Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Обоснование применения широкозаватных дождевальных машин на пойменных землях

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

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

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБ7СТРОЙСТВА

' г Г Г''А I- •• ' нз Щ33031 рукописи

| * *

КЕИТА ШЕЙК АХМЕД ТЩЩАН

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ШР0К03А1ВАТНЫХ ДОХДЕВАЛЬНЫХ МАШЩ НА ПОЙШШХ ЗШШХ

Специальность 06.01.02 - Сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1996

Работа выполнена в Московском государственном университете щжродооОустрояства.

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

1 ГОЛОВАНОВ A.M., - кандидат технических яаук, доцент ИЛЬИН С.П.

Официальные оппоненты: доктор технических яаук, профессор

СУРЙН В.А., кандидат технических наук, доцент ОЗЕРИН в.ф.

Ведущая организация: ЗАО ПО "СОВИНТЕРВОД"

Защита состоится "lÄ.« % ср.у ть в юоо час_

J и

на заседании диссертационного совета К 120 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19, МГЛ1, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в б^шотеке университета -Автореферат разослан " 19% г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Т.И. СУРИКОВА

3

3 §ед&мх/в.

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

микробиологического режимов почв. Задачи развития мелиорации зе-

г

мель и комплексного использования водных ресурсов тресуит 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.

Особенность» использования дождевальной техники нз пойменных землях Нечерноземной зоны является то, что орошение по экономическим соображениям следует проводить в основном на овощных я кормовых культурах. На пойменных землях требуются сравнительно малые поливные и оросительные нормы. Гидромодуль для Нечерноземной зоны рекомендован в пределах 0,3...О,35 л/с«га, тогда как для большинства применяемых дождевальных маши он составляет 0,3—!,1 л/с«га. Следовательно Фактическая загрузка дождевальной техники в этой зоне составляет 40...б0£ от нормативной. Пойменные земли характеризуются сравнительно близким залеганием уровня грунтовых вод, их изменчивости в течение вегетационного периода в зависимости от постоянно меняющихся погодных условий. Изменение влажности почзы при вшгадакших естественных осадках приводит к потере несущей способности почвы, усложняющей проведение плановых поливов.

Яа пойменных землях Нечерноземной зоны применяют прэктичес-

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

Исходя из вышеизложенного, констатируем, что выполненная на-учно-исследовзтельскзя работа актуальна.

Цель и задачи работы. Целью рассматриваемой работы является обоснование применения широкозахватной довдевальной 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 и их учет при вычислении коэффициента земельного использования;

- проведены исследования по определении 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 полива 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 "Константиково" Серги-ев-Посадского района Московской области. На мелиоративных системах используют дождевальные машины "Волжанка", "Фрегат", "Днепр" Ими проводят полив в основном овощных культур, кзртофеля 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 вода 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 довдя и типа разбрызгивавшего устройства. Предложены рекомендации по улучшению равномерности увлажнения почвы,поля; изучено формирование влажности почвы на пойменных землях при доливе дождевальными машинами "Волжанка" и "Фрегат". Предложены критерга оценки обоснования и применимости дождевальных машн 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 згротехничеси!х 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-технических конференциях МГУТ1 ( 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, содержат рисунков, таблиц.

В первой главе работы приведено современное состояние вопроса применения дождевальной техники на пойменных землях. Дана современная классификация и краткая характеристика используемых дождевальных систем и устройств. 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, эрозийностя дождя и эродаруемости почвы, допустимой средней интенсивности доадя при по.мвных 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 разрушается повешностная структура почвы, восстзновле-

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

Большой вклад в разработку, исследование и научнее обоснование применения дождевальной техники внесли ученые: Г.А.Дидебу-лвдзе, Б.М. Лебедев, А.Г. Кервалияшили, А.П. Исаев, O.E. Миле-нин, В.Ф. Носенко, H.a. Рычков, К.В. Губер, Ю.В. Алферов, В.В. Слэстихин, А.О. Гэвридица, A.M. Поспелов, М.С. Кузнецов, Ц.Е. Мирцхулава, A.M. Абрамов, Н.И. Ильин и другие.

Проведен анализ мелиоративных требований, предъявляемых к дождевальной технике. Она должна обеспечивать высокое качество полива и в строго установленные cpofof, 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 межорзций 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 вегго технологического процесса полива необходимо установить соотзетствие между интенсивностью дождя и скоростью впитывания вода в почву из условия предотвращения поверхностного стока. Движение влаги в почве происходит при неполном насыщении. При близком залегании уровня грунтоБых вод удельная влзгоемкость почвы и коэффициент влагопроводаости не изменяются во времени и пространстве и определяется осреднен-

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

Во второй главе приведен анализ природно-хозяйственннх 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 + 3,4°С, среднемесячная января - 11,3°С, имя f 17,5°С. Продолжительность покрытия снегом - 257 дней, продолжительность периода с положительной температурой - 206 дней. Глубина промерзания почвы 25...85 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 ( б... 12 апреля ), 30 см - 17 апреля. В коше 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 суша осадков составляет около 600 мм, из них 10% 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 защищенных местах - 2...2,5 м/с, на открытых - 3...4 м/с.

ГГойма реки Дубны состоит из современных верхне-четвертичных озерно-аллхшальных, болотных, водаоледюосовых и моренных отложений, залегающих на верхнеюрских отложениях. Аллювиальные и болотные образования имеют мощность от 6...10 м до 15...17 м и состоят из мелкозернистых темно-серого, серовато-синего и зеленоватого песков слоем более I м, о расположенными над ними коричневыми и серыми, средними и тяжелыми пылеватыми 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 (40...140 см). Вода - пресная, гидрокарбонатно-кальциевая и натриевая. Карбонатная жесткость варьирует мевду 2.1 и 6,7 мг.экв.,РН воды изменяется в пределах 5,б...7,8. Грунтовые вода 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.

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

Водно-физические свойства почзы опытного участка представлены следущими 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 псчвы - 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 объема), влажность ззвядания - 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 рльтращш - 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 "Мосгипроводхоз". При этом учитывалось влияние характеристик выращиваемых культур, типы почв и осуштельно-увлаашительной 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 их проведения, а также подробно рассматриваются некоторые результаты экспериментальных измерений Влажность почвы определялась термостатно-весовым способом. Образцы почвы Орались сплошной колонкой из скважины буром. Б верхних горизонтах образцы брзлись 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 помощ.» образцового манометра.

Линейные параметры (радиус действия, длина и ширина охвата дождем) определялись мэталляческой 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 доздя в точке определялась с помощью доздемеров, емкостью по 0,5 я Время проведения опытов принималось равным 100 мин. Обработка экспериментальных данных проводилась по методике ВНИИГиМ.

Изучение влияния уклона на достокову» поливную норму осуществлялось на специально подготовленных площадках. Размеры площадок принимались равными ш м, уклони - 0,05...0,5. По длине площадки (по отношению к доадевальному аппарату) по центру устанавливались три дождемера (по краям и в середине). По трем инте-нсивностям дождя определялось средне*; арифметическое. Средний диаметр капель в центре каждой площадки определялся с помощьв бумажных фаьтров.

При исследованиях интенсивности крупности капель в качестве дождевального устройства принят дождевальный аппарат ДМ "Фрегат" II серии. Вдоль радиуса фаюла распыла на расстоянии 0,1Н, 0,511, 0.75Н, 0,95К размещались чзтыре искусственные площадки с центром относительно оси вращение дождевального аппарата. В принятых местах уклон площадок последовательно менялся.

В четвертой главе приведена мелиоративная оценка воздействия искусственного дождя на почву. Оптимальная 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.Н. 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 норм зависит от впитывающей способности почв, динамического воздействия искусственного дождя на почву, изменчивости по площади орошения структуры довдя, развития вегетационной массы возделываемых растений, состояния почв, уклонов орошаемых участков, размещаемых в севооборотах сельскохозяйственных культур, а также пространственно-временной изменчивости указанных факторов.

Максимальную возможную пояганую 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.

Так для д.м. "Фрегат" достоковая нора в конце машины в 1,5...2 раза меньше, чем а ее начале, вследствие ухудшения характеристик дождя. При орошении доадеванием 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, нззывают допустимой. Достоковая поливная норма характеризует фиксированную ТОщ<у на площади одновременного захвата дождем, а допустимая норма характеризует машину в целом по площади орошения. Величина допустимого процента стока принимается в пределах 10...25 %.

Бри определении допустимых норм первоначально оценивается впитывавшая способность почв, а затем рассчитывается величина норм с летом времени до образования стока и характеристик дождя. Определение допустимых норм может быть выполнено эксперимен-

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 таюке собственные исследования, позволили выразить достоковую поливную норму формулой.

тдост= 2350 (1,14 - У^ ) -рй-. К, (1)

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

Искусственный дождь 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 водоггрочности, интенсивности и крупности капель доадя, а также от продолжительности полива.

Если принять допустимые агротехническими требованиями величины диаметра капель дождя (<3Д0П), интенсивности дождя (рдоп) для рассматриваемых типов почв и времени валива достоковой'поливной нормы (1дост ), то количество разрушенных агрегатов почвы аналитически можно оценить по полученной нами формуле

л = гг^И-ч1^. к.З- (2)

VII ^ т V -со 1 п кс'

иД0П шДОД <3" где средний и искомый диаметр частиц почва,%; В - па-

раметр, учитывающий водопрочность агрегатов, зависит от водно-физических свойств и типа почвы, мстительного гсоктюва я состоя-

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

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

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

Это требование может быть выполнено при условии соответствия параметров довдя водно-физическим и другим свойствам почвы. Яри подборе параметров дождя надо стремиться к тому, чтобы максимально уменьшить при поливе 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 !? ( % от скважности). Если при расчете окажется, что к% * У, то в конце и после окончания полива ожидается ззплывание верхнего слоя .почвы, ее уплотнение и образование корки. Рассматриваемое доздевальное устройство в этих условиях применять нецелесообразно.

Допустимая интенсивность дождя должна быть увязана со скоростью впитывания влаги. Дня подзолистых почв с низкой водопроницаемостью допустимая интзнсивность дождя составляет 1,5...О,7 мм/мин и поливная норма 80...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 среднепроницаемых почв по результатам экспериментов выражается формулой мм/мин,

рдоп = 412- 2.11 4 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 (%)г

7551 - 126013- 34 ,,, А = -^- , (»/

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 дефлек-торными наездками на структурных почвах можно применять при уклонах до 0,05. При этом надо принимать меры для предотвращения образования стока: сасполагать габочее кгало попепек склона,

глубокое рыхление почвы перед 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 пол явную норму. Дождь при этом не разрушает структуру почвы, в результате чего создаются благоприятные условия для впитывания вода.

Потери оросительной 8ода при дождевании слагаются из испарения в воздухе с момента вылета струи из сопла и до момента выпадения капель доздя на почву,с поверхности листьев и поверхности почвы и из ее верхнего плоя. Наибольшую относительную величину потерь (до 95...985) составляет испарение с поверхности почвы. Небольшое количество воды (1...3Ж поливной нормы) задерживается на самих растениях, уменьшает транспирацию и частично поглощается растениями.

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

и = (0,003 Г1'6 + 0.6X1 + 0,45У)(-§|2-)°'б (5)

1

где г - температура воздуха, °С; V - скорость ветра, м/с; В( -влажность воздуха, %; В20 - влажность воздуха равная 20 %.

Исследования испарения с поверхности почвы проводили с помощь» малых почвенных испарителей (после полива ДМ "Волжанка'! и "Фрегат") при следующих ^етеоданных: температура воздуха 17.. ..19°С, относительная влажность воздуха 702, температура почвы в

слое 0...20 см 13...20°С, скорость ветра 3...3.5 м/с. На паше испарение воды из почвы на 50...100% больше, чем на поле покрытом растениями (капуста, многолетние травы). За сутки из почвы Испаряется 1,7...3,6 мм воды, за трое оуток 7,3...10,0 мм.. Межполивной период составляет 12 суток, (га = 100 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 ширин;) 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 узкую полосу (12...40 м) поля. Остальная часть поля в рассматриваемый момент времени не орошается. В связи с этом следует ожидать неравномерное увлажнение почвы по полю, так как в рассматриваемое время накладываются постоянно меняющиеся климатические (скорость ветра, температура воздуха и почвы, влажность воздуха) почвенные и геоморфологические

УСЛОЕИЯ.

Рассмотрим ожидаемое изменение ;злажности почвы при поливе 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 '.V . На участке, равном длине заоата дождем на одной пози-

ции (18 м), влажность почвы увеличивается до расчетного значения, соответствующего заданной поливной 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 № . 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. 2Т 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 _ *доп пг " { ,,,

и| ~ 1конц Пр • ^

пг5011 е . Г где гконц = = -_Доля_ . е _ среднесуточное испаре-

ние влаги полем, мм/сут; 1;П0ЛЙ - продолжительность полива поля.

Дополнительная поливная норма на каждой поочередной позиции будет равна:

„доп _ гдс.п, _ ,г|д0п . пг ~ 1 1 - ' рср - конц • Пр ( >

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 полиез влажность почвы равна первоначальной И .

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 и т.д., то есть отсутствуют холостые перегонки крыльев машины. По этой технологической схеме работы машины необходимо последовательно добавлять прибавку дополнительной поливной нормы по каждой позиции при первом, втором и т.д. поливах поля. Общая величина прибавки оросительной нормы за вегетационный период составит АМ = 2 щДО^

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 половины 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 на почву уменьшается пропорционально расстоянию точки водопроводящего пояса от центра вращения машины. Соответственно этому должны увеличиваться расходы вода дождевальных аппаратов. Для получения одинакового слоя осадков по всей площади орошаемого круга расходы аппаратов должны удовлетворять условию:

М _ О.т

(8)

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

отдельного аппарата; Г, I - площади полива соответственно машины и аппарата; Т - продолжительность оборота машины.

г.

Расход отдельного аппарата составит: = 211 —, где г(-

Я

расстояние от оси вращения машины до дождевального аппарата; 1(-

длина захвата (ширина ¡сольца) с учетом перекрытия смежными аппаратами.

Линейная скорость врздения ДМ "Фрегат" по кругу очень мала т

и составляет: 7 = -=5— • , а время перемещения средней ши-

О 1

Ьг>т.»1; га

рины охвата дождем машины: £ = дД • 1Г~' г-

Если предположить, что до начала полива ДМ "Фрегат" влажность на поле была посто®яой (¥?о), а полив на поле проводится поливной нормой т. то за период гс0 первоначальная влажность почвы на последней "фиктивной" позиции уменьшится на величину . Поэтому для обеспечения равномерного увлажнения почвы необходимо увеличивать и общую поливщх норму, т.е. 71 = «о + V . Расчеты и исследования показывают, что осредненный 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 на!альной влажности почвы.

В шестой главе приведены основ:ше условия и критерии оценки обоснования и применимости дождевальных устройств. Оценка технической применимости дождевальной техзшки должна проводиться по природно-хозяйственнкм показателям и номенклатуре технически применимых видов дождевальных устройств. Ее вектор для конкретного участка определяется климатическими, почвенными, геоморфологическими, гидрогеологическими, биологическими и хозяйственными факторами. Принятое доздевальное устройство должно обеспечивать оптимальное увлажнение почвы и приземного слоя воздуха, влагозарядковый.полив, внесение с по.швной 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 межу скоростью впитывания воды в почву и интенсивностью искусственного довдя (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 лвпеозаплнвагщих почвах нецелесообразно применять дождеватели типа ДДН.

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

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

га

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

Оптимальным пределом продолжительности дождевания считается период до образования лук 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' агрофояа, рельефа и уклона поверхности. Режим орошения должен базироваться на технологически возможных поливных нормах, которые не должны превышать достоковую ( эрозионно допустимую) норму:

шдос = 2350(1,14 - ?й*,г ) у- К (9)

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

ккр = 0.5(»т 4 Кзавяд), (10)

где 1?нв - влажность, соответствующая наименьшей влагоемкостя почвы, %•, КзаБЯД - влажность завядания, 3.

общие вывода

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

Нами получена аналитическая зависимость, устанавливающая взаимосвязь количества разрушенных агрегатов почвы 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 короткоструйном дождевании снижение размера капель с 1,5...2,0 до О,б...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 дождя 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 и 0,1% .

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 транспирации листьями растений. Для обеспечения равномерности

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

8. При орошении широкозахватными дождевальными машинами кругового действия ( типа ДМ "Фрегат" ) также отмечается неравномерное увлажнение почвы по кругу (начало и окончание полива по кругу на позиции ). Поливкую норму в конце кругового полива следует увеличивать до 10...'2% от первоначальной. Для обычных условий полива равномерность, увлажнения почвы по кругу составляет 75...792 .

9. В начале крыла ДШ-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 сутки после полива. Ниже глубины 35 см влажность почвы после дьух суток несколько увеличивается и к глубине 100 см стабилизируется с первоначальной влажностью почвы. Такое изменение связако с тем, что часть влаги испаряется и некоторая часть идет на икфильтрацию.

10. В конце крыла м&шины влажность на поверхности почвы через сутки после полива увеличивается до 315, через двое суток после полива составляет 28,5% . 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

Я5

25 см становится меньше влажности, чем через одни сутки после полива.

11. На глубине более 50 см увлаанение 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 водопроводящего пояса 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.