Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Мелиоративная и экологическая оценка некоторых способов и технологий орошения земель Северо-Восточной зоны Республики Беларусь стоками свиноводческих комплексов
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Автореферат диссертации по теме "Мелиоративная и экологическая оценка некоторых способов и технологий орошения земель Северо-Восточной зоны Республики Беларусь стоками свиноводческих комплексов"
АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ Р Г б ОД МЕЛИОРАЦИИ И ЛУГОВОДСТВА
2 с' 1:ЮН 199э
На правах рукописи МИХАЛЬЧЕНКО НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ УДК 631.67.03:628.36 (476)
МЕЛИОРАТИВНАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОРОШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЗОНЫ РЕСПУБЛИКИ • БЕЛАРУСЬ СТОКАМИ СВИНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Специальность Об. 01. 02. -мелиорация и орошаемое земледелие
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
ШНСК 1094
Диссертационная работа выполнена в Белорусской сельскохозяйственной академии в 1986...1994 гг.
Научные руководители: кандидат технических наук, профессор,
заслуженный работник народного образования Республики Беларусь
М. Г. Голченко
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
В. С. Брезгунов
Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший
научный сотрудник
И. В. Минаев
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
В. А. Ионас
Ведущее предприятие - Белорусский государственный институт
по проектированию водохозяйственного и мелиоративного строительства
Защита состоится " ! " (Л 1-0 Л Лс 199 <Г г. в ^ О чаов на заседании специализированного совета Д. 099.03.01 по присудденио ученых степеней в Белорусском научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства по адресу:
220040, г. Минск, ул. М. Богдановича, 153, БелЮШМиЛ.
С. диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВелНИИМиЛ.
Автореферат разослан М 1-0(1 »А- юэСг.
Ученый секретарь специализированного
совета, доктор технических наук д. п. Лихацевич
- 1 -
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Переход к индустриальным технологиям в животноводстве создал серьезную проблему во взаимоотношениях человека с окружающей средой, вызванную в основном необходимостью утилизировать большие объемы навозных стоков, которые образуются на комплексах. Наиболее распространенные технологические схемы такой утилизации включают в себя внесение на поле подготовленных стоков мобильным транспортом или дождеванием. Использование стоков животноводческих комплексов для удобрительного и удобрительно-увлажни-тельного орошения получило широкое распространение во всем мире. Однако исследования, проведенные в Республике Беларусь и других странах, свидетельствуют о том,что применяемые технологии удобрительного орошения стоками наряду с несомненными достоинствами имеют ряд особенностей и слабых сторон.
Определенный интерес представляет внутрипочвенное орошение (ВПО), более полно отвечающее природоохранным требованиям. Однако до настоящего времени этот способ не нашел производственного применения. Основная причина этого еаключается в недостаточной изученности ВПО в почвенно-климатических условиях Беларуси.
Следует также отметить, что в последнее время начинают развиваться фермерские хозяйства, значительная доля которых специализируется на животноводстве. Для эффективного функционирования таких хозяйств потребуются и специальные технологии утилизации жидкой органики, основанные на рациональном использовании ее удобрительных свойств с минимальным ущербом для природы.
Исходя из вышесказанного актуально и необходимо проведение исследований по оценке применимости и совершенствованию существующих, а также изучению перспективных способов и технологий орошения стоками с учетом требований охраны окружающей природной среды.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась мелиоративная и экологическая оценка некоторых аспектов различных способов и технологий ороиения земель северо-восточной зоны Республики Беларусь стоками свиноводческих комплексов, а также их совершенствование.
В задачи исследований входило:
- проведение полевых опытов и изучение литературных источников для оценки качественных показателей различных способов и технологий внесения стоков на поле, а также для определения влияния этих мероприятий на урожай и загрязнение природной среды;
- обоснование параметров, технологии и способов ВПО;
- г -
■ совершенствование существующих и разработка новых способов, технологий и устройств для внесения стоков на поле;
- определение водоохранного эффекта и биоэнергетическая оценка эффективности возделывания многолетних трав при орошении их стоками свинокомплексов.
Научная новизна результатов исследований. Выполнена мелиоративная и экологическая оценка некоторых способов и технологий орошения стоками свинокомплексов в почвенно-климатических условиях северо-восточной зоны Республики Беларусь, по результатам которой разработаны перспективные конструкции дождевальных аппаратов и устройств, а также способы подготовки поля к поливу дождеванием, повышающие равномерность внесения стоков на поле и снижающие загрязнение сельскохозяйственной продукции и поверхностного стока. Теоретически и экспериментально обоснованы параметры, технология и способы ВГО. Разработаны новые способы сельскохозяйственной утилизации стоков и подготовки их к поливу,, а также доочистки вод, стекающих с земледельческих полей орошения.
Научная новизна подтверждается 23 авторскими свидетельствами на изобретения, основными соавторами которых являются М. Г. Гол-ченко и В. И. Желязко.
Практическая ценность и реализация работы. Использование результатов исследований при проектировании и эксплуатации специализированных оросительных систем позволит существенно повысить качество дождевания, ВГО и других способов орошения, улучшить подготовку стоков перед внесением их на поля, что, в свою очередь, позволит повысить качество растениеводческой продукции и улучшить экологическую обстановку на полях, орошения и вблизи от них.
Работа выполнялась в рамках программы ЮНЕСКО "Человек и биосфера" (Белорусский комитет МАБ), Республиканской научно-исследовательской программы 07.02р "Охрана природы", а также ряда хоздоговорных работ.
Результаты исследований использованы при эксплуатации специализированной оросительной системы с использованием свиноводческих стоков в ЭГО "Заднепровское" Оршанскою района Витебской области на площади 1150 га, а также в сходных с нашим регионом почвенно -климатических условиях - в Рязанской области России при проектировании и строительстве трех специализированных оросительных систем на общей площади 338 га и при разработке "Пособия по эксплуатации оросительных систем для утилизации сточных вод и навозных стоков", утвержденного областным комитетом охраны природы Рязанской области
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях в НПО "Прогресс" по сельскохозяйственному использованию сточных вод (Ст. Купавна Московской области. 1986, 1987, 1989), на заседании Межвузовского координационно совета по проблеме использования промышленных и животноводческих сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур (Волгоград, 1988), на конференции по сельскохозяйственному использованию сточных вод и стоков животноводческих комплексов (Москва, 1991), на 1 Всесоюзной конференции по проблемам природ-но-мелиоративного мониторинга СССР (Смоленск, 1991), на совещании по использованию стоков животноводческих комплексов и проектированию специализированных оросительных систем (Минск, 1987), на научно-производственных конференциях в Белорусской сельскохозяйственной академии (Горки, 1986...1994), на областных научно-производственных семинарах по использованию стоков свинокомплексов (ЭТО "Заднепровское" Оршанского района Витебской области. 1988,1989).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав основного текста с выводами и предложениями производству, изложенных на 121 странице машинописного текста, списка использованной литературы из 222 наименований, в т.ч. 11 иностранных. Работа содержит 6 таблиц, 20 рисунков и приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении раскрываются актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, ее реализация и апробация.
В первой главе "Анализ существующих способов и технологий утилизации стоков свиноводческих комплексов на земледельческих полях орошения" обобщены данные о накопленном опыте утилизации стоков. Предварительно оценены основные достоинства и недостатки pao-личных способов удобрительного и удобрительно-увлажнительного орошения, что позволило разработать программу дальнейших исследований.
Во второй главе "Программа, методика и условия проведения исследований" определены вопросы, намеченные к изучению, а также рассматривается методика проведения исследований.
Основные полевые опыты проведены в 1986...1993 гг. на орошаемых стоками свинокомплекса землях ЭПО "Заднепровское" Оршанского района Витебской области. Навозные стоки свинокомплекса мощностью 54 тыс. голов утилизируются на водооборотной системе площадью 1150 га. В состав оросительной системы входит опытный участок, включаю-
щий стоковую и лизиметрическую площадки, ыетеопост, полевую лабораторию, а также опытно-производственный участок внутрипочьенного орошения площадью 4,2 га и полевые микросекции увлажнителей.
Почвы участка - дерново-подзолистые легкосуглинистые, типичные для северо-восточной зоны Республики Беларусь. Водно-физические свойства почвы в слое 0,0...1,0 м в среднем характеризуются следующими показателями: плотность - 1,45 г/см3, плотность твердой фазы - 2,62 г/см3, порозность - 42,5 % от объема, наименьшая вла-гоемкость - 22.9 % от массы сухой почвы. В среднем в пахотном слое содержится фосфора - 8,2 , калия - 14,3 мг на 100 г сухой почвы; рН в Кс1 - 4,3.
Исследуемая культура - однолетние и многолетние травы, а также их смеси. Для изучения технологии орошения дождеванием, а также количественных и качественных показателей кормов опыты заложены по следующей схеме.
1. Без орошения + NPK - контроль. 2. Орошение природной водой при снижении влажности почвы до уровня 75Z НВ + NPK. 3. Орошение навозными стоками свинокомплекса годовой нормой по азоту NCr = ЮО кг/га + дополнительное увлажнение природной водой при снижении влажности почвы до уровня 75Z НВ. 4. То же, но NCT = 200 кг/га. 5. То же, но Мст = 300 кг/га. G. То же, но Нсг = 400 кг/га. 7. То же, ко N(:r = COO кг/га. Основные варианты опыта - 1, £, 5. Остальные использованы для получения кривой отклика при изучения количественных и качественных показателей выращенной продукции.
При планировании опытов по изучению ВПО учитывались конструктивные особенности опытного участка, а также специфика ВПО (недоувлажнение верхнего слоя почвы, возможность проникновения поливной жидкости ниже активного слоя и т. д.). Изучались следующие варианты полива.
1. Без орошения + NPK - контроль. 2. Орошение смесью природной воды и навозных стоков Nct = 200 кг/га + дополнительное увлажнение природной водой при снижении влажности почьы до уровня 75% НВ. 3. То же, NCT = 326 кг/га.
Сроки внесения навозных стоков были следующими: первое внесение - весной при возобновлении вегетации; последующие - после очередных укосов. В аналогичные сроки вносились минеральные удобрения в вариантах без орошения и при орошении природной водой. Используемые при орошении стоки в среднем характеризовались следующими удобрительными свойствами: азот общий - 494, фосфор - 327, калий -224 мг/л; рН = 7,8.
- Б -
С целью получения достоверных данных опыты проводились в четырехкратной повторности. Размещение учетных делянок рендомизиро-ваннос, но с учетом особенностей работы техники полива. Площадь каждой делэдши 100 м2. Опыты по изучению дождевания проводились на стоковой площадке и оросительной системе в производственных условиях. Используемая техника полива - ДД-30 и ДКН-80.
Установление параметров режима внутрлпочвенного орояения и отработка технологии полива проводились на опытно-производственном участке ЕГО, микросекциях увлажнителей, а также с помощью испарителей с внутрипочвенным увлажнением ( площадью 0,05 м2, высотой почвенного монолита 1м). При разработке новых способов ВПО перед испытанием их на микросекциях проводилось моделирование процессов увлажнения на грунтовых лотках кафедры сельскохозяйственных мелио-раций БСХА. На опытно-производственном участке ВПО заложено 8 вариантов увлажнителей (рис.1).
г---------------------т
Варианты 1 и 5
Варианты 2 и 6
4
Л 2
ч / 2
/
> г
4 -
1 " 2
\ /з /
Варианты 3 и 7
4 V»/ 1- V
1 - 2
к:!-'1] /з
Варианты 4 и 8
. и
4 1/ ' • - , ь
1 ^ г 3
n
| Рис. 1. Поперечные сечения материальных внугрипочвенных увлаж-| нителей по основным конструктивным вариантам:
| 1 - дренажная груба диаметром 0,05 м (полиэтиленовая для вари-| антов 1...4 и гончарная для вариантов 5...8); 2 - фильтр из | стеклохолста; 3 - пленка из стабилизированного полиэтилена; | 4 - обратная засыпка растительным грунтом.
I. _____________________-1
В дополнительных вариантах использовались различные виды
фильтрующей засыпки.
Урожай учитывался методом сплошной уборки с делянок. Оценка качества выращенной сельскохозяйственной продукции проводилась на основе общего зоотехнического анализа, выполненного в лаборатории анализа кормов опытной станции Белсельхоэакадемии. Для оценки влияния орошения стоками свинокомплекса на поверхностные и грунтовые воды, по согласовании с районной санитарно-эпидемиологической станцией г. Орыа и лабораторией гидрохимии и использования животноводческих стоков НПО БелНИИМиЛ. были определены места отбора проб воды на химический анализ. Все анализы выполнялись в лабораториях вышеуказанных организаций.
Метеорологические показатели за годы исследований имели значительную изменчивость как в межгодовом, так к во внутрисезонном разрезе. В целом тепловлагообеспеченность вегетационного периода лет исследований можно охарактеризовать следующим образом: 1980 -близкий к среднемноголетнему по осадкам и температуре воздуха. 1987 - средневлажный и холодный, 1988 - средневлажный и теплый. 1989 - засушливый и теплый, 1990 - засушливый и холодный, 1991 -слабозасушливый и теплый, 1992 - острозасушливый и нормальный по теплооОеспеченности. 1993 - влажный и холодный.
В третьей главе "Изучение и совершенствование основных способов орошения стоками свиноводческих комплексов '* изложены результаты исследований по внесению стоков мобильным транспортом, дождеванием и ВПО.
Внесение стоков мобильным транспортом изучалось в 1980 гг. Опытами было установлено, что при внесении стоков слоем более 6...7 мм за один проход агрегата образуется интенсивный сток, который перераспределяется по микрорельеф/. Это резко ухудшает качество полива и может привести к загрязнению прилегающих к полю территорий. Поэтому в опытах этот показатель в среднем составляв 4,1...5,5 мм. Но и в этих условиях коэффициенты эффективного полива были небольшими и колебались в пределах 0,21...О,39.
В опытах также отмечено уплотнение почвы. Плотность слоя 0. ..0,3 м 8а поливной период в среднем изменилась с 1.30 до 1,39 г/см3. Отмечено уплотнение и подпахотных грунтовых слоев, причем в слое 0,4...О,6 м плотность достигла величины 1.51 г/см3, что близко к предельным значениям.
Таким образом, применение существующей технологии внесений стоков мобильным транспортом нерационально как с мелиоративных, так с экологических и экономических соображений (неравномерность
внесения стоков на поле, возможность возникновения загрязненного поверхностного стока, возможность загрязнения продукции, особенно в местах персполива, большие эксплуатационные затраты, в том числе большой расход дефицитного топлива и т.д.).
В некоторой степени снизить отмеченные недостатки молено при специальной обработке поля или при применении специальных устройств для внесения стоков. В частности, рекомендуются к применению разработанные нами (в соавторстве) устройства, предназначенные для внесения в почву животноводческих стоков и других жидких удобрений (а. с. СССР 1470220 и 1459625). Принцип действия этих устройств основан на образовании в дернине вертикальных отверстий или горизонтальных щелей с одновременной подачей в них стоков,что снижает загрязнение растений. Известно, что прокалывание в почве отверстий или прерывистое ее щелевание (М.Г. Голченко, В.И. Невдах, В.И. Нелязко и др.) значительно увеличивает инфильтрационную способность почвы. Это позволяет увеличить норму внесения стоков за один проход предлагаемых конструкций по полю и лредотвратить возникновение загрязненного поверхностного стока. Дозированная подача стоков позволяет увеличить также и равномерность их внесения.
Опыты по изучению дождевания проводились в течение 1986...1993 гг., причем последние три года - на производственной оросительной системе. Утилизация принятых годовых норм внесения навозных стоков осуществлялась различными сочетаниями удобритель-но-увлажнительных и увлажнительных поливов (см. таблицу).
Таблица. Оросительные нормы при дождевании многолетних трав природной водой (числитель) и стоками (знаменатель) -1
Годы исследований
Оросительные нормы ( мм ) в вариантах опыта
-1-
~г
~г
~г
2
~г
1986 70/0 50/21 40/40 20/00 20/70 0/105
1987 40/0 £0/21 10/40 10/59 0/80 0/110
1988 Б5/0 40/23 20/45 20/63 0/85 0/120
1989 70/0 45/25 45/47 55/70 35/95 0/140
1990 60/0 40/20 40/40 50/00 30/80 0/125
1991 70/0 40/75
1992 75/0 45/80
1993 35/0 0/05
В зависимости от величины влагоэапасов почвы в сроки внесения стоков поливы проводились нормой 5...Е0 мм. Дополнительные увлажнительные поливы природной водой проводились нормой 10...20 мм с учетом увлажнительного эффекта удобрительных поливов.
Как видно из таблицы, оросительные нормы по различным вариантам опытов, в различные годы подвержены значительной изменчивости. При этом изменения в характеристиках увлажнительных поливов вызваны в основном изменениями климатических факторов, а изменения характеристик удобрительных полиеов - изменениями в химическом составе стоков.
При проведении поливов измерялись качественные показатели искусственного дождя. Подученные данные в целом согласуются с результатами исследований, проведенных в аналогичных условиях М. Г. Голченко. В. И. Невдахом, Р. И. Желяэко и др. Отмечено, что качество полива стоками в целом хуже, чем при поливе природной водой. В частности, для аппарата ДД-30 коэффициенты эффективного полива при содержании в стоках взвешенных веществ менее 2 % и скоростях ветра до 2 м/с ъ среднем составили 0.08 (при поливе водой -0,00). При скоростях ветра 3...4 м/с этот показатель снизился соответственно до 0,43 и 0.55. Отмечено также повышение диаметра капель искусственного дождя, образованного стоками, в среднем на 522. Таким образом, основным фактором, влияющим на равномерность распределения стоков по площади поля, является ветер. Как показал опыт эксплуатации оросительной системы ь производственных условиях, не всегда выдерживаются рекомендации по проведению поливов при скоростях ветра до 2 м/с. Это приводит к значительной неравномерности полива. При применении стоков в качестве поливной жидкости неравномерность полива, в свою очередь, приводит не только к недобору урожая, но и отрицательно влияет на кормовые качества трав, так как участки с избыточным поливом фактически орошаются нормой, большей экологически допустимой.
Для повышения равномерности полива, особенно при ветре, возможно применение специальных струйных дождевальных аппаратов, изменяющих на протяжении одного оборота характеристики своей работы (Б.М. Лебедев и др.). Нами (в соавторстве) разработано несколько таких конструкций, признанных изобретениями.
Принцип изменения скорости вращения аппарата на протяжении одного оборота реализован ь конструкциях, описанных в а.с. СССР 1630091, 1702954. 17У1С04. 1831998. Увеличение равномерности полива при ветре может достигаться также за счет изменения наклона гю-
ливней струи к горизонту (а. с. СССР 1662432). Для снижения гидравлических сопротивлений в этом аппарате установлен дополнительный успокоитель в виде струеразделительной пластины с плоскими упорами, которая при настройке аппарата может быть предварительно отклонена ^рт оси потока. Это несколько снижает дальность полета струи в безветренную погоду, но существенно повышает качество полива при ветре. В частности, испытания действующей модели аппарата, выполненной на базе ДД-30, показали, что при скорости ветра 5 м/с отношение дальности полета струи против ветра и дальности полета по ветру составило 0,84 (для базового аппарата - О.2D). Возможно также одновременное изменение нескольких параметров работы дождевального аппарата на протяжении одного его оборота, как это предусмотрено в конструкциях, описанных в а.с. 1612520 и 156В914.
Как отмечалось выше, из-за повышенной вязкости стоков в процессе полива они распадаются на более крупные капли, чем чистая вода, т.е. наблюдается повышенная энергия искусственного дождя, от которой в значительной мере зависит качество полива (A.M. Абрамов и др.). С учетом вышесказанного нами (в соавторстве) разработано устройство для управления поливом дождеванием Га.с. СССР 1Б76048). Это устройство позволяет автоматически регулировать продолжительность полива с учетом количественных и энергетических характеристик искусственного дождя.
Еще один путь повышения качества полива поля - это специальная его предполивная подготовка. Рекомендуются к применению два новых способа, разработанных нами (в соавторстве) и описанных в а.с. 1650041 и 1731101. Применение этих способов позволяет не только повысить инфильтрационную способность почвы, но и перераспределить влагу по площади поля из зон избыточного полива в зоны недостаточного полива. Сущность этих способов заключается в крото-вании поля по специальной схеме. Данные способы являются также эффективным противоэрозионным мероприятием.
Полевые испытания способов подготовки поля к поливу дождеванием проводились в 1989...1991 гг. Эффективность проведенных мероприятий. воздействие их на почву и растения характеризует рис.2, составленный по результатам опыта 1989 г. При практически одинаковых условиях полива обработанные участки характеризуются более равномерным распределением влагоэапасов по площади поля. Так, коэффициент вариации распределения влагоэапасов вдоль наблюдательных створов необработанных участков в среднем составил 18,7%, в то время как для обработанных эта величина не превшзача 5 Z. .
10 20 30 40 50 60 м
Рис. 2. Влияние подготовки поля к поливу на почву и урожай: 1 - подготовленный к поливу участок; 2 - контрольный участок; а - минутный слой искусственного дождя; 6 - влаговапасы в слое почвы 0...0,3 м; в - содержание нитратов в почве; г - содержание нитратов в зеленой массе многолетних трав.
На обработанных участках в течение вегетационного периода практически не отмечено поверхностного стока, что снизило загрязнение прилегаощих территорий и водотоков, а кроме того, привело к повышению влагоэапасов в почве. Средние влагозапасы метрового слоя почвы необработанных участков составили 301,35 мм, обработанных -326,18 мм, т.е. прибавка составила 8.2%. В связи с большим содержанием в поливной жидкости биогенных элементов их распределение по полю также стало значительно равномернее. Например, коэффициент вариации распределения нитратов в слое почвы 0...0.3 м для обработанных участков был в среднем равен 37,3 %, в то время как для необработанных этот показатель превышал 400 X. Таким образом,подготовка поля к поливу улучшила водно-воздушный режим почвы, привела к более рациональному питательному режиму растений.
С 1993 г. на специализированной оросительной системе племсов-хоза "Заднепровский" начато производственное внедрение способов подготовки поля к поливу дождеванием.
Изучение ВПО проводилось в течение 1987...1993 гг.
Обработка экспериментальных данных методом регрессионного анализа показала, что удельный расход q поливной жидкости, передаваемой увлажнителем в почву, с достаточно высокой точностью характеризуется уравнением вида
ц =а + Ь/Ъп, ( 1 )
где Ь - продолжительность полива: а, Ь, п - эмпирические коэффициенты, зависящие от конструкции увлажнителя, пьезометрического напора в его полости и предполивной влажности почвы.
Исследование движения жидкости с переменным расходом проводили М.С. Григоров, И.М. Коновалов, Г.А. Петрова, В.Н. Рябов и другие, при этом полученные ими зависимости применительно к работе увлажнителя имеют ряд допущений. В большинстве случаев в основу методики расчета положен установившийся режим движения с переменной массой жидкости в увлажнителе. При этом учитывается выравнивание объемов передаваемой в почву жидкости по длине увлажнителя в процессе полива вследствие перераспределения напора. Исходя из этого допущения можно получить выражение для определения поливной юрмы ту. Возможны два варианта решения: при п ¥ 1 и при п= 1.
а(1-п)(Ь-1;с/2) СЪП_1-(1С/2)П_13+Ь
т7 = ■--—— , (п 1 1): ( 2 )
(1-п)С^1_1-(1с/2)п"1] В -10*4
a(t-tc/2) + b In 2t/tc
H^y = - . 1Л = 1), ( 3 )
В • 1СГ4
где t - продолжительность полива, с; tc - ьромн оклилизации напора в увлажнителе, с; В - расстояние между увлажнителями, м; 10~4 - коэффициент размерности (пересчета шу в м3/га).
Проведенными нами исследованиями установлено, чти расстояние между увлажнителями для легкосуглинистых почв можно принимать в следующих пределах: увлажнитель без экрана - 1,0...1,1 м; увлажнитель с плоским экраном - 1,1...1,3 м; увлажнитель с экраном коробчатой формы - 1,2...1,4 м.
Практически нецелесообразно продолжать полив, если на фильтрацию в слои почвы, расположенные ниже увлажнителя, расходуется более 70...80% поливной жидкости. В это время наблюдается стабилизация расхода , вызванная преобладанием процесса фильтрации, перераспределением напора по длине увлажнителя и т.д. Момент стабилизации расхода большинство авторов рекомендуют считать за момент прекращения полива. Тогда из уравнения (1) продолжительность полива tn в первом приближении равна
tn = <b K/Lafl - K)]}l/n, (К = 0.7...0.8). ( 4 )
Ряд авторов (A.A. Богушевский. В.И. Вобченко. А.П. Мироненко, В. И. Желязко и др.) отмечают, что при напорном внутрипочвенном поливе в области увлажненного грунта вокруг увлажнителей можно выделить зону полного или гравитационного насыщения и зону неполного или капиллярного насыщения. Поэтому после прекращения полива будет происходить перераспределение влаги. При этом гравитационная влага будет стекать вниз до установления равновесного состояния. Если в качестве поливной жидкости использовать навозные стоки, промачиьа-нйе почвы ниже расчетного слоя крайне нежелательно, так как это может привести к загря&нению глуооких горизонтов почвы и грунтовых вод (при близком их залегании). Поэтому экологически допустимое время полива t3 должно обеспечивать распределение влаги экологически безопасной поливной нормы в расчетном слое в равновесном состоянии. Рассмотрев влагозапасы в почве на момент окончания полива и момент наступления равновесного состояния, можно получить выражения для определения экологически допустимого времени полиьа:'
при т ¥ 1
01 (Ьа -ЬуНЬт) (Ьэ-^/Й) ГЬэт~г- (1с/2)т-1] и = -, (5)
аг^г+з^ш-поиэ-Ьс/гтэ^-ас/гГ-1] + ЬаВ1 при т = 1
01(|1а-ь^а'эЧс/г)
С1Э ---, (6)
аг(1)1+13'>) (11э-Ьс/2) + Ьг»1 1'п -Ас
где - мощность активной зоны, м; |1у - глубина укладки увлажнителя. м; ai.bi.m- коэффициенты регрессии уравнения, характеризующего скорость впитывания Чв в слое 11д = - и имеющего вид
Ув = 31 + Ъх/Ьт . (71
В уравнениях (5) и (6) введены обозначения Оне - Он =01.
Впв - Внв = №. (9)
где вн, Вне. Впв - влажность почвенного слоя 1"1д - начапьная, соответствующая наименьшей и полной влагоемкости. % от массы сухой
ПОЧЕП.
'Коэффициенты регрессии уравнений (1) и (7) определялись опытным путем с обработкой полученных данных на персональном компьютере 1БМ 380 АТ. При этом выяснилось, что процесс передачи поливной жидкости из увлажнителя в легкосуглинистую почву при среднем напоре в увлажнителе 0.5 м и предполивной влажности почвы 0.7...0,8 НВ с достаточно высокой точностью характеризуется уравнениями (1) И (7). в которых коэффициенты пит соответственно равны единице. При расчетах на 1 погонный метр увлажнителя получены следующие результаты. п Для варианта 1 (увлажнитель без экранак а = 3,04 -10" м"-/с;
Ь = 3.92.-Ю"3 м" (корреляционное отношение на уровне значимости
ЬХ входит в доверительный интервал I? = 0,91 ± 0,08; индекс детерминации .1« = 0,83); 31 = 7,11 '10'° м/с; = 5,19 • Ю"^ м П* * 0,89 _t0.ll; с1я =0.79). Для варианта 2 (увлажнитель с плоским эк-ржом): а - 2.53 -10-6 м2/С; Ь - 3,26 • 10"3 ы2 П? - 0.87 ¿0.11; с