Ресурсосберегающие технологии и технические средства орошения (стр. 2 )

 

Рисунок 1. Расчетный контур увлажнения при капельном орошении в тяжелых

и средних почвах

Рисунок 2. Видимый контур увлажнения при капельном орошении

 

Рисунок 3. Расчетный контур увлажнения при микродождевании в легких почвах

Рисунок 4. Микродождевание сада

Для практического применения зависимости (11) и выполнения расчетов проведены натурные исследования по определению водопотребления, которые позволили получить регрессионные уравнения для определения суммарного испарения по затратам тепла на испарение и радиационному балансу подстилающей поверхности. Уравнения имеют вид:

(14)

где: E0 - суммарное испарение за день, мм; - затраты тепла на испарение, кал/см2Чмин: R- радиационный баланс подстилающей поверхности, кал/см2Чмин.

Величины испарения, полученные по формулам (14) и в результате экспериментов, различаются на 4...6 %, что допустимо при определении объема суммарного испарения.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что полное уравнение водного баланса зоны аэрации при условии отсутствия пополнения грунтовых вод за счет инфильтрации осадков и поливных вод, имеет вид:

-DWa = Ро + M – Eо (15)

где: М – оросительная норма, мм; Po - количество осадков, поступающее в активный слой почвы в течение вегетационного периода, мм; Eo - испарение с поверхности почвы за тот же период, мм; DWа - используемые внутренние запасы влаги в почве за этот период, мм.

При малообъемных способах орошения структура величины суммарного испарения имеет свои особенности. В этом случае испарение происходит: с неувлажненной почвы ; с увлажненной почвы и с растительного покрова . В частности, при капельном орошении увлажняется менее 30% поверхности поля. С оставшейся, не увлажняемой при орошении площади, испарение происходит как с поверхности в условиях естественного увлажнения. Микродождевание обеспечивает увлажнение примерно 50-55% площади. При внутрипочвенном орошении благодаря подаче воды непосредственно в корнеобитаемый слой, испарение её мало отличается от испарения с естествено увлажненной поверхности. Мелкодисперсное дождевание обеспечивает увлажнение только растений, поэтому дополнительное испарение по сравнению с неорошаемым полем происходит за счет воды, которая оседает на листьях растений. В остальное время вегетационного периода испарение синхронно с испарением с естественно увлажненной поверхности, если не производились поливы другими способами.

Использование импульсного дождевания связано с постоянным увлажнением почвы и растений в течение вегетационного периода. Поэтому испарение при таком способе орошения происходит как с растительного покрова, так и с увлажненной почвы, заметно увеличиваясь по сравнению с участками капельного, внутрипочвенного и других способов малообъемного орошения. Для расчета суммарного испарения при малообъемных способах орошения, основываясь на результатах экспериментальных данных, в формулу водного баланса введены соответствующие компоненты (таблица 2).

Таблица 2. Элементы водного баланса зоны аэрации при малообъемных способах орошения

Приходно-расходные статьи водного баланса	Усл. обоз.	Способы орошения
Капельное орошение	Микродож-девание	Внутрипочвенное орошение	Мелкодисперсное дождевание	Импульсное дождевание
Атмосферные осадки	Ро	+	+	+	+	+
Оросительная норма	М	+	+	+	+	+
Испарение: - с неувлажненной почвы; - с увлажненной почвы; -с увлажненного растительного покрова		+ + -	+ + +	+ - -	+ - +	- + +
Запасы влаги в почве	DWа	+	+	+	+	+

Для расчета водного баланса предлагается использовать математическое описание процесса с учетом изменяющейся во времени площади полива с помощью следующих уравнений:

для системы капельного орошения:

, (16)

для системы микродождевания (подкронового дождевания садовых и кустарниковых культур):

, (17)

для системы внутрипочвенного орошения:

, (18)

для системы мелкодисперсного дождевания:

, (19)

для системы импульсного дождевания:

, (20)

На основе анализа закономерностей формирования контура увлажнения почвы и водного баланса зоны аэрации определены технические характеристики систем малообъемного орошения (таблица 3).

Таблица 3. Технические характеристики систем малообъемного орошения

№ п. п	Способ орошения	Тип увлажнения	Диапазон уклонов местности	Тип водо-выпусков	Допустимая мутность мг/л	Давление в сети, МПа	Расход водовыпуска, л/ч.	Количество водовыпусков, шт/га	Гидромодуль (л/с. га)
1	капельный	локальный, полосовой	0,0...0,3	капельницы, трубчатые увлажнители	до 50	0,1-0,6	4...8	1600...1900	0,35... 0,79
2	низконапорный капельный	локальный	0,03...0,2	низконапорные водовыпуски	250... 500	0,01-0,015	4...20	400...500	0,35... 0,55
3	микродождевание	локальный	до 0,2	микронасадки	до 500	0,1-0,4	15...40	300...350	0,50... 0,77
4	внутрипочвенный	сплошной или полосовой	0,008... 0,2	Гончарные или полиэтиленовые увлажнители	50...500	0,01-0,015	10...20	400...500	0,35... 0,55
5	Мелкодисперсное дождевание	сплошное увлажнение растений	0,0...0,05	Микронасадки	до 300	0,2-0,4	40...50	200...250	0,48... 0,66
6	Синхронное импульсное дождевание	сплошное увлажнение почвы	0,0...0,2	дождевальные аппараты	до 5000	0,4-0,5	700...800	59	0,30... 0,80

При малообъемном орошении с учетом установленных закономерностей и технических характеристик должны быть соблюдены следующие требования:

- подача оросительной воды реализуется в соответствии с водопотреблением растений в течение всего вегетационного периода, обеспечивая оптимальную влажность, водновоздушный и температурный режимы почв и воздуха.

- величина гидромодуля в зависимости от климатических условий, благодаря дозированию поливных норм в соответствии с водопотреблением растений за межполивной период, должна быть в пределах 0,8 л/с. га.

- оросительные системы должны быть адаптированы к применению на различных уклонах местности и к изрезанному рельефу.

- конструкции оросительных систем должны обеспечивать возможность модульного их комплектования.

- элементы оросительных систем должны быть взаимозаменяемы.

Глава 3. Экспериментальная проверка теоретических положений.

В главе 3 представлены результаты экспериментальной проверки теоретических разработок по анализу распределения влаги в почве при капельном орошении, микродождевании, импульсном и мелкодисперсном дождевании, а также апробации режимов орошения на опытно-производственных участках.

Для получения достоверной информации о технических параметрах систем малообъемного орошения, а также их отдельных узлов и элементов, исследования проводились преимущественно на модульных участках. Эти участки включали все необходимые элементы систем: головной узел, распределительную сеть первого и второго порядка, увлажнители с водовыпусками, контрольно-измерительные приборы. Таким образом, результаты, полученные при проведении экспериментальных исследований, репрезентативны (от фр. и для производственных условий.

Экспериментальные исследования, проведенные на опытно-производственных участках, были направлены на определение режима орошения, обеспечивающего предотвращение поверхностного стока и глубинного просачивания оросительной воды. Формирование увлажняемой зоны по длине трубопровода определяет особенности выбора числа капельниц, схемы расположения сети и состав ее элементов. Исследования проводились на наиболее типичной для предгорной зоны категории грунтов - темных среднесуглинистых сероземах. Наблюдения показали, что при подаче поливной нормы одной капельницей на ровной, безуклонной поверхности, наблюдается формирование контура увлажнения в соответствии с эпюрой, приведенной на рисунке 5, с четкими границами глубиной до 1,20 м и диаметром до 1,40 м.

При полосовом увлажнении на таких землях, образовывалась полоса со средней шириной 0,7м. Здесь, при размещении капельниц через 0,5м, наблюдалось равномерное движение фронта влаги по всей полосе до глубины 0,8м.

Таким образом, на безуклонных землях увеличение числа капельниц не приводит к увеличению глубины промачивания почвы, которая соответствует расчетной, а происходит увеличение площади увлажненной поверхности почвы (видимого контура увлажнения). В результате образуется увлажненная полоса без поверхностного стока и глубинного просачивания (рисунок 6).

С целью определения влияния уклона участка на формирование контура увлажнения были проведены модельные исследования на различных уклонах. В качестве примера приведены контуры увлажнения при работе одной капельницы (рисунок 7) на уклоне 0,2.

 

Рисунок 5. Контур увлажнения при работе одной капельницы.

1-капельница, 2-изолинии влажности, 3-растение.

Рисунок 6 . Контур увлажнения при работе группы капельниц

1-капельница, 2-изолинии влажности.

Расстояние от капельницы, см

 

 

 

Рисунок 7. Формирование контура увлажнения при уклоне 0,2.

а) через сутки после полива; б) через шесть суток после полива

При уклоне 0,2 диаметр контура увлажнения отличается от теоретически установленного и имеет сильно выраженное смещение в сторону склона. Распределение влаги вверх по склону от капельницы составляло до 0,50 м, а вниз до 2,00 м, середина контура смещена от капельницы на 0,40м, при глубине увлажнения 1,20 м. На поверхности участка наблюдается овальный контур, направленный по уклону. Смещение контура увлажнения в сторону от капельницы (таблица 4, рисунок 8) превышает 1,50...2,00м, что делает затруднительным проведение поливов без специальных приемов, обеспечивающих повышение симметричности контура промачивания.

Таблица 4. Смещение контура увлажнения в зависимости от уклона местности

№ п. п.	Уклон местности, i	Смещение оси контура увлажнения по уклону местности, ∆L, м
Через сутки	Через 6 суток
1	0,05	0,5	0,6
2	0,12	0,6	0,7
3	0,20	0,8	1,0
При устройстве микротеррасы (лунка) под капельницей
1	0,05	0,0	0,1
2	0,12	0,05	0,15
3	0,20	0,2	0,3

В качестве проверки был заложен дополнительный опыт, где варианты были повторены с подачей воды в микротеррасы, расположенные под капельницей. Микротеррасы выполнены в виде лунки параболической формы диаметром 0,40 м и глубиной 0,20 м.