Оценка многолетней вариации продуктивности орошаемых земель

, ктн

Оценка многолетней вариации продуктивности орошаемых земель.

В современной практике для обоснования инвестиционных проектов в мелиорации и расчета срока окупаемости используют «Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов», Москва. Министерство сельского хозяйства 2001г.

Эти рекомендации адаптированы для оценки эффективности следующих видов мелиоративных инвестиционных проектов:

строительство оросительных и осушительных систем; производства культуртехнических работ на землях, не требующих орошения; агролесомелиорации; химической мелиорации земель;

обводнения пастбищ.

Методические рекомендации используются при решение следующих видов задач:

для оценки эффективности и финансовой реализуемости мелиоративных инвестиционных проектов; для оценки эффективности участия в мелиоративных инвестиционных проектах хозяйствующих субъектов и органов государственного управления различного уровня; для обоснования выбора лучшего из нескольких вариантов проекта, в том числе – вариантов, предусматривающих и не предусматривающих применение новой техники или технологии; для принятия решения о государственной поддержке мелиоративного инвестиционного проекта; для подготовки заключений по экономическому разделу проектной документации (обоснование инвестиций, проектов, бизнес-планов и др.), а также при проведении экспертизы проекта.

Существенным недостатком методики расчета срока окупаемости является то, что в ней не учитывается фактор региональной многолетней изменчивости природно-климатических условий. Это снижает достоверность результатов расчета и ценность самой методики.

При обосновании инвестиционных проектов в мелиорации и решения всех перечисленных задач необходимо учитывать влияние региональной и многолетней изменчивости природных условий на продуктивность растений и показатели мелиоративного режима сельскохозяйственных земель.

Обычные водобалансовые расчеты без детального описания динамики влагопереноса в почве для этой цели не пригодны, так как они не позволяют учесть взаимное влияние статей водного баланса, не позволяют оценить изменчивость климатических условий, водообмен между корнеобитаемым слоем и подстилающими его грунтами и грунтовыми водами и пр.

Накопленный к настоящему времени богатый объем научной информации, возросшие возможности ее переработки, большой набор математических моделей и возможности современной вычислительной техники позволяют реализовать на практике идею расчета мелиоративных режимов с учетом изменчивости природных условий. Такие расчеты, выполненные с использованием достоверных данных, обеспечивают научное обоснование проектных решений.

Для реализация этой идеи нами была использована имитационная математическая модель влагопереноса и биогенных элементов в почве, разработанная

Математическая модель основана на численном решении одномерного дифференциального уравнения влагопереноса, записанного в виде:

, (1)

где: t – время, сут; H – полный напор почвенной влаги, учитывающий гравитационную и каркасно-капиллярную составляющие, при отсчете напоров от поверхности земли по оси x направленной вниз,

, (2)

x - гравитационный потенциал, м; j - каркасно-капиллярный потенциал - напор, эквивалентный каркасно-капиллярному давлению в зоне неполного насыщения и гидростатическому давлению в зоне полного насыщения, м; C- коэффициент влагоемкости (Голованов 1975), , - кубический метр почвенной влаги или подземных вод,

, (3)

где: w - объемная влажность почвы, ;

При изменении влажности в максимально широком диапазоне (от полного насыщения до влажности, соответствующей МГ), между влажностью w и капиллярным потенциалом j принимается следующая зависимость:

, (4)

где: n,m- эмпирические коэффициенты; - влажность почвы соответствующая максимальной гигроскопичности, ; m - пористость, .

KW - коэффициент влагопроводности, , по :

, (5)

где: Kf - коэффициент фильтрации, ;

- интенсивность отбора почвенной влаги корнями растений из единичного объема почвы, , она ависит от особенностей развития корневой системы, влажности почвы и энергетических возможностей приземного слоя атмосферы.

При описании передвижения влаги в почве рассматриваются только вертикальные потоки влаги.

Уравнение влагопереноса решается методом прогонки. Для решения уравнения влагопереноса (1) должны быть определены начальные условия и заданы граничные условия, регламентирующие область решения, особенности и методы решения. Например, весенние влагозапасы реализуются начальными условиями в виде исходной эпюры влажности расчетного слоя. Атмосферные осадки, поливы и испарение с поверхности почвы задаются переменными во времени граничными условиями. Осадки и поливы, учитывают мгновенным приращением влагозапасов в день их выпадения. Граничные условия на нижней границе расчетной области зависят от гидрогеологической обстановки и позволяют учесть работу дренажа, пополнение грунтовых вод за счет фильтрационных потерь, напорное подпитывание, приток грунтовых вод со стороны.

Таким образом, задаваясь начальными и граничными условиями, пределами регулирования влажности, по дефициту естественной увлажненности можно рассчитать и проанализировать динамику влагозапасов корнеобитаемого слоя, режим поливов. В ходе счета оцениваются величина и направление влагообмена, колебание глубин грунтовых вод, объем дренажного стока.

Поля влажности почвы, получаемые в этих расчетах, позволяют описать изменение запасов солей с учетом минерализации поливной воды и грунтовых вод. Это осуществляется путем решения уравнения передвижения солей совместно с уравнением влагопереноса.

В результате расчетов можно оценить динамику состава поглощенных оснований и осолонцевание почвы, минерализацию дренажного стока.

Для оценки урожайности сельскохозяйственных культур используется модель накопления продуктивности, предложенная проф., дтн :

Где: UW - урожайность при данном варианте режима поливов; Umax – максимально возможная урожайность при оптимальной для растения динамике влажности; - вклад i-той декады в формирование продуктивности, зависящий от фазы развития растения; n - количество декад в вегетационном периоде; - коэффициент, определяющий снижение продуктивности из-за отклонения влажности почвы от оптимальной в данную декаду:

,

где:

Wi - средняя за i-тую декаду влажность корнеобитаемого слоя почвы; - то же оптимальная влажность; WZ - влажность завядания; g - коэффициент, учитывающий реакцию растения на отклонение влажности от оптимальной.

Количественные характеристики показателей мелиоративного режима, полученные в результате расчетов позволяют оценивать эколого-экономическую эффективность проектируемых мероприятий их влияние на окружающую среду в конкретных условиях в конкретном году.

Путем подбора вариантов расчета можно также определить многолетний оптимальный вариант регулирования водного режима.

Для оценки влияния региональной и многолетней изменчивости природных условий на продуктивность растений нами были проведены многократные серии расчетов для случайных вариаций многолетних ретроспективных рядов метеоданных Тульской, Саратовской, Воронежской, Волгоградской областей, Республики Татарстан, Ставропольского и Краснодарского краев.

Для имитации изменчивости природно-климатических условий для каждой области в каждой новой серии расчетов метеоданные для лет ретроспективного ряда изменялись случайным образом.

Расчеты мелиоративного режима для различных сельскохозяйственных культур проводились для условий как орошаемых, так и богарных земель.

В результате проведенных нами расчетов были получены значения показателей мелиоративного режима и продуктивность многолетних трав, яровой пшеницы и капусты поздней с учетом изменчивости климатических условий (таблицы 1-3).

Таблица 1

Результаты расчета продуктивности многолетних трав в условиях изменчивости климатических факторов

№№	Среднемноголетние значения	Kbiol	ППВ	Среднемноголетние значения
	Метеостанция	Σ осадков, мм	Σ испарение, мм	Дефицит, мм	g (по Шабанову)	Плановый урожай	Модельный урожай с орош.	Модельный урожай без орош, ц/га.
1	Тула	388	498	110	1	0.62		100	87	66
2	Казань	303	516	213	1	0.62	6.2	100	72	34
3	Воронеж	303	569	266	0.9	0.62	6.2	130	107	54
4	Краснодар	372	719	347	0.9	0.62	6.2	120	112	54
5	Ставрополь	369	798	429	1	0.62	6.2	110	103	36
6	Саратов	253	755	502	0.9	0.62	6.2	100	91	24
7	Волгоград	212	923	712	0.9	0.62	6.2	130	123	21

Таблица 2

Результаты расчета продуктивности пшеницы яровой в условиях изменчивости климатических факторов

№№	Среднемноголетние значения	Kbiol	ППВ	Среднемноголетние значения
	Метеостанция	Σ осадков, мм	Σ испарение, мм	Дефицит, мм	g (по Шабанову)	Плановый урожай	Модельный урожай с орош.	Модельный урожай без орош, ц/га.
1	Тула	388	472	84	0.94	0.65	6.6	30	28	19
2	Ставрополь	369	541	172	0.82	0.65	6.6	35	33	25
3	Казань	303	487	185	0.94	0.65	6.6	30	27,5	12
4	Краснодар	372	695	323	0.87	0.65	6.6	50	46	34
5	Воронеж	303	632	328	0.94	0.65	6.6	30	28	14
6	Саратов	253	669	416	0.79	0.65	6.6	20	19	9
7	Волгоград	212	886	675	0.86	0.65	6.6	22	21	7

Таблица 3

Результаты расчета продуктивности капусты поздней в условиях изменчивости климатических факторов

	Метеостанция	Σ осадков, мм	Σ испарение, мм	Дефицит, мм			g (по Шабанову)	Плановый урожай	Модельный урожай с орош.	Модельный урожай без орош, ц/га.
1	Тула	388	493	105	0.99	0.7	6.6	185	143	92,5
2	Казань	303	479	176	0.92	0.7	6.6	210	142	57
3	Воронеж	303	625	322	0.94	0.7	6.6	100	92	30
4	Ставрополь	369	751	382	0.97	0.7	6.6	60	57	23,5
5	Краснодар	372	779	407	0.97	0.7	6.6	65	61	15
6	Саратов	253	727	474	0.86	0.7	6.6	130	122	14,5
7	Волгоград	212	934	723	0.91	0.7	6.6	150	142	8

Расчеты показали, что в условиях многолетней изменчивости климатических условий в рассмотренных регионах наблюдаются значительные вариации продуктивности, что существенно сказывается на достоверности результатов обоснования инвестиционных проектов в сельском хозяйстве (рис

Рисунок 1 Интегральная прибавка урожайности многолетних трав (Волгоград).

Рисунок 2 Интегральная прибавка урожайности многолетних трав (Воронеж).

Рисунок 3 Интегральная прибавка урожайности многолетних трав (Тула).

Рисунок 4 Интегральная прибавка урожайности яровой пшеницы (Волгоград).

Рисунок 5 Интегральная прибавка урожайности яровой пшеницы (Воронеж).

Рисунок 6 Интегральная прибавка урожайности яровой пшеницы (Тула).

Рисунок 7 Интегральная прибавка урожайности капусты поздней (Волгоград).

Рисунок 8 Интегральная прибавка урожайности капусты поздней (Воронеж).

Рисунок 9 Интегральная прибавка урожайности капусты поздней (Тула).

Выводы:

Величина прибавки урожайности является переменной и зависит от изменений природно-климатических условий Срок окупаемости инвестиционного проекта в мелиорации также является величиной переменной и напрямую зависит от величины прибавки урожайности Ретроспективную оценку вариаций продуктивности необходимо проводить при различном чередовании лет

Список используемой литературы:

1.  , Сурикова, , Зимин природообустройства. Москва, Колос 2001г.

2.  Голованов -экономическое обоснование мелиоративных режимов. Водосбережение при орошении. Коломна. 1991г.

3.  Методические рекомендации по оценке эффективности мелиоративных мероприятий, Москва, Министерство сельского хозяйства Р. Ф, 2001г.

4.  Эколого-экономическая оценка богарного и орошаемого земледелия степной зоны Ставропольского края. Казаков на соискание степени кандидата технических наук. Москва, 2001г.

5.  Экономика природопользования. , Москва, Инфра-м, 2004г.