Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности гидротермического режима и элементов техники полива при обогреве почвы сбросными теплыми водами

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Особенности гидротермического режима и элементов техники полива при обогреве почвы сбросными теплыми водами"

УйР^ИтЬСл»;.! ордена Друмбы народов ШЗТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ В0.ДНСГ0

ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

НАНЛСШ ИВАН АШСЕКЗИЧ

УДК 631.6:628.36:(621.039:621.22)

иСОБЫШОСТИ ГЕОТЕРМИЧЕСКОГО РЕШ1А И ЭЛЕМЕНТОВ 'ШНККИ ПОЛИВА ПРИ ОБОГРЕВЕ ПОЧВЫ СЕРОСКЬШ ТЕШШИ ВОДАМИ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация и орошаемое

земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Ровно

19?!

•Работа выполнена в Украинском ордена Дружбы народов институте инженеров водного хозяйства (УИИБЛ)

Научный руководитель - канд-дгт технических наук, доцент

С.В.КОВАЛКВ.

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профе с с op B.C. СНЬГОВОИ,

кандидат технических наук, зав.отделом ВНДОГиМ. К;3.ГУБЕР.

Ведущая организация - Московское отделение института "Атом-

энергопроект" .

Защита диссертации состоится мая 1991 года о II) часов на заседании специализированного совета К СсЗ. 45.01 Украинского ордена Дружбы народов института кк-секерои водного хозяйства по адресу: 266000, г. Ровно, ул. Ленинская, II, УЙИВХ.

С диссертацией коящо ознакомиться в библиотеке УИИВА.

Автореферат разослан "_"_ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

С.М.Гончаров.

- 3 -

ОЫЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

_ЛКТ3.43Льноеть тс.у н^ За последнее десятилетие принят ряд программ, постановлений (доку;.:снтоз) партийная!, правительственными и хозяйственными оргапг.:«, направленных па улучшение снабжения населения сельскохозяйственной продукцией, с одной стороны, •и на улучшение экологической обстановки, сохранен:« плодородия земель - с другой. Наряду с этим, а настоящее вроья получили импульс в своем развитии тепловые .:елиорации, позволяю?, .-.е использовать сбросное тепло предприятий с выгодой как для сельского хозяйства, так и для промышленности. Для сельскохозяйственной отрасли внугрипочвенкый обогрев позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур, получить более ранкш продукции. Для промышленных предприятий системы внутрклочвешого обогрева, доохлаэдая сбрасываемую воду, позволяет повысить коэффициент полезного действия предприятия. Вместе с тем, решается вопросы охрены окружающей среды, так как тепловые мелиорации с применением систем внутрилочвенного обогрева позволяют сократить потерн сбросной теплой воды на испарение и фильтрацию из прудов-охладителей ил:: градирен, сохранить плодороднее земли от подтопления и затопления прудами-охладятелями, предотвратить выпадение солевых дождей на прилегающую территорию.

Поскольку внутрипочвенкый обогрев открытого грунта способствует повышении температуры почвы, что, в свою очередь, вед. : к изменениям в водноы и падевом режимах, возникают вопросы удобрения и орошения сельскохозяйственных культур в условиях обогрева. Имевшиеся в настояцее время научные разработки по ороэ-гу.а сельскохозяйственных культур в естественных агроклиматлчсс:-.;.;; условиях ке дают ответов на Бее вопросы, поставленные применением систем внутрипочвенного обогрева. Наука пока еце нь может предложить производству готовые рекомендации по применена оросительной техники в выше упомянутых условиях. Поэтому на данном этапе развития тепловых мелиорация весьма актуальной являете.-! разработка эффективных способов орошения и техники полиса сельскохозяйственных культур применительно к системам внутрлпечвечно-го обогрева открытого грунта. С точки зрения мелиоративной науки, системы внутрипочвенного обогрева в сочетании с соответствующими им эффективными способами полива позволят в комплексе регулировать водно-воздушный, тепловой и питательный режшлл пОч-

вы на определенных территориях.

Цель исследований заключалась в изучении влияния конструктивных особенностей и режима работы термогидроыелиоративнои си< теш на вабор эффективного способа полива сельскохозяйственных культур сбросными теплыми водами.

Задачи исследований:

I. Особенности формирования температурного режима обогреваемой почвы при внутрипочвенксм орошении и докдевании.

'¿, Особенности к закономерности формирования водного режиме обогреваемой почвы при внутрипочвенном орошении и дождевании.

3. Элементы техники полива при довденанкк и внутрипочвенном орошении теплой водой в условиях обогреваемой почвы.

4. Эффективность - увлажнения сельскохозяйственных культур на обогреваемых почвах.

Объект исследований. Полевые исследования проводились на опытно-производственной термогидромелиоративной системе в колхо зе "Прогресс" Курчатовского района Курской области в течение 1987'... 1939 г.г.

Научна? новизна. Впервые в условиях внутрипочвенного обогрева открытого грунта испытаны различные способы орошения. Установлены особенности ^здэотершческого режима обогреваемых лег-косугликистых почв ЦЧО при дождевании и внутрипочвенком увлажнении их сбросными теплыми водами.

Получены зависимости для расчета элементов техники полива сброснши теплыми водами.

Изучено влияние увлажнения и обогрева на отзывчивость различных сельскохозяйственных'культур.

Практическая ценность. Экспериментальными исследованиями и расчетами доказана целесообразность и экономическая эффективность комплексного использования циркуляционной теплой воды для "обогрева к ороыекия сельскохозяйственных культур в открытом грунте. Доказан экономически и технологически целесообразный способ орошения с соответствующими элементами техники полива "сельскохозяйственных культур, йолучеьы зависимости бесстокового впитывания оросительной воды в почву при поливе дождеванием теплой водой, которые могут применяться для расчета элементов техники полива при проектировании териогидромелиоративных систем. Широкое внедрение этих разработок позволит в комплексе регулировать водны», тепловой и пищевой рзжимы почвы, дает воз-

мскность более рационально использовать земельные, водные и топливно-энергетические ресурсы возле предприятий, сбрасывающих теплую,воду, а также предотвратить загрязнение окружающей среды концентрированными тепловыми выбросами.

Защищаемые положения:

I. Особенности и закономерности -формирования гидротермического режима легкосуглинистых почв ЦЧО, обогреваемых и орошае.'-зс сбросными теплыми водами.

¡¿. Элементы техники полива при до.тдевании и внутрипочвечном орошении сбросными теплыми вода:.:и.

3. Эффективность увлажнения теплолюбивых сельскохозяйственных культур на обогреваегих почвах.

Апробация работы, Материалы исследований докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции (г.Роено, 1988, 1990 г.г.), на Всесоюзной научно-технической конференции (г.Новочеркасск, 1989 г.), а также на въездной коллегии 1.;:--.нато!/снерго СССР на Курской АЭС в 1988 году.

Реализация результатов. Результаты исследований использованы институтом Гидропроект кн. С.Я.Жука при проектировании пропз-Еодственно-зкспержентальной геплогидромелиоратиЕкой системы с использованием сбр'сных теплых бод очереди Курской АХ для производства сельскохозяйственной продукции (совместно с УЙКВХ), а также при разработке проектов экспериментально-производственных участков по исследованию вяутрипочвекного обогрева и орошз-ния теплой водой при Хмельницкой и Смоленской АЭС, Ровенском объединении "Азот"".

Публикации. Но результатам проведенных исследований опубликовано 7 рабсл и од[Ю авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация содержит страниц и состоит из введения, пяти глэп, выводов и предложений производству, сп;:скя. литературы и приложений. Работа изложена на //5 страницах, содерзп"? табл:щ, 26 рисунков, 7 приложений на Зi стрснк'дах. Список включает 151 наименование, из которых 18 иностранных авторов.

- - б -

СОДЕКЛШ РАЬОЗИ

В главе I на основании обзора литературных источников показана необходимость и целесообразность использования сбросной теплой вода промышленных предприятий для обогрева и орошения сельскохозяйственных культур в открытом грунте.

Как отмечают Ю.Д.Корольков, А.А.Антонах, В.С.Конвкз, Е.Я.Кср-ненко, Н.Б.Турбин, Б.Г.Ь'арберов, А.И.Усков, Ю.В.Ремизов, А.Е.Кал-!'±:ксз, использование низкопотенциального сбросного тепла наиболее перспективно в сельском хозяйстве. При этом, как показывают расчеты отечественные и зарубежных специалистов, наибольший эффект можно получить при кошлексном использован;«: сбросного тепла в так называемых энергобпологических комплексах, в состав которых входит открытый обогреваешЯ грунт, выполняющий функции подпочвенной градирнч.

На основании анализа работ £.А.Ярмолинского, В.Ф.Горбатюка, Г.А.Гарипша, Ф.И.Гелашвили, .Г.Н.Цоыая, А.И.Шлейхера, Г.А.Грн-горпва обоснована возможность и целесообразность использования сбросной теплой воды для целей орошения сельскохозяйственных культур.

В последние годы выдвинута и разрабатывается идея использования вкутрипочвенных систем для рассеивания сбросного тепла и охлаждения в почве сбросной теплой воды с целью охраны водных источников от теплового загрязнения. Разработанная в соответствии с программой ГКЮ СССР коллективом исследователей (С.В.Ковалев, П.К.Кузьмич, В.Д.Зострикоп и др.) новая конструкция тормо-гидромелиоративной систем: позволяет охлаждать циркуляционную теллую воду предприятий путем рассеивания тепла- в почве при обогреве ее и использовать для увлажнения сельскохозяйственных культур. Опытно-производственное использование термогвдромелио-ративной системы (1ТКС) подтверждает ее эффективность по утилизации сбросного тепла и защиты окружающей среды от теплового загрязнения (В.П.Востриков, В.А.Турченюк), в повышении урожайности сельскохозяйственных куЛьтур, получении более раипей овощной продукции (С.И.Веремеенко). В то же время особенность конструкции ТП.1С, предполагающая наличие в грунте системы труб-обогревателей, сказывает влияние на формирование гидротермического режима, требует предусмотрена дополнительного увлажнения. Причем на выбор способа и элементов техника полива кроме природао-кли-

«этических факторов существенное влияние оказывает к конструкция ТГыС. Исходя из вше изложенного, появилась необходимость в определении оптимальных способов полива обогреваемого грунта сбросными ( теплыми водами, а таете исследовании элементов техники полива применительно к данным условиям.

В главе 2 показано, что термогидромелноративная- система, которая должна удовлетворять комплексу требований предприятий-источников сбросной теплой воды, охраны окружающей среды и сельскохозяйственного производства обладает конструктивным« особенностями, предполагавший наличие» в сети низких капоров, позмоз-ность раздельной работы обогревательных блох-модулей; возможностью подачи воды из одной распределительной сети и в обогревательную сеть, ;; для целей орошения; и, в конечном итоге,, способность» создания оптимального температурного и водного ре;:®.юв среди обитания растений.

»¡сходя из конструктивных особенностей ТГЬ!Ст появилась необходимость р определении оптимальных способов и техники полива для условий обогрева открытого грунта» о

В соответствии с поставленными задачами исследования проводились на специально оборудованном ошетио-производствекном участке термогидромелиоративной системы,, включающем в себя шесть вариантов опыта (табл. I).

Таблица I

Схема вариантов- спита

№1 [Параметры обо-!

п/п! Варианты опыта Ггреватальвой Г Схема

!_ Г сети.,, м 1_

1. Обогрев + дождевание теплой водой

2. Обогрев + внутрипочвенное орошение теплой водой

3. Контроль + внутрипочвенное орошение теплой водой-

4. Обогрев

5. Контроль + доядевание титлой водой

6. Контроль- Сбе® обогрева и: орошения)

Б а 1„5 м;.

ал м-& = Ег£- и;;

0,7' ц: 3 '-глу,

Ъ 1,5' м ^ А-* а,,7 и:

I 7 } щ)тггт гт } г & %

А >ч Л

I С ) Г I I I I I I г

шЬйх.

1 /> Г I V 1> I УГ

- ь -

Пшмочания к табл. I: В - расстояния между трубами, м;

к- глубина укладки труб, м; I -

труба-обогреватель; 2 - труба-ороситель.

Почвы опытного участка представлены легкосуглинистыми типнч-шми черноземами с содержанием гумуса до 6,02 %, объемной массой 1.Я9 ... 1,44 г/см3. Степень насыщенности основаниями 97... ... 98 Я.

Основной культурой опыта являлась земляника средней спелости (сорт "Ясна", посевная площадь 1000 ьг, учетная - 145,1 пОвторность 3-х кратная). Учет урожая проводился методом сплошного учета. Данные, полученные в полевых и лабораторно-полевых опытах, подвергались математической обработке методами дисперсионного и регрессионного анализов с применением ЭВМ.

Ирригационная оценка циркуляционной теплой воды выполнялась нами по методикам Антипова-Каратаева и Кодера, Стеблера, Костикова, департамента сельского хозяйства США, Можейко и Воротника, Буданова на основании системного определения общей минерализации к содержания в ней основных ионов .Общая минерализация оросительной воды составляет 200 ... 450 иг/л , коэффициент ионного обмена - 15,3 ... 18,8, что говорит о пригодности ее для целей орошения.

Температура циркуляционной -воды в вегетационные периоды лет проведения исследований составляла И 5 ... ЗВ'°С.

Содержание естественных радионуклидов и радионуклидов наведенной активности в воде, почве и сельскохозяйственных растениях опытного участка устанавливалось по типовым методикам Всесо-¡сзаыч научно-исследовательским институтом сельскохозяйственной радиологии. Их содержание ниже на два порядка предельно допустимых концентраций (ПДК).

Обогревательная сеть выполнена из полиэтиленовых труб диаметром 65 мм, уложенных в почву на глубине 0,7 м через 1,5 ы и соединены между собой по схеме "батарея". Оросительная сеть внутрипочвениого орошения выполнена из аналогичных труб с точеч- * ной перфорацией ( * = 1,0 ... 1,5 мм) с шагом 0,3 ... .0,35.у., . обмотанных стсклохолстом и уложенных над трубами-обогревателями на обогреваемом варианте,, и на глубину 0,6 м с расстояние« между оросителям« 1,5 и - на варианте' контроль + внутрипочвенное орэиекие теплой водой. Трубы-оросители - с глухим концом.

Изучение температурного и водного режимов почвы проводились путем измерения температуры почвы на различных глубинах, а также производился отбор образцов почвы для определения ее влажности на обогреваемых вариантах и t:a вариантах с внутрипочвенным орошением «езду второй и третьей трубами. Наблюдения за осадками и температурой воздуха проводились по общепринятым методика» с использованием стандартного оборудования. Впитывающая способность почвы при затоплении изучалась в полевых условиях прибором Нестерова (11ВН-00), усовершенствованном нами (A.C. № 1606033). Скорость впитывания, коэффициент поверхностного стока п интенсивность дондя определялись по измерениям слоя оросительной воды, соответствующего поливной норме, и слоя стока при помощи устройства, разработанного нами;для комплексного определения этих характеристик в любой момент времени.

Нолквше кормы рассчитывались по известной формуле А.Н.Кос-тякова. Влажность почвы на орошаемых вариантах поддерживалась в пределах 0,65 ... 0,b HB до HB в зависимости от фазы развития растений.

Поливы дождеванием производились специальной установкой, позволяющей регулировать интенсивность довдя в заданных пределах.

Кодовые исследования проводились в разные по климатическим условия:.! 1987 ... 1989 годы. Но обоеспеченности осадками вегетационные периоды 1987 г. - 85,7 %, 1988 г. - 17,1 %, 1989 г. -94,3 %.

Самым теплым был 1989 год, среднегодовая температура воздуха которого равнялась 8,2 °С, что на 2,5 °С вше среднемногслет-ней. 1987 и 1968 г.г. по обеспеченности теплом приближаются к норме среднегодовыми температурами 4,6 и 6,3 °С соответственно.

В главе 3 показано формирование температурного режима почвы в естественных условиях внутрипочвенного обогрева и дождевания.

В естественных условиях температурный режим почвы формируется в результате сложного перераспределения солнечной энергии на ее поверхности. Температурное поле в почве формируется одномерное, изменяющееся только по глубине почвенного профиля.

В условиях искусственного обогрева под воздействием солнечной радиации и труб-обогревателей формируется трехмерное температурное поле, изменяющейся как з плоскости,'радиальной к трубе-обогревателю, так н по длине трубы-обогревателя. Более высокая

температура почвы наблюдается в зоне трубы-обогревателя, что способствует иссушению почвы вокруг трубы и, вместе с тем, ухудшает теплообмен в системе источник обогрева-почва-окрукакщая среда. Таким образом, изменения в температурном режиме посредством искусственного обогрева почвы влекут за собой изменения в формировании водного режима и в эффективности использования влаги растениями. Происходит перераспределение влаги з межтрубном пространстве с наименьшими значениями ее содержания б зоне трубы-обогревателя. Все вылеизложенное диктует необходимость в применении искусственного увлажнения, а глубину увлажняемого слоя при расчете поливных норм принимать равной глубине укладки труб-обо-гревагелеГ:. (табл. 2).

Таблица 2

Сроки полива и поливные нормы при орошении земляники по вариантам

I_Варианты_

1 обогрев + дождевание_I Контроль + дождевание

Годы !орос;:- I поливы , м3/га {ороситель-! поливы, м3/га

1 тельная норма, Ы, I м3/га 1 ! I ! I I к 1 !ная норма,! I м, 1 ! м3/га ! I 1 ! 2 !

1987 . 1306,0 14.06 ' 13,0? 744,0 14.06 1.07

553,00 748,00 273,00 471,00

1569 1135,0 1,05 571,00 12,06 564,00 628,0 2,06 264,00 12,06 364,00

Величины оросительных норм на необогреваемом варианте составляли 54 ... 56 $ от оросительных норм обогреваемого варианта .

Основгаш критерием выбора и оценки пригодности той или иной доздевальной машины пр;вдто считать наибольшую возможную п данных условиях интенсивность дождя, при которой поливная норма выливается без образования.стока, то есть интенсивность дождя не должка превышать скорости, впитывания воды в почву.

.На основании проведенных исследований получена эмпирическая зависимость времени начала стока от различных факторов в виде:

йст = 392,5 " 11.1 Ру.сх Гисх " ~ Ю,4 мин, (I)

с обг^-.м коэффициентом множественной корреляции Я = 0,666,

.где {ст - «ремя начала стока, мин; интенсивность дождя,

ым/ыик; Тксх - исходная температура расчетного слоя почвы, °С; £> исх ~ »сходная влажность расчетного слоя почвы, %; с£.~ крупность капель дождя, им.

Анализ полученной зависимости по интервалам с интенсивностью довдя 0,2 ... 0,52 мм/мин; 0,52 ... 1,6 мм/мин и 1,6 ... 2,4 ым/мпн позволил прийти к выводу, что в первом я в третьем интервалах, где интенсивности дондя соответственно очень низкие и очень высокие, время начала стока зависит, з основном, от интенсивности дойдя и описывается формулой:

£ст = А • (2)

где А = 33,53 - свободный член уравнения; В = -1,93 - показатель степени; общий коэффициент корреляции Ц= 0,99.

Во втором интервале интенсивности доада время качала стока зависит не только от интенсивности дождя, но и от других факторов, учтенных в уравнении (I).

Пределы применения уравнений I и 2 по влажности расчетного слоя почвы описывают диапазон от 0,85 НВ до 0,62 НВ; по исходной температуре почвы в расчетном слое - от 15,3 до 26,6 °С; интенсивности дождя - от 0,2 до 2,4 мм/мин; крупности капель дод-дя - от 0,4 до 1,9 мм. Таким образом, предложенные формулы дают возможность определить бесстоковые поливные нормы и сделать оптимальный выбор оросительной техники для условий, аналогичных условиям проведения исследований.

Оросительная вода и способ ее подачк оказывает, в свою очередь, влияние на формирование тешературного поля почвы. После полива дождеванием теплой водой наблюдается повышение температуры в слое 0 ... 5 см почвы на 2 ... 3 °С на протяжении двух-трех часов. В дальнейшем происходит выхолаживание почвы с понижением температуры по сравнению с неполитыми вариантами на 2... ... 3 °С. С течением времени этот процесс затухает.

Для оценки теплового состояния почвы до полива и после не- • го рассчитаны послойные запасы тепла по методике В.Н.Димо (таблица 3).

Распределение запасов тепла по почвенному профилю на контрольном варианте происходит сверху вниз под воздействием поступления солнечной энергии. После подачи поливной нормы запасы тепла увеличиваются за счет повышения влажности почвы, а вместе с тем, ее теплопроводности и объемной теплоемкости.

Таблица 3

Среднесуточные послойные запасы тепла в почве по варианта опыта на время 1400

1_ Запасы тепла, кал/см_

Мощность 1 обогрев + дождевание 1 контроль + дождевание слоя, ! до полива ! после 1 до полива 1 после

! _ _1 полива

0 ... 20 29^,I 321,3 304,2 326,7

20 ... 40 290,9 300,6 294,9 - 313,6

40 ... 60 285,4 293,8 272,9 291,3

60 ... 80 294,8 с) 09,0 275,4 282,6

80 ...100 282,8 299,7 235,7 252,1

На обогреваемом варианте до глубины-40 см распределение запасов тепла происходит аналогично контрольному. Однако, интенсивность уменьшения запасов тепла сверху вниз значительно ниже, чем на необогреваемом варианте. Это свидетельствует о притоке тепла из нижележащих слоев почвы, что вызвано наличием источника внутрипочвс-жого обогрева, наиболее"существенное влияние которого наблюдается в слоях от 40 см и ниже по всему изучаемому почвенному профили. После полива значения запасов тепла на обо-грезаемом варианте повышаются.

Совокупность воздействия внутрилочвенного обогрева и дождевания оказывает значительное влияние на формирование температурного режима почвы в годовом цикле (рис. I). В различные годы проведения исследований условия нагревания и охлаждения почвы были разными, что объясняется большим или меньшим приходом тепла солнечной солнечной радиации и источника внугрипочвенного обогрева, степенью увлажнения изучаемого слоя почвы. Действие внугрипочвенного обогрева наиболее заметно проявляется в зимнее время, что выражается в резкой изменении процесса промерзания почвенного профиля. Проникновение отрицательных температур наблюдается до глубины 40 ... 50 сы на варианте контроль + дождевание и до 15 ... 20 си на обогреве с дождеванием. Это оказывает значительное влияние на процесс оттаивания и прогревания почвы в весенний период, что создает условия, позволяющие на две-три недели раньше, чем на необогреваемом варианте, производить посевы и высадку сельскохозяйственных растений.

O»' cxíVeoa BdAiBcauKDj,

¡и 'ratfeoo « ' oHnç/ifj Г « ' cu 119 Л-j

В главе 4 дак анализ формирования гидротермического режима обогреваемой почвы при внутрипочвенном орошении. В условиях тер-могидроыелиоративной системы носителем.тепла, влияющего на формирование температурного поля, является теплая вода, которая отдает тепло шчве через стенки труб-обогревателей или непосредственно, соприкасаясь с почвой при ее увлажнении.

На обогреваемых вариантах уже до полива существует неравномерность в распределении влаги ь плоскости, радиальной к трубе-обогревателю, вызванная влиянием источника обогрева. После начала подачи оросительной еоды в зоне труб-оросителей и обогревателей почва увлажняется до полной влагоемкости. После подачи поливной нормы злажность почвы в указанной зоне падает до наименьшей влагоемкости, а затем идет -медленное капиллярное рассасываний влаги более сухими участками почвы. Таким образом, подача невысоких поливных норм, составляющих 320 ... 420 м3/га на варианте обогрева с внутршочвеншш орошением позволяет исключить иссушение почвы в зоне труб-обогревателей и, вместе с тем, увеличить теплосъем с теплоносителей. Кроме того, оросительные нормы при внутрипочвенном орошении и в условиях обогрева на 30 ... ... 40 % ниже по сравнению с дождеванием в условиях обогрева.

Из условия сохранности труб при производстве сельскохозяйственных работ глубина укладки оросителей принимается равной 0,6 м. Трубы-оросители закладывались непосредственно над обогревателями с расстоянием между ними'1,5 м, что является оптимальным для обогревательной сети в условиях проведения исследований.

Расстояние между оросителями устанавливается в зависимости "от контуров промачивания из условия их смыкания. Согласно методике Буссинеска для неустановившейся фильтрации дальность продвижения фронта фильтрационного оттока определяется по формуле:

В = 1,62 УКф- Н0 ±/т ,'м, (3)

где t - продолжительность подач:: воды в почву, сут.; Кд - коэффициент фильтрации, м/сут.; Н0 - напор, м; свободная пористость.

Полученные значения дальности продвижения фильтрационного оттока увеличиваются в два раза. Это и будет являться расстоя- ' нием между сыежншгл трубами-оросителями. Проверенные нами по указанной методике расстояния между смежными оросителями, заложенными в опыте, удовлетворяют требованиям, предъявленным выше,

и составляет 1,5 м.

. Оросительная иода, рнесенная в почву при пнутрипочвеннсм орошении, оказывает воздействие на формирование ее температурного режима.

С момента подачи теплой поливной вода в трубы-оросители происходит перераспределение температуры почвы и формирование слол--юго трехмерного температурного поля. В зоне труб-оросителей происходит резкое повышение температуры с уменьшением ее значе--щй при удалении от них. Ка обогреваемом варианте сложное температурное поле наблюдается еще до полива. При разнесении оросиге-1я непосредственно над обогрзв;\тг'лем подача оросительной воды и зону обогревателя способствует лч-л'ште-'и-но^у покккнпв те:.:перл-?урн почвы в згой зоне с умапссапем со ir:; удален/и от

?руб. Распределение лочзсешч т<ш::ерчгур посла v.o.nv.nа на с?аш::-заемых вариантах аналогично, но их зрслзздя из обогрсс-чемом варианте выше.

Интенсивность возрастания температур :¡a иссбсгреиаемон всри-ште с момента подачи оросительной поды ¡значительно cine, чем на »богреваемом. И уже через день после- по.иша различия в значениях температур довольно незначительны. Однако, различия в температу->ах почвы после полива между варианте!«: сбогреа + шутркпочзен-юе орошение и обогрев составляет 2 ... 3 °С, а между вариантами юнтроль + е.чутрипочвенное орошение и контроль ~ 3 .. 4 °С. То :сть, внесение теплой поливной зоды а почву посредством систем «утрипочвенного орошения способствует значительному повышению Спасов тепла как на обогреваемых,' так и необегреваемых вариан-■ах (табл. 4). »

Таким образом, внутрипочвенное орошение тепло" водой оказы-ет воздействие непосредственно на формирование температурного : кима. В поливные периоды с оросительной водой в почву поступа-т определенное количество тепла. Тепло вносится в толщу почзен-ого слоя, а потери его на испарение через неуалакненныЯ верх-ий слой почвы незначительны.. Поэтому тепловой эффект сохранятся в течение 15 ... 25 суток, то есть практически*до очередно-'о полива, что отразится на формировании температурного режима :очвы з годовом цикле (рис. 2).

Наблюдаются отличия в глубине проникновения и в периоде рас-ространения повышенных теглератур почзы иезду поливаемыми и не-оливаемьаа вариантами. Сукма среднесуточных .jjesinspaTyp за весе-

тационный период но варианте обогрева с снутрипочвекным орошением на 341,9 °С вше, чем на варианте контроль ■» внутрипочвенное орошение и на 432 °С по сравренпю о абсолютным контролем. В зимнее время.формирование температурного режима происходит под влиянием природноклиматических факторов, а на вариантах с внутри-почвеннкм обогревом на него влияет и температура источника обогрева. ■ '

Таблица 4

Среднесуточные послойные запасы тепла о почве по вариантам опыта на 1400

Запасы тепла, кал/см

Мощность I обогрев + внутрипочвенное!контроль л- внутрипочвенное

слоя, !__ородение_!__орошение ___

см ! до I полив I после ! до ! „„„„„ ! после

! полива

полив

1 полива ! полива! ■ Iполива

О 20 40 60 ЬО

. 20 . 40 . 60 . 80 .100

310,6 ■¿71, б 264,1 267 Д 266,8

328,0 285,2 299,5 316,7 304,В

354,7

308,7'

320,6

334,4

327,2

• 285,4 239,3 -244,3

232.7

221.8

341,8 268,0 251,8 2-12,5 226,4

366.0

307.1 319,8 336,1 326,3

В главе 5 показано влияние внутрипочзенного обогрева и орошения теплой водой на основные почвенны процессы, рост, развитие, формирование урожая и его качество отдельных сельскохозяйственных культур, дана технико-экономическая ецзнка применения доздевания и внутрипочзенного орошения а условиях обогрева почвы. .

Установлено, что наивысшая целяшюзолитическая активность в естественных условиях наблюдается в слое почвы 0 ... 20 см на протяжении вегетационного периода. Максимальные значения ее наблюдаются с 1.У1 по 15.УП. Разложение хлопчатобумажного полотна в этот период достигает 70,9 ... 89,0 %. Внутрипочтпшй обогрев способствует росту целлюлоэолвтической активности и выравниванию ее значений по глубине почвенного профиля. Наиболее благоприятной средой для целлюлоэолитнчееккх организмов является вариант с обогревом и ороиекием. В'результате анализа, проведенного А.Н.Трофимчуком по данным исследований, получен« оптимальные сочетания значений почвенных параметров, обеспечивающих оптимальное протекание целлюлозолиткческо" активности (табл.5).

Таблица 5

Оптималыгие условия для целлшозолнтической активности почвы по вариантам опыта

Вариант .! Контроль «Контроль - ¡Обогрев . _1__1дождевание 'дождевание

Температура почил, °С 18,5...22,4 22,0...24,3 25,5...28,0 Влажность почвы, % 23,0...26,1 26,0,..28,5 27,0...32,0

Мезду влажностью почвы, составом почвенного воздуха и интенсивностью газообмена наблюдается в большинство случаев прямая связь. В результате повышения температуры почвы ее биологическая активность возрастает и, вместе с тем, увеличивается содержание СО^. Так, на обогреваемом варианте концентрация СО^ на 0,06 ... 1,3 % выие, чем на контрольном, а на варианте обогрев-»-дождевание прирост содержания углекислоты в почвенном воздухе составляет 0,45 ... 0,69 %.

В естественных условиях окислительно-восстановительный потенциал во все годы исследований находился в пределах 400 ... ... 550 мВ, а величина редо к е-п о т енцн а л а - 28,64 ... 34,24. Обогрев почвы с орошением не оказывает существенного влияния на формирование окислительно-восстановительных процессов исследуемых почз. Происходит выравнивание значений ОВ потенциала по почвенному профилю и стабилизация его значений на протяжении всего года. Так, в естественных условиях ОБП составлял 403 ... 442 мВ, а показатель редокс-потенциала - 23,64 ... 29,58, на варианте контроль + доадевание - 455 ... 527 иВ и 30,35 ... 32,95 соответственно с преобладанием окислительных процессов. На обогреваемом варианте значения ОВ потенциала находятся в пределах 410... ... 550 ыВ, редокс-потенциал - 29,82 ... 31,33. На варианте обо-^грев + доадевание ОВП составляет 465 ... 519 мВ, величина редокс-потенциала - 29,30 ... 31,98.

Результаты учета урожая культур, выращиваемых в годы исследований, и их дисперсионная обработка представлены в таблице 6. Дисперсионный анализ урожайности в 1987 и 1988 г.г. выполнен раздельно для вариантов: контроль, контроль + доадевание, обогрев и обогрев + дождевание, обогрев + внутрипочвенное орошение в соответствии с принципом единственного различия.

Все процессы, происходящие в почве под воздействием обогре-

Таблица б

Влияние внутрипочвешого орошения и дождевания в усязоиях обогрева на урожайность

I_1987 г.__! 1986 г. :_!_1969 г. _

Варианты опыта . !Урожай- Шри- I НСР,1Урожай- Шри- ! НСР, 1Урожай- Шри- !КСР,

[ность, !базка,1 1^/га!ность, • 1бавка!ц/га !ность, !бавка,1ц/га

_1 ц/га 1 % 1 I ц/га 1 % 1 1 ц/га 1 % I

Капуста:

Контроль 216,0 - 199,0 - 392,2 -

Контроль + дождевание 328,0 50,4 12,2 197,0 - 553,6 41,2

Контроль + внутрилочвешое

орошение - - - - - 429,9 9,6

Обогрев 390,0 78,9 270,0 35,7 18,3 496,7 26,6

Обогрев + дождевание 363,0 ' - 238,0 нулевая 664,3 69,4

Обогрев + внутрипочвенное ■ •

орошение 430,0 18,5 13,6 242,0 1,7 гипотеза 658,6 67,9

Земляника:

Контроль 54,0 - 54,0 - 76,4 -

Контроль + дождевание 60,4 48,9 2,2 71,4 32,2 9,2 95,6 25,1

Контроль + внутрипочвенное

орошение - - - - 107,6 40,0

Обогрев 69.6 65,9 67,7 62,4 92,7 21,3

Обогрев + дождевание 68,5 66,9 нулевая 131,0 "72,5

Обогрев + внутрипочвенное

орошение 103,9 ' 17,4 8,8 96,7 14,9 гипотеза 121,3 58,8

ва и орошения в конечном итоге оказывают влияние на динамику накопления урожая сельскохозяйственной продукции (рис. 3). На вариантах обогрева с орошением созревание земляники наступает раньше и урожайность ее выше по сравнению с контрольными гарантами.

Прибавка урокая земляники от дождевания теплой водой составляла 25,1 ... 48,9 % в оависикостп от обеспеченности вегетационного периода теплом. Вцутрипочвешое орошение в 1969 г. позволило получить прибавку урожая 40 %.

Внутрипочвекный обогрев позволяет повысить температуру почвы, в результате чего получены прибавки урожая 21,3 ... 65,9 % по сравнению с абсолютны;,! контролем. Однако, в этом случае лимитирующим фактором является влага.

Совместное воздействие обогрева и увлажнения дает возможность регулировать температурный и водный режимы почвы в комплексе, что позволило получить максимальные прибавки урокая земляники.Так, обогрев с дождеванием в 19Б9 году позволил получить прибавку 72,5 %, а обогрев с внутрипочвенным орошением - 58,6 % по отношению к абсолютному контролю. В 1987 году прибавка урокая была выше на варианте обогрев + внутрнпочвенное орошение, что объясняется количеством поливов, поливными нормами,а, вместе с тем, и количеством тепла, дополнительно вносимого с теплой оросительной водой при внутрипочвенном орошении. Аналогичное распределение прибавок урожая по вариантам опыта наблюдается и для капусты ранней (табл. б).

Картофель, выращиваемый в условиях орошения и обогрева, существенных прибавок урожая не дает, так как он не является теплолюбивой культурой. Для него оптимальной является температура почвы 18 ... 20 °С. А обогрев, как известно, способствует повы-%ению почвенных температур. В ранне-весенний период это повышение оказывает положительное воздействие и всходы картофеля на обогреваемых вариантах появляются раньше. Однако, при достижении температур почвы, превышающих оптимальные, происходит замедление роста растений. В это время происходит выравнивание в росте и развитии растений картофеля на обогреваемых и необогре-ваеыых вариантах.

Увеличивается выход товарной продукции капусты в зависимости от степени обогрева и способа орошения на 11,7 ... 20,3 %, Значительных изменений под воздействием обогрева и орошения в хими-

1967 г.

й и

н о о х

5 «

о

о. >>

1988 г.

и

э

с ^

я э

1989 г.

и §

Рис. Влияние обогрева и орошения на срок:: уборки земляники

I - обогрев + дождевание; 2 - обогрев + внутрипочвенное орошение; 3 - контроль + внутрипочвенное орошение; 4 - обогрев; 5 - контроль- + дождевание; Ь - контроль.

- '¿г -

ческом составе плодов капусты не наблюдается.

06 эффективное?.использования термогидромелиоративных сис тем свидетельствуют технико-экономические расчеты, проведенные нами. Для определения эффективсого способа полива в условиях знутрипочвекпого обогрева проведены по двум вариантам с одпкаю вш размещением в плане обогревательной сети, различающимся си< собом подачи оросительной воды. В первом случае подача воды к растениям осуществляется при помощи дождевания маииной ДЦЛ-100' из открытой оросительной сети, а во втором - при помочи сети Енутрипочвенного орошения с заложением оросителей пепосредстпа ко над трубами-обогревателями.

На основании расчетов получены основные технико-экономические показатели по сравниваемым вариантам (табл. 6). Козффициек общей экономической эффективности повышается по сравнения с нор мативным на обоих вариантах, однако, более высокий ковффпцнент общей экономической эффективности получен для варианта обогрев дождевание. Исходя из изложенного и учитывая комплексное назначение термогидроыелиоративных систем с больной удельной протяженностью труб-обогревателей, приходим к выводу, что экономичес ки эффективным и технически целесообразным является вариант обо грева с дождеванием.

ощие вывода

Применение термогидроыелиоративных систем для утилизации низкопотенциального тепла циркуляционных вод систем- охлаждения предприятий путем внутрилочвенного обогрева обусловливает изменения в температурном и водном режимах почв, увеличивая расход влаги на испарение. Для поддержания оптимального водного режима почв необходимо регулярное их увлажнение. Наиболее перспективными и приемлемыми способами для условий ТПЛС являются внутрипоч-венное орошение и довдевание.

1, Для создания благоприятных условий водоснабжения растени! и предотвращения иссушения почвы вокруг обогревательных труб расчетный слой увлажнения в период вегетации необходимо принимат не менее глубины их укладки.

2. В результате увеличения испарения с поверхности обогреваемой почвы и транслирации юды растениям! суммарное водопотреб-ление сельскохозяйственных культур повышается на 36 •>. 40 %, а

Основные показатели экономической эффективности для вариантов опыта

Таблица 7

! ¡Обогрев 4 дождевание Обогрев -( внутрипочвенное

1 1 опошоние

ю ! Показатели Единица I ДО ! после ¡дополни- до ! после ¡дополни-

п/п ! измере- ! тельно тельно

ния ■ ! тепловой !за счет тепловой !за счет

! ! мелиорации ¡тепловой! мелиорации ■1тепловой

! 1 ¡ыелпора-! ¡мелиора-

! ! ! цип 1 Ц-111

I. Площадь участка га 72,0 68,0 - 72,0 ' 70,6 -

2. Стоимость товарной

продукции тыс.руб. 378,6 699,95 321,89 378,10 606,68 428,58

3. Суммарные издержки 31,03 125,16 94,13 31,03 127,52 96,49

4. Капиталовложения И - 1049,15 - - 1471, 65 -

5. Чистый доход II 347,03 574,79 227,76 347,07 679,16 332,09

6. ' Коэффициент общей экономической эффзктив-' : ности 0,22 0,19

г-* ! . Срок окупаемости капиталовложений 4,6 5,2

- -

коэффициент водолстребленвд из-за роста урожайности уменьшаете; на 54 ... 58 %.

3. Тег.лооодаое дождевание создает краткосрочное дзух-трех часовое повышение температуры почвы на 2 ... 3 °С в слое почвы О ... 5 см.. с последующим ее понижением, что улучшает условия теплообмена в системе источник обогрева-почва-атмосфера. Л при внутрипочвенном увлажнении теплая поливная вода вносится непосредственно в зону наибольшего иссушения и нагрева почвы, чем достигается более значительное повышение ее температуры (на

3 ... 4 °С), которое сохраняется на протяжении 15 ... 25 суток,

4. При внутрппочвенном орошении расстояние между трубами-оросителями, составлявшее 1,5 м, позволяем обеспечить смыкание контуров промачиванкя и создание благоприятных условий для воде снабжения сельскохозяйственных растений.

5. При дождевании теплой водой потери на испарение из дожд« вого облака достигают 40 ... 50 % от объема поданной воды, что необходимо учитывать при расчете режима орошения.

6. Бнутрипочвеннкй обогрев в.сочетании с орошением способствует активизации целлалозолитической активности почвы и вырэг ниванию ее значени" по глубине почвенного профиля, определяющие напряженность целого ряда процессов, происходящих в почве и окг зываюцих, в конечном счете, влияние на формирование урожая сел! скохозяйствешых культур.

7. Внутрипочвенное орошение и довдевание.теплой водой благе приятно влияют на рост и развитие сельскохозяйственных культур. Прибавки урожайности земляники от обогрева составляли 21...65 5 от дождевания - 17 ... 25 %, от внутрипочвенного орелепня - до 40 %. Сочетание обогрева с дождеванием позволяет увеличить урожай на 75 ... 80 %, а обогрева с внутрипочвенным орошением -н^75 ... 90

8. Применение термогедромелиоративных систем является эффек тивдам мероприятием. Для варианта системы обогрева с довдевани-ем коэффициент общей экономической эффективности составляет 0,2 срок окупаемости капитальных вложений - 4,6 года. Для варианта обогрева с внутрипочвенным орошением - 0,19 и 5,2 года соответственно.

9. При комплексном назначении термогидромелиоративных систем с большой удельной протяженностью труб-обогревателей эконо-

- 2S -

мкчески аффективным я технически целесообразным является приме-ненке способа полива доядеванием теплой водой с забором ее из единой распределительной сети.

ПВДПОШШЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для определения продолжительности бесстокового полива легкоеугл/.ш'.стьк черноземных почз, орошаемых теплой водой, установлена многофакторная функциональная зависимость.

2. Для оперативной оценки влагозапассв расчетного слоя предложены зависимости расчета гас по величине влажности на репрезентативной глубине.

3. При расчете режима орошения сельскохозяйственна культур необходимо учитывать повышение суммарного всдопотребления на

36 ... 40% для условий термогидромелиоративных систем.

4. При расчетных расстояниях между оросительными трубами 1,5 м их рекомендуется размещать над трубами-обогревателями. С учетом сохранности труб при производстве сельскохозяйственных работ глубина их укладки составляет 0,6 ... 0,7 ы. *

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Использование сбросных теплых вод АЭС л ТЗС для регулирования температурного и воднс-воздуаного ренетов открытого грунта. В сб.:Повышеппе эффективности мелиорируемых земель и водохозяйственное строительство:Тез докл. Всесоюзн. ноуч.-техн.конф. молодых ученых и специалистов. Тбилиси, 1987. С.100. (в соавт.).

2. К вопросу выбора технологии строительства охладительных блок-модулей теплогидромелиоративных систем. В сб.: Достижения НТП - в мелиорацию и водное хозяйство: Тез. докл. Респ. Научн.-техн.- конф. Ровно, 1987. С. 59. (в соавторстве).

3. Регулирование элементов почвенного климата путем обогрева и орошения открытого грунта сбросными теплыми водами КАЗС. 3 сб.: Генезис пахотных почв Нечерноземья и регулирование их плодородия путем химизации, мелиорации л агротехнических приемов: Тез. докл. научн. конф. почвоведов агрохимиков и земледелоз Волго-Вятского экономического р-на. Горький, 1987. С.28 (в соавт.)

4. Эколого-экономнческая эффективность использования сброс-пых теплых вод энергетических объектов в мелиорации почв. В сб.: Экологические и экономические аспекты мелиорации: Тез. докл.

- кб -

Веоссазк. :-:о::ф. по мелиоративной географии. Таллинн, 1986. С. 22 ~ 25 (в созЕТСротье).

5. ©фиктивность обогрева почвы и ороаения теплой водой раз личных сельскохозяйственных культур. В-сб.: Те-з. докл. Республ. науч.-техн. конф. Роено, 1988. С. 23 ( и соавторстве).

6. Тепловые мелиорации почв на базе сбросных теплых вод оке готических предприятий. Б сб.: Повышение эффективности использо вания водных ресурсов в сельском хозяйстве: Тез докл. Всесоюзн. каучн.-техн. кайф. 4.11. Новочеркасск, 1969. С. 17 - 16 (в соагг

7."-Впитывающая способность почвы при дождевании теплой ¡.одо в условиях внутрипочвенного обогрепа. В сб.: мелиорация и освос' нпе тяжелых минеральных почв: Тез. докл. респ. научи.-техн. ксн Ровно, IS3U. С. 44 - 45 (а соавторстве).

Ь. Описание к изобретению !?' 1606033 "Устройство для опредсл! пая впитынавцей способности почв": Вгдашша A.B., Корчагина З.А, Иетсды исследования физических свойств почв. Ы.: Агропромпздат, 1966. С. '¿2.6 - 227 (в соавторстве),.