Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Обоснование применения широкозахватных дождевальных машин на пойменных землях

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Обоснование применения широкозахватных дождевальных машин на пойменных землях"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

нз правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ШИРОКОЗАХВАТНЫХ ДОХДЕВАЛЬНЫХ МАШИН НА ПОЙМЕННЫХ ЗЕМЛЯХ

Специальность Сб.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой'степени кандидата технических наук-

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Московском государственном университете нриродообустройства.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

ГОЛОВАНОВ А.И., кандидат технических наук, доцент ИЛЬИН с.п.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

С7РИН В.А., кандидат технических наук, доцент' ОЗЕРИН В.®.

' Ведущая организация: ЗАО ПО "СОВИНТЕРВОД" Защита состоится * — 1996 г. в Ю00 час.

на заседании диссертационного совета К 120.(б.огв Московском государственном университете нриродообустройства по адресу: 12Т550, Москва, уд. Прянишникова, 19, ШП,ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «университета Автореферат разослан " ^ " Н^Ус^Ь— 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Т.И. СУРИКОВА

3

Ьёеденх/е.

Актуальность работы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производстра на пойменных землях является обоснование я рациональный выбор техники полива и необходимого режима орошения и связанных с ним водного, теплового, воздушного, пищевого и

микробиологического режимов почв. Задачи развития мелиорации зе-

(

мель и комплексного использования водных ресурсов требуют усовершенствования методов проектирования мелиоративных систем, подачи оптимальных поливных норм, обеспечивающих сохранение и улучшение плодородия почвы, недопущения ухудшения экологической обстановки мелиорируемых земель. Важное значение при этом имеет правильный подбор параметров дождевзльной техники, обеспечивающих ее использование на заданных типах почв без нарушения их водно-физических и других свойств.

Особенностью использования дождевальной техники на пойменных землях Нечерноземной зоны является то, что орошение по экономическим соображениям следует проводить в основном на оеодшх и кормовых культурах. На пойменных землях требуются сравнительно малые поливные и оросительные нормы. Гидромодуль для Нечерноземной зона рекомендован в пределах 0,3...О,35 л/с.га, тогда как для большинства применяемых дождевальных машин он составляет 0,8...л/С'Гз. Следовательно фактическая загрузка дождевальной техники в этой зоне составляет 40...60?» от нормативной. Пойменные земли характеризуйся сравнительно близким залеганием уровня грунтовых вод, их изменчивости в течение вегетационного периода в зависимости от постоянно меняющихся погодных условий. Изменение влажности почвы при выпадахших естественных осадках приводит к потере несущей способности почвы, усложняющей проведение плановых поливов.

Нэ пойменных землях Нечерноземкой зоны применяют практичес-

ки все промышленные и экспериментальные образцы дождевальной техники. Однако их использование недостаточно обосновано в выборе необходимого расхода воды, качественных показателей искусственного доздя, величины .досгоковой поливной нормы. И, главное, не ясно, как влияет применяемый искусственный доздь на структуру почвы, ее эрозию.

Исходя из вышеизложенного, констатируем, что выполненная научно-исследовательская работа актуальнз.

Цель и задачи работы. Целью рассматриваемой работы является обоснование применения широкозахватной дождевальной техники на пойменных землях Нечерноземной зоны, обеспечивающей сохранение и улучшение плодородия почвы и получение устойчивого урожая сельскохозяйственных культур.

Для выполнения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- проведен аналитический анализ современного использования дождевальной техники;

- в процессе эксплуатации широкозахватных дождевальных машин определены параметры колееобразования я их учет при вычислении коэффициента земельного использования;

- проведены исследования по определению влияния уклона орошаемой поверхности, средней интенсивности и крупности капель дождя на достоковую поливную норму;

- изучены процессы влияния искусственного дождя на изменения структуры почвы;

- проанализированы технологические схемы полива широкозахватных дождевальных машин фронтального (позиционного) и кругового действия в увязке с равномерным увлажнением почвы на поле;

- проведены исследования по формированию влажности почвы

при поливе широкозахватными дождевальными машинами;

- проведены исследования по определению величины испарения при дождевании;

- разработаны рекомендации по применению широкозахватных дождевальных машин на пойменных землях Нечерноземной зоны.

Методика научных исследований. Методика научных исследований включала аналитический анализ современного использования дождевальной техники по литературным источникам, теоретические и экспериментальные (в полевых условиях) исследования.

Экспериментальные исследования проводились на пойменных землях р. Дубны в хозяйствах "Загорский" и "Константинове" Серги-ев-Посадского района Московской области. На мелиоративных системах используют дождевальные машины "Волжанка", "Фрегат", "Днепр" Ими проводят полив в основном овощннх культур, картофеля и многолетних трав. При полевых экспериментах использована общепринятая методика научных исследований.

Обработка полученных данных и расчеты проведены с использованием методов математической статистики.

Научная новизна. По результатам исследований получены аналитические зависимости по определению: потерь воды на испарение при дождевании; допустимой интенсивности дождя в зависимости от уклона орошаемой поверхности; количества разрушающихся агрегатов почвы при дождевании; достоковой поливной нормы в зависимости от диаметра капель, интенсивности дождя и типа разбрызгивающего устройства. Предложены рекомендации по улучшению равномерности увлажнения почвы поля; изучено формирование влажности почвы на пойменных землях при поливе дождевальными машинами "Волжанка" и "Фрегат". Предложены критерии оценки обоснования и применимости дождевальных машин на пойменных землях.

Практическая ценность работы. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании оросительных систем на пойменных землях с использованием широкозахватных дождевальных машин с учетом агротехнических требований сельскохозяйственных культур, свойств почв и климатических условий. Предложенные результаты исследований и рекомендации позволяют предотвратить вредные воздействия искусственного дождя на структуру почвы и растения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-гохнических конференциях МГУП ( 1994, 1995 г.г.).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, приложения и списка используемой литературы, содержащего 84 наименования. Работа изложена на |/¡^страницах машинописного текста, содержит з/ рисунков, 2& таблиц.

В первой главе рабо"ы приведено современное состояние вопроса применения дождевальной техники на пойменных землях. Дана современная классификация и краткая характеристика используемых дождевальных систем и уст]юйств. Проанализированы качественные показатели искусственного дождя: интенсивность,.крупность капель коэффициенты равномерности и эффективности полива, давление на почву, коэффициент заполнения дождевого пространства капельной водой. Проведен анализ почвозащитных свойств возделываемых культур, эрозийности доадя и эродируемости почвы, допустимой средней интенсивности доадя при поливных нормах 300...500 м3/га в зависимости от типа почв и вида дождевания ( позиционное и в движении). При дождевании уплотняется верхний слой почвы, в результате чего разобщается поверхностная структура почвы, восстановле-

ние которой длится 10...30 суток. Агрегаты почвы не успевают восстановиться к моменту проведения следующего полива, что значительно ухудшает его качество.

Больной вклад в разработку, исследование и язучяое обоснование применения дождевальной техники внесли учение: Г.А.Дидебу-лвдзе, В.М. Лебедев, А.Г. Кврвалшш.т, А.П. Исаев, О,Б. Миле-шш, В.Ф. Носенко, НЛ. Рычков, К.В Губер, Ю.В. Алферов, В.В. Сласшхин, A.D. Гэврилицэ, A.N. Поспелов, М.С. Кузнецов, Ц.Е. Мирцхулава, A.M. Абрамов, Н.И. Ильин и другие.

Проведен анализ мелиорэтивннх требований, предъявляемых к до:кдевальной технике. Она должна обеспечивать высокое качество полива и в строго установленные ерогеи, высокую производительность при минимальных затратах человеческого труда и недопущение ухудшения плодородия почвы. Ее выбор зависит от климатических, почвенных, геоморфологических, биологических, хозяйственных и экономических условий.

Режим орошения и техника полива, определяющие интенсивность и длительность воздействия оросительных мелиораций на растение и среду его обитания, тесно и неразрывно связаны друг с другом. В работе дан анализ воздействия полива .ча растение и среду, основных функций и задач технологической службы оперативного управления поливами.

При орошении дождеванием для везго технологического процесса полива необходимо установить соотзетствие между интенсивностью дождя и скоростью впитывания воды в почву из условия предотвращения поверхностного стока. Движение влаги в почве происходит при неполном насыщении. При близком залегании уровня грунтовых вод удельная влагоемкость почвы и коэффициент влагопроводкости не изменяются во времени и пространстве и определяются осреднен-

ной расчетной влажностью, находящейся в диапазоне между исходной влажностью и пористостью. При определении режима увлажнения необходимо учитывать влагообмен грунтовых вод и зоны аэрации. Данному вопросу посвящены работы С.Ф. Аверьянова, А.И. Голованова, A.M. Будаговского, О.В. Попова и др.

Во второй главе приведен анализ природно-хозяйстввнных характеристик объекта научных исследований. Данные по климатическим условиям получены по метеостанциям г.г. Талдом, Дмитров, Сергиев Посад, а также метеостанции опытного участка. Климат объекта исследований (пойма р. Дубны) характеризуется теплым летом, умеренно-холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами. Среднегодовая температура воздуха составляет + 3,1°С, среднемесячная января - 11,3°С, июля + 17,5°С. Продолжительность покрытия снегом - 257 дней, продолжительность периода с положительной температурой - 206 дней. Глубина промерзания почвы 25...S5 см на пойме, 11... 118 см на суходоле. Среднемноголетняя продолжительность промерзания почвы 150... 130 суток. Продолжительность оттаивания почвы зависит от глубины промерзания: для суглинистых почв с глубиной промерзания до 10 см - 6 дней ( 6...12 апреля ), 30 см - 17 апреля. В конце второй декады апреля почва оттаивает полностью. Снежный покров на пойме устанавливается на 1...10 дней позже, а сход снега происходит на 1... 4 дня раньше, чем на суходоле.

Среднегодовая сумма осадков составляет около 600 мм, из них 70% наблюдается в теплое время года (апрель-октябрь) и распределяется неравномерно в течение вегетационного периода.

Направление ветра в вегетационный период: северо-западный, западный или северный. Средняя расчетная скорость ветра на запиленных местах - 2...2,5 м/с, на открытых - 3...4 м/с.

Пойма реки Дубны состоит из современных верхне-четвертичных озерно-аллювиальных, болотных, водноледниковых и моренных отложений, залегающих на верхнеюрских отложениях. Аллювиальные и болотные образования тлеют мощность от 6...10 м до 15...17 м и состоят из мелкозернистых темно-серого, серовато-синего и зеленоватого песков слоем более 1 м, с расположенными над ними коричневыми и серыми, средними и тяжелыми шлеватыми суглинками.

Водно-ледниковые отложения встречаются по всей пойме. Они представлены суглинками и песками.

В течение года уровень грунтовых вод постоянно меняется в зависимости от климатических условий (ДО...140 см). Вода - пресная, гидрокарбонатно-кальциевая и натриевая. Карбонатная жесткость варьирует между 2,1 и 6,7 мг.экв.,РК вода изменяется в пределах 5,6...7,8. Грунтовые воды содержат 12...120 мг/л железа, до 0,6 мг/л - аммиака, до 33 мг/л - магния, до 108 мг/л -кальция. Они могут сильно загрязнять воду в реке Дубне, являющейся одновременно водоприемником и водоисточником для орошения.

ГГочвы участка исследования минеральные светло- и темно-коричневые суглинки. Суглинки частично оглеены. На глубине 1 —1,2 м располагается оглеенный суглинок с погребенными растительными остатками.

Водно-фшческие свойства почвы опытного .участка представлены следующими величинами: плотность почвы 2,47...2,76 г/см3, объемная масса по глубине и площади 1,10...1,50 г/см3, пористость - 45...60% от объема, максимальная гигроскопичность 3,5,. . .5$ от массы сухой почвы, коэффициент фильтрации с поверхности почвы - 0,25 м/сут, при слое 80 см - 0,10 м/сут, на глубине 20 см - 0,10 м/сут, полная влагоемкость - 0,43 (в долях от объемз), влажность завядэния - 0,12; коэффициент водоотдачи - 0,074. По-

-/о

лученные данные обследования почвы были использованы для оценки типичности по отношению к пойме при помощи количественных и качественных сравнений полученных материалов.

При математическом анализе получены следующие вероятностные совпадения: коэффициент фильтрации - 0,966, объемная масса -0,956, максимальная гигроскопичность - 0,905, влажность почвы в слое 0...20 см - 0,955, в слое 20...40 см - 0,944.

При установлении вероятности принадлежности опытного участка исследований к эталонному использованы материалы института "Моегипроводхоз". При этом учитывалось влияние характеристик выращиваемых культур, типы почв и осуштельно-увлажнительной системы, степень развития хозяйств в регионе.

Третья глава посвящена методике, средствам и технике проведения экспериментальных полевых исследований. Дается описание экспериментальных установок и модельных площадок, средств измерения, состава опытов и методики юс проведения, а также подробно рассматриваются некоторые результаты экспериментальных измерений Влажность почвы определялась термостатно-весовым способом. Образцы почвы Орались сплошной колонкой из скважины буром. В верхних горизонтах образцы брались через 5 см, а дальше через 10 и 20 см. Места отбора проб принимались с учетом конструктивной особенности и технологии полива дождевального устройства.

Давление воды измерялось техническими манометрами, предварительно проверенными с помэцью образцового манометра.

Линейные параметры (радиус действия, длина и ширина охвата доадем) определялись металлической рулеткой с ценой деления 1 см Опыты проводились при скорости ветра до 0,5 м/с. Глубина и ширина колеи, образуемой широкозахватными дождевальными машинами, определялись металлической линейкой с ценой деления 1 мм.

Интенсивность искусственного довдя в точке определялась с помощью дождемеров, емкостью по 0,5 л Время проведения опытов принималось равным 100 мин. Обработка экспериментальных данных проводилась по методике ВНШГиМ.

Изучение влияния уклона на достоковую поливную норму осуществлялось на специально подготовленных площадках. Размеры площадок принимались равными 1x1 м, уклоны - 0,00. ..(^167 По длине площадки (по отношению к дождевальному аппарату) по центру устанавливались три дождемера (по краям и в середине). По трем инте-нсивностям дождя определялось среднее арифметическое. Средний диаметр капель в центре каждой площадки определялся с помощью бумажных фильтров.

При исследованиях интенсивности л крупности капель в качестве дождевального устройства принят дождевальный аппарат ДМ "Фрегат" II серии. Вдоль радиуса факэла распыла на расстоянии 0,1И, 0,5И, 0,7511, 0,95й размещались четыре искусственные площадки с центром относительно оси вращения дождевального аппарата. В принятых местах уклон площадок последовательно менялся.

В четвертой главе приведена мелиоративная оценка воздействия искусственного дождя на почву. Оптллальная влажность в почве обеспечивает нормальные условия развития с/х культур, позволяет получить от растений проектный урожай и сохранить плодородие почвы. Минимальная влажность замедляет развитие с/х культур. Сроки поливов назначают по морфологическим признакам, по влажности почвы, по метеорологическим условиям, по физиологическим признакам, по водному балансу. Каждый.из них имеет свои плюсы и минусы Назначения поливов по влажности почвы является более надежным. В условиях орошения пойменных земель поливные нормы должны приниматься в пределах 200...300 м3/га.

Исследованиями А.К. Костикова, А.И. Поспелова, Б.М. Лебедева, А.П. Исаева, Н.И. Ильина, В.Я. Чичасова, К.В. Губера, Ф.И. Колесника и др. установлено, что величина.допустимых нор зависит от впитывающей способности почв, динамического воздействия искусственного дождя на почву, изменчивости по площади орошения структуры дождя, развития вегетационной массы возделываемых растений, состояния почв, уклонов орошаемых участков, размещаемых в севооборотах сельскохозяйственных культур, а также пространственно-временной изменчивости указанных факторов.

Максимальную возможную поливную норму, которую может выдать дождевальное устройство в данных почвенных и агротехнических условиях без образования поверхностного стока, называют достоковой Ее величина не является постоянной для всей площади одновременного захвата дождем.

Гак для д.м. "Фрегат"'достоковая норма в конце машины в 1,5...2 раза меньше, чем в ее начале, вследствие ухудшения характеристик дождя. При орошении дождеванием допускается некоторый объем стока, который не приводит к заметному ухудшению качества полива и позволяет увеличить в целом по машине поливную норму. Получаемую поливную норму, соответствующую допустимому проценту стока, называют допустимой. Достоковая поливная норма характеризует фиксированную точку на площади одновременного захвата дождем, а допустимая норма характеризует машину в целом по площади орошения. Величина допустимого процента стока принимается в пределах 10...25 %.

Пр определении допустимых нор первоначально оценивается впитывающая способность почв, а затем рассчитывается величина норм с учетом времени до образования стока и характеристик дождя. Определение допустимых нор может быть выполнено эксперимен-

АЪ

тально с использованием стоковых площадок. Допустимые нормы полива зависят от типа почв, средней интенсивности и размера капель дождя. Размер капель дождя сильно влияет на поглощение влаги почвой, особенно на хороших структурных почвах.

Анализ опытных данных ряда исследователей, а также собственные исследования, позволили выразить достоковую поливную норму формулой.:

тдост= 2850 (1,14 - У^ ) К, (1)

где - средний диаметр капель, мм; р0 - интенсивность довдя, равная 0,5 мм/мин; р - заданная интенсивность довдя, мм/мин; К - коэффициент, учитывающий водопроницаемость почв ( К = 0,6.. ..1,5).

Искусственный доадь оказывает существенное влияние на структуру почв. В верхнем слое почвы (1...4 см) почвенные агрегаты под действием удара капель дождя и физико-химических процессов (перемещения коллоидов и солей) могут разрушаться. Степень разрушения агрегатов зависит от их водопрочности, интенсивности и крупности капель дождя, а также от продолжительности полива.

Если принять допустимые агротехническими требованиями величины диаметра капель дождя (йдогг), интенсивности доздя (рдогг) для рассматриваемых типов почв и времени вылива достоковой 'поливной нормы (£д0СТ ), то количество разрушенных агрегатов почвы аналитически можно оценить по полученной нами формуле С'^г й т <11 доп

где а"', йр средний и искомый диаметр частиц почвы,5; В - параметр, учитывающий водоггрочность агрегатов, зависит от водно-физических свойств я тиль почвы, растительного поксовз и состоя-

и

ния агротехники; К - параметр, характеризующий тип дождевального устройства.

В процессе полива дсждеванием частично разрушается структура почвы. Почвенные агрегаты дробятся на более мелкие. Последние проникают в пустоты почвы, вытесняя воздух. Почва становится уплотненной, а в верхнем слсе (1...4 см) по окончании полива образуется почвенная корка, увеличивающая испарение влаги из почбы и уменьшающая доступ воздуха к корням растений.

Для предотвращения отрицательного воздействия при поливе дождеванием следует подбирать дождевальное устройство таким образом, чтобы исключить после полива образования почвенной корки и не допускать заплывания почвы.

Это требование может быть выполнено при условии соответствия параметров дождя водно-физическим и другим свойствам почвы. При подборе параметров дождя надо стремиться к тому, чтобы максимально уменьшить при поллве разрушение структуры почвы.

Имея гранулометрический состав почвы, можно определить среднее значение его диаметра, по которому вычисляем ожидаемое количество разрушаемых частиц почвы дождем. Для исследуемой почвы также имеем скважность А и влажность почвы после полива И ( % от скважности). Если при расчете окажется, что а% + 41, то в конце и после окончания полива окидается зашшвание верхнего слоя .почвы, ее уплотнение и образование корки. Рассматриваемое дождевальное устройство в этих условиях применять нецелесообразно.

Допустимая интенсивность дождя должна быть увязана со скоростью Ештывания влаги. Для подзолистых почв с низкой водопроницаемостью допустимая интенсивность дождя составляет 1,5...О,7 мм/мин и поливная норма 30...130 м3/га. Для пойменных почв с хорошей водопроницаемостью допустимая интенсивность дождя равна

1,5...О,7 мм/мин и поливная норма 300...450 м3/га.

Допустимая интенсивность дождя зависит от прочности почвенных агрегатов, степени защищенности почвы растениями, рельефа и других условий.

Большие уклоны поверхности орошаемого участка создают условия для перемещения воды, что приводит к ее стоку за пределы поля. Наименее чувствительны к уклону местности низко- и средне-напорные вращающиеся аппараты. Интенсивность дождя у этих аппаратов можно не снижать при уклонах до 0,05. При больших уклонах впитывание влаги уменьшается, появляется поверхностный сток и, как следствие, почвы начинают подвергаться эрозии.

Допустимая средняя интенсивность дождя для среднесуглинис-тых средаепроницаемых почв по результатам экспериментов выражается формулой мм/мин,

рдоп = 412- 2.11 + 0,325; (3)

где 1 - уклон поверхности орошаемого поля в долях единицы.

Снижение допустимой интенсивности дождя по отношению к уклону менее 0,05 для этих же грунтов и для красновато-серого суглинка с хорошей структурой и сильной водопроницаемостью определяется по формуле (%),

д = 7551 - 126013- 34 Н.

где 1 - уклон поверхности орошаемого поля (1 г 0,05); К - параметр, характеризующий тип почв.

Приведенные формулы справедливы для средне- и дальнеструйных разбрызгивающих устройств. Дождевальные устройства с дефигек-торными насадками на структурных почвах можно применять при уклонах до 0,05. При этом надо принимать меры для предотвращения обпазования стока: оасголагать оабочее стыло попеоек склона.

глубокое рыхление почвы пэред поливом, устраивать прерывистые борозды, начинать полив с нижней части поля, проводить полив на повышенной рабочей скорости.

При одинаковой поливной норме на хорошо прокультивированном и глубоковспаханном поле полив можно осуществить со значительно большей интенсивностью дождя по сравнению с плохо подготовленным к поливу полем. Высокая степень покрытия поля растениями также позволяет дать большую поливную норму. Дождь при этом не разрушает структуру почвы, в результате чего создаются благоприятные условия для впитывания вода.

Потери' оросительной воды при дождевании слагаются из испарения в воздухе с момента вылета струи из сопла и до момента выпадения капель дождя на по*ву, с поверхности листьев и поверхности почвы и из ее верхнего слоя. Наибольшую относительную величину потерь (до 95...982) составляет испарение с поверхности почвы. Небольшое количество вода (1...3Ж поливной нормы) задерживается на самих растениях, уменьшает транспирацию и частично поглощается растениями.

Потери вода на испарение при поливе дождеванием (испарение струи при выходе ее из сопла до падения капель на почву) описываются уравнением:

и = (0,003 г1'8 + 0.6)(1 + 0,45У)(-^р-)0,£: (5)

1

где г - температура воздуга, °С; V - скорость ветра, м/с; В, -влажность воздуха, %; Вао - влажность воздуха равная 20 %.

Исследования испарения с поверхности почвы проводили с помощью малых почвенных испарителей (после полива ДМ "Волжанка" и "Фрегат") при следующих иетеоданных: температура воздуха 1?.. ..19°С, относительная влажность воздуха 70%, температура почвы в

я

слое 0...20 см 18___20°С. скорость ветра 3...3.5 м/с. На пашне

испарение вода из почвы на 50...Ю0Х больше, чем на поле покрытом растениями (капуста, многолетние травы). За сутки из почвы Испаряется 1,7...3,6 мм воды, за трое суток 7,3...10,0 мм..Межполивной период составляет 12 суток, (т = 400 м3/'га).

Испарение с поверхности почвы и растительного покрова зависит от типа почв, влажности и температуры почвы и воздуха, скорости ветра, величины поливной нормы, глубины залегания уровня грунтовых вод, состояния агротехники.

Исследования образования колеи ДМ "Волжанка", "Днепр" и "Фрегат" показали, что глубина и ширина колеи зависят от влажности почвы и количества проходов.

В пятой главе дается анализ особенностей формирования влажности почвы при поливе широкозахватными дождевальными машинами типа ДКШ-64 "Волжанка" и ДМ "Фрегат". Широкозахватные дождевальные машины одновременно увлажняют узку» полосу (12...40 м) поля. Остальная часть поля в рассматриваемый момент времени не орошается. В связи с этим следует ожидать неравномерное увлажнение почвы по полю, так как в рассматриваемое время накладываются постоянно менявдиеся климатические (скорость ветра, температура воздуха и почвы, влажность воздуха) почвенные и геоморфологические

УСЛОЕИЯ.

Рассмотрим ожидаемое изменение ]злажности почвы при полиЕе ДКШ-64 "Волжанка" по длине поля (оросителя) во времени при трех технологических схемах.

Первая технологическая схема. ДМ "Волжанка" поливает поле от начала до конца, далее осуществляет холостой перегон к началу поля. Перед поливом на первой позиции влажность почвы на поле равна 'Л . На участке, равном длине захвата дождем на одной пози-

ции (18 м), влажность почвы увеличивается до расчетного значения, соответствующего заданной полиеной норме т. По мере продвижения машины вдоль оросителя влажность почвы на участке первой позиции крыла постепенно уменьшается. Первоначально принятая влажность почвы на поле от начала первой позиции до последней вдоль оросителя, будет уменьшаться во времени за счет испарения с поверхности поля и транспирации листьями растений. Для создания равновеликой влажности почвы на поле необходимо постоянно увеличивать поливную норму,обеспечивающую пополнение испарившейся влаги V . Если при орошении не будем корректировать выдачу дополнительной поливной нормы по длине оросителя, то следует ожидать уменьшения среднего коэффициента равномерности увлажнения почвы. Для условий Московской области при орошении ОКП при среднесуточном испарении 3 мм, длине оросителя 800 м и расчетной поливной норме 27 мм на последнем гидранте поливная норма должна быть увеличена на 13,3 мм.

Дополнительное время вылива дополнительной поливной нормы, обеспечивающей равномерной увлажнение почвы вдоль оросителя, составит :

гдоп _ 1.доп пг " 1 ^ ~ 1конц пг '

лДОП е . г

где = ко"ц— = -поля -■ ; е - среднесуточное испаре-

иц ^ср ^ср

ние влаги полем, мм/сут; ИП0ЛЙ - продолжительность полива поля.

Дополнительная поливная норма на каждой поочередной позиции будет равна:

„доп _ ,ДСП, _ доп , "г ~ 1 1 - рср - конц Пг ( ■'

Прибавка дополнительной поливной нормы на каждой позиции

№

будет справедлива только для первого полива. При втором поливе прибавки пт11011 на каждой позиции не требуется, так как в начале полива влажность почвы равна первоначальной .

Вторая технологическая схема. Машина проводит полив от края поля до его конца. Второй полив проводится через ^ ( межполивной период), начиная с конца поля. Третий полив начинается с начала поля я т.д., то есть отсутствуют холостые перегонки крыльев машины. По этой технологической схеме работы машины необходимо последовательно добавлять прибавку дополнительной поливной норш по каждой позиции при первом, втором и т.д. поливах поля. Общая величина прибавки оросительной нормы за вегетационный период составит дм = Е вод.

Третья технологическая схема. Машина начинает полив со средины поля, в обратном направлении до середины поля - холостой перегон. В этом случае уменьшается дополнительная поливная норма для одной половина поля в два раза, а для второй - остается прежней. Неравномерность увлажнения почвы на поле аналогична первой технологической схемы.

Качество распределения дождя ДМ "фрегат" зависит от распределения расхода воды между отдельными дождевальными аппаратами. Время воздействия дождя нз почву уменьшается пропорционально расстоянию точки водопроводящего пояса от центра вращения машины. Соответственно этому должны увеличиваться расходы воды дождевальных аппаратов. Для получения одинакового слоя осадков по всей площади орошаемого круга расходы аппаратов должны удовлетворять условию:

= (8)

I

где 0 - общий расход воды дождевальной машины; - расход воды

2о

отдельного аппарата; Р, I - площади полива соответственно маши-

ны и аппарата; Т - продолжительность оборота машины.

г

Расход отдельного аппарата составит: а, =21, —— , где г

I 1 йз

расстояние от оси вращения машины до дождевального аппарата; 1 -

длина захвата (ширина колы.а) с учетом перекрытия смежными аппаратами.

Линейная скорость вргщения да "Фрегат" по кругу очень мала _о го

и составляет: V = -^у—. , а время перемещения средней ши-0 1

Ьл-г,» С Ш

рины охвата дождем машины: г = * 1Г~ * г'

Если предположить, чо'о до начала полива да "Фрегат" влажность на поле оыла постоягаой ), а полив на поле проводится поливной нормой ш, то за период ^ первоначальная влажность почвы на последней "фиктивно!:" позиции уменьшится на величину V . Поэтому для обеспечения равномерного увлажнения почвы необходимо увеличивать и общую поливную норму, т.е. И = + V . Расчеты и исследования показывают, что осреднений коэффициент равномерности увлажнения почвы составляет 0,79.

Изучена динамика изменения влажности почвогрунтов на глубине 0...100 см при орошении ДМ "Волжанка" и "Фрегат". Лучшее промачивание почвы отмечается в начале водопроводящих трубопроводов машин (от гидрантов). Это связано с лучшими качественными показателями искусственного дождя.

Анализ экспериментальных данных показал, что формирование влажности почвы и достоковая поливная норма зависят от уклона поверхности земли. При нулевом уклоне отмечается более равномерное увлажнение почвы и практически мало зависит от начальной влажности почвы. Динамика влажности по глубине существенно зави-

сит от уклона поверхности земли и наильной влажности почвы.

В шестой главе приведены осноечыв условия и критерии оценки обоснования и применимости дождевальных устройств. Оценка технической применимости дождевальной техники должна проводиться по природно-хозяйственным показателям и номенклатуре технически применимых видов дождевальных устройств. Ее Е&к^ор для конкретного участка определяется климатическими, почвенными, геоморфологическими, гидрогеологическими, биологическими и хозяйственными факторами. Принятое дождевальное устройство должно обеспечивать оптимальное увлажнение почвы и приземного слоя воздуха, влагозарядковый полив, внесение с поливной водой органических и минеральных удобрений и микроэлементов, терморегуляционное увлажнение растений и провокационные поливы для роста сорняков.

При выборе дождевальных устройств следует учитывать гранулометрический состав, влагоемкость, водопроницаемость, степень засоления, мощность почвенного покрова и устойчивость почв против водной эрозии. Оптимальным условием применения дождевального устройства является соответствие между скоростью впитывания воды в почву и интенсивностью искусственного дождя (для тяжелых почв 0,1...0,2; средних - 0,2...0,3 и легких 0,5...0,8 мм/мин). Необходимо учитывать устойчивость почв от заплывания вследствие ударней силы капель. На легкозашшвакщих почвах нецелесообразно применять дождеватели типа ДИН.

Допустимый уклон поверхности земли следует устанавливать в соответствии с их технологическими параметрами, а также учитывать при этом возможность всзникноЕения ирригационной эрозии. Последняя зависит от крутизны и длины склонов.

На эрозионную устойчивость полей оказывает влияние вид сельскохозяйственной культуры (многолетние травы - устойчивы; зер-

гг

новые - умеренно эрозионны; пропашные - эрозионно опасны; пары -очень эрозионно опасны).

Оптимальным пределом продолжительности дождевания считается период до образования луж или стока воды на поле. Интенсивность дождя, обеспечивающая в данных условиях подачу требуемой поливной нормы без стока воды, для различных технологий дождевания следует определять экспериментально или пользоваться приведенными в работе рекомендациями. Поливную норму следует назначать с учетом интенсивности и качества дождя, впитывающей способности почвы, состояния агрофона, рельефа и уклона поверхности. Режим орошения должен базироваться на технологически возможных поливных нормах, которые не должны превышать достоковую ( эрозионно допустимую) норму:

идос = 2350(1,14 - ) -р К (9)

Важное значение имеет правильное установление критической (предполивной) влажности почвы. Ее можно определить по формуле:

Икр--0.5(«ш + Шзавяд). (10)

где 11?нв - влажность, соответствующая наименьшей влагоемкости почвы, %•, *ззвад - влажность завядания, %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для предотвращения отрицательного воздействия при поливе дождеванием следует подбирать дождевальное устройство таким образом, чтобы исключить после полива образование почзенной корки и не допустить заплывание почвы.

Нами получена аналитическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь количества разрушенных агрегатов почбы при дождева-

нии в зависимости от типа дождевального устройства, параметров искусственного дождя, времени дождевания и водно-физических свойств почвы.

2. Получена зависимость для определения достоковой поливной нормы. На ее величину влияют: интенсивность дождя, диаметр капель и водопроницаемость почвы.

При короткоструйнсм дождевании снижение размера капель с 1,5...2,0 до О,6...О,7 мм позволяет увеличить величину поливной нормы в 1,5...2,5 раза.

3. Интенсивность дождя должна увязываться со скоростью впитывания влаги в почву. Расчет поливной нормы при заданной средней интенсивности дождя следует вести в зависимости от водно-физических свойств почвы и состояния агрофона поля.

4. Допустимая интенсивность дождя в значительной степени зависит от состояния поверхности поля и уплотненности подпахотного горизонта, а также от степени покрытия поля растениями. Предложена аналитическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь допустимой интенсивности довдя и уклона поверхности поля.

5. Получена зависимость для определения потерь воды на испарение при поливе дождеванием в зависимости от температуры и влажности воздуха и скорости ветра.

6. На колееобразование широкозахватных дождевальных машин существенное влияние оказывает влажность почвы, количество проходов и тип колес машин. Вытаптывание площади ДМ "Фрегат", "Волжанка" и "Днепр" соответственно составляет 0,5, 2,0 я 0,7% .

7. При орошении ДКШ-64 "Волжанка" отмечается неравномерное увлажнение почвы на поле по длине оросителя ( первый и последний гидранты ) во времени за счет испарения с поверхности поля и тракспирации листьями растений. Для обеспечения равномерности

увлажнения почвы вдоль оросителя необходимо вносить корректировку выдачи заданной поливной нормы, увеличивая ее от второго до последнего гидрантов на величину потерь воды во времени полива. Выдачу дополнительной велпошы поливной нормы на каждой позиции можно осуществить дополнительным временем работы крыла машины на каждом гидранте.

8. Ери орошении широкозахватными дождевальными машинами кругового действия ( типа ДМ "Фрегат" ) также отмечается неравномерное увлажнение почвы по кругу (начало и окончание полива по кругу на позиции ). Поливную норму в конце кругового полива следует увеличивать до 10...'2% от первоначальной. Для обычных условий полиеэ равномерность увлажнения почвы по кругу составляет 75.. .7955 .

9. В начале крыла да 1-64 "Волжанка" влажность почвы на глубине 60 см через сутки достигает первоначальную влажность ( до полива ) -21$ . Ниже 60 см влажность почвы до полива и через одни сутки после полива практически не меняется. Через двое суток после полива влажность, почвы на глубине до 35 см становится меньше, чем через одни с*тки после полива. Ниже глубины 35 см влажность почвы после де.ух суток несколько увеличивается и к глубине 100 см стабилизируется с первоначальной влажностью почвы. Такое изменение связаьо с тем, что часть влаги испаряется и некоторая часть идет на инфильтрацию.

10. В конце крыла мешшны влажность на поверхности почвы через сутки после полива увеличивается до 3155, через двое суток после полива составляет 28,53 . Через сутки после полива влажность почвы стабилизируется с влажностью до полива на глубине ниже 55 см.

Через двое суток после полива влажность почвы на глубине

25 см становится меньше влажности, ч<;м через одни сутки после полива.

11. На глубине более 50 см увлажнение почвы в начале трубопровода выше, чем в концевой' части крыла "Волжанки". Это связано с разными условиями промачивания почвы ( больший удельный расход в начале крыла машины и сравнительно меньший диаметр капель ).

12. По длине водопроводяшего полса машины "Фрегат" влажность почвы в начале ( у неподвижной опоры ) выше, в середине -меньше и в конце - еще меньше. Такая ¡закономерность отмечается по всей исследуемой глубине 0___100 см. Различное увлажнение почвы связано с качественными показателями искусственного дождя.