявлення активізації фільтраційних процесів із супроводженням підвищеної суфозії підстилаючого шару основи кріплення
ДЕЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ОЦІНЮВАННЯ СТІЙКОСТІ ГІДРОТЕХНІЧНИХ СПОРУД З ВРАХУВАННЯМ АНІЗОТРОПІЇ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЇХ ҐРУНТОВИХ ОСНОВ
No full textThe processes that cause degradation of soil properties, decrease in their strength and increase in deformability was analized. Solving the problem of determining phase velocities and vectors of elastic displacements made it possible to establish the differential coefficient of elastic anisotropy of soils that form the basis of hydraulic structures. Experimental studies of soils, which are the basis of hydraulic structures, when using ultrasonic methods made it possible to determine the factors that cause the anisotropy of elastic waves. The most informative parameter of the anisotropy of soils, which are the basis of hydraulic structures,was established. The main indicators of the manifestation of azimuthal anisotropy of bulk elastic waves were determined. The study of samples of soil bases of hydraulic structures when using the invariant-polarization method made it possible to experimentally establish the type of anisotropy and determine the value of the coefficient of elastic anisotropy of the studied samples. The angle of deviation of the elastic displacement vector from the direction of the wave normal, exceeding 90°, is a sign of possible destruction of the soil base of a hydraulic structure and enables us to localize zones of limit equilibrium.
A study of sandstone samples was carried out when using atomic force microscopy to investigate the degree of change in the microstructure of the soil bases of hydraulic structures. The use of the acoustic emission method allowed us to obtain an image of the acoustic response during laser irradiation, which made it possible to evaluate the diffraction pattern of the studied sandstone samples. It was established that a characteristic feature of the acoustic emission spectrum of the studied samples of soil bases of hydraulic structures is the presence of numerous secondary maxima. Their occurrence indicates the complexity of the material composition and structure of soil bases, in particular, a specific combination of allotigenic and authigenic minerals, cementing substances and textural features. In the case of irreversible deformations, the influence of fluid saturation manifests itself through differential-elastic effects, caused by both the crystal structure and the nature of interphase bonds, as well as the temperature, pressure and other parameters of the soil base environment of hydraulic structures.Проведено аналіз процесів, що спричиняють деградацію властивостей ґрунтів, зниження їх міцності та підвищення деформативності. Розв’язання задачі визначення фазових швидкостей і векторів пружних зміщень дало змогу встановити диференціальний коефіцієнт пружної анізотропії ґрунтів, які формують основу гідротехнічних споруд. Проведені експериментальні дослідження ґрунтів основи гідротехнічних споруд ультразвуковими методами дозволили визначити фактори, що обумовлюють анізотропію пружних хвиль. Встановлено найбільш інформативний параметр анізотропії ґрунтів основи гідротехнічних споруд. Визначено основні показники прояву азимутальної анізотропії об’ємних пружних хвиль. Дослідження зразків ґрунтових основ гідротехнічних споруд за допомогою інваріантно-поляризаційного методу дозволило експериментально встановити тип анізотропії та визначити величину коефіцієнта пружної анізотропії досліджуваних зразків. Кут відхилення вектора пружних зміщень від напрямку хвильової нормалі, що перевищує 90°, слугує ознакою можливого руйнування ґрунтової основи гідротехнічної споруди та дає змогу локалізувати зони граничної рівноваги. Проведено дослідження зразків пісковиків із застосуванням атомної силової мікроскопії з метою дослідження ступеня зміни мікроструктури ґрунтових основ гідротехнічних споруд. Застосування методу акустичної емісії дозволило отримати зображення акустичного відгуку при лазерному опроміненні, що надало змогу оцінити дифракційну картину досліджуваних зразків пісковиків. Встановлено, що характерною особливістю спектру акустичної емісії досліджуваних зразків ґрунтів основи гідротехнічних споруд є наявність численних вторинних максимумів. Їх виникнення свідчить про складність речовинного складу та структури ґрунтової основи, зокрема про специфічне поєднання аллотигенних і аутигенних мінералів, цементуючих речовин і текстурних особливостей. У випадку незворотних деформацій вплив флюїдонасичення проявляється через диференціально-пружні ефекти, зумовлені як кристалічною структурою і природою міжфазових зв’язків, так і температурними, тисковими та іншими параметрами середовища ґрунтової основи гідротехнічних спору
ОЦІНКА ТОЧНОСТІ МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ ДАНИХ ОТРИМАНИХ З ВІРТУАЛЬНОЇ МЕТЕОСТАНЦІЇ З МЕТОЮ ОЦІНКИ ЕТО ДЛЯ УМОВ ПІВДНЯ УКРАЇНИ
No full textThe article presents an assessment of the accuracy of meteorological data obtained from the Visual Crossing Weather Data (VWS VCWD) virtual meteorological station and the calculated reference evapotranspiration (ETo) based on these data for the conditions of southern Ukraine. It has been established that the data on air temperature and relative humidity are obtained with high accuracy, with MAPE and RMSE errors of 4,5% and 0,94°C and 9,1% and 7,53%, respectively. Good accuracy is characteristic of dew point temperature and solar radiation, with MAPE and RMSE errors of 20,9% and 1,44 °C and 17,4% and 3,41 MJ/m²·day, respectively. Dew point temperature data can also be obtained with satisfactory accuracy depending on the observation period. The MAPE and RMSE errors for water vapor pressure deficit are 46,2% and 0,21 kPa, respectively, which corresponds to satisfactory accuracy. Depending on the observation period, water vapor pressure deficit data can also be obtained with unsatisfactory accuracy. Wind speed data at a height of 2 m, obtained with unsatisfactory accuracy, have MAPE and RMSE errors of 104,3% and 1,20 m/s, respectively. To improve the accuracy of the meteorological data obtained, correction factors were calculated, and when applied, the accuracy of all meteorological data obtained is improved. The possibility of calculating ET using data from the Visual Crossing Weather Data virtual meteorological station for the period April-September with good accuracy has been confirmed. The MAPE error was 13,7%, and the RMSE was 0.62 mm. To improve the accuracy of ET calculations in southern Ukraine, a correction factor of 0.95 must be used. Taking this into account, the accuracy of ET calculations for the period May-August increases to 89%, and the RMSE is 0,63 mm. The use of refined meteorological data reduces the accuracy of ET calculations by 4,8% and increases the RMSE by 0,15 mm. Based on the results of the research, a web application will be developed to calculate ET and ETc using the FAO56-RM methodology with data from VWS Visual Crossing Weather Data.У статті наведено оцінювання точності метеорологічних даних, які отримуються з віртуальної метеорологічної станції Visual Crossing Weather Data ( VWS VCWD) та розрахункової еталонної евапотранспірації (ЕТо) за цими даними для умов Півдня України. Встановлено, що дані температури й відносної вологості повітря, отримуються з високою точністю, похибки МАРЕ та RMSE яких відповідно становлять 4,5 % та 0,94 °С й 9,1 % та і 7,53 %. Для температури точки роси й сонячної радіації притаманна добра точність, похибки МАРЕ та RMSE яких відповідно становлять 20,9 % та 1,44 °С й 17,4 % та 3,41 МДж/м²·доб. Дані температури точки роси також можуть бути отримані із задовільною точністю залежно від періоду спостережень. Похибки МАРЕ та RMSE для дефіциту тиску водяної пари відповідно становлять 46,2 % та 0,21 кПа, що відповідає задовільний точності. Залежно від періоду спостережень дані дефіциту тиску водяної пари також можуть бути отримані із незадовільною точністю. Дані про швидкість вітру на висоті 2 м, отримано з незадовільної точністю, похибки МАРЕ та RMSE відповідно становлять 104,3 % та 1,20 м/с. Для підвищення точності отриманих метеорологічних даних були розраховані поправочні коефіцієнти, за умови їх застосування точність всіх отриманих метеорологічних даних підвищується. Підтверджено можливість розрахунку ЕТо за даними віртуальної метеорологічної станції Visual Crossing Weather Data за період квітень-вересень з доброю точністю. Похибка МАРЕ становила 13,7%, а RMSE – 0,62 мм. Для підвищення точності розрахунку ЕТо в умовах Півдня України необхідно використовувати поправочний коефіцієнт, який становить 0,95. З урахуванням якого точність розрахунку ЕТо за період травень-серпень підвищується до 89%, а RMSE становить 0,63 мм. Використання уточнених метеорологічних даних знижують точність розрахунку ЕТо на 4,8%, а RMSE підвищують на 0,15 мм. За результатами проведених досліджень буде розроблено веб додаток для розрахунку ЕТо та ЕТс за методикою FAO56-РМ з використанням даних з VWS Visual Crossing Weather Data
КОНЦЕПЦІЯ УЧАСТІ ГАЗІВ У ФОРМУВАННІ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ДОСТУПНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН ТА ПЕРЕБІГУ ҐРУНТОВИХ ПРОЦЕСІВ
No full textThe important role of gases in the planetary energy-mass exchange of the lithosphere with the atmosphere is determined, and attention is focused on the multifaceted mechanisms of gas exchange, especially under non-isothermal soil conditions. The conceptual principles of involving gases in ensuring the thermodynamic availability of plant nutrition, which emphasize the role of gases in a heterogeneous soil system, which is characterized by the presence of trapped air bubbles, are based on experimental data. Trapped soil air bubbles in the soil environment play the role of a distributed energy source when interacting with the thermodynamic parameters of the environment - temperature, atmospheric pressure and soil moisture content. The reaction of the soil capillary potential to a daily dynamics of external thermodynamic parameters has the nature of a self-oscillating process with a significant amplitude of the thermodynamic availability of the pore solution for plants.
This turns the trapped air bubbles into centers of thermodynamic disequilibrium (CTD), acid centers of a certain strength (AC) and ecotone centers of soil biota. Thermodynamic accessibility is determined by the dynamics of soil heterogeneity, i.e. its energy saturation with surface types of energy, as well as by increasing matter mobility and intertransitions of different categories of soil absorption capacity. The functional parameters of the soil are determined by the gas composition of the soil atmosphere, where a special role belongs to carbon dioxide (CO2), as the main factor in maintaining soil homeostasis. Emphasis is placed on the fact that under natural conditions of soil functioning, the composition of the smallest bubbles is enriched with oxygen and nitrogen, and most importantly, the size of these bubbles becomes close to nanoradii, which gives them abnormal properties.
Using the example of nanotechnologies with various gases, the possibility of targeted control of soil processes to increase the productivity and quality of plant products and ameliorative improvement of soils has been proven. The conclusion about the extremely high potential of integrating nanobubble technologies into ameliorative agriculture when using modern drip irrigation technologies has been made.Визначено важливу роль газів у планетарному енергомасообміні літосфери з атмосферою, акцентована увага на багатогранних механізмах газообміну, особливо за неізотермічних умов ґрунту. Концептуальні засади участі газів у забезпеченні термодинамічної доступності живлення рослин базуються на експериментальних даних, де акцентована роль газів у гетерогенній системі ґрунтів, для яких характерна наявність бульбашок затиснутого повітря. Адже бульбашки затиснутого ґрунтового повітря у ґрунтовому середовищі відіграють роль розподіленого джерела енергії при взаємодії з термодинамічними параметрами довкілля – температурою, атмосферним тиском та вологовмістом ґрунту. Реакція капілярного потенціалу ґрунту на переважно добову динаміку зовнішніх термодинамічних параметрів має характер автоколивального процесу із значною амплітудою термодинамічної доступності для рослин порового розчину. Це перетворює бульбашки затиснутого повітря у центри термодинамічної нерівноважності (ЦТН), кислотні центри певної сили (КЦ) та центри екотонів ґрунтової біоти. Термодинамічна доступність визначається динамікою гетерогенності ґрунту, тобто його енергонасиченості поверхневими видами енергії, а також підвищенням мобільності речовини і взаємопереходів різних категорій вбирної здатності ґрунтів. Функціональні параметри ґрунту визначає газовий склад ґрунтової атмосфери, де особлива роль належить діоксиду вуглецю (СО2), як головного чинника підтримання гомеостазу ґрунту. Акцентована увага на тому, що в природних умовах функціонування ґрунту відбувається збагачення складу найдрібніших бульбашок на кисень і нітроген, а найголовніше, розмір цих бульбашок наближається до нанорадіусів, що надає їх аномальних властивостей. На прикладі нанотехнологій з різними газами доведена можливість цілеспрямованого управління ґрунтовими процесами з метою підвищення продуктивності і якості рослинної продукції та меліоративного покращення ґрунтів. Зроблений висновок про надзвичайно високий потенціал інтегрування нанобульбашкових технологій у меліоративне землеробство з використанням сучасних технологій краплинного зрошення
МОДЕЛЮВАННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ЕЖЕКТОРА-КАВІТАТОРА ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЙОГО ОПТИМАЛЬНИХ КОНСТРУКТИВНИХ І ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ
No full textThe article presents the results of the development and scientific substantiation of the technology of cavitation activation of natural zeolites of the Sokyrnytske deposit (Transcarpathian region) and the Nyzhnohrabovetske deposit (Slovakia) to significantly increase their sorption capacity for heavy metal ions (Pb, Cd, Zn, Cu, etc.), radionuclides (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) and nitrogen compounds (nitrates, ammonium). The use of hydrodynamic cavitation in a Venturi tube and a modified ejector-cavitator is proposed as an environmentally safe, energy-efficient and reagent-free method of modifying sorbents, which fully complies with the principles of green chemistry and the objectives of the Water Strategy of Ukraine until 2030.
A comprehensive CFD modeling (Ansys Fluent 2023 R2) with a multiphase VOF+URANS approach, a Schnerr-Sauer cavitation model, and a discrete-phase model for estimating trajectories and collapse of cavitation cavities was performed. The independence of the solution from the computational grid was verified with more than 100 thousand elements. Single-phase and multiphase modelingswere compared. The multiphase approach provides physically realistic values of pressure (up to 215 atm) and temperature (~800 K) of cavity collapse, while the single-phase approach significantly overestimates these parameters, but is suitable for quick qualitative assessment and preliminary optimization of geometry and operating modes.
The optimal inlet pressure of 7 bar was established, having which the maximum intensity of the cavitation effect is achieved with minimal energy costs. A hybrid optimization strategy was developed, which consists of the initial rapid screening of promising designs by single-phase modeling with subsequent detailed multi-phase analysis of the best options.
Based on the results of modeling the operating modes of the ejector-cavitator, its optimal design and technological parameters were obtained. Using the obtained data, a laboratory recirculation unit (volume 20 l, pump 1,1 kW, pressure regulation up to 10 bar) and an ejector-cavitator design for manufacturing by 3D printing from cavitation-resistant Spectrum PP polypropylene will be created. The obtained results are a scientific and technical basis for making highly efficient sorption materials and water purification technologies with high potential for industrial scaling.У статті представлено результати розробки та наукового обґрунтування технології кавітаційної активації природних цеолітів Сокирницького родовища (Закарпаття) та Нижньограбовецького родовища (Словаччина) з метою суттєвого підвищення їх сорбційної ємності щодо іонів важких металів (Pb, Cd, Zn, Cu тощо), радіонуклідів (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr) та сполук азоту (нітрати, амоній). Запропоновано використання гідродинамічної кавітації в трубці Вентурі та модифікованому ежектор-кавітаторі як екологічно безпечний, енергоефективний і безреагентний метод модифікації сорбентів, що повністю відповідає принципам зеленої хімії та завданням Водної стратегії України до 2030 року.
Проведено комплексне CFD-моделювання (Ansys Fluent 2023 R2) з багатофазним підходом VOF+URANS, моделлю кавітації Schnerr-Sauer та дискретно-фазовою моделлю для оцінки траєкторій і колапсу кавітаційних порожнин. Верифіковано незалежність розв’язку від розрахункової сітки при кількості елементів понад 100 тис. Порівняно однофазне та багатофазне моделювання: багатофазний підхід забезпечує фізично реалістичні значення тиску (до 215 атм) і температури (~800 К) колапсу порожнин, тоді як однофазний значно переоцінює ці параметри, але придатний для швидкої якісної оцінки та попередньої оптимізації геометрії й режимів роботи.
Встановлено оптимальний вхідний тиск 7 бар, за якого досягається максимальна інтенсивність кавітаційного впливу при мінімальних енергетичних затратах. Розроблено гібридну стратегію оптимізації: первинний швидкий скринінг перспективних конструкцій однофазним моделюванням з подальшим детальним багатофазним аналізом найкращих варіантів.
За результатами моделювання режимів роботи ежектора-кавітатора отримані його оптимальні конструктивні і технологічні параметри. Використовуючи отримані дані, буде створено лабораторну рециркуляційну установку (об’єм 20 л, насос 1,1 кВт, регулювання тиску до 10 бар) та конструкцію ежектор-кавітатора для виготовлення методом 3D-друку з кавітаційно-стійкого поліпропілену Spectrum PP. Отримані результати формують науково-технічну основу для створення високоефективних сорбційних матеріалів і технологій очищення води з високим потенціалом промислового масштабування