Модель учитывает особенности генетического строения почвы, различия физических, водных и химических свойств отдельных горизонтов и подстилающих их грунтов. Имеется возможность моделировать передвижение влаги в широком диапазоне влагонасыщенности: от сильного иссушения нижних горизонтов до почти полного насыщения верхних при поливах. Учитывается конкретный график выпадения атмосферных осадков, переменное во времени испарение с поверхности почвы, зависящее также от влажности ее верхних слоев, изменяющееся во времени и по глубине расходование влаги на транспирацию путем отбора корнями растений, конкретный график поливов, назначаемых по определенному критерию.
Принято, что в пределах каждого генетического горизонта почва представляет собой гомогенное пористое пространство, т.е. в данной модели в явном виде не учитывается ее структурность, а, следовательно, различие агрегатной и межагрегатной пористости. Последнее косвенным образом учитывается такими водно-физическими характеристиками, как капиллярная влагопроводность и взаимосвязь между влажностью и каркасно-капиллярным потенциалом (так называемая основная гидрофизическая характеристика почвы – ОГХ). И если эти характеристики будут установлены по данным экспериментов, моделирующих аналогичные процессы, то погрешность такого допущения, по-видимому, будет несущественной.
Для полевых культур, образующих сплошной растительный покров с практически однородной по горизонтали корневой массой, и при поливе дождеванием можно рассматривать только вертикальные потоки влаги.
Подробный вывод дифференциального уравнения передвижения влаги в почве приведен в учебнике «Мелиоративное почвоведение» (И.И. Плюснин, А.И. Голованов, М.: Колос, 1983 г.).
С учетом сказанного объемный вертикальный поток влаги через 1 м2 поверхности будет равен (в мв3/м2/сут):
(1);
где H – напор, м, при отсчете напоров от поверхности земли и оси x, направленной вниз,
H=-x+y(2);
где y - напор, эквивалентный каркасно-капиллярному давлению в зоне неполного насыщения (y <=0) и эквивалентный гидростатическому давлению в зоне полного насыщения;
x - гравитационная составляющая напора;
y - напор, эквивалентный каркасно-капиллярному потенциалу, при неполном влагонасыщении y < 0. При высокой влажности превалирует капиллярный потенциал, приходящийся на единицу массы влаги, а при сильном иссушении малоподвижная влага находится под действием каркасного потенциала.
А.И. Голованов предложил в зоне полного влагонасыщения под y понимать гидростатическую составляющую полного напора, равную заглублению данной точки под уровень грунтовых вод: y = x – hг, где hг - глубина грунтовых вод. На поверхности грунтовых вод y =0, а полный напор здесь равен H = -hг. При поливе затоплением, когда на поверхности почвы (x = 0) создается слой воды hс, полный напор равен H= hс.
Такая обобщенная трактовка y позволяет описывать передвижение влаги в слое, включающем в общем случае колеблющийся в нем уровень грунтовых вод, зоны полного и неполного влагонасыщения. Для зоны неполного влагонасыщения нужно иметь зависимость между w и y, которая может быть найдена из полевых экспериментов, например, при одновременных измерениях влажности почвы и напора почвенной влаги с помощью тензиометров.
При изменении влажности в максимально широком диапазоне: от полного насыщения до максимальной гигроскопичности эта зависимость принята в виде:
(3);
где k – коэффициент влагопроводности, зависящий от влажности почвы, мв3/м2/сут, по А.И. Голованову; при полном влагонасыщении k =kf; kf – коэффициент фильтрации;
w - объемная влажность почвы, мв3/м3;
wm – максимальная гигроскопичность, мв3/м3;
m – влажность почвы при полном заполнении пор, численно равная пористости.
Связь между каркасно-капиллярным потенциалом и влажностью почвы имеет вид (А.И. Голованов):
(4);
где hk – максимальная высота капиллярного поднятия, м;
n и n – эмпирические безразмерные коэффициенты, подбираемые так, чтобы наилучшим видом описать экспериментально определенную ОГХ.
Расходование почвенной влаги на испарение с поверхности почвы Ef и на транспирацию Etr учитываются следующим образом. Для каждой декады или иного промежутка времени применительно к конкретному году должно быть известно потенциальное суммарное испарение Epot, определяемое температурой и влажностью воздуха, с одной стороны, и биологическими особенностями конкретной фазы развития растения, с другой; при условии, что влажность почвы в корнеобитаемой зоне является самой комфортной для растения, иными словами, при которой растение способно максимально транспирировать. Это суммарное испарение подразделяется на
и
; м/сут (5);
где a - коэффициент, учитывающий долю расходования влаги на испарение с поверхности почвы от суммарного при высокой влажности верхнего слоя почвы, коррелирующий со степенью покрытия поверхности почвы листовой поверхностью, зависит от фазы развития растения и укосов для трав. В период вегетации он лежит в пределах 0,5…0,1, во вневегетационный период равен единице. Иссушение верхнего слоя почвы учитывается так:
(6);
где - коэффициент редукции испарения, зависящий от влажности почвы вблизи поверхности:
,
при w³0,8m; =1; (7);
т.е. принято, что заметное уменьшение испарения начинается при влажности почвы у поверхности, равной 0,8 пористости.
Реальный расход влаги на транспирацию Etr принят равным потенциальному при средней влажности корнеобитаемого слоя, превышающей нижний предел оптимального диапазона wmin. В случае большего иссушения почвы реальная транспирация уменьшается по зависимости:
(8);
,
, при
³1
=1; при
£0
=0; (8.1);
ВЗ - влажность завядания, равная (1,3...1,5) wm. Распределение интенсивности отбора влаги корнями растений на транспирацию по глубине корнеобитаемого слоя по предложению А.И. Голованова принято также зависящим от влажности почвы в элементарных или расчетных слоях:
; (9);
где ,
, при
<0
; (9.1);
где i – номер расчетного слоя;
n - число расчетных слоев в корнеобитаемой зоне.
В этом случае отбор влаги корнями из i-того слоя составит, , м/сут, а из всей корнеобитаемой зоны
.
В модели предусмотрена возможность изменения во времени мощности корнеобитаемого слоя.