Расчет элементов техники полива при дождевании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

дождевание сельскохозяйственный водопотребление полив

Мелиорация земель посредствам гидротехнических мероприятий имеет важное значение для населения всей планеты Земля. Достаточно привести данные ООН по обеспеченности земельными ресурсами среднего жителя земного шара - 0,3 га, 60% из которых нуждаются в орошении.

Фонд иригированных земель Краснодарского края составляет более 400 тыс. га., в том числе рисовой ирригированный фонд - порядка 200 тыс. га. Практически все площади под с.х. культурами нуждаются в регулировании режима водообеспеченности, в основном посредствам орошения.

Правильно запроектированные системы орошения и квалифицированно используемые технологии позволяют увеличить урожайность основных с.х. культур в 1,5 - 2,0 раза и более, в 2,0 - 2,4 раза - коэффициент использования земли, выращивать нетрадиционные для Кубани культуры, применять технологии, не требующие использование гербицидов, регулировать уровень нитратов в почве и в с.х. продукции.

Предлагаемый курсовой проект включает все основные этапы проектирования от режима орошения до принятия конкретных технических решений применительно к условиям местности, климата и экономики.

Полученные студентами инженерных факультетов в процессе выполнения расчётно-графической работы навыки позволяют им грамотно запроектировать оросительные системы, принимать системы в эксплуатацию, составлять планы водопользования, эффективно применять поливную дождевальную технику, умело использовать энергию рельефа местности при поверхностном орошении, рационально распоряжаться водными и земельными ресурсами.



1. Проектирование режимов орошения с.х. культур при поливе дождеванием

Целью оросительных мелиораций является создание и регулирование на полях водного режима, обеспечивающего получение проектного (расчетного) урожая сельскохозяйственных культур. Водный режим находится в прямой зависимости от климатических, почвенных, гидрогеологических и хозяйственных условий, биологических особенностей сельскохозяйственной культуры, ее урожайности, агротехники и от способа и техники полива.

Очень важно правильно разрабатывать режимы увлажнения почвы, так как водный режим почвы регулирует все остальные ее режимы (питательный, солевой, воздушный и тепловой), имеющие большое значение в жизни растений и создании расчетного урожая. Так, вносимые в почву удобрения, особенно в зоне недостаточного увлажнения, эффективны только при орошении. Урожайность, например, орошаемых зерновых культур увеличивается в 1,5…2 раза и более по сравнению с неорошаемыми при прочих равных условиях.

Поступая с оросительной водой, удобрения усваиваются корнями растений. Кроме того, оросительная вода приносит в почву питательные вещества (обычно илистые частички). Изменения теплового режима почвы при орошении определяются как усиленным испарением с поверхности поля после полива, так и температурой самой оросительной воды. В периоды с наиболее высокой температурой воздуха поливы снижают ее, а в периоды с низкой температурой (ночные часы, раннеосенние и поздневесенние заморозки) повышают за счет большой теплоемкости воды и более высокой ее температуры по сравнению с воздухом.

Орошение влияет на концентрацию почвенного раствора, изменяет содержание солей в почве; вытесняя воздух из почвенных пор, оросительная вода определяет воздушный режим почвы.

Повышение влажности воздуха при поливах оказывает благоприятное влияние на развитие растений.

Необходимый растению водный режим почвы создается соответствующим режимом орошения. Режим орошения определяет нормы, сроки и число поливов сельскохозяйственной культуры. Так же, как и водный режим, он зависит от биологических особенностей сельскохозяйственной культуры, природных и хозяйственных условий.

Режим орошения, то есть подача воды на поля и перевод ее в почвенную влагу, осуществляется с помощью различных способов и техники полива.

Разработка расчетного режима орошения связана с установлением проектного водного режима почвы, который находится в тесной зависимости с расчетной урожайностью сельскохозяйственной культуры.

Расчетную урожайность устанавливают в результате экономических расчетов. Она является заданной величиной при проектировании оросительных систем. Чтобы обеспечить режим орошения, соответствующий расчетной урожайности, необходимо создать оптимальные условия увлажнения для растений.

Растение для своего нормального развития нуждается в достаточном количестве в почве воздуха, воды, тепла и питательных веществ. В соответствии с биологическим законом незаменяемости действия факторов внешней среды растение не может нормально развиваться при недостатке любого из этих факторов

Режим орошения с.х. культур представляет собой совокупность числа, сроков и норм поливов. Режим орошения устанавливают расчётным путём в соответствии с биологическими особенностями растений, климатическими, почвенными, гидрогеологическими условиями орошаемого участка, способом и техникой полива культур и технологией их возделывания.

Расчёт режима орошения проводят в следующей последовательности: устанавливают год расчётной обеспеченности; определяют суммарное водопотребление растений за вегетационный период; устанавливают естественную влагообеспеченность; рассчитывают оросительную и поливную нормы; устанавливают сроки поведения поливов и продолжительность поливных периодов; определяют расчётное значение ординаты гидромодуля или расхода.

1.1 Исходные данные

Таблица 1 - Техническая характеристика машины Днепр ДФ-120-04

Марка машины	Число тележек, шт.	Модификация	Расход воды, м/с	Давление, мПа	Средняя интенсивность дождя, мм/мин	Слой дождя запроход машины, мм	Расстояние между оросителями, м	Ширина захвата дождем, м	Производительность при норме полива, 600 м3/га	Сезонная нагрузка, га
Днепр	13	ДФ-120-04	92	0,44	0,3		710	352	0,55	90-1000

Таблица 2 - Водно-физические свойства почв по Кущевскому району

Районы почв	Слой почвы H, м	Масса твердой фазы, б, m/м3	Масса естественного сложения d, т/м3	Влажность почвы при НВ от сухой массы Гнв, %
Кущёвский, почва-предкавказский карбонатный чернозём, суглинистый 0-70	0-30	2,68	1,24	33,2
	0-40	2,78	1,26	32,2
	0-40	2,69	1,26	32,2
	0-50	2,7	1,29	31,3
	0-60	2,71	1,31	30,5
	0-70	2,7	1,33	29,9
	0-80	2,72	1,34	29,3
	0-100	2,74	1,36	28,3



Таблица 3 - биологическая характеристика лука репчатого

Культура	Глубина активного слоя водопотребления, Н, м	Планируемая урожайность У, т/га	Коэффициент водопотребления, Кв, м3/т	Биофизический коэффициент, К0, м3/га/°С	Предполивная влажность почвы в долях от НВ	Период вегетации (декада, месяц)
						начало	конец
Лук на репку	0,4	20	180	1,75	0,7	1,04	3,08

Таблица 4 - Расчет среднемесячной температуры воздуха по месяцам вегетационного периода лука репчатого

Годы	Вегетационный период
	апрель	май	июнь	июль	август	?t,°C
1974	7,30	14,50	18,20	19,47	19,23	2414,20
1975	13,87	15,90	20,50	21,67	19,97	2814,53
1976	10,80	12,67	16,63	18,20	19,17	2374,03
1977	11,60	14,67	17,50	19,83	19,60	2550,10
1978	8,03	13,10	16,47	20,70	17,87	2336,67
1979	9,20	17,30	19,10	19,97	21,83	2681,10
1980	9,00	14,13	17,63	22,27	19,40	2528,80
1981	7,83	15,37	23,40	22,47	23,07	2824,90
1982	12,27	16,53	18,87	22,00	22,10	2813,63
1983	13,53	18,10	19,53	23,20	20,93	2921,23
1984	10,53	18,27	20,23	21,17	20,33	2775,77
1985	10,07	18,83	19,20	21,50	25,10	2906,43
1986	13,00	15,30	23,00	22,87	24,37	3018,53
1987	11,33	13,80	21,17	21,50	22,63	2770,93
1988	11,20	17,27	22,13	21,13	23,33	2913,73
1989	12,90	15,90	20,13	23,07	23,60	2930,57
1990	11,47	14,30	19,00	23,57	20,67	2728,53
1991	11,17	15,27	22,00	23,90	22,33	2901,50
1992	8,80	15,40	20,50	21,77	23,00	2744,17
1993	9,27	15,70	18,43	21,30	22,07	2662,07
1994	13,03	14,70	17,93	22,83	22,37	2785,90
1995	11,13	17,67	19,90	22,33	21,53	2838,53
1996	10,37	19,53	20,33	22,50	23,20	2943,23
1997	9,10	18,50	20,10	21,20	21,77	2781,47
1998	12,97	17,17	23,40	24,97	22,83	3104,97
1999	9,73	17,80	22,30	23,93	21,23	2912,97
2000	10,50	17,17	20,37	22,90	23,30	2890,37
2001	11,60	18,10	20,30	23,63	21,93	2930,67
2002	8,97	17,53	23,33	21,87	24,63	2954,03
2003	10,30	15,67	20,10	22,30	22,67	2791,63
2004	11,67	15,97	19,40	20,70	21,30	2728,97
2005	12,10	18,63	21,03	23,47	23,63	3031,73
2006	8,73	15,57	20,50	23,23	22,30	2771,10
2007	10,53	19,30	22,83	25,77	26,80	3228,87

Таблица 5 - Расчёт суммы осадков за вегетационный период лука репчатого

Годы	Вегетационный период
	апрель	май	июнь	июль	август	?P, мм
1974	29,90	60,60	50,60	76,90	40,40	258,40
1975	26,80	45,50	72,10	48,20	106,50	299,10
1976	38,00	58,00	109,40	101,20	80,30	386,90
1977	65,70	106,80	203,90	73,90	127,40	577,70
1978	61,30	40,40	43,00	72,50	51,50	268,70
1979	34,90	26,00	27,40	80,50	59,40	228,20
1980	147,70	103,30	102,60	87,80	98,30	539,70
1981	74,00	104,00	77,40	57,20	150,50	463,10
1982	153,60	16,70	42,10	47,20	174,00	433,60
1983	65,20	71,00	108,70	116,40	53,00	414,30
1984	64,20	64,20	34,80	62,10	57,90	283,20
1985	32,80	71,60	122,20	18,10	32,50	277,20
1986	28,20	43,80	48,00	90,00	51,00	261,00
1987	49,90	55,50	144,50	68,30	30,30	348,50
1988	51,30	62,00	31,30	27,40	30,90	202,90
1989	22,00	124,90	55,70	69,00	39,80	311,40
1990	54,10	72,00	46,10	54,90	62,70	289,80
1991	58,70	73,00	108,10	14,80	55,40	310,00
1992	43,00	168,80	227,00	131,00	15,80	585,60
1993	42,00	72,60	212,00	86,90	48,90	462,40
1994	18,40	78,80	54,70	3,00	16,60	171,50
1995	55,80	59,50	117,60	73,40	42,30	348,60
1996	53,80	25,50	8,50	11,70	40,60	140,10
1997	64,00	55,80	53,50	110,00	65,00	348,30
1998	59,90	76,50	65,80	155,50	121,90	479,60
1999	15,30	70,50	59,40	43,40	36,20	224,80
2000	42,50	67,30	45,40	33,40	21,60	210,20
2001	134,40	42,30	66,60	84,50	27,30	355,10
2002	77,50	28,60	101,60	30,50	18,70	256,90
2003	67,40	21,10	59,80	15,30	48,20	211,80
2004	36,80	38,40	23,70	26,80	80,60	206,30
2005	25,10	61,60	16,10	73,60	88,80	265,20
2006	33,40	52,10	45,50	93,10	45,10	269,20
2007	27,90	12,30	68,00	7,10	46,50	161,80

1.2 Расчёт года заданной обеспеченности дефицита водопотребления

На стадии проектирования режимов орошения сельскохозяйственных культур рассчитывают на условия среднесухого года (год 75%-ой обеспеченности осадками или дефицита водопотребления).

Для расчёта необходимо иметь результаты наблюдений метеостанции Лабинского района за осадками, температурой и относительной влажностью воздуха (25 лет и более) и знать период вегетации люцерны 2 года (03.03-01.09).

При выборе года расчётной обеспеченности по дефициту водопотребления вначале определяют испаряемость по формуле Н.Н. Иванова:

Е₀= 0,0018·(25 + t)?·(100 - б), мм (1)

Е₀ - испаряемость за декаду, мм;

t - среднедекадная температура воздуха, ?С;

б - относительная влажность воздуха, %

Расчёт суммарного водопотребления

Суммарное водопотребление (Е) рассчитывают через величину испаряемости (Е₀), скорректированную коэффициентами, учитывающими роль растений и микроклимата в расходовании воды орошаемым полем:

Е = Е₀·К₀·Кб, мм, (2)

К₀ - микроклиматический коэффициент, характеризующий возможное изменение метеорологических факторов на сельскохозяйственном поле под влиянием орошения, К₀ = 0,93;

Кб - биологический коэффициент, характеризующий роль растений в расходовании воды полем, зависящий индивидуально от культуры и фазы её развития, Кб = 0,9.

Таблица 6 - Биологические коэффициенты (К_б) сельскохозяйственных культур в различных природных зонах

Культура	Природная зона
	лесостепная	степная
Озимая пшеница	0,92 - 0,96	0,92 - 0,94
Яровые зерновые	0,92 - 0,95	0,90 - 0,92
Сахарная свекла		390 - 0,92
Картофель	0,88-0,94	0,86 - 0,90
Кукуруза	0,94 - 0,96	0,90 - 0,94
Зернобобовые	0,92-0,98	0,90-0,92
Многолетние травы (люцерна, клевер)	0,94-0,96	0,90 - 0,94
Однолетние травы	0,92 - 0,96	0,86 - 0,92
Овощные	0,92-0,96	0,88 - 0,92

Результаты расчёта водопотребления по декадам расчётных периодов сводятся в таблицу 8 по следующей форме.



Таблица7 - Расчет суммарного водопотребления вегетационного периода лука репчатого

Годы	Вегетационный период	Сумарное водопотребление за расчётный период
	апрель	май	июнь	июль	август	?Е, мм
1974	38,25	57,98	73,10	78,45	94,33	342,11
1975	47,79	48,72	62,38	89,68	90,37	338,96
1976	33,47	34,91	54,84	93,72	71,51	288,46
1977	53,15	40,30	59,87	79,75	79,92	312,98
1978	39,46	29,16	68,22	88,10	50,75	275,69
1979	45,23	55,71	59,58	91,39	90,32	342,23
1980	40,64	30,76	40,16	131,27	108,90	351,74
1981	31,94	65,47	55,29	66,76	83,54	303,00
1982	54,40	55,44	59,92	72,11	60,16	302,03
1983	49,96	71,83	62,75	49,00	61,46	295,00
1984	58,34	62,99	120,22	84,56	65,02	391,12
1985	50,64	90,70	74,56	87,96	59,24	363,11
1986	68,89	65,25	87,94	72,49	84,45	379,02
1987	64,31	72,58	124,16	68,41	64,95	394,41
1988	42,78	89,72	99,29	79,09	66,87	377,75
1989	68,53	63,85	91,05	82,38	69,98	375,79
1990	62,78	81,44	85,56	66,33	65,98	362,09
1991	50,58	77,36	77,66	91,27	79,89	376,74
1992	71,14	87,70	98,77	74,69	60,17	392,47
1993	65,46	85,68	94,74	81,82	77,88	405,57
1994	77,00	78,36	111,08	54,01	66,48	386,93
1995	72,12	98,74	86,06	59,63	88,08	404,63
1996	71,61	87,65	109,40	62,32	96,84	427,81
1997	58,40	88,38	89,89	60,03	65,90	362,59
1998	63,70	70,54	92,94	71,47	72,39	371,04
1999	52,10	90,16	92,13	86,58	77,29	398,26
2000	55,69	69,65	90,96	71,44	73,81	361,55
2001	71,31	73,70	97,90	83,15	61,95	388,00
2002	49,83	71,77	71,56	77,22	60,62	331,00
2003	47,56	67,27	87,85	53,93	78,73	335,34
2004	63,47	103,67	129,69	69,22	76,44	442,49
2005	57,37	77,45	92,59	86,12	62,95	376,47
2006	24,57	66,12	50,94	49,07	83,14	273,85
2007	48,82	61,10	70,09	73,77	63,33	317,13

Расчёт дефицита водопотребления

Дефицит водопотребления (?Е) рассчитывают по формуле:

?Е = 10*(Е - мР), мм (3)

Е - суммарное недопотребление за расчётный период, мм;

Р - сумма осадков за расчётный период, мм;

м - коэффициент использования осадков, м=0,7

Расчёт дефицита водопотребления сводится в таблицу 8 по следующей форме.

Таблица 8 - Расчёт дефицита водопотребления за вегетационный период лука репчатого и выбор года 75% расчётной обеспеченности.

Годы	?Е, мм.	?Р, мм.	µР, мм.	?Е=10 (?Е-µР)	№ п/п	?Е в возрастающем порядке
1974	342,11	258,40	180,88	1612,30	1	-914,15
1975	338,96	299,10	209,37	1295,86	2	1295,86
1976	288,46	386,90	270,83	176,29	3	-260,52
1977	312,98	577,70	404,39	-914,15	4	-211,71
1978	275,69	268,70	188,09	876,02	5	-174,46
1979	342,23	228,20	159,74	1824,93	6	-14,91
1980	351,74	539,70	377,79	-260,52	7	49,87
1981	303,00	463,10	324,17	-211,71	8	176,29
1982	302,03	433,60	303,52	-14,91	9	353,21
1983	295,00	414,30	290,01	49,87	10	818,92
1984	391,12	283,20	198,24	1928,85	11	854,08
1985	363,11	277,20	194,04	1690,66	12	876,02
1986	379,02	261,00	182,70	1963,18	13	1187,83
1987	394,41	348,50	243,95	1504,59	14	1394,35
1988	377,75	202,90	142,03	2357,22	15	1504,59
1989	375,79	311,40	217,98	1578,07	16	1511,73
1990	362,09	289,80	202,86	1592,33	17	1578,07
1991	376,74	310,00	217,00	1597,43	18	1592,33
1992	392,47	585,60	409,92	-174,46	19	1597,43
1993	405,57	462,40	323,68	818,92	20	1606,14
1994	386,93	171,50	120,05	2668,79	21	1612,30
1995	404,63	348,60	244,02	1606,14	22	1690,66
1996	427,81	140,10	98,07	3297,44	23	1824,93
1997	362,59	348,30	243,81	1187,83	24	1870,84
1998	371,04	479,60	335,72	353,21	25	1908,33
1999	398,26	224,80	157,36	2409,01	26	1928,85
2000	361,55	210,20	147,14	2144,09	27	1963,18
2001	388,00	355,10	248,57	1394,35	28	2038,70
2002	331,00	256,90	179,83	1511,73	29	2144,09
2003	335,34	211,80	148,26	1870,84	30	2357,22
2004	442,49	206,30	144,41	2980,76	31	2409,01
2005	376,47	265,20	185,64	1908,33	32	2668,79
2006	273,85	269,20	188,44	854,08	33	2980,76
2007	317,13	161,80	113,26	2038,70	34	3297,44

Выбор реального года заданной обеспеченности дефицита водопотребления

Место в ряду теоретического среднесухого года определяется по формуле:

m = Р·(n +1)/100, (4)

m - место в ряду;

Р - процент обеспеченности осадками расчётного года;

n - число лет наблюдений.

Таблица 9 - Климатические характеристики реального года лука репчатого (1984).

Месяц	Количество осадков, мм	Температура воздуха, °C
апрель	64,20	31,60
май	64,20	54,80
май	64,20	54,80
июнь	34,80	60,70
июль	62,10	63,50
август	57,90	61,00

1.3 Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур

Оросительная норма подается сельскохозяйственной культуре отдельными порциями, или поливными нормами, в определенные сроки вегетационного периода, согласно изменяющейся во времени потребности растений в воде. Число поливов, поливные нормы и сроки их подачи определяют так называемый поливной режим сельскохозяйственных культур.

Поливная норма «m» - объем воды, подаваемый на 1 га поля, занятого сельскохозяйственной культурой, за один полив для насыщения расчетного почвенного слоя. Она зависит от вида культуры и фазы ее развития, мощности почвенного слоя, содержания солей в почве, климатических и гидрогеологических условий, способа и техники полива.

Чем больше развита корневая система у растения, тем большую поливную норму требуется подать. Существует и обратная зависимость глубины проникновения корней от поливной нормы, то есть от глубины, промачиваемого при поливе почвенного слоя. Глубина слоя зависит от мощности почвенного слоя. При маломощных почвах промачиваемый расчетный слой будет определяться мощностью почвенного слоя.

Поливная норма зависит также от водоудерживающей способности почвы. Для глинистых почв она больше, чем для песчаных (при одной и той же мощности расчетного слоя почвы).

Доступная для растения влага в почве появляется при влажности, превышающей коэффициент увядания растений, который соответствует полуторной - двойной гигроскопичности почвы (он составляет от 3 до 13… 14% объема для разных почв). В практике орошения предполивную влажность принимают обычно 60…75% скважности почвы; зависит она главным образом от требований растений к влажности почвы. Так, для овощей требуется высокая предполивная влажность, тогда как зерновые культуры менее требовательны к колебаниям влажности в расчетном слое почвы при поливе.

Предполивная влажность почвы определяется также характером почв и их свойствами. Большая предполивная влажность (65…75%) должна быть обеспечена на глинистых и тяжелосуглинистых почвах, меньшая (50%) - на супесчаных.

На засоленных землях предполивную влажность увеличивают до 65…75% скважности, особенно для тех сельскохозяйственных культур, на развитие которых соли в почве оказывают наиболее отрицательное воздействие (хлопчатник, травы, овощи, кормовые культуры).

Поливная норма в большой степени зависит от способа и техники полива. Так, при поливе по бороздам наименьшая поливная норма составляет около 600 м³/га, что обусловлено возможностями техники полива, обеспечением равномерности распределения воды по площади поля. При поливе по полосам, а особенно по широким и длинным, поливная норма составляет 1,5…2 тыс. м³/га и более, что значительно превышает потребности растений в воде. Поэтому коэффициент полезного использования воды при таком поливе низок, так как большая часть поданной воды идет на глубинный сброс, на питание грунтовых вод. Поэтому при самотечном поверхностном способе орошения поливные нормы в вегетационный период следует принимать от 600 до 1000…1100 м³/га, дифференцируя их в течение вегетационного периода в зависимости от изменения водопотребления сельскохозяйственной культуры.

При дождевании происходит более равномерное распределение влаги по полю практически при любой поливной норме (50, 100…200 м³/га). В то же время при дождевании на поверхности почвы (безнапорное впитывание) не образуется слой воды. При этом скорость впитывания воды в почву значительно ниже, чем при напорном впитывании при самотечном поверхностном поливе. Поэтому максимальные поливные нормы при дождевании обычно составляют 600…700 м³/га. Отсюда и слой почвы, промачиваемый при дождевании, значительно меньше, чем при самотечном поверхностном способе полива. В среднем он составляет 0,3…0,6 м. Таким образом, при дождевании поливные нормы в вегетационный период принимают 300…700 м³/га. Поливы при дождевании более часты, водный режим расчетного слоя почвы характеризуется меньшими колебаниями влажности. Поливные нормы более стабильны по величине.

Кроме поливов, обеспечивающих потребность растений в воде в вегетационный период, применяют поливы специального назначения, обеспечивающие влажность в почве перед ее обработкой, посевом и др. К таким поливам относят: предпосевной, посадочный и подкормочный. Эти поливы проводят нормой 200…400 м³/га. Подкормочный полив предназначен для введения с поливной водой питательных веществ в почву. В этом случае поливная норма составляет 100…200 м³/га.

При ранне-осенних и поздне-весенних заморозках для выравнивания температуры и влажности воздуха дождевание проводят нормой 50..100м³/га.

На засоленных почвах поливные нормы увеличивают на 15…30% для проведения промывного режима орошения. Назначение таких поливов - подавление восходящих токов минерализованных грунтовых вод для предотвращения вторичного засоления почв.

Особое значение имеют влагозарядковые или запасные поливы. Их проводят, как правило, в осенне-зимний период нормами 1000…2000 м³/га. Они предназначены обеспечить высокую (обычно около 90% ППВ) влажность в расчетном слое почвы к началу вегетационного периода.

Для того чтобы вся требуемая поливная норма разместилась в расчетном слое почвы и обеспечила ее проектную влажность, следует учитывать потери воды при поливе. При самотечном способе полива чаще всего потери проявляются в виде глубинных сбросов воды и сбросов поверхностных вод в нижней части поля. При самотечном поверхностном способе полива более точно поливная норма дозируется при поливе по бороздам, менее точно - при поливе по полосам и затоплении чеков. Поэтому и потери воды при поливе на глубинный сброс увеличиваются в том же порядке. При дождевании потери образуются в результате испарения части капель дождя в воздухе, с листовой поверхности и в результате стока с поверхности земли при интенсивности дождя, превышающей скорость впитывания воды в почву. При назначении поливных и оросительных норм следует вводить коэффициенты, учитывающие потери.

Водопотребление сельскохозяйственных культур

В результате жизнедеятельности растения потребляют из почвы воду вместе с питательными веществами. Поглощенная вода испаряется с поверхности листьев - это процесс транспирации. Одновременно вода испаряется с поверхности почвы, поэтому при определении затрат воды на возделывание той или иной с/х культуры учитывается испарение и с листьев, и с почвы. Это суммарное испарение называется «водопотребление». Режим водопотребления складывается следующим образом: После посева, когда всходы отсутствуют, вода расходуется только с поверхности почвы - суточный рацион незначителен. С появлением всходов начинается транспирация, расход воды возрастает и достигает максимума в период

цветения и формирования плодов. Затем, водопотребление начинает спадать и круто обрываться с отмиранием листьев.

Таким образом, величина водопотребления зависит от климатических условий, влажности почвы, вида и урожайности с/х культур и других факторов. В практике орошаемого земледелия существует несколько методов определения водопотребления, которые можно объединить в три группы:

1) теоретические - основаны на физических законах испарения и энергии;

2) метеорологические - когда водопотребление функционально связано с метеорологическими факторами;

3) имперические - величина водопотребления или отдельные коэффициенты определяются экспериментальным путем.

Метод академика А.Н. Костякова:

Е = К_в·У, м/га (5)

Е - суммарное водопотребление, м /га;

К_в - коэффициент водопотребления, м³/ц;

У - урожайность с/х культур, ц/га.

Биологический коэффициент рассчитывается как:

K_б = E/ ?t, (6)

К_б - биологический коэффициент;

?t - сумма активных температур за рассматриваемый период.

Таблица 10 - Определение запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы лука репчатого

Глубина активного слоя врдопотребления H, м	Масса естественного сложения б, т/м3	Влажность почвы rнв, %	Мин. Влажность почвы rmin, %	Фактическая влажность почвы rф, %	Запасы влаги, м3/га
					Wmax=100*H*б*rнв	Wmin=100*H*б*rmin	Wф=100*H*б*rф
0,4	1,26	32,2	22,54	32,2	1622,88	1136,016	1622,88

Запас влаги определяется по формуле:



W_max =100·Н·б·r_нв, м³/га (7)

W_max - max запас влаги в корнеобитаемом слое почвы, м³/га;

Н - глубина корнеобитаемого слоя почвы, м;

б - объемная масса почвы в естественном сложении, т/м³;

r_нв- - наименьшая влагоёмкость почвы, % от веса сухой почвы.

Запасы влаги в корнеобитаемом слое почвы не представляется удерживать на одном каком-либо уровне. В связи с этим, производится поддержание запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы.

W_max =100·Н·б· r_min, м³/га (8)

W_min - минимально-допустимый запас влаги в корнеобитаемом слое

почвы, м³/га;

r_min - минимально-допустимая влагоемкость почвы, %.

Минимально-допустимая влагоемкость определяется по формуле:

r_min =0,8 * r_нв, % (9)

коэффициент 0,8 - принимается для лука репчатого.

Расчет запасов влаги в корнеобитаемом слое почвы. Влага в почве под влиянием различных сил находится в неодинаковом состоянии. Влага в почве находится в следующих формах и состояниях. Связанная влага в почве представлена гигроскопической влагой - это влага, сорбированная вокруг мелких частиц почвы и удерживаемая молекулярными силами. Так как молекулярные силы превосходят сосущую силу растений, то данная влага не доступна растениям.

Свободная влага находится вне сорбционных сил, представлена капиллярной и гравитационной.

Капиллярная влага - это влага, удерживаемая за счет капиллярных сил почвы, и которая заполняет капиллярные промежутки или поры почвы. Корневым волоскам она доступна. Высота капиллярного подъема у разных почв различна и составляет для песков 18-20 см, для супесей 100-150 см, суглинков 150-300 см, глин 300-400 см.

Гравитационная влага способна к передвижению в почве под действием силы тяги. Движение гравитационной влаги в почве, называют ее фильтрацией. Влагоемкость почвы - это способность почвы поглощать и удерживать определенное количество воды в почве. Она зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности почвы и др. С повышением температуры почвы и воздуха влагоемкость уменьшается, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высота почвенной колонки. Наибольшее количество влаги, которое может содержаться в почве при условии полного заполнения всех пор и пустот, соответствует полной влагоёмкости (ПВ).

Наименьшая влагоемкость (НВ) - это максимально возможное содержание капиллярно-подвешенной влаги в почве в естественном ее сложении, после стекания всей гравитационной влаги.

Наименьшая влагоемкость, выраженная в объемных процентах, для песчаных почв равна 4-6, для супесчаных 6-15, для легкосуглинистых 12-25, для суглинистых и глинистых почв 25-35.

Когда влажность почвы снижается до 60-70% наименьшей влагоемкости в почве нарушается сплошное капиллярное передвижение воды. Такое состояние влаги в почве называется «влажностью заведания». Она близка к влажности замедленного роста растений и соответствует нижнему пределу оптимальной влажности для роста и развития растений. Такое состояние влажности указывает на необходимость проведения полива.

Количество воды, соответствующее оросительной норме, подается в почву отдельными поливными нормами с таким расчетом, чтобы в почве не нарушались нормальные условия питательного режима растений. А также, чтобы поданная вода не просачивалась вглубь и не питала грунтовые воды. Следовательно, в почву нужно подать столько воды, сколько она сможет удержать в расчетном слое, где находится основная масса корней.

Расчёт запасов влаги в почве и поливной нормы

Поливной нормой называется количество воды, подаваемое на 1 га орошаемой площади за один полив.

С агромелиоративной и организационно-хозяйственной точки зрения можно выделить следующие виды поливов:

Предпосевной полив проводят с целью увлажнения почвы и получения дружных и полных всходов, укоренения, быстрого роста и развития с/х структур в начальный период жизни растений.

* Влагозарядковый полив производят в зонах недостаточного увлажнения, где бывает сухая весна и осень, чтобы к началу вегетации с/х культур запас влаги в почве приближался к максимальному;

* Провокационный полив делают с целью вызвать прорастание сорняков, которые уничтожают предпосевной культивацией;

* Вегетационные поливы являются основными поливами с/х культур и проводятся в период вегетации;

* Промывные поливы проводят, как правило, в осенний или осенне-зимний периоды с целью удаления из почвенных грунтов в дренажную сеть избытка водорастворимых солей.

Поливные нормы рассчитываются по формуле:

m = W_max - W_min, м³/га (10)

Таблица 12 - Определение поливной нормы лука репчатого

Культура	Wmax	Wmin	Wф	Поливная нрма
				m1	m2
Лук репчатый	1600	1100	1600	0	500



Получаем: m = 1600-1100 =500 м³/га.

Определение оросительной нормы

Оросительной нормой называется количество воды, которое подается на 1 га для полива одной культуры за весь период вегетации с целью получения запланированной урожайности.

Оросительную норму определяют по следующей формуле:

М = К_в·У-10·Р₁·м₁ - 10·Р₂·м₂ - 10·Р₃·м₃ - W_гр, м³/га (11)

М - оросительная норма, м³/га;

К_в - коэффициент водопотребления, м³/га;

У - планируемая урожайность, т/га;

W_гр - объем воды, поступившей из грунтовых вод, м³/га;

Р₁ Р₂, Р₃ - осадки соответственно вегетационного, теплого невегетационного и холодного периодов, мм;

м₁, м₂, м₃ - коэффициенты использования осадков соответствующих периодов: м₁ = 0,7; м₂= 0,5; м₃ = 0,3.

Объем воды, поступающей из грунтовых вод в слой активного водопотребления, учитывают, если горизонт фунтовых вод находится не ниже 3 м от поверхности земли.

Влагозарядковая норма - количество воды, которое подается на 1 га с целью насыщения слоя почвогрунта глубиной 1 - 1,5 м до предельной полевой влагоемкости. Определяется по формуле:

Пример:

М_вп = 100·h₀·(r_HB - г_факт)+10·Е-10·Р·м-W_гр, м³/га (12)

М_вп - влагозарядковая норма, м³/га; Е - количество воды, испарившейся за период от влагозарядкового полива до наступления устойчивых морозов или снежного покрова, мм;

Р - слой осадков, выпавших за осенне-зимний период, мм;

м - коэффициент использования осадков, м = 0,3.

Определение сроков вегетационных поливов по интегральной кривой дефицита водопотребления

Величину декадного водопотребления определим по формуле Льгова Г.К.

Е = К·?t, м³/га (13)

К - биофизический коэффициент культуры (помидор поздних), м³/га;

?t - сумма температур за декаду, ⁰С.

Таблица 13 - Определения подекадного водопотребления лука репчатого

Вегетационный период	?t за декаду,°C	Биофизический коэф. Ко, м3/га/°C	Водопотребление E=K?t м3/га	10?P, м3/га	Дефицит водопотребления ?E=E-10?P, м3/га	Дефицит водопотребления нарастающим итогом ??E, м3/га	Средняя дата полива
Месяц	Декада
апрель	1	110	1,75	192,5	49	143,5	143,50
	2	117		204,75	63,7	141,05	284,55
	3	89		155,75	336,7	-180,95	103,60
май	1	145		253,75	13,3	240,45	344,05
	2	200		350	13,3	336,7	680,75	15.05.1984
	3	223,3		390,775	422,8	-32,025	648,73
июнь	1	208		364	93,1	270,9	919,63
	2	177		309,75	67,2	242,55	1162,18	12.06.1984
	3	222		388,5	83,3	305,2	1467,38
июль	1	208		364	74,9	289,1	1756,48	02.07.1984
	2	245		428,75	90,3	338,45	2094,93	18.07.1984
	3	200,2		350,35	269,5	80,85	2175,78
август	1	218		381,5	5,6	375,9	2551,68	09.08.1984
	2	210		367,5	315	52,5	2604,18
	3	200,2		350,35	84,7	265,65	2869,83

Сроки вегетационных поливов проектного режима орошения определяют графическим методом на плоскости координат, осью абсцисс которой является вегетационный период с отражением на ней суток, декад и месяцев, а осью ординат - дефицит водопотребления культуры.

Первый вегетационный полив следует провести, как только растения расходуют запасы продуктивной влаги активного слоя почвы. Для этого определяют W_max, W_min, W_пр по известным формулам.

Запас продуктивной влаги на начало вегетации определяют по формуле

W_пр = W_фак - W_min, м³/га (14)

m = W_max - W_min, м³/га (15)

Величину W_пр откладывают на оси дефицитов от нуля вверх, а из верхней точки полученного отрезка проводят горизонтальную линию до пересечения с интегральной кривой.

Из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс, который укажет на среднюю дату первого вегетационного полива. Из этой же точки на интегральной кривой проводят вертикально вверх линию, соответствующую по масштабу вегетационному поливу - т. Из верхней точки линии проводят горизонтальную линию до пересечения с интегральной кривой. Из полученной точки на интегральной кривой опускают перпендикуляр, указывающий на среднюю дату второго полива и т.д.

Определение сроков вегетационных поливов графоаналитическим способом по Костякову А.Н.

Определение сроков проведения поливов начинают с определения подекадного водопотребления расчетной культуры за вегетационный период. Суммарное водопотребление за вегетационный период можно рассчитать по формуле А.Н. Костякова:

Е= К_в•У, м?/га

Для расчета подекадного водопотребления предполагаем, что оно распределяется в течении периода вегетации пропорционально декадной температуре воздуха.

Таблица 14 - Баланс влаги в почве и определение сроков поливов лука репчатого

Вегетационный период	Водопотребление	Wфакт, м3/га	Поступление воды в почву за счет	Wконечн, м3/га	Дата полива
Месяц	Декада			Осадки P	Полива m	Всего	Wест	Wфакт
апрель	1	192,5	1600	49			1456,5	1456,5
	2	204,75	1456,5	63,7			1315,45	1315,45
	3	155,75	1315,45	336,7			1496,4	1496,4
май	1	253,75	1496,4	13,3			1255,95	1255,95
	2	350	1255,95	13,3	500		919,25	1419,25	15.05.1984
	3	390,775	1419,25	422,8			1451,275	1451,275
июнь	1	364	1451,275	93,1			1180,375	1180,375
	2	309,75	1180,375	67,2	500		937,825	1437,825	12.06.1984
	3	388,5	1437,825	83,3			1132,625	1180,95
июль	1	364	1180,95	74,9	500		891,85	1391,85	02.07.1984
	2	428,75	1391,85	90,3	500		1053,4	1553,4	18.07.1984
	3	350,35	1553,4	269,5			1472,55	1472,55
август	1	381,5	1472,5	5,6	500		1096,6	1596,6	09.08.1984
	2	367,5	1596,6	315			1544,1	1544,1
	3	350,35	1544,1	84,7			1278,45	1278,45

Запас влаги в почве на конец декады (W_ест) равен:

W_ест=W_нач-E+P, м?/га. Если W_мин< W_ест<W_макс, то полив не проводят, а W_факт= W_ест. Если W_ест> W_макс, то W_факт= W_макс. Если W_ест< W_мин, то требуется полив. В этом случае W_факт= =W_ест+m.

Проверка: Е=?Р+?m+(W_нач-W_кон),

где ?Р - сумма осадков, м?/га

?m - сумма всех поливных норм, м?/га

На основании рассчитанных величин, приведенных в таблице 13, строят график, по которому определяют число и средние даты вегетационных поливов.

1.4 Графики поливов при дождевании

Для широкозахватных дождевальных машин типа Днепр, поливной расход (Q_п) будет равен расходу одной дождевальной машины (Q_дм).

Продолжительность поливного периода для каждого полива всех культур входящих в севооборот рассчитывается по формуле:

t = m·Fп.·К_исп./3,6·Q_п.·T·К_ирв. (18)

t - продолжительность поливного периода, сутках;

m - поливная норма, м³/га;

F_п. - площадь нетто поля севооборота, га;

К_исп. - коэффициент учитывающий потери воды на испарение при поливе, Кисп. = 1,1

Q_п. = поливной расход, л/сек;

T - продолжительность полива (24 часа);

К_ирв. - коэффициент использования рабочего времени, Кирв = 0,89

Пример:

t = 34650/8294.4=5 дней.

Неукомплектованный график

График гидромодуля отражает динамику подачи оросительной воды в течение оросительного периода на один осредненный гектар массива и составляется для года расчётной обеспеченности.

Построение неукомплектованного графика гидромодуля ведётся на основании следующих данных: состава культур, входящих в севооборот; их режима орошения; доли площади, занимаемой каждой культуры.

Примерные поливные периоды для овощных культур составляет 3 - 5, зерновых и кормовых 5 - 15 дней. Если поливная норма 300 - 400 м³/га поливной период должен быть 3 дня, если 500 - 600 м³/га - 5 - 6 дней. При влагозарядковых поливах нормой 1200-1500 м³/га поливной период можно принять до 15 - 20 дней. Гидромодуль определяют для всех поливов каждой культуры, входящей в севооборот. Результаты расчёта записывают в ведомость неукомплектованного графика гидромодуля.

Графики гидромодуля строят на миллиметровой бумаге. В верхней половине листа - неукомплектованный график, а в нижней - укомплектованный. Здесь же приводятся условные обозначения.

По оси абсцисс откладывают в масштабе календарь оросительного сезона с указанием месяцев и декад, а по оси ординат - гидромодуль. Горизонтальный масштаб - 1 мм.=1 сутки, а вертикальный - произвольно, из расчёта, что в наиболее напряженные периоды будет поливаться одновременно несколько культур.

Поливы каждой культуры на графике изображают в виде прямоугольников, ширина которых означает поливной период (ось абсцисс), а высота - гидромодуль (ось ординат).

Площадь прямоугольника соответствует удельному объёму воды, подаваемому на полив культуры. Каждая культура имеет свой условный знак - штриховку.

Построение графика начинают с ведущих культур, имеющих наибольшую продолжительность поливных периодов и наибольшее их число. Если поливы двух или более культур полностью или частично совпадают по времени, то в эти дни ординаты гидромодуля суммируют, а прямоугольники частично или полностью наращивают один над другим.

Таким образом, в первом построении получают неукомплектованный график гидромодуля, которым пользоваться невыгодно, так как оросительные каналы и сооружения в этом случае надо проектировать на пропуск максимального расхода, который будет всего несколько дней в году. В остальные же дни оросительная сеть будет пропускать значительно меньшие расходы, что повлечёт за собой заиление, зарастание откосов каналов, излишние потери воды на фильтрацию, что в свою очередь затруднит регулирование расходов и горизонтов воды. Строительство системы, рассчитанной на максимальный расход по неукомплектованному графику гидромодуля, привело бы к значительному увеличению строительных работ и капитальных вложений, удорожанию эксплуатации и ухудшению мелиоративного состояния орошаемых земель. Таким образом, применение неукомплектованного графика гидромодуля экономически невыгодно и технически неприемлемо, поэтому график надо укомплектовывать.

Укомплектованный график

Укомплектование графика гидромодуля имеет целью снижение максимальной ординаты гидромодуля; выравнивание по возможности ординаты гидромодуля; устранение неоправданных перерывов в подаче воды.

Достигается это путём частичного изменения сроков поливов, и главным образом за счёт увеличения или уменьшения продолжительности полива сельскохозяйственных культур. Для влаголюбивых и ведущих культур агротехнические сроки поливов в процессе укомплектования графика гидромодуля не следует изменять более чем на 2 - 3 дня. Сроки поливов второстепенных культур, а также менее влаголюбивых при укомплектовании могут быть сдвинуты на 5 - 6 дней. Сроки проведения поливов желательно сдвигать влево, предупреждая иссушение почвы в корнеобитаемом слое.

В процессе укомплектования графика гидромодуля следует строго соблюдать условие, по которому объём воды, идущий на полив каждой культуры, в укомплектованном графике соответствовал бы объёмам воды для полива тех же культур в неукомплектованном графике гидромодуля. Во всех случаях должно соблюдаться условие:

qt = q₁·t₁ (19)

q и t - соответственно гидромодуль и поливной период на неукомплектованном графике гидромодуля;

q1 и t1 - те же величины на укомплектованном графике гидромодуля.





2. Расчёт элементов техники полива при дождевании

Дождевание - способ полива с применением специальных машин, обеспечивающих поступление оросительной воды на поверхность почвы в виде искусственного дождя.

Основные характеристики - как естественных, так и искусственных дождей - это интенсивность дождя, крупность капель, равномерность распределения дождя по площади.

Средняя интенсивность дождя - отношение среднего слоя дождя ко времени их выпадения:

Рср. = hср. / t (20)

Средняя интенсивность дождя для дождевальной машины определяется по формуле:

Рср. = 60·Q / F (21)

Q - расход дождевальной машины, л/с;

F - площадь захвата, м³

Одно из основных требований к дождеванию заключается в том, чтобы при поливе не происходило образование луж, и не формировался поверхностный сток.

Конструкция, создающая искусственный дождь, называется дождевальным устройством. Дождевальным устройством могут быть дождевальные агрегаты, машины, установки, насадки.

Дождевальная машина - это устройство, состоящее из самоходной опоры (нескольких опор) и смонтированной на ней дождевальной установки. Напор для работы дождевальной машины создаётся автономной насосной станцией.

Дождевальные устройство по радиусу разбрызгивания подразделяются на короткоструйные (К = 20 м.), среднеструйные (К = 20 - 40 м.) и дальнеструйные (К ? 40 м.)

По действию и конструкционным особенностям современные дождевальные машины могут быть стационарными, полустационарными и подвижными.

В стационарных дождевальных системах насосные станции, подводящие, распределительные и транспортирующие трубопроводы и дождевальные аппараты устраивают постоянными.

В полустационарных дождевальных системах насосные станции, хозяйственные, участковые распределители или трубопроводы устраивают постоянными, оросители - временными, а дождевальные установки и машины - самоходными или переносными.

При подвижных дождевальных системах подводящие, распределительные и транспортирующие трубопроводы устраивают из быстроразъёмных металлических трубопроводов.

Основными параметрами при расчёте являются следующие данные:

1 Сменная производительность дождевальной машины (агрегата).

2 Сезонная производительность дождевальной машины (агрегата).

3 Время работы дождевальной машины (агрегата) на позиции (бъефе).

Сменная производительность дождевальной машины определится из балансового уравнения:

бm·Fсм = 3,6·Qм·tсм·Ксм, (22)

откуда

Fсм = 3,6 Fсм·tсм·Ксм / бm, (23)



Fсм - сменная площадь полива, га;

Qм - секундный расход дождевальной машины, л/с;

tсм - продолжительность смены, ч;

Ксм - коэффициент рабочего времени за смену;

m - поливная норма, м³/га;

б - коэффициент, учитывающий потери на испарение при дождевании.

Зная сменную производительность дождевальной машины можно определить суточную и сезонную площадь полива:

Fсут·Т = 3,6 Fсм·tсм·Ксм / бm, (24)

Т - время полива внутри суток, ч;

Fсут - коэффициент использования рабочего времени за сутки.

Сезонная производительность дождевальной машины может быть определенна по формуле:

Fсез = Fсм·Т = 3,6·t·Т·Ксез / бm, (25)

Т - время работы машины за поливной сезон, сут.;

Ксез - коэффициент использования рабочего времени за сезон.

Продолжительность полива на одной позиции дождевальной машины при известной средней интенсивности дождя определяется как:

t = 0,1·бm / Рср, (26)

t - время продолжительности полива на позиции, мин.;

m - поливная норма, м³/га;

б - коэффициент, учитывающий потери на испарение при дождевании.

Рср - средняя интенсивность дождя для дождевальной машины, мм/мин.

t=0,1*500*1,1/0,3=183,3 мин=3 часа=0,13 суток



3. Проект закрытой оросительной сети при поливе лука репчатого машиной Днепр ДФ-120-04

Днепр - фронтальный дождеватель для поля любой ширины. Осуществлет позиционный полив дождиванием всех с/х культур в полуавтомотическом режиме. Подача воды - от гидрантов закрытой оросительной сети, полив по прямоугольному контору. Водопроводящий трубопровод машины расположен над поверхностью поля на расстоянии 2.1 м, что позволяет поливать и высокостебельные культуры.

А=F_п*10000/В, м (27)

А - сторона поля, м

Fп - площадь поля, м²

В-ширина захвата дождевальной машины, м

А = м



Вывод

В данной работе проведены основные этапы проектирования режима орошения томатов поздних от расчета среднесухого года и определения величин поливных и оросительных норм до построения и укомплектования графиков гидромодуля, а также методы и расчеты элементов техники полива дождеванием.



Список используемой литературы

1 Методические указания для проектирования и расчета элементов техники полива дождеванием. Г.В. Иванова, А.Д. Гумбаров. Краснодар 1984

2 Режим орошения и техника полива сельскохозяйственных культур в условиях неустойчивого увлажнения Кубани. В.П. Амелин, А.Д. Гумбаров, С.А. Владимиров, В.Г. Гринь. Краснодар 2005

3 Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. А.А. Богущевский, А.И. Голованов, В.А. Кутергин. Москва - Колос, 1981

Размещено на Allbest.ru