Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оптимизация параметров закрытого дренажа на рисовых оросительных системах

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация параметров закрытого дренажа на рисовых оросительных системах"

Государственннй концерн по водохозяйственному строительству

"ВодстроП"

НАУЧ] 10-ПРСИЗВ0ДСТВЕ!310Е 0ВЪВДГ,!И1ИЕ САНШРИ

СРВДНЕАЗИАТС1Ш ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧН04!ССЛВД0ВАТЕЛЬСКПЛ ИНСТИТУТ ИРРИГАЦИИ ИМЕНИ

в.д.ютипа (смшрю

!!п грасак рукописи Усманов Шавкат Аббасопич

УДК 620.862.4:633.18

оптимизация параметров зжрытого дренляа на р/сових оросителышх системах

Специальность 06.01.02 - мелиорация и орошаемое

земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата термических наук

Ташкент

- 1991

Работа выполнена в Научно-производственном объединении САНИИРИ (НПО САНИИРИ).

Научные руководители: кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник В.Г.Насонов

кандидат технических наук, старший тучный сотрудник И.А.Закс

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор М.Зияходждев

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Р.Икрамов

Ведущая организричя: Всесоюзный проектно-изыскательский институт по проектированию рисовых систем "Союзгипрорис"

Защита диссертации состоится 2!7 сре.&ра/1 &_1992 года

в час.на заседании Специализированного Совета по

присуждению ученой степени доктора наук при НПО САНИИРИ по адресу: 700187 город Ташкент, массив Карасу-4 дом II, НПО САНИИРИ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек? САНИИРИ.

Автореферат разослан 2-й АУба^_1992 года.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д.099.02.01

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Махмудов Э.Ж.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Одним из важнейших резервов повышения производства валовой сельхозпродукции на рисовом комплексе является улучшение мелиоративного состояния земель, сохранение и рост почвенного плодородия, достигаемое путем повышения технического уровня рисовых оросительных систем на основе полной или частичной их реконструкции - переустройство рисовой системы на качественно новом инженерно-мелиоративном уровне с улучшением мелиоративного состояния почв и повышения водообеспеченности.

В первую очередь наибольший эффект на рисовых оросительных системах обеспечивает строительство закрытого горизонтального дренажа. Открытая коллекторно-дренажная сеть, сыгравшая в свое время значительную роль в подъеме урожайности риса, к настоящему времени исчерпала свои возможности из-за целого ряда свойственных ей недостатков (снижение оплывание откосов и т.д.). Кроме того, экономические характеристики (капитальные затраты на строительство и эксплуатацию открытого или закрытого горизонтального дренажа в зависимости от их глубины) во многом будут определять эффективность вложений в мелиорацию рисовых оросительных систем. Поэтому на современном этапе сельскохозяйственного производства необходимо отыскания таких параметров рисовых систем, которые обеспечат наибольший хозяйственный эффект при минимальных затратах водных, земельных, материально-технических ресурсов. В связи с этим нами разработан принципиально новый способ расчета дренажа, позволяю- • щий учесть вышеуказанные условия.

Цель и задачи исследования. Создание экономико-математической модели по расчету параметров закрытого горизонтального дренажа на рисовых оросительных системах с учетом реальных капитальных затрат на строительство и эксплуатацию как закрытого горизонтального дренажа, так и коллекторов-водоприемников различного порядка.

Для ее достижения были поставлены и решены следующие основные задачи:

- установление закономерностей формирования урожая риса от интенсивности дренирования и мелиоративного состояния ;

- анализ природных и ирригационных условий районов рисосеяния низовьев рек Амударьи, Сырдарьи и Краснодарского края;

- установление зависимости приведенных затрат на строительство и эксплуатацию коллекторно-дренажных систем от их глубины ;

- установление предельно-допустимых уклонов коллекторно-дре-наясных систем в зависимости от расхода воды ;

- разработка математической модели оптимизации параметров дренажа и ее программное обеспечение ;

- определение оптимальных параметров закрытого горизонтального дренажа для основных природно-хозяйственных условий объектов исследования.

Объект исследований. Объектом исследования явились рисовые оросительные системы, расположенные в низовьях реки Амударьи и Сырцарьи, а также Краснодарского края.

Научная новизна. Обоснование необходимости расчета параметров закрытого горизонтального дренажа на риоовых оросительных системах на базе осуществления оптимизационных технико-экономических расчетов.

Практическая ценность. Создание экономико-математической модели и ее программное обеспечение, позволяющее применять модель в практике проектирования закрытого горизонтального дренажа на рисовых системах.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика расчета оптимальных параметров закрытого горизонтального дренажа на рисовых оросительных системах ;

- зависимости урожайности риса от основных мелиоративных факторов ;

- зависимость капитальных затрат на строительство и эксплуатацию коллекторно-дренакных систем от их глубины ;

- предельно-допустимые уклоны закрытого горизонтального дренажа и открытых коллекторов ;

- оптимальные параметры закрытого горизонтального дренажа на объектах исследований.

Апробация. Основные положения диссертационной работы освещены в "Сборниках научных трудов САНИИРИ" (1988, 1990 гг.),доложены и получили одобрение на практической конференции молодых ученых и специалистов-мелиораторов "Проблемы мелиорации, водохозяйственного строительства и орошаемого земледелия Ставропольского края" (Ставрополь - 1989) на У1 научно-технической конференции молодых специалистов (п.Рыбачье - 1989), на Всесоюзной конференции молодых ученых-рисоводоп,посвященной 60-летию академика ВАСХШЛ Е.П.Алешина (Краснодар - 1991), на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Вопросы водохозяйственного строительства мелиорации использования и

охраны водных ресурсов" (Ереван - 1991), на заседаниях Ученого Совета секции мелиорации и водосберегащей технологии СА1МИРИ (I987-I99I гг.), на технических советах Госкомводхоза УэССР (1989) и ССО "Аралводстрой" (1989).

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, списка литературы из 82 наименований и приложения. Работа изложена на ПО страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 29 рисунков.

Содержание работы

■В первой главе показана изученность эффективности закрытого горизонтального дренажа на рисовых оросительных системах. Вопросами совершенствования конструкции рисовых оросительных систем занимались Л.В.Скрипчинской, П.А.Витта, В.Б.Зайцева, М.А.Андргоши-на, В.А.Коледа, В.А.Попова, Ю.Н.Полякова, В.А.Духовного, П.Сапа-рова и другие, несмотря на это, к настоящему времени универсальной конструкции рисовой системы не существует. Наиболее распространенные и широкоприменяемые конструкции - это карта Краснодарского типа (ICKT), рисовая система Кубанская и карто-чеки широкого фронта затопления и сброса (КЧПШ.

Особое место в конструкции рисовой системы занимает дренаж. Вопросами изучения, обоснования и расчетов дренажа на рисовых системах в нашей стране, занимались: Х.А.Ахмедов, Н.А.Беседнев, А.С.Варунцян, Н.А.Веригин, Р.В.Волобуев, А.Н,Костяков, А.И.Голованов, А.А.Рачинский, В.-А. Духовный, А.Р.Рамазанов, А.Г.Pay, В.М. Шестаков, Ф.М.Рахимбаев, З.Ф.Тулякова, В.В.Величко, А.Я.Олейник,. Л.В.Круглов, Ш.Х.Бегишев и другие.

В этих работах отмечено, что одним из важнейших вопросов при проектировании и строительстве горизонтального дренажа является определение оптимальной глубины его заложения, с которой связаны уровень грунтовых вод, междренное расстояние, удельная и общая протяженность дренажной сети. Однако, несмотря на это, в настоящее время нет единого мнения по расчету параметров дренажа. Большой опыт эксплуатации закрытого горизонтального дренажа на суходольных культурах и на рисовых оросительных системах показал, что переход в рисовом комплексе на применение закрытого горизонтального дренажа взамен открытого неизбежен, о чем сьиде-тельствутат проведенные в последние годы исследования многочисленных авторов.

Во второй главе на основании проектно-изыскательских мате-

риалов институтов "Союзгипрорис", "Средаэгипроводхлопок", "Кубань-гипроводхоз" дан анализ природно-хозяйственных условий, рассматриваемых регионов. В целом природно-климатические условия рассматриваемых зон благоприятны для выращивания риса. Однако, имеющиеся существенные различия в литологическом строении, почвах, климате этих зон предопределяют сохранение единых методических подходов к расчетам параметров дренажа. Поэтому для дальнейшего повышения эффективности рисовых оросительных систем необходимо разработать методику расчета параметров закрытого дренажа с учетом этих различий.

В третьей главе приведена методика расчета оптимальных пара-•метров закрытого горизонтального дренажа на рисовой оросительной системе.

Обобщая данные многолетних исследований (Попов В.А., Голованов А.И., Бегинев III.X.) сформулирован ряд требований, предъявляемых к дренажу на рисовых системах:

- впериод вегетации обеспечить вертикальные нисходящие фильтрационные токи ;

- после сброса воды - ускоренное осушение рисовых чеков для уборки урожая в оптимальные сроки ;

- в невегетационный период поддерживать залегание уровня грунтовых вод, на глубинах, способствующих повышению плодородия рисовых почв ;

- обеспечить возможность проведения весенних работ в оптимальные сроки ;

- защита суходольных культур рисового севооборота от подтопления и засоления ;

- при возделывании риса на засоленных землях обеспечить ускорение рассоления земель ;

- при орошении минерализованной водой предотвратить снижение урожайности риса и сопутствующих культур ;

- обеспечить снижение затрат оросительной воды ;

- выполнять почво-природоохранные функции.

В соответствии с перечисленными нередко противоречивыми требованиями к дренажу на рисовой системе существует немало предложений по расчету параметров дренажа на рисовых системах (Попов В. А., Олейник А.Я., Бегишев Ш.Х.) с обоснованием параметров дренажа по снижению уровня грунтовых вод после осушения чеков, уровню грунтовых вод в невегетационный период, темпам рассоления земель, величине вертикальной фильтрации в междреньи и т.д.

С другой сторон, эффективность дренажных мероприятий определяется не только затратами на дренаж, по приростам произведенной продукции с учетом экономических оценок водноземельных ресурсов и природоохранных мер.

Модели оптимизации параметров дренажа рисовой оросительной системы в соответствии с существующими представлениями могут рас-,сматриваться на народнохозяйственном и хозяйственном уровнях. В обоих случаях критерий оптимальности параметров дренажа на рисовой оросительной системе будет соответствовать максимуму разности между стоимостью валовой продукции и приведенными затратми на строительство оросительной и коллекторно-дренажной сети с учетом экономических оценок водноземельных и трудовых ресурсов:

// />р У£ (Ч-, Ц ) - л'р & У '(И1, и ) - 2р л У-'- Сх >

+ (£ сГ)]± | ^ * Ри —

где: Н-* - капитальные вюжения на рисовую оросительную систему I -го варианта ; Ц$р - капитальные вложения на коллек-торно-дренажную сеть г -го варианта ; С-'р, С^ - соответственно, затраты на эксплуатацию оросительной и дренажной сети . с -го варианта ; £п - нормативный коэффициент эффективности капвложений ; - используемые природные ресурсы I -го варианта ; у^к- экономические оценки природных ресурсов ; у„ -- экономические оценки п -го загрязнения природной среды ; V - объемы к -го загрязнения природной среды доля посевов риса в рисовом севообороте ; у- урожайности риса при проведении дренажных мероприятий I -го варианта;^- экономическая оценка единицы сельхозпродукции ; дУ^ - потери урожайности риса из-за уборки в неоптимальные сроки в связи с плохой дренированностыо рисового чека I -го варианта дренажа ;

- потери урожайности из-за неоптимального залегания грунтовых вод в невегетационный период £ -го варианта дренажа ; Уд. - урожайность в -го вида сельхозкультуры в рисовом севообороте при ¿ -варианте параметров дренажа ; - экономическая оценка единицы сельхозпродукции культуры в -го вида ; С*}СМ- соответственно, издержки на выращивание риса и культур рисового севооборота; К' - коэффициент, учитывающий предшественники риса 0,8-0,9 ; К" - коэффициент, учитывающий рис предшественник 0,75-0,85.

Рассмотрим определение составляющих выражения (I). Установим связи между урожайностью риса и параметрами дренажа. Исследованиями последних лет выявлено, что урожайность риса в значительной степени зависит от величины вертикальной фильтрации воды в почву. В самом общем случае зависимость урожайности риса от скорости вертикальной фильтрации может быть представлена в виде:

Р = + £1У+(2) •

где: а/, ¿/, су, о^ - эмпирические коэффициенты; относи-

тельная урожайность риса ; У= - относительная вертикальная фильтрация ; УмахЛЪлг - максимальная урожайность и соответствующая ей фильтрация.

Величина и изменчивость вертикальной фильтрации определяется как глубиной заложения дренажа, так и междренным расстоянием. Кроме того, в связи с уклоном дрены и практически горизонтальной поверхностью чека, вертикальная фильтрация изменяется в направлении параллельном дренам:

У(х,У)*/(Н,1, Чг) где: У {к, у) -.скорость фильтрации у поверхности затопленной

почвы, м/сут ; Н - глубина заложения дрены, и \ Л - междрен-ное расстояние ; ¿¿р - уклон дрены ; Х,У - текущая координата от дрены к междренью.

Существует множество сочетаний глубины заложения междренно-го расстояния и соответствующего распределения скоростей фильтрации в междреньи, а, следовательно, и возможного урожая.

Средний урожай в междренье в зависимости от скорости фильтрации может быть найден по^следующей зависимости:

У ф 1а'а + , +

+ ЫхЫу) (3)

Поскольку величина вертикальной фильтрации определяет максимально возможный урожай при неограниченных материальных и водных ресурсах, то величина вертикальной фильтрации регулируется соответствующим выбором глубины заложения дрены и междренным расстоянием. Для случая систематического дренака скерости фильтрации у поверхности почвы затопленного рисового чеки можно найти из известных решений (Голованов А.И. , Попов В.А., Олейник А.Я.).

Одним из важнейших требований, предъявляемых к дренажу на рисовой системе, является обеспечение высоких скоростей снижения

уровня грунтовых вод после сброса воды с тем, чтобы обеспечить оптимальную важность в корнеобитаемом слое и глубину грунтовых вод перед уборкой (Андргошин A.M., Попов В.А.). Оценка ущерба при этом основывается на потерях, связанных с затягиванием уборки урожая:

Л/У' -et'У ¿'Ti- с'Г* С4)

где: йУ' - экономический ущерб от затягивания сроков уборки по сравнению с оптимальным, руб/га ; Г - время, сут. ; а.', 8\ с' - эмпирические коэффициенты.

Во многих работах устанавливается связь между глубиной залегания грунтовых вод в межвегетационный период и урожайностью риса (Попов В.А., Бегишев Ш.Х.), которую в самом общем случае можно оценить зависимостью вида:

У"=- а" + в"Н + С"И* +с/"Н3 (5)

где: а, - эмпирические коэффициенты.

Считается, что.при близкой глубине залегания грунтовых вод происходит неполное окисление продуктов восстановления в почве, а при глубоком - происходит повышенная скорость вымывания органических веществ. Приведенные затраты на коллекторно-дренажную сеть на рисовой оросительной системе зависят от глубины заложения дренажа, междренных расстояний! диаметров и уклонов дрен, глубины, уклонов и поперечных сечений коллекторов при ограничениях на не-заиляющую и неразмывающуга скорости, водоприемники. Эксплуатационные затраты также определяются сечениями и уклонами коллекторов, глубинами их заложения. Увеличение уклонов дрен приводит к снижению затрат на трубы, однако, увеличивает капитальные вложения на строительство коллекторов. Увеличение же уклонов коллекторов снижает эксплуатационные затраты, но увеличивает капитальные вложения, связанные с глубиной заложения коллекторов и водоприемников. Рассмотрим методику расчета приведенных затрат на строительство и эксплуатацию коллекторно-дренажной сети. Удельную стоимость строительства коллекторно-дренажной сети на единицу площади можно представить в следующем виде:

Сд = (fi. + а. + iah , руб/м (7)

i "

С* ~ йГ 'ßi C*"¿ . руб/м (8)

где: СА - удельная стоимость строительства закрытого гори-

зонтального дренажа ; Ск - удельная стоимость строительства коллекторов ; с.< - стоимость одного погонного метра труб с фильтром ; Сг - удельная стоимость укладки дрены, руб/м ; С3 - стоимость сооружений на дрене, руб/шт. ; L - междренные расстояния, м; £ - длина дрен, м ; со - орошаемая площадь, га.

При определении стоимости строительства дренажа учтено, что ширина траншеи, как правило, определяется типом дреноукладчика и оптимизации не подлежит. Анализ показывает, что стоимость труб с фильтром зависит от их диаметра и может быть представлена в виде:

с, = аг +6Ас1+сАс1* , руб/м (3)

где: аг, - эмпирические коэффициенты, значения которых

определяются материалом трубы и фильтра. Стоимость укладки I п.м.дренажа можно выразить так:

Ct = CL3+i3H » руб/м (10)

где: ctst £3 - эмпирические коэффициенты, определяемые типом дреноукладочной машины и инженерно-геологическими условиями. Выражая диаметр трубы через расход дрены в устьевой части, используя рекомендации работы (Мурашко A.M.) и связывая расход дрены с напором в междреньи, найдем приведенные затраты на строительство закрытого горизонтального дренажа на рисовой системе, выраженную через его диаметры

, г „ j*(H.*Ak)a1"-t

cz(H. + *h)a7SS-rrssea7SS £зН ] (п>

* S393, ki i L J

где: ¿/i - глубина воды в рисовом чеке, м; /■/„ - глубина заложения дрены от поверхности почвы до верха трубы

а/ - коэффициент, учитывающий ежегодные затраты на эксплуатацию дренажа ; с - уклон дрены.

При определении стоимости строительства коллекторов необходимо иметь ввиду, что в условиях массового строительства, унификации технологии строительства и параметров строительных машин обычно применяются стандартные размеры сечений коллекторов. Учитывая это обстоятельство, нормативные документы рекомендуют гид-

равлический расчет коллекторов проводит при расходе более 0,5 м3/с или при меньших расходах в случае превышения определенных уклонов зависящих от типа грунта.

Анализируя проектные материалы для открытых гидравлически нерассчитываемых коллекторов можно установить вид линейной зависимости, описывающей затраты на строительство коллекторов различного порядка в следующей форме:

- для внутрихозяйственных коллекторов ,

Ctx - a« • РУб/м • (12)

•- для межхозяйственных коллекторов

+ , РУЗ/м . (13)

где: HfP , ^мх - глубины заложения соответственно внутрихозяйственного и межхозяйственного коллекторов; о.(х>81к, ^мх^мг эм~ пирические коэффициенты, определяемые для каждого водохозяйственного региона.

Эксплуатационные затраты на обслуживание открытой коллектор-но-дренажной сети рисовой оросительной системы связаны, главным образом, с поддержанием рабочей глубины и пропускной способности коллектора путем очистки его от зарастания и заиления при разрушении откосов и т.д. Поскольку коллектора различного порддка об-лаюагот характерными глубинами и поперечным сечением, то для анализа эксплуатационных затрат вполне достаточно ограничиться рассмотрением эксплуатационных затрат только от глубины коллектора, не рассматривая поперечные сечения. Хотя анализируемые зависимос-т ти имеют криволинейный характер, для рассматриваемых целей можно использовать линейные приближения в виде:

Сэ/сс = аэт+ЁэксИср , руб/м • (14)

где: сэкс - эксплуатационные затраты на очистку коллекторов, руб/м ; a}KC,S3Kr. - эмпирические коэффициенты, определяющиеся типом грунта.

Сравнительный анализ материалов эксплуатационных организация по интенсивности заиления коллекторов и объемами очистки показывает, что существует довольно тесная связь затрат на очистку с уклонами коллекторов. Используя данные результатов наблюдений за интенсивностью заиления коллекторов с различными уклонами, материалы эксплуатационных организаций, представим эксплуатационные затраты на поддержание коллекторов в зависимости от глубины заложения коллекторов и текущих уклонов в виде:

Сзка~(аэ РУб/м (15)

где: 1тт - уклон соответствующий незаиляющим скоростям ; ¿0 - текущий уклон.

Уклоны коллекторно-дренажной сети должны задаваться, исходя из обеспечения средних скоростей V , в следующих пределах:

$ уч< итак • м/с ' <Г6>

где: ]Ум1п - минимальная допустимая скорость ; • 17мах - максимальная допустимая скорость. , .

Для того, чтобы перейти к оптимизации параметров КДС, выразим среднюю глубину коллектора через среднюю глубину заложения дрен, уклонов и отметки поверхности земли. Представим среднюю глубину коллектора, к которому подключаются закрытые дрены в следующем виде:

Нср = -0.5Г&У + 2*к) - + (17)

где: - е^р • 19Р; лк = 1К

<2*> - соответственно, отметки поверхности земли в начале и в конце коллектора ; Щр - отметка дренажной трубы в середине дрены ; £к - превышение устья дрены , над уровнем воды в коллекторе.'

Тогда приведенные затраты на строительство и эксплуатацию КДС для системы закрытых дрен и гидравлически нерасчитываемого коллектора с учетом (5-16) представим в следующем виде:

г е г и ¿.ли\аз?*. *0'373 г -<п%/1гг*< ьг(Н0+АИ) -К, С,АС -Ы* [а * пм еяэ ^ +

+ г х ---+- — +■ -Т- 4 ас + Вс ■ (18)

ф °,т*е 5 I

• [0,5 0.5 гк + Цо.5(2% * 2?) +

+ 0.5 йк-~ 4) * . где: £ - площадь орошаемых земель с/ - ёп г ^ *

Л*

- коэффициент, учитывающий эксплуатационные затраты, за исключением затрат на ремонт ; ¿к - длина коллектора. Приведенные затраты на строительство и эксплуатацию КДС с учетом больного количества коляекторов, имеют вид:

С-где t + n^iV^Af» ' +

, (Ж

V Д/тел/ ^ ¡ыражения (18, 19) дополняется ограничениями по:

- перепадам высот по j -ым коллекторам и дренам

• mlrt ц _ . мах

h . • 4 $ * ч ■

■ Min „ . мак p

t-SP . Cfp % Aj § t . ZJp - предельно допустимым глубинам коллекторов

I мах ~ н

(20)

I мах ^

■де я; - максимальная глубина заложения j -го коллектора :

« I Min

/ij - минимально-допустимая глубина ) -го коллектора.

Исключая из" выражений (19) и (20) постоянные слагаемые, поучим, что после преобразований нахождение параметров КДС, отве-[ающих минимуму приведенных затрат может быть сведено к типичной [Одели нелинейного программирования при линейных ограничениях (21) ; (22).

Для гидравлических нерасчитываемых коллекторов целевая функ-;ия имеет вид:

1U ?г,чи1Рлт Auf <Payse А*9*' +

f I а, * 6 [as Ч л„ +HS ^ - seaoa • —^ • q ■ Н min

Как было указано выше, влияние параметров дренажа на оЭДек-ивность рисовой оросительной системы будет определяться иа толь- • о вертикальной фильтрацией в период вегетация риса, но и полно-

солевым режимом почвогрунтов рисовой системы в период всей севооборотной ротации и его влияния на урожайность сельхозкультур. Поэтоцу важным этапом обоснования параметров дренажа на рисовой системе является установление связи параметров дренажа -го варианта с водносолевым режимом почвогрунтов. В настоящее время разработано и применяется достаточно много методов прогноза водносо-левого режима почвогрунтов (Криейчева Л.В., Айдаров А.11.и др.). В данной задаче используется метод основанный на решениях дифферен циальных уравнений солевлагопереноса (Рекс Л.М., Якиревич A.M.).

Отметим несколько основных моментов при использовании программы "WASTк-Г :

1. Модель разрабатывалась не для рисовой системы, поэтому ее нельзя использовать для прогноза распределения вертикальной фильтрации в междреньи. Однако концентрацию солей в середине меж-дренья в результате возделывания риса при применении для орошения воды различной концентрации и изменения влажности почвы- и уровня грунтовых вод после сброса воды с чеков по ней установить можно.

2. Прогноз водносолевого режима на рисовой системе для -го варианта дренажа должен даваться на различные интервалы времени: - по-суточно на период сброса воды и осушения почвы, и с гораздо-большим набором на севооборотную ротацию.

Для случая отсутствия необходимости в дополнительном строительстве коллекторов, определение оптимальных параметров дренажа сводится к отысканию максимума следующего функционала:

+ IdJklAh) + cfCH^Ah)* f . L Lv(h.,L) ~TP— ' JW(X.,H., L)rfx-

4 H. •

ZL ' -

1г= *> Ус Ъ -у; у. с,, к? ; ё* = + ъ <а\х ) 1 ро.ш

п г V пм : + №,и

Для реализации функционала (23) разработаны модель и программное обеспечение на языке СИ для ПЭВМ.

В четвертой главе приведены исходные данные к методике расчетом оптимальных параметров закрытого дренажа на рисовых оросительных системах. '

Результаты статистической обработки имеющихся данных (Ееги-в Ш.Х., Pay А.Г., Круглов Л.В., Сапаров.П., Даулетбаев Б.У., сенов А.Г., Попов В.А.) выявили, что в зависимости урожайности са от скорости вертикальной фильтрации (рис.1) эмпирические ко-фициенты имеют следующие значения (табл.1).

Таблица I

Название объекта

Коэффициент корреляции

Значения эмпирических коэффициентов

е,

d,

Средняя Азия и Казахстан Краснодарский край Япония

0,337 1,17 -0,583 0,018 0,63 0,623 -0,371 0,0604 0,746 0,587 -0,4046 0,0693

Анализ фактических материалов различных авторов (Оськина А.И. ;ина Ю.Г., Кабанов E.H., Ходжамуратов A.M.) по установлению за-¡имости потерь урожая риса от затягивания сроков уборки (рис.2) :азал, что в этой зависимости эмпирические коэффициенты имеют ¡дующие значения (табл.2).

Таблица 2

Сорт риса

Корреляционное отноае-ние

Значения эмпирических коэффициентов

а

Краснодарский - 424 0,99

УзРОС - 59 • 0,98

Нукус-2 0,91

Авангард 0,90

1,0 -0,00045 -0,00027

0,994 -0,0063 -0,000105

0,99 -0,0029 -0,000042

0,99 -0,0033 -0,00010

В зависимости от урожайности риса от уровня грунтовых под эневегетационный период (по данным (1.А.Андрюшина, А.Г.Ансе-j, В.А.Попова, А.Г.Pay) коэффициенты имеют значения, приво-•ые в тпбл.З (рис.3).

Общую стоимость строительства закрытых горизонтальных дрен ¡о рассмотреть как две составляющие: стоимость конструкции (приемной части и стоимость строительных работ, которая зацп-от способа строительств! и глубины заложения дрен. В запи-ютях (9) и (10) г,¡лирические коэффициенты приведена в табли-4 и 5.

У 1,00

0.90

о,ю

0.70 ож

|

к. —л /к N к J —в л

А • * V ч

/ • < • V • г

/ •у • • Л V

/ • •

/1 • N1

Рис Л. График зависимости урожайности риса от скорости вертикальной фильтрации

1 - Средняя Азия и Казахстан

2 - Япония

3 - Красноярский край

о,г о,к о,а ца 1,о 1,г м 1,е и гя V

1,0 0,39 0,91 0.97 0.56 0,95 0.94 0,93 С. 92 0.91

аэ

5 1.0

ом

о.м

0.70

о,ео од> о.чо о.м оло 0,10 о

I

' N К? м

\ 1 1»

Л » у V -г

ч о \

N .ч

\

Рис.2. Зависимость потерь

урожая риса от сроков уборки

1 - УзРОС-59

2 - Нукус-2

3 - Авангард

4 - Сорт Краснодарский-424

< 3 Б 7 9 11 13 15 17 19 71

супг

Рис.3. Зависимость урожпйности риса от уровня грунтовых БОД во внёвегетаиионный период

1 - Юг Украины

2 - Краснодарский край

3 - Средняя Азия и Казахстан

0.5

1.0

1,5

г.о

гд з,о Н, м

1

Таблица 3

г/п

Объект исследования

Значение эмпирических коэффициентов

Г

с/'

Юг Украины Краснодарский край Средняя Азия и Казахстан

-0,0649 0,61 -0,106 0,0073 0,216 0,3076 -0,0137 -0,00057 -0,1088 1,58 -0,722 0,099

Таблица 4

Объект

редняя Азия и азахстан

раснодарский эай

£

Наименование затрат

Стоимость I м трубы с

ИЗ-5М -0,33 14,36

То же, с гравийно-пе-

счанной обсыпкой 1,24 12,09

То же, с комбинирован-

Значения коэффициентов

ным фильтром

То же с ИЗФМ

То же с комбинирован-

5,36 -5,476 111,15

2,0 -3,14 -0,238 10,74 44,4 1,92 25,69 -0,000117

ным фильтром

римечание: ИЗМ1 - искусственный защитно-фильтрующий материал

Таблица 5

Предель- Значение коэффициентов

1азвание Способ ная глу- --------------------

объекта строительства бина,

м

>едняя Азия Бестраншейный до 3,0

Казахстан Узкотраншейный до 3,0

Транпейный до 3,5

Полумеханизированный до 5,0 )аснодар- Механизированный :ий (ЭТЦ-202А, ЭТЦ-406) до 3,5

«3 £

~2~56 0,42

2,34 0,63

1,9 1,108

-2,86 3,4

0,4 0,4

Для расчетов затрат на строительство и эксплуатацию откры-IX коллекторов (рис.4) по зависимостям (12), (13), (14) эмпи-ческие коэффициенты приведены в табл.6.

В)

бИ,М

6 //,»

рис.4 Зависимости приведенных затрат на эксплуатацию (а ) и строительство (б ) коллекторов от их глубины I, 2 - внутрихозяйственный коллектор; 3,4- межхозяйственный коллектор. - Краснодарский края ;---Средняя Азия и Казахстан.

Таблица б

Объект

Тип

Диапа-

Значение коэффициентов

Средняя Азия и Казахстан

Краснодар' ский край

коллектора бин, м лс/3 ¿с/э

Межхозяйст- 2,5-7,0 -8,9 5,2

венный -3,5 2,25

Внутрихозяйст- 1,5-5,0 -1,05 2,10

венный -2Д2 1,50

Ыежхозяйст- 2,5-7,0 -5,57 3,53

венный -4,496 2,32

Внутрихозяйст- 1,5-5,0 -2,14 2,125

венный -1,45 1,14

Примечание: в знаменателе - значения коэффициентов, определяющих эксплуатационные затраты ;

в числителе - затраты на строительство коллекторов.

При расчете оптимальных параметров закрытого дренажа на рисовых системах имеет немаловажное значение выбор (расчет) уклона дрен, от которых зависят не только глубина заложения самих дрен в устье, но и коллекторов-водоприемников, с одной стороны. Уклоны дрен подбираются таким образом, чтобы обеспечить такие скорости воды в трубах, при которых не происходят заиления их

юлости.

В результате натурных исследований было установлено, что 1рены построенные из керамических труб подвергаются заилению в 'ольшей степени, чем дрены из пластмассовых труб с искусственны-1И защитно-фильтрующими материалами. В результате обработки дан-:ых по расходам, наполнениям и гидравлической крупности наилков становлены зависимости для определения критических скоростей lip) от гидравлической крупности наилков (0)в) и материала труб с ) в виде:

^ = , м/с

е-j-, (24)

де: R - гидравлический радиус, м; cf - диаметр труб, м.

Если задаваться диаметром трубы и предположить, что она за-олнена до предела, то есть степени наполнения д- в ней макси-ально возможная, для этих условий найдем расход Q , процускаем незаиляющей скоростью VKp , соответствующий уклон L*p , полу-ается триада чисел d , t7 , ¿Кр , которые для некоторого сор-амента труб образует предельные (минимальные) зависимости, кото-ые после соответствующих преобразований принимает вид:

]й» _ ,,., •> л„ -ass

¿¿о Q (25)

э же самое для расчетного наполнения:

CL --о-^а -Q (26)

Аналогично можно установить максимальные уклоны закрытых эризонтальных дрен, принимая за 1ТКр равной 1,5 м/с, соглас-з СНиП - 206.03.08.

Используя зависимости (25), (26) и зависимости, полученные тя открытых коллекторов В.Г.Насоновым (1990 г.), можно постро-гь график предельно допустимых уклонов коллекторно-дренажных «тем в зависимости от их расхода (рис.5).

В пятой главе приведены результаты расчетов оптимальных па-шетров закрытого горизонтального дренажа на объектах исследо-жия: колхоз "Звезда" Абинского района (Краснодарский край), >вхоз "Совет Узбекистоны" в Та'„гакупырском. районе Карпкалпаки-'ан), "Нана-Талап" Чиркилийского района Кзылординской области), ¡счет оптимальных параметров закрытого горизонтального дренажа ¡уществляется п два этапа:

о.

о., 0.1 0.0<

O.Oi

от

. сдач о.оог

0,001 0.000Й

о.аоов

о. ООО ц

о.оопг

o.oooi,

L0 10 too

Рис.5 Зависимость предельно -допустимых уклонов коллекторно-дренажных систем от диаметра и расхода - закрытый дренаж, -*- коллектор, 1,1 - минимально допустимые уклоны ; 2, 2 - максимально допустимые уклоны.

На первом этапе расчитывается непосредственно-оптимальные параметры (глубина заложения и междренное расстояние) закрытых горизонтальных дрен по разработанной методике (глава 3) (рис.6).

Второй этап включает в себя прогнозный расчет приемлемости этих параметров на обеспечение допустимой влажности и изменения уровня грунтовых вод на рисовых оросительных системах после сброса воды с чеков (по программе "WASTR-I") (рис.7).

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ существующих типов и конструкций рисовых оросительных систем и дренажа на рисовых системах показал, что универсальной конструкции рисовых систем не существует. Также отсутствует единое мнение по расчету параметров дренажа. Это, в свою очередь, предопределяет то, что дренажные системы на рисовых оросительных системах в целом имеют свои особенности.

2. Анализируя причины снижения урожайности риса и учитывая существующие требования к рисовым оросительным системам и дренажу на них, предложена компановка элементов рисовой системы с закрытым горизонтальным дренажем, отличающегося от существующих конструкций тем, что закрытые горизонтальные дрены расположены внутри чеков, которые должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к рисовым систсмам.

170000696

ЧЯ, руГ/г, Мао

ноя ноо аоо Iооо 90 О 800 7 оо еоо та

I. Нд = 1,0 м

2. нд = 1.2 м

3. ни = 1.4 м

4. Нд = 1.6 м

5. Нд = 1.8 м

6. Нд = 2,2 м

7. Нд = 2,4 'м

8. Нд = 2,4 м

9. Нд = 2,6 м

Ю. Нд = 2,8 м

II. Нд = 3,0 м

65 /00

200

300 в.М

Рис.б Результаты расчетов оптимальных параметров закрытого горизонтального дренажа на рисовой оросительной системе Каракалпакии.

Исходные данные :Кп = 1,0 м/сут ; Мп = 7,0 м

0Л0

0,55 .

цзо

Рис.?

} 6 9 (2 /5 п

'/.ч!.-еиг'!1иг объемной вллкности почп и УГВ на рисопмх

чект' то время их прссуаки осеньч

3. На основании сбора и обработки материалов проектных институтов и служб эксплуатации установлены зависимости капитальных затрат на строительство и эксплуатацию коллекторно-дренажных систем от их глубины.

4. В результате натурных исследований и обработки фондовых материалов установлены зависимости для определения критической скорости движения воды от гидравлической крупности частиц наил-ков и предельно-допустимые уклоны закрытых дрен и коллекторов в зависимости от диаметра и расходов.

Для дрен из пластмассовых труб с искусственным защитно-фильтрующим материалом допускаются снижения к требованиям к критическим скоростям и уклонам, так как вероятность заиления полости дрен в этом случае ниже, чем в дренах из керамических труб. В данном случае критические скорости могут быть 0,1-0,15 м/с и менее.при соответствующих им уклонах 0,0005-0,001.

Полученные результаты значительно снижают существующие требования закрытого горизонтального дренажа к уклонам, что обеспечит уменьшение глубины дрен в устьях, снижения эксплуатационных затрат на коллектора-водоприемники и высокую надежность коллектор-но-дренажных систем в целом.

Для открытых коллекторно-дренажных систем критические- скорости и уклоны можно определять по общепринятым зависимостям или по предлагаемым нами (рис.5).

5. Разработана экономико-математическая модель оптимизации параметров закрытого горизонтального дренажа на рисовых оросительных системах. Установлены оптимальные параметры (междренное расстояние, глубина заложения дренажа, закрытого горизонтального дренажа для некоторых хозяйств объектов исследований:

- низовья реки Амударьи. Для двухслойной толщи со слабопроницаемыми грунтами (Кв = 0,14 м/сут; Кн = 2,0 м/сут) Bon = 100 м, Hon = 1,8 м. Для однослойной, с хорошопроницаемыми грунтами (Кф = =1,0 м/сут) Bon = 150 м, Hon = 1,6 м ;

- низовья реки Сырдарьи. Для двухслойной толщи (Кв = 0,41 м/сут, Кн = 8,4 м/сут) Bon = 125 м, Hon = 2,25 м. Для однослойной, сильнопроницаемыми грунтами (Кф = 6,2 м/сут) Bon = 100 м, Hon = 2,5 м ;

- Краснодарский край. Для двухслойной толщи, с хорошопроницаемыми грунтами Bon = 90 м, Hon = 1,6 м, то же со слабопроницаемыми грунтами В = 150 м, Hon = 1,8 м. Для однослойной с плохопро-ницаемыми грунтами (Кф = 0,05 м/сут) Bon = 100 м, Нопт =1,6 м.

6. Результаты прогнозных расчетов по программе "№А5ТИ-Г' показали, что полученные значения оптимальных параметров закрытого горизонтального дренажа обеспечивают требуемую влажность почво-грунтов в метровом слое (30-31 %) и снижения уровня грунтовых вод (1,2-1,4 м) за 15-20 суток, после сброса воды с чеков осенью с целью просушки перед уборкой культуры риса.

7. Внедрение разработанной модели оптимизации расчетов закрытого горизонтального дренажа в практику проектирования рисовых оросительных систем приводит к снижению капитальных вложений на 15-25 % относительно традиционных конструкций.

Основное содержание диссертации отражены в следующих работах.

1. К вопросу определения незаиляющих скоростей в закрытых дренах // Пути комплексного совершенствования мелиорации и водного хозяйства, - Ташкент, САНИИРИ, 1987, с.60-64.

2. Выбор оптимальных параметров дренажа на рисовых оросительных системах // Мелиорация земель низовьев рек Аральского региона. Ташкент, САПИИРИ, 1980, с.87-95 (соавторы В.Г.Насонов, И.А.Закс).

3. Рекомендации по выбору оптимальных мелиоративных режимов и параметров дренажа на орошаемых землях низовьев р.Амударьи. Ташкент, САНИИРИ, 1989, 19 с. (в соавторстве).

4. Оптимизация параметров коллекторно-дренажной сети из рисовых оросительных системах // Проблема утилизации и использования минерализованных дренажных вод. Ташкент, САПИИРИ, 1990, с.43-68.

5. К вопросу расчета оптимальных параметров дренажа на рисовых оросительных системах // Тезисы докладов Всесоюзной конференции молодых ученых-рисфодов, посвященной 60-летию академика ВАСХНИЛ. Е.П.Алешина, Краснодар, 1991, с.53.

6. Совершенствование конструкции рисовых оросительных систем "" с закрытым дренажем // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. "Вопроси водохозяйственного строительства, мелиорации использование и охраны водных ресурсов. Ереван, 1991, с.68-70.