Повышение эффективности технологии лиманного орошения за счет комплексного использования вод оросительных систем и местного стока (стр. 2 )

Как отмечают в своих публикациях , , А. В. Колганов, , В. В. Бородычев, и другие ученые, повышение эффективности водопользования и использования орошаемых земель представляет собой актуальную проблему при решении задач восстановления и развития оросительных мелиораций не только в Ростовской области, но и в масштабах всей страны.

В настоящее время имеющиеся возможности для развития лиманного орошения не используются. Отсутствуют современные проработки поставленной проблемы. Большие территории лиманов не эксплуатируются, потенциал местного стока и технологических сбросов не используется. В аспекте реализации платной государственной услуги по подаче воды на орошение и в рамках перспективы платы за воду, как за товар, ресурсы местного стока и непроизводительные технологические сбросы с оросительных систем представляют собой дополнительный дешевый источник влаги. Рациональное использование этих вод на основе усовершенствованных конструктивно-технологических схем лиманного орошения открывает возможности расширения орошаемой площади. Такой подход позволяет практически решить несколько задач – использовать местный сток и предотвратить развитие водной эрозии, саккумулировать твердый эрозионный сток, содержащий питательные вещества, в границах лиманов, с пользой использовать воды технологических сбросов.

Рассматривая местный сток, как источник воды для орошения, необходимо учитывать специфику его формирования и распределения по водосборным площадям. При этом важным является вопрос выбора оптимального процента обеспеченности стока, на использование которого необходимо рассчитывать систему лиманного орошения при комплексном использовании вод местного стока и технологических сбросов с оросительных систем.

Постановка решения данной проблемы для условий Ростовской области никем не рассматривалась и научно не прорабатывалась, несмотря на то, что имеет все перспективы для своей реализации в современной экономической ситуации.

Во второй главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приводятся природные, климатические и организационно-хозяйственные условия района исследований. Определены программа и методика проведения исследований, а также схема и алгоритм проведения полевых экспериментов. Исследования проводились в Мартыновском районе Ростовской области на территории, примыкающей к Донскому магистральному каналу.

Для расчета объема талых вод с водосборных площадей использовались «Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений», разработанные Государственным гидрологическим институтом в 2009 г.

Для обоснования выбора оптимального процента обеспеченности стока производилась энергетическая оценка технологии возделывания культур в кормовом севообороте на фоне лиманного орошения на разные проценты обеспеченности стока с заданным шагом. Для энергетической оценки использовалась «Методика энергетической оценки агротехнологий в агроландшафтах», разработанная Российским государственным аграрным университетом имени в 2006 году.

Полевые исследования проводились на посевах люцерны в условиях орошения с использованием рекомендаций и методик Б. А. Доспехова и др. Учет урожая биомассы люцерны проводили методом сплошной уборки со всей площади делянки. Водно-физические свойства почвы (плотность почвы, удельный вес, скважность и наименьшая влагоемкость) определяли по методике, изложенной в «Мелиоративном почвоведении». Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом. Для построения геометрических образов исследуемых функций отклика использованы методы линейной алгебры с привлечением стандартных пакетов лицензионных прикладных программ Statistica, Excel и Mathcad.

В третьей главе «Теоретическое обоснование устройства и эксплуатации технологии лиманного орошения с комбинированным источником орошения» выполнено обоснование целесообразности использования ресурсов местного стока на системах ярусных лиманов, сделано теоретическое уточнение и прогнозирование размеров дополнительных площадей лиманного орошения при комплексном использовании вод оросительных систем и местного стока. На основании оценки энергетической эффективности организации лиманного орошения обоснован выбор оптимального процента обеспеченности стока при использовании комплексного источника орошения в зависимости от структуры культур в севообороте.

Для обоснования целесообразности использования ресурсов местного стока, а так же прогнозирования размеров дополнительной орошаемой площади были определены гидрологические характеристики талого и дождевого стоков для условий юга Ростовской области, построены кривые обеспеченности, рассчитаны гидрографы стока.

На основании проведенных расчетов оценен объем местного стока, который возможно использовать для целей лиманного орошения. Оценка химического состава вод местного стока показала пригодность применения его для целей орошения.

Проведено теоретическое уточнение и прогнозирование размеров дополнительных площадей лиманного орошения при использовании комплексного источника орошения, определены размеры водосборных площадей, прилегающих к пяти наиболее крупным магистральным каналам Ростовской области (Донской, Нижне-Донской, Пролетарский, Верхне-Сальский, Азовский). Размер водосборной площади определялся на основании имеющегося картографического материала и с применением геоинформационных систем.

Согласно полученным данным общая, водосборная площадь составила 3951 км2, при этом среднемноголетний объем талых вод с данной водосборной площади – 68,1 млн м3. Такого объема воды при норме орошения 1500-2500 м3/га достаточно для организации систем лиманного орошения общей площадью от 26 до 45 тыс. га, что составляет 22-25 % площади орошаемых земель на данных оросительных системах.

Суммарный объем технологических сбросов с исследуемых оросительных систем составил 45,4 млн м3. Такого объема воды достаточно для организации систем лиманного орошения общей площадью от 18 до 30 тыс. га или 10-17 % площади всех орошаемых земель на данных оросительных системах.

Полезное использование воды, ранее непроизводительно сбрасываемой при опорожнении каналов на зимний период, позволяет повысить коэффициент использования воды на исследуемых оросительных системах.

При проектировании систем лиманного орошения важным вопросом является выбор оптимального процента обеспеченности стока. При этом возникает необходимость выбора такого процента обеспеченности стока, при котором совокупные энергетические затраты на возделывание культур в севообороте компенсировались бы совокупной энергетической прибавкой урожая на фоне лиманного орошения.

Для решения данной задачи проведено исследование вопроса оптимизации выбора процента обеспеченности стока. Процесс выбора оптимального процента обеспеченности стока представлен на рисунке 1.

Для проведения исследований был принят кормовой шестипольный севооборот: 1, 2, 3 – люцерна; 4 – суданская трава на сено; 5 – кукуруза на силос; 6 – сорго на корм. Удельная площадь орошения принята в размере 100 га, удельная водосборная площадь – 250 га, уклон – 0,003, норма лиманного орошения – 2500 м3/га.

Исходными данными для определения затрат послужили принятые технологические карты возделывания культур в севообороте, а также технологическая карта устройства системы лиманного орошения.

В качестве показателя оптимизации выбран срок окупаемости энергетических затрат на реализацию лиманного орошения, который должен стремиться к минимуму:

, (1)

где Т – функция цели (показатель оптимизации);

– капитальные энергетические затраты на устройство системы лиманного орошения;

– энергетический эффект при организации ЛО;

– энергетическая ценность прибавки урожайности при организации ЛО;

– энергетические затраты, связанные с освоением и использованием системы ЛО.

Числитель дроби в выражении (1) при заданных условиях остается неизменным. Следовательно, на решение задачи влияет величина знаменателя, которая должна стремиться к максимуму ().

Энергетическая ценность прибавки урожайности при организации лиманного орошения рассчитывается как сумма энергетических ценностей прибавок урожайности от каждой культуры принятого севооборота.

Рисунок 1 – Процесс выбора оптимального процента обеспеченности стока

. (2)

Энергетические затраты, связанные с освоением и использованием системы лиманного орошения , рассчитываются как сумма энергетических затрат на возделывание каждой культуры принятого севооборота.

. (3)

Затраты на возделывания каждой культуры в севообороте складываются из затрат на технологию возделывания и затрат на закачку недостающей воды из расположенного рядом резервуара сезонного регулирования , в котором концентрируются технологические сбросы. При этом с увеличением объема недостающей воды, возрастают энергетические затраты, что учитывается при расчете: