Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Обоснование расчетной модели режима орошения многолетних трав и овощных культур в условиях Беларуси

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Обоснование расчетной модели режима орошения многолетних трав и овощных культур в условиях Беларуси"

гб о;;

! 1з ичы

Аквдемкя агрария наук Республик* Беларусь

Белорусский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт мелиорации и ллюводства

УДИ Б02.7:631.673 ' На правах рукописи

Лихацевич Анатолий Павлович

ОБОСНОВАНИЯ РАСЧЕТНОЙ ыодкли Р8ЯИЫА ОРОВВНЯЯ ыногол&тнях ТРАВ И ОВОЦНУХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ БЕЛАРУСИ

06.01.02. - мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 1993

Работа выполнена в БеЛорусскси научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства (БедНЙШиЛ)

Официальные оппоненты:

«Шн-Коррйапондент AÁH Республики Бедаруаь,доктор технических ивук,профессор Афанасий Г. К академик РАСХН, доктор гехиичеоках каук,профессор Григйров М. С.

Доктор технический наук, старший научный сотрудник НоваЛьчук Й.И.

ВеДУШДя органиеация ■*■ Центральный н&учЯО-ЖСЛедовательс-кий институт кошдаксногс использований водных ресурсов (ЦНИЙКЙВР)

Защита диссертация состоится " 3 " декабря 1903 года в " 1D " ЧасоЕ на заседании специализированного совета ДСШ. 03.01 в Белорусском научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства tío адресу: 220040, г. Ыинон , уд. U. Богдановича, 153

Ü диссертацией .ноте ознакомиться в библиотеке БелНКИМиЛ

Автореферат разослан " " октябре 1993 года.-

Ученый секретарь Специалиаирааанюго совета. какдкда? технических наук

Н. К. ВахониН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсификация сельскохозяйственного производства на современном этапе развития мелиоративной науки ставит перед исследователям! все более сложные задачи по разработке и обоснованию ресурсосберегающих, экологически сбалансированных (безопасных) режимов и технологий мелиорации. На территории Беларуси, климатические условия которой можно отнести к зоне неустойчивого увлажнения (Е Г. Голченко, А, И, Ми-хальцевич,1993), на продуктивность сельхозугодий периодически отрицательно сказывается недостаток почвенной влаги, особенно на минеральных почвах, где от засух урожай овощных культур и трав снижается иногда в 1,5-2 раза.

Целесообразность и эффективность орошения сельскохозяйственных угодий в республике обосновывается результатами 'местных научных исследований (БелШШиБХ. ЕСХА, БелНИИЭОСХ, ВелШШПА и др.) и положительным производственным опытом применения этого мероприятия на соседних территориях (Польша, Германия, страны Скандинавии). Ежегодно можно найти примеры эффективного орошения и в хозяйствах Беларуси (например, совхоз "Загорье" Смолевичского района, 2391-19Э2гг. и др.).

В то же время следует заметить, что эффективность орошаемого земледелия в целом по республике оставляет желать лучшего. Причин тому несколько, но среди них есть одна, зависания только от научного обоснования. Это - рекомендуемый режим орошения сельскохозяйственных культур, который должен учитывать растянутость во времени и в пространстве (с переменными характеристиками) процесса пс-лива, то есть его продолжительность и возможную пестроту увлажняемого почвенного покрова, достигающую в условиях Беларуси максимальной выраженности. По меткому замечанию академика С, Г. Скоропакова (1985) здесь каждая почвенная единица представляет собой самостоятельную экологическую систему я высокий технике-экономический и социаяь-но-зкологичееккй эффект мелиорации в республик» может быть достигнут липь при глубоко дифференцированном учете всего мно-гоообразия почвенного покрова. Кроме того следует помнить объективные ограничения, возникающие из-за технических осс-бен-гоегей дождевальных устройств и из-за доступных к применению технологий орошения.

Цедь и аадачи исследований. Целью исследований является совершенствование теоретических основ и разработка методики обоснования модели режима орошения почвеннонеоднородных полей сельскохозяйственных культур, позволяющего поддерживать заданные водные условия при минимальных еатратах ресурсов (воды, электроэнергии, топливна-смавочных материалов, рабочей силы) без нарушения сложившегося водно-экологического равновесия.

Поставленная цель требует решения следующих задач:

1. Сформулировать и обосновать принципы перехода от режима орошения однородных (по почвам) мелких опытных делянок к режиму орошения крупных производственных площадей с-возможной пестротой почвенного покрова.

г. Разработать пространственную (линейную) модель режима орошения сельскохозяйственных культур.

3. Определить допустимые экологически обоснованные границы изменения основных элементов разработанного линейного режима орошения.

4. Выявить ключевые звенья технологий дождевания, позволяющих реализовать пространственную (линейную) модель режима орошения.

5. Разработать методику оптимизации эксплуатационного режима орошения с целью минишзадии затрат-ресурсов на полив.

Методика исследований. Работа выполнена путем проведения комплексных исследований в натурных (полевых) условиях и теоретических разработок. Полевые . наблюдения ва водным режимом проводились лично соискателем на Полесской опытной мелиоративной станции и на опытном участке в совхозе "Новоселки" Петри-кавского района Гомельской области, а также под' руководством и при участии соискателя на производственной оросительной системе "Волмв" в Смолевичеком районе Шнекой области. Использованы также полевые материалы, представленные Харьковским управлением оросительных'систем (Украина).

Для анализа полученных экспериментальных данных и сопоставления их с расчетными значениями применялись методы математической статистики. Теоретические разработки проводились на основе применения классической теории математического анализа, теории, физического подобия ДП - теоремы); анализа существующих решений, изучения физики .исследуемых процессов, составления балансовых уравнений и построения математических

моделей. Расчетные зависимости выводились с обязательным соблюдением принципа размерностей. Расчетные значения изучаемых величин сопоставлялись с результатами эксперимента (в том числе и друтих авторов), а также оценивались возможные ошибки расчета. Расчет динамики почвенных влагазапасов и оросительных норм проводился по методике БелНЙИМИВХ (А. II Михальцевич, Л Н. Терехов, 1935).

Научная новизна Разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии теории режима орошения: усовершенствованы теоретические основы и разработана методика обоснования режима орошения почвеннонеоднородных полей сельскохозяйственных культур, что позволило аналитическим путем определить параметры орошения, гарантирующего поддержание заданных водных условий на увлажняемых почвах Беларуси, отличающихся плановой неоднородностью, при минимальном расходовании ресурсов на полив и сохранении водно-экологического равновесия. Уравнения взаимосвязи между элементами режима орошения вытекают из впервые сформулированных условий нормировки, базирующихся на подобии водных режимов почв под орошаемыми сельскохозяйственными культурами. Предложена модель и разработана методика оптимизации поливной нормы для условий*Беларуси.

Практические значимость и реализация результатов работы. Результаты исследований внедряются в производственную практику через включение в нормативные и технологические документы, изданные в Республике Беларусь:

1. Создание и использование культурных пастбищ (Штодичес-кие указания). - Минск: Ураджай, 1088. - 78 с.

. 2. Шсобие к технологическим картам на пслив сельскохозяйственных культур по ресурсосберегающей технологии. - Минск: РЦ "Шлиорация", 1990. - 29 с.

3. Технологические карты на полив сельскохозяйственных культур дождевальными машинами и установками. - Шнек: БелНИИ-МкБХ, 1991. - 179 о.

Вышеперечисленные документы переданы Госагропрому БССР (1938г.), Министерству мелиорации и водного хозяйства БССР (1991г.) и Госконшряу "БодстроЛ" Российской Федерации С 1991г.): В настоящее время разрабатывается Технологический регламент полива луговых трав в условиях Республики . Беларусь

(РБ), вошедший в число приоритетных научных разработок.

На защиту выкосятся следующие основные положения:

1. Усовершенствованная методика расчета коэффициента, характеризующего увлажненность почвы при определении эвапот-ранспирации сельскохозяйственных культур.

2. Теория физического подобия в приложении к водному режиму орошаемых (увлажняемых) почв* под сельскохозяйственными культурами. ,

3. Принцип подобия и условия нормировки режимов орошения.

4. Правило нормировки линейного (по направлению поливного фронта) режима орошения.

5. Параметры линейного однородного режима орошения.

6. Методика экологической оценки режима орошения'в условиях Беларуси с позиции сохранения водно-экологического равно- ' весия на орошаемых землях и прилегающих территориях.

7. Методика оптимизации эксплуатационного режима орошения с целью минимизации затрат ресурсов на полив.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных, всесоюзных и ресубликанских симпозиумах, совещаниях, конференциях, семинарах:

Международном симпозиуме по совершенствованию практики ирригации с целью сохранения и защиты водных ресурсов-и повышения урожайности культур (Франция, Авиньон, 1969 год, доклад с использованием наших материалов представлен правительством Белорусской ССР); ■ .

Иэждународной научно-технической конференции "Достижения науки и техники в области ресурсосбережения л экологии" (Гомель, .1989);

Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989);

Отраслевой научно-практической конференции "Биологические, экономические и экологические основы нормирования водопользования в орошаемом земледелии страны" (Дчепропетровск, 1989);

Всесоюзном совешании "Проблемы экологии, воспроизводства плодородия' почв ,|1 ресурсосбережения при шнт&неиваом испольео-вании орошземых в&мель!* (Херсон,- 1990);

Вгееошной научно-технической конфур^ции "Оовреигниш.-цр-:С^е!.и планирования и уираглениа ьодохомйотаенниш! система-

ми" (Новочеркасск, *1990);

Научно-практической конференции "Проблемы мелиорации земель Сибири" (Красноярск, 1991)}

Отраслевой научно-практической конференции "Водообеспечв-ние и водоотведение в орошаемом земледелии" (Энгельс, 1991);

Республиканской научно-производственной конференции

"Основные направления получения экологически чистой продукции растениеводства" (Горки, 1992.);

Международной научной конференции "Экологические проблемы при орошении и осушении" (Киев, 1993);

Научно-праиз водственных.конференциях Белсельхозакадемии (Горки, 1982-1990);

Курсах повышения квалификации начальников, главных инженеров ЮЮОС и заместителей начальников ПЫК, ведавдих вопросами эксплуатации мелиоративных систем (Лидз, Смнловичи, Минск, 1989-1991 гг.).

Работа является составной частью разделов государственных заданий: комплексной научно-технической ■ программы " ГКНТ О. Ц. 034, республиканской научно-технической проблемы 2.32.4, а также ряда тем, выполненных по хоздоговорам с Минводхозом БССР, Госконцерном "Водстрой" (Российская Федерация) и МНнсельхозом Республики Беларусь. Отчеты по всем темам и заданиям обсуждены и одобрены Ученым Советом БелШИМиНХ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 50 работ, отражающих основное содержание диссертации, в том числе одни рекомендации (1988) и два технологических до-' кумента (1990,1991). .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и БО приложений; содержит 295 страницы, в том числе £8 рисунков, таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

3 первой главе *'Анализ • терминологии . режима орошения" рассматривается элементы режимз орошения с позиций прост-эансгвенкавременной растянутости полива. Отмечается, что не ке элементы нульмерного (Точечного) релима орошения в тради-дознной интерпретация можйо использовать в пространственной линькой) модели. Выделяются исходные показатели ре мша орошения: "релотранспиращтя. задающая расчетисто ординату гидргмо*-

дуля; пределы регулирования почвенных влагозапасов; начальный предполивной (исходный) уровень влажности почвы,. с которого начинается полив площади. На основе работ. И. П. Айдарова, Г. И, Афанасика, Н. ф. Башлакова, A. И. Голованова, О. Г. Грамматика-ти, М. С. Григорова, JL Д. Дворниковой, А. Ю. Дирсе, С. И. Долгова, IL Л.Зэкржевского,- Б. а Мичурина* Ю. Е. Никольского, Е.Н. Пятницкого, А, А. Роде, Е. R Руденко,. Е В. Синицина, С. И. Харченко, В. Ф. üte-беко и др. выполнен краткий анализ требований сельскохозяйственных культур к водно-воздушному режиму почвы,' определяющих пределы регулирования почвенных .влагозаласов при орошении.

К составным элементам режима орошения'отнесены норма полива (основной показатель), продолжительность полива и м£«поливной интервал (для небольшого участка и для. крупной площади), •продолжительность поливного цикла для них же, даты начала и завершения полива пловрди.

Под еуммирукрми характеристиками режима орошения лонима-' ются. продолжительность оросительного . периода, оросительная норма,число поливов (для каждого участка площади) и кратность, полива (для ве§й площади).' Указывается, что кратность полива равна отношению объема воды, поданного на .участок (единицу орошаемой, площади) за фиксированный отрезок времени (неделю, декаду, месяц, сезон и пр.), к средней (за этот же период) по' ливной норме. . Данный показатель может принимать любые значения, а,не только целые, как число поливов. Причем число поливов - это целая часть от, кратности полива. Отмечается, что данный элемент не введен впервые, а использован термин, который уже продолжительное время применяется в производственных сводках и отчетах.

Вторая глава "Расчет водного режима почв" посвящена выбору, расчетной характеристики водного режима почв и разработке методики определения коэффициента, характеризующего текущую увлажненность почвы и соответствующим образом корргктвруюфго звапотранспирацию сельскохозяйственных культур.

Проанализированы три показателя водного режима почвы -влажность, влагозэпасы и' дефицит влагоаалаосж При ьтюпа--ланеовых расчетах обычно используются не относительнее ларак-теристики, каким является влажность, а абгшштные (ш-га пли мм). Эта вынуждает определять влагоэапасы, свяванны& кад с объемной влажностью, гак и с мощностью расчетного слоя

IV = аГи-Ыь-, " -И),

где IV влагогапасы; а - коэффициент, уравнивающий размерности величин; V - текудая объемная влажность почвы; !г -мощность расчетного слоя (слоя регулирования влагозапасов).

Кроме того в ■ в'одобалансовых расчетах часто используется такой показатель как дефицит почвенных ьлагоэапасов (а Ф. Шэбе-ко, 1980)

Л^а^Гм-гЫЬ». с2)

где 4М - дефицит почвенных влагозапасов; 1гнв - объемная влажность почвы, соотвегствуюш&я наименьшей влагоемкости.

Показатели (1) и (2) пропорциональны мощности почвенного слоя," для которого они рассчитаны. Несмотря на значительное ■количество рекомендаций, в определении данного параметра не исключен субъективный подход ■ (Г. И. Афанасик,- 1900). И если влажность объективно отражает содержание почвенной влаги в единичном слое, то расчетный слой почвы очень сложно связать с каким-либо одним показателем (видом культуры, сортом, фазой развития, состоянием погоды, календарной, датой и пр.). Из сказанного вытекает вывод: в качестве характеристики водного режима почв желательно выбирать показатель в наименьшей степени связанный с мо 1дностью расчетного слоя.

Шскольку приращения характеристик (1) и- (2) к мощности слоя составят

ЫЫ/сИг = а*, с(А„/сИг = а(ггн6- р), (3)

то наилучшей из них будет та. у которой данной прирап^ние будет меньшим. Отсюда следует:

- при низкой (в среднем по почвенному профилю) влажности (0 <У/ \гн6 0,5) более приемлемой характеристикой водного режима "будут влагоаапасы;

- при достаточно высокой влажности (0,5 < 1) меньшую ошибку в водобалансовых расчетах при неверном определении мощности расчетного слоя почвы будем иметь при использовании дефицита влагозапасов. Поэтому не только приемлемо, но и предпочтительно использование данной характеристики для описания водного режима орошаемых (увлажняемых) почв.

Укалем, что "дефицит влагозапасов" и "дефицит недопотребления" нельзя рассматривать как синонимы. Последний будет иметь место только в том случае, ■ если почвенная влажность в

процессе сработки опустилась ниже биологически оптимального уровня, ограничивающего максимальную звапотранспирацию (Е Ф. Шебеко, 1980). Для фиксации этого нижнего предела обычно используются так называемые критические влагозапасы, зависящие в обшэм случае не только от почвы и сельхозкультуры, но и от погодных условий. Считается., что при поддержании почвенной влажности в пределах от наименьшей влагоемкости (НВ) до критической влагоемкоети (КВ) эвапотранспирация (суммарное испарение), сельскохозяйственных культур остается на максимальном или близком к нему уровне (А. И. Будаговский, 1964; Г. И. Афа-насик, 1980; Е Ф. Шебеко, 1980 и др.). И только при с работке почвенных .влагозапасов от КВ до ВЗ (влажности эавядания) авапот-ранспирация снижается от максимального значения до куля. Дня характеристики интенсивности этого снижения В. Ф. Шебеко' ввела коэффициент увлзжненноети горизонта испарения

Ч>~Е/Ет, (4)

где у/ - коэффициет увлажненности; Е -. эвапотранспирация сельскохозяйственной культуры (текущая); Ет - максимальная эвапотранспирация сельскохозяйственной культуры при оптимальном воздушном режиме почв и неограниченном подтоке влаги к корневой системе и листьям. ; '

Для определения коэффициента увлажненности М. И. Будыко . допускал использование,простейшей линейной функции

где [х/нв - наименьшая влагоемкость.

А. И. Будаговский привел зависимость (б) к форме, получившей распространение среди многих исследований (в частности В. П. Остапчика)

где , ^з ~ влагозапасы, соответствующие критическому уровню и влажности эавядания.

В свою очередь Е М. Авраменко и А. К. Михальцевич считали более приемлемым уравнение

(м- Кв Чз). (7)

Линейные аппроксимации (5) - . (7) базируются на двух допу-

пениях. Во-первых, предполагается наличие переломов функции в точках резкого изменения скорости перемещения почвенной влаги, что предопределяет разделение всего процесса на три стадии в следующих граница:-:; от наименьшей до критической влагоемкости,. от критической влагоемкости до влажности эавпдания и при вла-гозапасах до продуктивного уровня (них® влажности завядания). Во-вторых, внутри каждой стадии зависимость спрямляется. Эти допущения критикоЕзл В. С. Мззенцев, указывая, что они весьма схематизируют процесс влагоперекоса в системе "растение-среда обитания". В качестве альтернативы В. С. !^?эенцев предложил ряд полуэмпирических зависимостей, в одной из которых использована экспоненциальная форма

Е-АЕрр-ехрС-Ы/^Л], (8)

где А - коэффициент, учитывающий предположение В.С. Шзенце-ва, что звапотраспирация сельхозкультуры растет с повышением почвенной влажности до полной влагоемкости; Ер - потенциаль- • нал испаряемость: г - эмпирический параметр, зависящий от водно-физических свойств почвы.

Сложность использования (8) в расчетах заключается в отсутствии апробированных методик определения потенциальной испаряемости и соответствующего эмпирического параметра. Несколько смягчает замечание В. С. Мезенцева по отношению к линейным аппроксимациям (5) - (?) функция, предложенная В. Ф. Ше-беко

где п - опытный (эмпирический) коэффициент, для торфяных

ПОЧВ ,11 = 2.

Рависимссть (9) обобщает функции >р { V ), основанные на фик:зцш) опорных уровней почвенной влажности - КБ и БЗ. Для любого типа почв всегда можяо подобрать приемлемый опытный коэффициент в (91. давший минимальные отклонения рассчитанных рлаг'.запасов от измеренных.

Однако ни одна пя известных формул не позволяет определить величину эвапотрзнспирации по исходным характеристикам и по ■¡рсгулжитвлбнссги расчетного периода. Дня установления подоб-связи га оснсву возьмем модель А. И. Вудаговского (6).

делим продсвтательдость расчетного'периода как

т=1п-г0, сю)

где Т > £0 > ' пР°Дй-шй!те-1Ц>нс,с'г:ь> начало и конец расчетного периода, соответственно.

Разделим данный период на интервалы (ts-t)), ...

О^-^,.,). В течение каждого из них происходит с работка поч-. венных влагозапасов на определенную величину. Плавно изменяющуюся функцию срабогки Заменим ступеньчатой. В результате алгебраических преобразований приходим к выводу, что

еЮ - Й Кз)],,

(11)

где ¿¡(¿п) ~ интенсивность эвапотранспирации на начала и

на конец расчётного периода,соответственно; €.т- максимальная интенсивность эвапотранспирации.

Сравняем продолжительность расчетных интервалов

Т/П>

где п - количество интервалов в расчетном периоде.

В этом случае зависимость (11) транформируется к виду

,-г/т

(13) ' Обозначим

где ф - относительный уровень потенциальной влагообеспе-ченносги сельскохозяйственного поля. С учетом последнего обозначения

(15)

Приближенное аналитическое выражение закона изменения интенсивности эвапотранспирации во времени (13), (15) представляет собой ступеньчатую функцию с шагом, равным выбранному масштабу времени (12). Трансформируем данное уравнение к монотонной кривой, разложив степенную функцию (13) в биномиальны? ряд и найдя предел полученного ряда при масштабе времени, стремящейся к нулю. Получим

еЮ-еСОехрС-^Г/СМ«*'"**)], (16) .

£(0- ¿ЮЕ^пАКаК/'

- и -

) = Н%)ехр[~ (*-?)Т/с]. (17)

Формулы (16), (17) представляют связь интенсивности эва-потранспирации с координатой времени, основанную на линейной модели (б). При их выводе использовано предположение о стационарности энергетического поля,, определяющего максимальную интенсивность эвапотрзнспирашш в течение расчетного периода

Переходя от интенсивности .к интегральной форме эвапот-ранспирации получим

р АЪм (18)

° *0 Ь,__,4. \ г ^ т

где Е - суммарная эвапотранслирация сельскохозяйственной культуры за расчетный период (10).

Зависимости (13), (19) можно использовать для определения эвапотранепкрашга за расчетный период, если влагозаласы почвы колеблется ниже критической влагоемкссти (биологически оптимального предела). При использовании в качестве аргумента дефицита влагозаласов уравнения (18) и (19) примут вид

¡ц/Дмкв

^Лшв ехр[-(*-?)Т/т]}, (21)

гдеД^з - дефицит почвенных влагозаласов при критической вдагоемкоетн (.Атв = ^кв) > А к/ ' Дефицит почвенных влаго-вапасов в начале расчетного интервала (Ан/ = - IV ).

Полученные 'формулы (18) - (21), как и эмпиричес ¿гависи-дасть В. ф. !й?беко (9) , опираются на ключевые уровни почвенной влажности (КБ и ЕЗ) и не свободны от недостатков, указанных 3. С. Мезенцевым. Построим криволинейную функцию (к0, исключив переломы з точках КБ и ВЗ. Можно показать, что указанным требованиям соответствует коэффициент увлажненности

.-г

■де к0 - безразмерный коэффициент, учитывающий индивидуальные собенности системы "растение-среда обитания".

Проверка методик расчета эвапотранспирации с применением срмул А. II Еудагсвекого (6) и В. Ф. Шгбеко (9), показавших нзи-учшие результаты из известных, а также полученных наш (20),

- 12 -

(21), (22), дана результаты приведенные в табл.1.

Расчет выполнен для торфяных почв Полесской опытной мелио ративной станции (ГОШ) и проверен по данным Харьковского УО для черноземов (Украина). При этом шестой вариант расчет основан на формуле (22), но с учетом всплесков звапотранспира ции после выпадения атмосферных осадков. Во Е^ех варианта (табл.1) в качестве аргументов использованы дефициты почвеннь влагозапасов на начало каждого расчетного периода. Эмпирн ческнй коэффициент в (22) принят равным единице." Относительнь уровень потенциальной елагообеепеченности сельскохозяйствен»: го поля (14) для торфяных почв равен 0,93.

Расчетный период для ПОМС Еключал засушливые периоды Бег* тации: 1978 (с 1.06. по 6.09.) и 1979 (с 3.07. ПО 24.09.). Расчет в условиях Харьковской области велся по теплому перио; (апрель-сентябрь) 1989 года. Расположение УГЬ в указанные 1 тервалы времени исключало подпитку корнеобитаеыого слоя. Кон: роль рассчитанных значений дефицитов почвенных влагозапае* осуществлялся с помощью стандартного термовесового способа. Расчет по методике УкрШШОЗ и полевые замеры влажности в Хар. ковской области выполняла группа отдела водопользования Зар. ковского У ОС. В соответствии с методикой УкрШШЗ после поле го определения рассчитанные значения дефицитов корректиров лпсь, по другим методикам никакой корректировки нь производ лось.

Вывод по приведенным в табл. 1 стандартны».! отклонениям о нозначен: наилучшие (более точные) результаты при спределенн коэффициента увлажненности дают формула В. Ф. Шебека (О) и пре ложенная нами зависимость (22) при учете всплесков эваис рансшшации после выпадения ссадков. Преимущество послед* методики состоит в охвате всей области почвенной влажности ¡, НВ), в то время как применение связи (9) ограничено рамкь ВЭ.. .КВ.

Расчет эьапотранмшрации сельхозкультур при понижен! влагообеспеченности необходим в том случае, если нижний ире; регулирования почвенных алагоаапасоЕ по каким-то причинам 1 ходится ниже критического уровня. При орошении крупных ллсл дей такое положение вполне может иметь место, хотя ири про. дении научных исследований на опытных участках (делянк

Таблица 1. Стандартный отклонения (мм) вычисленных почвенных влагоаапасов от измеренных при использовании различных методик расчета коэффициента увлажненности (эвапотранспирации при пониженной влагообеспеченности)

Объект, с. -х. культура, почвы (количество опорных точек) Расчет по формулам

(6) (9) | (20) | (21) ! (22) 1 (22)*

ШШ, многолетние травы, торф (30) Харьковская область^ кормовая свекла, многолетние травы, сахарная свекла, кукуруза, черноземы (12)

15,5 13,1

13,8 9,5

18,5

16,5

15,4

13,0

9,2

0

1

Примечания: #-

**-

расчет по (22) с учетом всплесков эвапотранспирации после выпадения атмосферных осадков; расчет по методике УкрНИИОЗ.

обычно стараются выдерживать биологически оптимальные водные условия. Однако ряд исследователей. (Л А. Косова, В. Т. Морковин, Е А. Писаренко, Д. Р. Йокич, П. И. Ковальчук, и др.) с целью разработки ресурсосберегающих режимов орошения целенаправленно снижали в некоторые периоды вегетации предполивной уровень почвенной влажности (ниже- критического). При этом установлено, что небольшое уменьшение текущей звапотранспирации и, в конечном итоге, урожая с лихвой компенсируется значительной экономией водных и энергетических ресурсов. Помимо ВолжНИЙГиМ, Укр-НИИОЗ и УкрНШГиМ подобные,опыты проводятся на Северном Кавказе (Г. А. Сенчуков, А. М-Олейник, И. Н. Ильинская, А. Д. Свиридова и др.) и в Молдове (И. МГамаюн, Б. 3. Гаврильченко и др.). Вместе с тем эти исследования выполняются, как правило, на мелких делянках. В связи с этим возникает вопрос: можно ли полученные результаты (параметры ресурсосберегающего для мелкоделяночных опытов режима орошения) напрямую (бев какой-либо корректировки) переносить,на большие, часто разнородные по почвам площади. Ответ на него может дать теория физического подобия, поз-водяюлря выработать правила переноса параметров от модели в натуру с помощью так называемых критериев подобия.

Третья глаЕа " Подобие режимов орошения сельскохозяйственных культур" посвящена применению теории физического подобия при моделировании режимов орошения. Существует стандартный способ установления структуры 'и количества критериев подобия -так называемая -П-теорема. Поскольку режим '■ орошения является средством оптимизации неблагоприятного естественного (природного) баланса влаги и приаван'восполнить его приходную часть до оптимального уровня, реализация П-теоремы в данном случае возможна на основе известного уравнения - водного баланса (В. Ф. ШзбеКо, 1980; КМ. Химии ,1891)

др/дЬ = - д^/дг - з(х),

(23)

где V - объемная влажность почвы; ц г интенсивность водного потока внутри расчетного слоя;, э - интенсивность забора почвенной влаги корнями растений;, г - вертикальная координата; I - координата времени..

Из теории подобия известно,что всякое соотношение между л размерными величинами, для измерения которых использовано к основных единиц измерения, можно представить в виде соотношу-

ния между (л - к) безразмерными комбинациями этих величин, которые и будут являться критериям! подобия. На основании данного правила для наиболее напряженного (расчетного) периода вегетации, характеризуемого граничными условиями

установлено два критерия подобия водных режимов почв под орошаемым сельскохозяйственными культурами

ЗГ0=£/Ет, (£5) где /г - мощность расчетного слоя почвы; ¿¡>0 , - интенсивность водообмена через поверхность (впитывание осадков и поливной воды, физическое испарение) и через нижнюю границу слоя, соответственно; - интенсивность транспирации; <£,£"- соответственно средняя интенсивность эвапотранспирации и эвапотран-спирация за расчетный период; , ЗГп - соответственно критерии относительного и потенциального подобия водных режимов почв под ороиаемыми сельскохозяйственными культурами; Т ~ масштаб времени (выбран равным одним суткам);<5т,£т~ средняя интенсивность фактической эвапотранспирации и звапотранспирация при оптимальном водно-воздушном режиме (почвенные Елагозвпасы регулируются в пределах "критическая - наименьшая влагоемкость") ва расчетный период. • . .

Земетим, что выделенные критерии подобия характеризуют: водные (но не тепловые, не пищеЕые и пр.) режимы почв под сельскохозяйственными культурами только при. справедливости , условий (24), относящихся к засушливым (расчетным) периодам вегетации, когда необходимо оровение. Определение критериев подобия дл1 тепловых, пшпввых и др. режимов возделывания сельхозкультур необходимо проводить по соответствующим математическим зависимостям с привлечением приемлемых граничных уело-..

ВйЙ.'

Для того, чтобы от водного режима, как целого, перейти к режиму орошения, как его части, необходимо сформулировать условие перехода. Единственно непротиворечивым вариантом данного условия является следующий - режимы орошения могут быть, подобны тогда и только тогда, когда подобны создаваемые с их помощью водные режимы. Б этой ,формулировке заключен принцип подобия режимов ор сидения сельскохозяйственных культур. Для подтверждения относительного подобия режимов орошения достаточно

совпадении средних ва отдельные промежутки времени и в целом эа оросительный период критериев (27). Для полного подобия ре-, жимов орошения необходимо, кроме того, численное совпадение критериев потенциального подобия (28).

В четвертой главе "Нормирование линейного режима орошения сельскохозяйственных культур" отмечается, что отправной позицией целенаправленного регулирования водного режима почвенно-неоднородных производственных полей (подобно регулированию в мелкоделяночных опытах) должны служить филированные значения критерия относительного подобия (нормирование по критерию от-. -носительного подобия) по направлению перемещения поливного фронта

Я~ОН ^ . (27)

где ЗГон - фиксированное в опытах (нормативное) нижнее значение критерия относительного подобия водных режимов почв; ЗГ01 - фак- : тические значения данного критерия для-любого (¿-го) участка шюпрди по линии, полива (шюл'дць разбивается на участки, однородные по условиям эвшютранспирации).

Используя (25) из неравенства (27) можно получить основное ограничение для требуемого водного режима поля

Е = Е(IV £■Е ' (Е8)

гце £(№„)- авапотранспирация за расчетный период при влагозапа--сах почвы на уровне заданного (в опытах) нижнего предела регулирования; Е{ ~ фактическая звапотранспирация на. любом (1 -м) участке площади по направлению перемещения поливного фронта за тот же период.

Поскольку между интенсивность» эвапотранспирации и еодер-■ жанием влаги в почве существует взаимосвязь, например (4) и (22) , то основное ограничение требуемого водного режима на любом участке площади можно представить в виде

Ц? « ^ ^ К* (29)

где - нижний предел регулирования почвенной влажности, ещэ обеспеадващий норматив критерия относительного подобия (??) на любом О -м), участке орошаемой плопрди; К/,- - фактические влагозалаеы почвы на з -м участке по направлению перемещения поливного фронта (по линии полива); Щ - верхний предел

регулирования почвенных влагоаапасов (например,наименьшая вла-гоемкосгь) на ¡' -м участке.

Определив основное ограничение требуемого водного режима можно представить вытекающие из (29) требования к режиму орошения почвеннонеоднородных полей сельскохозяйственных культур:

1. В процессе полива (в течение поливного периода) влаго-запасы почвы в слое регулирования на любом участке площади не' должны выходить из заданных пределов

(30)

где , , М/^у - соответственно нижний, предполивной и верхний уровни регулирования почвенных вдагозапасов на I -м участке орошаемой площади по линии (и в течение) й -го полива; ту - норма (нетто) з -го полива 1 -го участка.

2. В течение } -го поливного цикла почвенные вдагозаласы на любом участке площади не должны срабатываться ниже установленной (29) границы :

ту - ¿¿¿(Ту -ЛГ)* (31)

где е^ - среднесуточная за } -й поливной цикл интенсивность эвапотранспирацш на 1 -м участке; Ту продолжительность ./ - го поливного цикла для i -го участка; лТ - ошибка в определении продолжительности периода, неизбежно возникающая при имеющейся (заданной) точности расчета (при суточном масштабе времени)

(32)

Однозначность в учете ошибки (32) объясняется объективной направленностью изменения почвенных влагоаапасов после полива [при сработке почвенной влаги наблюдается затухание интенсивности эвапотранспкрации).

• Формализованное представление требований сельскохозяйственных культур к водным условиям, вытекающих из ограниче-шя (27) по критерию относительного подобия водных режимов, юзволяет получить математическую взаимосвязь между всеми эде-кнтами режима орошения почвеннонеоднородных полей в виде об-¡его правила нормировки, названного нами линейной моделью ре-зшз орошения (линейным режимом орошения)

л в~ 18 ~ а

(за)'

где , - объем почвенной влаги, содержащейся между верхним и нижним пределами регулирования, а также между верхним и предполивным уровнем (на , /-м участках), установленными для I - го поливного цикла, т. е. „

Г^ - продолжительность ] -го полива от начала полива площади до начала полива ¿-го участка (первая часть поливного периода для 1 -го участка).

Правила нормировки (33). концентрированно выражает взаимосвязь всех элементов линейного режима орошения, позволяющего в соответствии с условием нормировки (27) регулировать почвенные влагозапасы ло направлению перемещения фронта полива на всей орошаемой почвеннонеоднородной площади в течение' расчетного поливного цикла. Выполнения данного правила необходимо и достаточно для того, чтобы на любом участке площади выдержать установленное требование (29) к водному режиму почвы.

Рассматривая попарно части неравенств, объединенных в общее правило нормировки (33), можно получить пределы, в которых должны выдерживаться все элементы линейного режима орошения (табл.2). Помимо пределов, ограничивающих элементы режима,-правилом нормировки определяется порядок полива площади: очередность полива участков должна устанавливаться таким образом, чтобы влагоемкость почв, с которых начинается полив, не превы- , шала влагоемкость почв, где полив заканчивается. Другими'словами, начинать полив площади, представленной разнородными почвами, следует с почв не более влагоемких, чем те, на которых полив завершается.

Из правила нормировки, кроме того, следует еывод: широко используемый в балансовых формулах при расчетах нульмерного (точечного) режима орошения и производительности дождевальных устройств так называемый минимальный межполивной интервал не может выступать (в прежней интерпретации) в качестве нормативного показателя для линейного режима поливов. Вводится новый, подобный прежнему показатель (справедливый для линейной модели режима) под названием норматив продолжительности еработки регулируемых вдагозапасов в расчетном слое почвы

Таблица 2.

Ограничения показателей линейного режима орошения сельскохозяйственных культур

Минимальное значение Показатель Максимальное значение NN формул

"Ь-'Ч&С-М в ("Чг&еУЫ'-ф] А Т+ юд/ед 4 Примечание: выражение (35) тп,. ь 1<г ъ является АГЧ- следствием ограничений (30) и (34) (34) (35) (36) (37) (38)

-(тМ) ^

где /и - норматив продолжительности,еработки регулируемых влагозапасов (максимальный расчетный ; -й межполивной интервал) для I -го участка орошаемой плошэди.

Шражение (39) соответствует продолжительности о -го периода, в течение которого при расчетных условиях на 1-м участке плошэди почвенные влагозапасы срабатываются от верхнего до нижнего предела регулирования. Данная продолжительность может сравняться (и то при особых условиях) с медаоливным интервалом только для участка пловди, ороиаемого в последнюю очередь. Для других, промежуточных участков величина межполивного интервала заведомо меньше (при однородном почвенном покрове). Именно поэтому (39) можно назвать максимальным межполивным интервалом.

Интерес представляют еледсгвш правила норшровки (33) для линейного однородного режима орошения. Под однородным понимается режим с постоянной по всей площади поливной нормой. , Данный режим орошения наиболее технологичен, вследствие чего особо популярен в производственных условиях. Кроме того однородный режим пока единственно применим при проектировании оросительных систем, т. е. проектный линейный режим орошения ваведо-мо однороден.

В таблице 3 приведены ограничения показателей линейного однородного режима орошения. Здесь учтена соотношение

Г Т Г.

м л/ = V У ' НО)

где Т}; - продолжительность / -го межполивкого интервала для 1 -го участка.

Заметим, что критерий потенциального подобия водных режимов по структуре похож на равенство (39). Покажем зтс, выделив на множества межноливных периодов интервал, относящийся именно к биологически оптимальным (активным) почвенным влагоаапасаы

Ш * (45)

где Гц - норматив продолжительности срабстки активных (динамически доступных) влагозапасов для 1 -го участка.

Шад показателями (20) и (46) существует однозначная вза-

Таблица 3. Ограничения показателей линейного однородного режима орошения

Минимальное значение

Показа-* те ль

Максимальное значение

NN формул

в

н Я 'У Н^'Г/ Ч

Ь)

о

у.{тМ) /в

"'А/аГ-тГ)

Т;

'</ И

?

}{») и \'1

<

й„. т/4""»

Т.

Ш)

(42)

(43) (.44) (45)

ИМОСВЯЗЬ

Г^-т (/-*■„„). и7)

С помощью равенства (47) условие подобия режимов орощения можно сформулировать через показатель (46), а именно; потенциальное подобие режимов орошения сельскохозяйственных культур будет иметь место только при попарном равенстве нормативов продолжительности сработки активных (биологически оптимальных) почвенных влагоаапасов. В свою очередь, полное подобие режимов орошения требует попарного.равенства отдельно взятых критериев как относительного подобия водных режимов почв под сельхозкультурами (25), так и потенциального подобия режимов орошения (47).

Через фиксацию соответствующих численных значений норматива продолжительности сработки биологически активных почвенных влагозапасов можно предложить примерную классификацию водных режимов орошаемых почв под сельскохозяйственными культурами (табл. 4). Укажем, что при симметричности распределения водоу-держивающих характеристик почв относительно критической влага-емкости (Б. Е Мичурин, 1959) будет иметь место равенство величин относительного уровня потенциальной влагообеспеченности (14) и критерия потенциального подобия (28). С помощью классификации (табл. 4) можно унифицировать как проектный, так и эксплуатационный режимы орошения на крупных производственных плошддях, представленных разнородным почвенным покровом.

Как видим, режим орошения определяется, прежде всего, объективными условиями - установленными с помощью экономических, биологических и экологических ограничений пределами регулирования почвенных влагозапасов. Кроме того, параметры линейного режима орощения зависят от субъективных условий - от фактической производительности дождевальных устройств. Совместное решение правила нормировки с нормативом производительности дождевальных устройств позволяет.рассчитать параметры технологически обоснованного линейного режима орощения (Н. В. Даниль-ченко, Я В. Ягудин, 1937; А. Е Лихацевич, 1987, 1989). Отличительной особенностью линейного режима орощения является полив производственных (больших) площадей малыми нормами, почти вдвое меньшими, чем при поливе опытных делянок. Не только теория, но 'и практика орошаемого земледелия убедительно свиде-

Таблица 4, Примерная классификация потенциальной влагообеспеченяоети почв под сельскохозяйственными культурами по критерию потенциального подобия водных режимов и нормативу продолжительности еработки биологически оптимальных почвенных влагозапасов

(Группа влаго-обес-I печен-ности

Характеристика Средний критерий потенциальной потенциального по-влагообеспе- добия водных режи-ченности мов с.-х. культур

Норматив продолжительности еработки биологически опткшльных почвенных влзгсаапасоа ( Тим • сут- >

Шчзы или их заменя-щиэ образования, ориентировочно соответствующие данной группе водообеспечен ности а Беларуси

го со

1 Очень низкая <0,87

2 Низкая 0,89

3 Средняя 0,91 4... Высокая 0,92 5 . Очень высокая . 0,33 5 Неограниченная > 0,95

< 8 скальная порода

8-10 песчаные почвы

10-12 супесчаные, глинистые

12 - 14 суглинистые

14 - 20 торфяные почвы

> 20 гидропоника

тельствует об эффективности данного режима (В. Г, Чарный, С. Ji Тимохин, 1980; А.Е Шзвченко, 1981; В. ¡I Оетапчик, 1^84;

A. Е Степанов, Я С. Александрович, А, Ю. Безруков и др., 1S81, 1934; М. С. Григоров, 1986; Е К. Коваленко, В. П. Оетапчик, Л. А. Фи-, липпенко и др. ,1987; Е Е Данильченко, ЕЕ. Ягудин, 1983;

B. А. Пиеаренко, Д. Р. Иокич, Е И. Ковальчук, 1989; С. С. Осипова, 1989; Л Л. Шитов, Е А. Муромцев, 1989 и др.).

I пятой главе "Первичная экологическая оценка режима орошения сельскохозяйственных культур" делается вывод о несомненном приоритете обоснования .режима орошения при обосновании ирригации. Причем отмечается, что максимальное внимание начинает уделяться экологическим аспектам, все чаще отодвигающим .на другой план экономические показатели (М. С. Григоров, 1990; Л. В. Кирейчева, И. Ф. Юрченко, В. II Яшин, 1990; Б. С. Маслов, И.В.Минаев, 1991). В качестве критериев экологической оценки выдвигаются как характеристики водно-земельных ресурсов - качество поливной воды и качество почвы, так и показатель, полностью зависящий от производителя - качество полива (М.А. Щу-бин, 1988; А. Е Исаев, 1989; В. К Севастьянов, В. Д. Карпенко, ЕС. Ерхов, 1990; '«'.Linden, 1990). Причем, если показатели окружающей среды и поливной воды лишь опосредовано зависят от производителя, то качество полива целиком определяется техническим уровнем оросительной системы, конструкцией примешенных машин и механизмов, режимом и технологией орошения.

Проблема качества водно-земельных ресурсов в Республике Беларусь пока не стоит так остро, как в других регионах. Здесь чрезвычайно редки (практически исключены) процессы загрязнения почв при орошении природными водами. Вместе с тем. интенсификация с. -х. производства республики своим побочным эффектом может иметь загрязнение природной среды продуктами химизации (С. Г. Скоропанов, 1980). На долю химизации уже сейчас приходится больше половины всех изменений природных вод (R В. Оку-лик, В. С. Брезгунов, 1988, 1990).

Ограничения по> качеству природных вод, используемых для орошения в Беларуси, известны (РПИ-82), В подавлявшем большинстве качество водно-земельных, ресурсов не создает препятствий к развитию орошаемого земледелия. В связи с этим перечень наиболее жестко контролируемых показателей здесь можно ограничить качеством полива. Именно интенсивность и объемы по-

дачи воды на поле характеризуют в нашей зоне степень экологической безопасности орошения. Зто означает, что должны быть установлены лимиты на нормы изъятия природных вод из водоисточников, на нормы водоподачи, ее интенсивность и на нормы полива. Цель ограничений - сохранить водно-экологическое равновесие, характерное для звтоморфного почвообразования.

Объемы забора из водоисточников зависят от их водности и в соответствии с установленными минимально допустимыми расходами . воды (в целях охраны природы) не должны превышать заданных : пределов (РПй-82 и др.). Зто ограничение - по минимуму. В свою очередь, максимальные годовые нормы водоподачи не должны быть больше ЗОХ от среднемноголетнего поступления природных вод на орошаемую плосздь, что соответствует амплитуде 30-40 - летних природных ритмов. Установлено, что природные ритмы 80-90-летних колебаний компенсируют это влияние. Превышение данного предела может привести к необратимым сдвигам сложившихся экологических равновесий регионов, бассейнов и ландшафтно-географических зон (Н. II Парфенова, 1992).

Одним из критериев, определяющих степень влияния дождевания на почвенное плодородие, является допустимая интенсивность впитывания води в почву, огрзнпчивзюшэя эрозионно-допустимые поливные нормы. Детальные исследования показали, что в Нечерноземной и Лесостепной зонах ~ти нормы колеблются для разных типов почв от 15 до 40 мм (Н. С. Ерхов, О. В. Кантор, 1977, 1979). Исследованиями В. Л Невдаха (1982, 1986) установлено, что при проведении дождевания серийно выпускаемой техникой в условиях Беларуси величина поливной нормы не должна превышать 25 мм на песчаных (супесчаных) и 15 мм на суглинистых почвах. На торфяных почвах в тех же условиях достоковая норма полива примерно соответствует супесям.

Таклм образом,- экологическую безопасность дождевания в Беларуси можно характеризовать следующими граничными условиями

где [Щу 1 - максимально-допустимая для ] - го поливного цикла величина поливной норма, удовлетЕс.ряклцал всем экологическим ограничениям (по впитывающей способности почв, по рельефу, по ветровому редаму, по интенсивности дождя и пр.); - дот/с-

тимая оросительная норма, удовлетворяющая санитарным ограничениям, а также требованию непревышения 30% от среднемноголет-него поступления природных вод на г -й участок орошаемой оно-ищи (до ввода в эксплуатацию оросительной системы), что примерно соответствует амплитуде 30-40-летних природных ритмов; п, - число поливов в каждом году из рассматриваемых для 1 -го участка. Совокупность ограничений (48) формализует требования к сохранению водно-экологического равновесия на орошаемых землях и прилегающих плопвдях (в условиях Беларуси) с учетом особенностей каждого конкретного участка, включая почвенно-клима-тическш, метеорологические и др. условия, а также технику и технологию полива. Причем два последних неравенства системы (48) отражают ■ именно местные условия, в отличии от первого соотношения, представляющего обшэе требование минимизации внутрипочвенного водообмена (И. П. Айдаров, А. И. Голованов, Ю. Е Никольский, 1960) и аналогичного ограничению (30).

Исходя ив выводов главы 4, при поливе пяощади, представленной разнородным почвенным покровом, поливная норма не долж-нз превышать заданных границ (35), (35). Решая совместно (35) и (36) можно установить общий предел для нормы полива любого участка

«я^о-ЬФ/фГ*.

Как видим, верхний порог поливной нормы зависит, кроме прочего, от очередности полка участков плошэди. Еде нагляднее данный вывод подтверждается для максимальной нормы полива при линейном однородном режиме орошения. Здесь верхний предел '(42) однозначно зависит от очередности полива участков.

Шжно оценить динамику резервной емкости в почве, способной удержать без сброса поливную норму при любых технологических схемах полива. При этом следует иметь в виду, что продолжительность поливного цикла складывается из следующих составных частей

где 7/ , Т^ - продолжительность ^ -го полива от 1-го до 1-го участка и от i -го до N -го участка, соответственно (1-я и 2-я части поливного периода для л -го участка); Т^** - продолжительность холостой перебазировки доадевального устройства,

необходимой после завершения з -го полива, на исходную позицию перед началом следующего О +1)-го полива; Ту - заданная продолжительной J -го поливного цикла для г -го участка. Из ограничения (50) вытекает

Последнее неравенство показывает, что в случае, когда технология полива перед началом очередного поливного цикла предусматривает холостую перебазировку дождевального устройства, то на проведение полива не должно быть затрачено больше времени, чем

В соответствии с (42) и (51) предельная величина поливной нормы для последнего участка зависит от продолжительности холостой перебазировки. Эту закономерность можно проследить количественно, анализируя функции (42) и (52). Получаем

Теоретическое определение (исходя из сохранения водно-э;«з-логическога равновесия) верхнего предела поливной нормы, изменяющегося по участкам площади, не означает, что фактическая норма полива должна обязательно быть переменной. Хотя данную норму, в принципе, можно изменять по площади, сообравупсь с очередностью полива участков. Подобные технологические схемы работы дождевальных устройств известны, причем как с уменьшением величины поливной нормы в процессе полива (А. Аяпбергенов, 1989), так и с использованием обратной закономерности (М. Г. Голченко, 1909). Они вполне допустимы, если указанная величина удовлетворяет условиям (36), (42), (49). В противном случае можно ожидать неприятных в экологическом плане последствий: просачивания воды за пределы установленного увлажняемого слоя/ вынос химических элементов в слои почвы ниже расчетного и к грунтовым водам, подъем и загрязнение послед-

Серьезным препятствием к эффективному осуществлению линейных режимов орошения с переменными поливныш нормами являются производственные сложности, возникавшие при реализации подобных технологий. К. этому следует добавить появление привцнпи-

(51)

(52)

них.

альных затруднений при управлении водным режимом на площади, орошаемой переменными нормами с использованием нескольких поочередно работающих дождевальных машин. Вполне очевидны преимущества линейного однородного режима орошения (с постоянной по участкам поливной нормой). Его реализация на плошздях с пестрым почвенным покровом не приведет к нарушению ограничений (48), если будет выполнено необходимое требование (42) и соблюдены дополнительные условия по исключению эрозионно-опасного стока и сохранению водно-экологического равновесия.

Неравенство (42) задает экологически безопасный предел поливной нормы по известным водно-физическим свойствам почв, слагающих конкретную орошаемую плоардь, и порядку их чередования в процессе полива. Очевидно, что постоянный по плопрди верхний предел нормы ограничивается уровнем

ливного цикла, соответственно.

Необходимо учитывать, что принятая,нумерация участков может не быть постоянной при всех циклах орошения. В)лесте с тем еывод (54) справедлив в любых условиях, если нумерацию участков орошаемой площади производить строго по очередности их полива и менять соответствующим образом при ее изменении.

Таким образом, водно-экологическое равновесие нв оросительных системах будет иметь место, если, во-первых, забор воды для орошения из водоисточника в остро-засушливые периоды не превысит установленной санитарной нормы, во-вторых, следствием орошения не окажутся: формирование -эрозионно-опасного стока, нежелательное изменение природного режима грунтовых вод и неблагоприятные изменения водно-солевого режима орошаемых площадей и прилегающих территорий. К нормативам функционирования оросительных систем, характеризующим водно-экологическое равновесие, относятся показатели качества поливной воды, объем водоудерживаюше'й резервной емкости е слое регулирования почвенных влагозапасов перед поливом, величина поливной нормы (54), показатели качества почвеннс-грунтовых вод, изменение уровня грунтовых вод на орошаемой и прилегающих площадях. качественный состав сбросных вод, оросительная норма.

(54)

где /77; , Т: - поливная норма и продолжительность ; -го по-

1 шестой глав* "Оптимизация режима орсшения" рассматривается методика обоснования главной (норма полива) характеристики эксплуатационного режима орошении, обеспечивающая заданные водные условия в годы с обеспеченностью, не превышающей расчетную (по возрастающему ряду дефицитов водопотребления). Под оптимизацией режима орошения обычно подразумевается технико-экономическое обоснование оросительных норм, выполняемое с целью выбора оптимальных размеров оросительных систем. Концепция данного обоснования разработана достаточно детально и основывается на определении прибавок урожаев сельскохозяйственных культур при различном уровне водообеспеченности и зависимости затрат (капитальных и эксплуатационных) от расчетной обеспеченности орошения.

Г. В. Воропаев, К. Г. Гофман, Б. И. КошоЕец и Е Е. Райнин в 1980 году предложили среди важнейших принципов выбора наилучшх решений в мелиорации, наряду с экономической оценкой продукции от орошения, считать оценку как затрат всех видов ресурсов, так и ущэрбов от загрязнения окружающей среды. Аналогичный подход к оптимизации мелиоративных режимов развит в рекомендациях, разработанных Л П. Айдаровым, А. И. Головановым и И. Ю, Никольским (1990), а также М. Г. Голченко, Е. А. Стельмахом и К. Д Агентом (1993).. Вопросы экологической безопасности при зп-тимнэации режима орошения присутствуют ео многих однокритери-алькых схемах, но в целевую функцию и ограничения модели они стали вводиться лишь в последнее время, когда стало вполне очевидным, что в основу обоснования мелиоративных систем следует положить экологические принципы. . Как указывают Г. Я Афа-насик, 0. Р. Аршник, ЕЕ Пятницкий, А. И. Финский (1987>, а также Б. С. Мзслов и И. В. Ыинаев (1991), ради снижения антропогенного давления на природную среду и рационального использования природных ресурсов стоит отказаться от немедленного получения наивысших урожаев.

{Ьряду с методами однокритериальными при оптимизации сложных водохозяйственных комплексов (для эффективного использования капитальных вложений, земельных.и водных ресурсов) технико-экономическое обоснование рекомендуется проводить пз нескольким определяющим критерием с привлечением методов системного анализа, ь частности математических методов вентерной оптимизации ( Е И. Коваль чух и др. 1383, 1939; Е Е Saхс.да.

1988, 1989; П. И. Закржевский,1939}. Но для небольших оросительных систем, характерных для наией зоны, Еполне приемлемой является однокритериальная оптимизация по удельным приведенным затратам на единицу дополнительной продукции, полученной за счет мелиорации (К И. Шавва, Д. Б. Ципрнс, Л. И, Беке, В. И. Благодатный, И. П. Айдаров, А. И. Голованов, И. Ю. Никольский, М. Г. Голченко, В. А. Стельмах, • К. П. Арент и др. ). Изучая данный вопрос, В. А. Гав-. риленко и В. А. Кудрявцев (1987) пришли к однозначному выводу, что именно этот критерий в наибольшей степени позволяет произвести сопоставление хозяйственных результатов мелиорации с дополнительными ежегодными и единовременными »вдержками/

Таким образом, согласимся с тем, что целые оптимизации режима орошения можно пс-ставихь минимизацию удельных приведенных затрат на единицу дополнительной продукции

3 ш(ЕК + Щ &Г " Б5)

где ■ 3 - удельные приведенные затраты на единицу дополнительной продукции; £ - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений; К - капитальные вложения в строительство мелиоративной системы и в комплекс других мелиоративных приемов'(до начала эксплуатации); Ь и число лет, для которых проводится расчет мелиоративного режима, £=[1.1.3: N -число выделенных однотипных участков на орошаемой плошади,

1=[1,НЗ; С^ - издержки на эксплуатацию мелиоративной системы и сельскохозяйственные издержки, относящиеся к каждому однотипному участку; - относительная ценность (вес) { -го урожая сельхозкультуры на г -м участке; '- урожай, полученный в € -м.году на 1 -м участке 'орошаемой площвди; - урожай е тех же условиях, но без орошения.

Путем перебора приемлемых вариантов <;5Б) можно определить оптимальную расчетную обеспеченность дефицитов вс-допотребления сельскохозяйственных культур и экономически целесообразную конструкцию мелиоративной системы. Методика подобного обоснования разработана в деталях (К И. Шавва, 1972; Л. М. Рекс,. 1у'14; М. Г. Голченко, Е. А. Стельмах, 1978; В. И. Благодатный, 1987; ДБ. Циприс, Т. А. Плавник, а Г. Селезнев, 0. В. Диванов, 1985; П. 31 Ковальчук, 1991; А. М. Олейник, Я а Ильинская, 1992 и др.) и останавливаться на ней мы не будем. В значительно болык-П сте-

пеки нас интересует не исследованный до настояшрго времени вопрос оптимизации эксплуатационного режима орошения.

Реализация целевой функции (65) для уж? действующей мелиоративной системы существенно упрощается,поскольку все рассматриваемые эксплуатационные режимы орошения здесь инвариантны по капитальным затратам на строительство. Для указанных условий цель оптимизации трансформируется в минимизацию удельных затрат на техническую эксплуатацию системы, управление поливом и сельскохозяйственное использование орошаемых земель. Причем допускается даже внутрисезонная оптимизация орошения

Известно, что эксплуатационные и сельскохозяйственные издержки, представленные числителем (56), можно условно разделить на две группы. В первую входят амортизационные отчисления на реновацию и капитальный ремонт оросительной сети, гидротехнических сооружений, дождевальной техники, насосно-силового оборудования, а также расходы на технический уход за оросительной системой, ежегодные затраты на подготовку дождевальных машш и механизмов к поливному сезону и зимнему хранению. Все элементы данной группы затрат не зависят от внутрисезоигого распределения поливов, т.е. от ¡эксплуатационного режима орошения.

Вторую группу текущих расходов на эксплуатацию оросительной системы составляют затраты-, зависящие от варьирующего по годам эксплуатационного режима орошения. К ним относятся затраты всех видов ресурсов, потребляемых при поливе, включая труд операторов дождевальных машин и машинистов насосных станций. Следовательно, функцию цели (56) можно представить как

где - сумма удельных затрат (на единицу площади) всех

ресурсов, потребляемых при орошении.

Представим Числитель (57) в виде суммы конкретных затрат

(56)

(57)

г

где R ■- затраты воды; Re- затраты электроэнергии; - затраты тогливно-смазочных материалов (ТСМ); R^- затраты на текущий решит дождевальной техники, R^- затраты рабочей силы; Ra¿ сельскохозяйственные затраты (на агротехнику, уборку, доработку и хранение полученной от орошения прибавки урожая.

При реализации оптимизационной модели (57) проблема заключается в приведении всех членов, составляющих функцию (58) к единой размерности. В качестве таковой обычно выступает стоимость (в денежном выражении). Помимо этого в последнее время для оценки эффективности организационно-хозяйственных, технических и др. решений в сельском хозяйстве и мелиорации все чаще используется энергетический подход (Г. А. Булаткин, 1987; Л Г. Прищеп, Е.И.Базаров. с. В. Сучугов, 1989; В. № Володин, Р.Ф.Еремина, Я IL Шесткковп и др. , 1989; М. М. Севернев, В. А. Колос, В. II Дашков и др. . 1993; Б.С.Маслов, И.В.Минаев, 1991), при котором все затраты выражаются в единица;-: энергии. Но при подобной постановке задачи для определения полных затрат на реализацию заданного режима орошения необходимо знать энергетические эквиваленты для всех составных элементов (58), что не всегда возможно без специальных исследований. Проще выразить все эти слагаемые через цену единицы ресурса. Вместе с тем очевидно, что в идеале должна иметь место прямая пропорциональность между энергозатратами на ресурс, требуемый по технологии, и его стоимостью. Поэтому, в принципе, можно воспользоваться как ценовым (экономическим, весовым), так и энергетическим подходом при реализации (Б7). В любом случае результаты,полученные при решении, должны быть подобны.

Выразим все затраты, входящие в (58) через соответствующий эквивалент (энергетический, весовой, ценовой), приведя их к единице орошаемой площади

* V« У;

Re-Cen(eM+Ñhty,

Rt

(59) '(№) (Г.1) Í б?)

- и~

Rp-n{cpHt * cn0[f~an (f-m/m0)]}-, R^CyhU-,

(65)

С 64)

где Сш, Се> Cs, Cr, Cpr1> Cno>CLJ- эквиваленты единицы (энергетические, весовые, ценовые) соответственно для следующих ресурсов: воды (ВДа''мЗ или руб/мЗ), электроэнергии на ее подачу (ВДж/кВт-ч или руб/кЕт-ч), топливно-смазочных материалов (МДж/кг или руб/кг), затрат на один среднестатистический ремонт (МДж/рем. или руб/рем.), труда персонала, обслуживающего насосную станцию (ВДж/час или руб/час), труда оператора дождевальной машины на разовый полив единицы площади нормой тп0 (МДж/га. пол. или руб/га. пол.), затрат на получение единицы прибавки урожая с учетом агротехники, уборки, доработки и хранения (МДж/кг или руб/кг)-, Ж - оросительная норма нетто, средневзвешенная по площади, мЗ/га; П - кратность' полива (число поливов, взвешенное по участкам орошаемой площади) за вегетацию, пол.; л /Пм - потери воды при технологических опорожнениях дождевальной машины в процессе последовательного полива участков в расчете на единицу площади, мЗ/га. пол.; йта- потери воды в процессе полива из оросительной сети за единицу времени, мЗ/час;^- полис;- время, необходимое для полива единицы плошзди, включая технологические переезды с позиции на позицию, чао/га. пол.; - потери воды в процессе полива из дождевого облака за единицу времени, ыЗ/час; tn -время, затрачиваемое на непосредственный полив единицы пло-авди (без учета холосты?: переездов), час/га.пол.; - затраты электроэнергии на перемещение ДМ по площдди в процессе поливного цикла, кВт-ч/га. пол.; А/н ~ мощность одновременно работавших насосных агрегатов, подашдах воду к дождевальной машине, - расходование ТОМ на насосной станции и

дождевальной машине, соответственно, за единицу времени их работы, кг/час; t^ - время, в течение которого дождевальной • машиной потребляются топливно-смазочные материалы в расчете на единицу площади, час/га. пол. Т0 - количество ремонтов дождевальной машины, приходящееся в среднем на один гектара- • полив, рем/га. пол.; ап ~ безразмерный коэффициент, характеризующий рост энергетического эквивалента (цены) полива с уве-

.течением полибной нормы; /7? норма полива, мЗ-та. пол.,;-прибавка урожая от орошения; Ау - коэффициент, характеризующий нарастание прибавки урожая от орошения при увеличении засушливости года, по сравнению с неорошаемым полем, кг/мЗ; Д^ -дефицит водопотребления сельскохозяственной культуры, характеризующий засушливость года, мЗ/га. ,

Выражениями (59) - (65) оценена энергетическая или экономическая стоимость ресурсов, полученная как произведение объема (массы) ресурса на соответствующий эквивалент, В отличие от (59) - (62), обладающих балансовой структурой, зависимости (63) и (65) имеют эмпирическую основу. Причем выбор (63) обусловлен фактической структурой связи оплаты полива с величиной ПОЛИБНОЙ нормы.

В свою очередь, в (65) отражено известное положение о снижении жизненного потенциала растения, если почвенные влагоза-пасы хотя бы один рае в течение вегетации срабатываются ниже оптимального уровня (А. И. Будаговский, 1354; Б. Н. Мичурин. 1956; О. Г. Грамматикати,- Л. Д. Дворникова, 1974; В. Н. Пятницкий, 1976; П. К. Пятронис, 1980; И. И. Плюс нин, АЛЬ Голованов, 1983 и др.).

Зависимость (65) выражает прибавку урожач от орошения через , дефицит водопотребления сельскохозяйственной культуры. Здесь под дефицитом водопотребления понимается не норма орошения, а несколько' отличающаяся от нее величина. Формальным поводом к разделению этих узловых понятий теории орошения может служить необходимость соблюдения ограничений, представляющих процесс эвапотранспирации в моделях АЛ! Вудаговского, В. 5>. Ш?-беко, Г. И. Афанасика и др. Из них следует, что при оптимальном влагосодержании почвы (при колебании почвенных влагозапаеов от наименьшей до критической влзгоемкоети) эвапотранепирация сельхозкультур неизменно остается приблизительно на максимальном .уровне. - • Но как только почвенные влзгоеапасы срабатываются ниже критического уровня, звапотранелирзция начинает уменьшаться, что, естественно, является- поводом для падения интенсивности накопления органических веществ в растении и з конечном сче'се .для снижения урожая. ■ '

Практическим подтверждением данной концепции служат результаты мелкоделяночных полевых опытов,' выполнеяны:: в Б'.-лНИ ИМиВХ Г. В. Латуивсиной (1984-1988гг.). Целью исследований "ставилось изучение водопотребления и • продуктивности капусты 'зря- •

едином уровне агротехники, но при различных режимах орошения, гарантирукщнх на всех вариантах оптимальный водный режим. Разница в режимах состояла в том, что поливы выполнялись постоянными для каждого варианта нормами 100, 150 и 250 мЗ/га при снижении влажности почзы до критического уровня. Результаты исследований приведены в табл. 5.

Как видим, несмотря на существенную разницу в нормах орошения, звапотрзнегшрзция капусты колебалась незначительно (в пределах ошибки опыта). Приблизительно в таких же пределах колебался по вариантам и урожай. Отметим, что разница в абсолютных величинах урожая по годам объясняется автором не водным, а тепловым режимом.

Результаты опыта (табл. 5) подтверждают, что прибавка урожая от орошения определяется не оросительной нормой (зависящей от нормы полива), а прежде всего дефицитом недопотребления, являющимся функцией недостатка только естественных природных факторов водного баланса, которые и определяют дефицит водо-потребления сельхозкультура Теперь становится очевидной суть предлагаемой оптимизации эксплуатационного режима орошения. Шскольку'с уменьшением поливной нормы с одной стороны снижается норма орошения, а с другеЯ - возрастает число поливов, необходимо найти их оптимальное соотношение с учетом сопутствующих факторов и в первую очередь.затрат ресурсов.

Простейшей функцией, отражающей связь водопотребления с оросительной нормой,может служить уравнение

где у - коэффициент пропорциональности (количество дополнительных поливов, требуемых для перекрытия дефицита водопотреб-ления при данных метеоусловиях).

Иа ;S6) вытекает, что для вегетации с произвольным распределением атмосферных осадков коэффициент у может принимать любые положительные значения, не превышающие кратности поливов в данном году. Результаты расчетов водного баланса орошаемых почв кроме того показали, что сущэетвует зависимость коэффициента V от типа почвы и вида сельхозкультуры, но отсутствует связь с величиной поливной нормы. Следовательно, задачу минимизации функции (57) можно решить классическим способом линейной оптимизации. Для этого необходимо выполнений условия

Таблица 5. Оросительные нормы, эвапотранспирация и урожай капусты ереднепоздней по вариантам мелкоде-ляночного опыта

Варианты опыта (поливные нормы, мЗ/'га) Данные га вегетацию В среднем за годы исследований (1984-1989)

1984 1985 1986 1987 1988

Оросительные нормы, м3/га

250 1150 500 1400 500 1000 910

150 750 450 1050 300 600 630

100 550 400 1050 200 500 540

Эвапотранспирация, м3/га

250 3220 3860 3950 3750 3940 3740

150 3240 3870 3680. 35-90 3710 3640

100 3160 3890 3660 •3530 3510 3630

Без орошения 2750 3620 2890 3510 3390 2560

Урожайность, ц /га

250 582 304 . 653 460 589 * 518

.150 603 310 695 463 604 535

100 585 325 685 459 55? 524

Без орошения 500 275 422 ' 428 428 411

НСР ■ 32 17 19 19 . 25

05

Причем достаточно, чтобы

(Ш^Х >Ох, -к;

С(тг к л '\m~me

где ресурсосберегающая величина' поливной ксягк, м? - га-пол, , или мм/пал.

Поскольку сельскохозяйственные издержи (5-4: не гавк-.чт от величины нормы, условия необходимости и вест&тс-чнссти мгжнс представить в более упрощенной форме . ■

т т

Рис. i. йпеисймооп, перерасхода ресурсов от поливной иор;.ш в паьнце по водности годы (оросительная система "Волш", насосная станиия "Сигш-3").

■ ~ средневзвешенные затраты ресурсов на подачу единицы

объема поливной воды (ВДж/мЗ или руб/мЗ }.

+ * Севм+СГТ0 + спо (1-а„), ('3)

+«И,+с^Урам+ ап сп0 /т0. (74)

Наличие глобального минимума функции (68) в точке (72) подтверждается выполнением условия (70).

Анзлиз показал, что группу затрат ресурсов (73) можно регулировать, изменяя продолжительность холостых переездов и пе-ребазироЕок да, снижая стоимость ремонта и повышая надежность ДМ, а также упорядочив оплату труда операторов-поливзлыникое. Данная группа • затрат кроме того зависит от технологических схем полива, т,е. поддается управлению в значительно большей степени, чем группа затрат ресурсов (74).

Выполнение ограничений (48) в условиях Беларуси при соблюдении равенства (72) не всегда гарантировано. В связи с этим часто возникает необходимость целенаправленного изменения величины ресурсосберегающей нормы полива с тем. чтобы снизить ее до установленного предела. Этого можно добиться, введя плату за воду. С точки зрения повышения эффективности использования капитальных вложений на орошение этот путь достаточно прогрессивен (В. И. Благодатный, 1991; В.Ч.Ким, 1991 и др.). Но с позиции регулирования нормы полива данный способ, имеет существенный недостаток - он увеличивает эксплуатационные затраты на орошение, что не всегда выгодно. Наиболее оптимальным в данной ситуации является другой путь - повышение надежности работы дождевальных машин. При этом снижается не только величина ресурсосберегающей нормы полива, но и в целом эксплуатационные затраты, -что очень важно для водопользователя.

Таким образом, как с точки зрения экономики (ресурсосбережения), так и с точки зрения экологии (безопасного природопользования) , очень важными факторами ьглчгася высокое качество технического исполнения и безаварийная эксплуатация оросительной системы. Исключение отказоЕ в работе ЗМ может дать до 62-65« экономии от общей суммы затрат,' одновременно ?ни<вк ресурсосберегающую поливную норму до приемлемого для гкс логической безопасности уровня.

Расчеты, вытолкав««*® по данной м* годик*. покололи, что

одиночно рабстаоух дождевальных машин предпочтителен полив очень небольшим! (а для ДМ "-фрегат" технологически минимальными) нормами. Несколько большими (до двух раз) ресурсосберегающие поливные нормы получены для крупных оросительных систем. Установлено, что правильное определение величины поливной кормы дал» в разные по водности годы позволяет ограничить перерасход ресурсов, используемых на орошение, рамками 2-2,5% от минимально возможной величины. В то же время даже небольшое отклонение от данной ресурсосберегающей нормы в отдельные-годы может существенно повысить затраты на полив (рис. 1-3).

Аналогичный результат получен в полевых опытах сотрудников БелШШиЛ Г. Е Латушкиной (1992) и В. П Далькова (1992) реализовавших в натуре линейную модель режима орошения. Оказалось, что экономия воды и энергии в отдельные годы на небольших оросительных системах может достигать 50Х. При• этом урожайность сельскохозяйственных культур имеет тенденцию к повышению, что вызвано выравниванием урожая по участкам орошаемой площади и приближением его среднего уровня к максимальному, В этих исследованиях такжг установлено, что с повышением влагоо-беспеченности вегетационного периода потенциальные возможности экономии воды и энергии при орошении существенно возрастают (рис. 4). Следовательно, предложенная методика оптимизации поливной нормы даст наибольший экономический эффект в условиях неустойчивой, резкоперемекной погоды, когда жаркие и засушливые периоды в течение вегетации чередуются с прохладными и дождливыми.

В заключение укажем, что почти аналогичный подход к поиску . резервов снижения затрат энергии и других текущих расходов на ■ эксплуатацию оросительных систем предложен в Германии (А. НоГшапп, 1990). Схожесть состоит в том, что и здесь каждый компонент затрат также связывается с величиной поливной нормы подобно (59) - (65). В итоге предлагается в каждом конкретном случае отдельно исследовать влияние различных факторов на величину технологических расходов и только на основании полученных частных результатов делать какие-либо выводы о путях улучшения стоимостных показателей. Принципиальнее отличие и? ^.«ен-ной выше методик! состоит в установлении сэдзи дефицита вс»до-потребленил сельскохозяйственной культуру и оросительной ¡¡ор-мы, что позволило оптимизацию режима орошения выполнить алии-

Для реализации принципа расширенного воспроизводства почвенного плодородия на орошаемых и близлежащих сельскохозяйственных угодиях необходимо не допустить каких-либо негативных последствий полива, т.е. экологических ущербов. Формализация данного требования заставляет включить экологические условия не в функцию цели оптимизации, а в ограничения модели. Следовательно система ограничений целевой функции (55) должна содержать условия экологической безопасности и сохранения еод-но-экологического равновесия на 'орошаемых и прилегающих плошд-дях. Поэтому в ее качестве можно использовать систем;' неравенств (48).

Достаточно часто при оптимизации водного режима в качестве основного ограничения используется тест на урожайность. Требуется, чтобы урожай при орошении по крайней мере был не ниже заданного проектом (А. И. Голованов, 1987; Е. А. Стельмах, 1987). Но данный показатель опосредован ограничениями (48), формализующими водно-экологические условия расширенного воспроизводства почвенного плодородия. Система требований (48) гармонично совмешает не только вопросы экологической сбалансированности (безопасности) полива, но и водные условия.необходимые, для получения планового урожая.

Таким образом, ресурсосберегающая норма полива (любой сельскохозяйственной культуры на любых почвах) должна удовлетворять условиям (49), (69), (70). Если искомый минимум будет лежать за пределами (49), придется ориентироваться на верхний предел (49). Здесь и будет находиться минимум расходования ресурсов на полив, т. е.

Последнее выражение справедливо, если ордината функции (58) в пределах (43) будет монотонно снижаться или. чтс аналогично, первая производная (58) в пределах (49) будет мены'е нуля.

В результате исследований установлено, что условие ¿69) обеспечивается при

^-ДлуХГ,

где вр - средневзвешенные затраты ресурсов на разовый гплпв единицы шкчдэдо: (МДД''га. пол. или руб -Та. пол.;;

Рас. 2, Зависимость перерасхода ресурсов от поливной норш в разные по воддюста годи (оросительная система "Вэлла", насосная сгащия "Сигма-З") при исклйчиюш отказов ДЫ.

Рис, 3. Зависимость перерасхода ресурсов от псишвноЙ нор! б разные по водности годы (оросительная система "Взлма", насосн&э станция "Сиг&а-З") при исключении отказов ДМ и ¡¡шорацочевии оплаты труда.

гически.

основал; вывода и предложения

1. Зависимости (16) - (21) можно использовать для определения средней интенсивности эвапотранспирации и ее интегрального значения эа расчетный период, если почвенные влагозапасы Колеблются ниже биологически оптимального предела.

2. При расчетах водного режима почв под сельскохозяйственными культурами при неоптимальных водных условиях можно рекомендовать как зависимость В. Ф. Ш~беко (9), так и криволинейную функцию (22), Наиболее точен (ошибка снижается в 1,2-1,6 раза) и в то же время достаточно прост расчет по схеме (22), учитывающей всплеск эвапотранспирации после поливов и выпадения атмосферных осадков и не требующей определения критической вла-гоемкости и влагоэапвсов еавядания. ■

3. Для исследования подобия только водных режимов почв под орошаемыми сельскохозяйственными культурами достаточно двух критериев подобия, характеризующих:

- относительное подобие при попарном равенстве критериев (26);

- потенциальное подобие при попарном равенстве критериев (26);

- полное подобие при попарном равенстве отдельно взятых критериев как относительного, так и потенциального подобия.

4.' Режимы ' орошения могут быть подобны тогда и только тогда, когда подобны создаваемые с их помощью водные режимы почв под сельскохозяйственными культурами (принцип подобия режимов орошения).

Б. Отправной позицией нормирования линейного режима орошения (целенаправленного, наперед заданного регулирования водно-.го режима почв по направлению перемещения фрснта полива) может служить фиксированное значение критерия относительного подобия. Общее правило нормировки линейного ремимз орошения можно представить в виде иерархического соотношения (33). Данное правиле выражает взаимосвязь всех элементов режима сросекня почвеннонеоднородных полей сельскохозяйственных культур. Ем-полнения (33) необходимо и достаточно, чтзбы выдерлать условие (Е9) к водном;; режиму почв на любом учазтке срокэ'.-юй плоыадк.

6. Ив правил нормировки рктекзет следующий вывод: широко используемый при расчетах нульмерного (точечного) режима' орс-

шения так называеошй минимальный межполиеной интервал не может выступать в качестве нормативного показателя для линейной модели. Для выполнения указанной функции вводится новый термин -норматив продолжительности сработки регулируемы?: влагозапасов в расчетном слое почва Потенциальное подобие режимов орошения сельскохозяйственных культур будет иметь место только при попарном равенстве нормативов продолжительности сработки биологически оптимальных (активных) влагозапасов в расчетном слое почвы.

7. Для количественной характеристики потенциальной обеспеченности сельскохозяйственных культур почвенной влагой можно применять комплексный безразмерный показатель (14), критерий потенциального подобия водных режимов (£6) и норматив продолжительности сработки биологически оптимальных . влагозапасов (46). Примерная классификация потенциальной влагоабеспечен-ности почв под сельхозкультурами для условий Беларуси приведена в табл.4.

. 8. Величина поливной нормы в линейной модели режима орошения определяется заданными пределами (диапазоном) регулирования почвенных влагозапасов и очередность» полива участков орошаемой площади. Все параметры линейного режима орошения помимо диапазона регулирования почвенных влагозапасов и очередности полива участков орошаемой площади определяются фактической производительностью дождевальных устройств и продолжительностью холостых переездов и перебазировок.

9. Очередность полива участков плопрди должна устанавливаться таким образом, чтобы влагоемкость почв участка, а которого начинается полив, не превышала влагоемкоети псчв, увлажняемых в последнюю очередь.

10. Целью оптимизации нормы полива можно поставить минимизацию затрат ресурсов, расходуемых на полив. Б систему ограничений целевой функции целесообразна включить требования экологической безопасности полива. Аналитическая реализация цеди оптимизации возможна при разделении дгух узловых понятий режима орошения - дефицита водопотребления сельскохозяйственной культуры и оросительной нормы. Количественно связь между 1Ш>"> можно выразить уравнением (6Б).

11. Ресурсосберегающая величина поливной нормы яйли.-кя функцией дефицита недопотребления сельхозкультуры И aitíffi?

ресурсов на полив. Снижения ресурсосберегающей нормы полива до экологически безопасного уровня можно добиться, повысив надежность оросительной техники и упорядочив оплату труда операторов дождевальных машин.

Содержание диссертации опубликовано в 50 работах автора, из которых основные следующие:

1. Оптимизация водного режима торфяных почв под многолетними травами// Регулирование водного режима торфяных и минеральных почв. - Минск: БелНИИМиВХ, 1981. -С. 69-76.

2. Норма полива при дождевании многолетних трав на торфяных почвах Белорусского Полесья// Новые конструкции мелиоративных систем и сооружений на них. - Минск: БелНИИМиВХ, 1982. -С. 215-222 (Соавтор А. И. Михальцевич).

3. Рациональное использование поливной воды при орошении трав на торфяниках// Вопросы эксплуатации осушитедьно-увлажни-тельных систем. - Минск: БелНИИМиВХ, 1983. - С.125-130 (Соавтор А. Я Михальцевич).

4. Рациональная технология дождевания сельскохозяйственных культур// Управление водным режимом мелиорированных земель. Шнек: БелНИИМиВХ, 1987. - С. 68-73.

5. Оросительная норма и ее соответствие дефициту водопот-ребления// Мелиорация переувлажненных земель. - Минею Урад-жай, 19ВЭ. - Т. 36. - С. 65-69.

6. Как рассчитать дефицит водопотреблення сельскохозяйственной культуры. - Мелиорация и водное хозяйство, 1В88, N9. - С. 44-46.

7. Экономия энергозатрат при дождевании сельскохозяйственных культур// Мелиорация переувлажненных земель. - Минск: Ураджай, -1Э89. - Т. 37.. - С. Б4-Б9 (Соавтор ЕП.Дальков).

8. Технологическое обоснование режима дождевания сельскохозяйственных культур// Мелиорация и охрана окружакгцзй среды. - Минск: БелНИИМиВХ, 1969. - С. 92-99.

9. А. с. СССР- N1656591, 1989. '

10. Биологически . оптимальный режим орошения семскохо-зяйственных культур для систем с продолжительным по.2?иеои// днорацля переувлажнении:: земель. .-'Минск; Ураджай, 1990. -Т. 38. - С. 139-146.

И. О критерия подобия водно-солевых режимов почв// Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами.. - Новочеркасск: НЮ "йгмелиорациа" (Тезисы докладов конференции), 1990. -С. 120-121.

12. Эффективность дождевания в БССР// Мелиорация переувлажненных земель. Ее социально-экономические и экологические последствия (Материалы конференции). -Минск: БёлНЮШиВХ, 1990. - С. 72-80 (Соавторы А.И. Михальцевич, Г. Б. Датушмша).

13. Пути повышения эффективности и экологической безопасности дождевания// Экологические аспекты мелиорации. Минск: БелШШиНХ, 1990. - С. 34-42.

14. Пособие к технологическим картам на полив сельскохозяйственных культур по русурсосберегавщей технологии. - Минск: РЦ "Мелиорация", 1990. - 30 с. (Соавторы В. П. Даль ков, Л И. Но- • вик).

15. Технологические карты на полив сельскохозяйственных культур дождевальными машнаыи и установками. - Минск: БеЛНИИ-ШВХ, 1991. - 180 с. (Соавторы А. а Корже невский, ЕЕДальков, ¡Ü. А. Розанов, Г. В. Латушкина).

13. Выбор характеристики водного режима- почв// Проблемы мелиорации земель Сибири (Тезисы конференции). - Красноярск: СибНИИГиМ, 1991. - С. 11-13 (Соавторы а ЕГрзшевич, Н. П. Семеню« ).

17. К оценке точности уравнений водного баланса орошаемого поля.. - Мелиорация и водное хозяйство, 1991, N9. - С. 25-26.

18. Оценка экологической безопасности режима орошения сельскохозяйственных культур// Мелиорация » экология: аспекты рационального использования водных и земельных ресурсов, -г Минск: ВелНИИМиВХ:, 1991. - С. 84-92.

19. Технико-экономическое обоснование величины поливной нормы при дождевании сельскохозяйственных культур// Мелиорация переувлажненных земель. - Уинск: БелШИМиВХ, 1992. - Т. 39.-С. 38-45.

20. Режим орошения с позиций теории физического подобия/'/ Оросительные мелиорации - их развитие, эффективность и проблемы (Материалы конференции). - Херсон: КОЗ УААН, 1993.

С. 179-1 ВО. ' .