Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование методов расчета капельного орошения плодовых культур в условиях Египта

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методов расчета капельного орошения плодовых культур в условиях Египта"

ФГОУВПО

Московский государственный университет природообустройства

На правах рукописи

УДК 631.6

/г к

МАХМУД МОХАМЕД АЛИ АБДЕЛЬ АЗИМ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЕГИПТА

Специальность 06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание степени кандидата технических наук

□□3493844

1 8 МР 2010

МОСКВА 2010

003493844

Работа выполнена на кафедре мелиорации, рекультивации и охраны земель ФГОУ ВПО «Московского государственного университета природообустройства».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Голованов Александр Иванович

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства» (ФГОУ ВПО МГУП)

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шуравилин Анатолий Васильевич (ФГОУ ВПО "Российский университет дружбы народов")

кандидат технических наук, доцент Рыбкин Владимир Николаевич (ФГОУ ВПО " Московский государственный университет природообустройства ")

Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К. А. Тимирязева

Защита состоится »ОААбЛЯ 2010 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.01 ФГОУВПО «Московский государственный университет природообустройства» по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 19(1 учебный корпус, аудитория. 201).

Тел./факс: 8(495) 976-10-46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства».

Автореферат диссертации размещен «с9 » мартфОЮ года на официальном сайте ФГОУ ВПО МГУП по адресу: http://www.msuee.ru/html/19_l.html

Автореферат разослан «25» /ЛЦрГо) 2010 г. Учёный секретарь __■—

Диссертационного совет ' Сурикова Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Природные условия Египта характерны острозасушливым климатом с малым количеством атмосферных осадков и большим потенциальным суммарным испарением, что делает искусственную ирригацию совершенно незаменимой для поддержания сельскохозяйственного производства. Древние способы орошения земель в пойме Нила уже не соответствуют современным требованиям: экономному расходованию водных, энергетических и трудовых ресурсов. На смену им приходят прогрессивные способы полива, одним из которых является капельное орошение. Местное население уже накопило некоторый опыт, однако поиск более совершенных технологий представляет актуальную научную и производственную проблему, главной из которых является экономия водных ресурсов, особенно за пределами долины Нила, где подземные воды являются главным и ограниченным источником орошения. Распространение капельного орошения требует дальнейших научных и производственных исследований с учетом природных условий Египта, включая режим орошения в период вегетации и вне ее, уточнение размеров оросительных норм и исследования статей водного баланса, позволяющего разработать новые способы расчета режима орошения.

Цель работы: обосновать уточненные способы расчета режима орошения с учетом специфики условий Египта и агробиологических свойств плодовых деревьев, обеспечивающие экономию водных ресурсов, охарактеризовать статьи водного баланса, существенно влияющие на расходование влаги.

Задачи работы:

• оценить применимость различных способов оценки потенциальной эвапотранспи-рации (суммарного испарения);

• разработать двумерную математическую модель формирования водного режима почв при характерном для Египта способе капельного орошения плодовых культур, заключающемся в сплошном увлажнении узкой траншеи шириной порядка 1 метра, где расположена основная масса корней; проверить эту модель имеющимся полевым экспериментом;

• исследовать предполивную влажность почвы в траншее, формирующую в основном величину оросительных норм; оценить изменение продуктивности растений; показать необходимость увлажнения корнеобитаемого объема почвы во вне вегетационный период, под держивающего жизнедеятельность плодовых деревьев;

• оценить величину и направление горизонтального влагообмена между увлажняемой траншеей и прилегающей почвой междурядий, влияющего на размер оросительных норм.

Исследования проводились на основании анализа природных условий Египта, производственного опыта, математического моделирования, статистического анализа результатов.

Научная новизна работы:

• выявлены наиболее подходящие к условиям Египта способы оценки потенциального суммарного испарения в зависимости от местоположения метеопунктов относительно побережья Средиземного моря; для ряда метеостанций применима формула Н.И. Иванова (приморская зона), для пустынной зоны - метод Блейни и Криддла и стандартный метод ФАОРАД;

• на основании разработок кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП предложен и верифицирован вариант модели двумерного влагопереноса при специфическом (траншейном) капельном увлажнении;

• исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62...0,65 ПГТВ; во вневегетационный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до, 0,5 III1В;

• исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период; показано, что направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

На защиту выносятся:

• результаты моделирования влагопереноса при капельном орошении в условиях Египта; размеры оросительных норм при траншейном капельном орошении;

• результаты исследования рациональной предполивной влажности в период вегетации и во вневегетационный период для плодовых культур;

• объемы бокового оттока влаги в междурядья в зависимости от предполивной влажности.

Практическое значение и реализация работы:

• результаты исследований позволяют принимать научно-обоснованные решения при оценке рациональности и продуктивности орошения плодовых культур в условиях Египта;

• получать разумные урожаи плодов и фруктов при экономном расходовании поливной воды;

• поддерживать жизнедеятельность плодовых культур в засушливый вневегетационный период.

Достоверность результатов основана на: детальном учете природных условий орошаемых земель Египта; использовании современных разработок в области влагопереноса при орошении, использовании практического опыта орошаемого садоводства, статистической обработке экспериментов.

Апробация результатов исследований и публикации.

Основные методические положения и полученные результаты докладывались и обсуждались на научно-технических в г. Москве (МГУП-2008, 2009 гг.); на Международной конференции молодых учёных-мелиораторов 24 сентября 2009г. Коломне, (ВНИИ «Радуга»); the First International Conférence on: Economists and Management of Water in Arab World and Africa 18-19 November, 2009 Assiut. Egypt; на международной научной конференции "Водное хозяйство - состояние и перспективы развития", 15-16 апреля 2010 года в Национальном университете водного хозяйства и природопользования, г. Ровно (Украина).

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 работа в трудах First International Conférence on: Economists and Management of Water in Arab World and Africa.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений, списка литературных источников из 103 наименований. Общий объём диссертации составляет 144 страниц компьютерного текста, 32 рисунка и 23 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены современные общие положения орошения сельскохозяйственных земель, исходя из концепции А.Н. Костякова; характеризуется развитие ирригации в странах мира; дается классификация основных способов орошения. Большое значение имеет предупреждение засоления и заболачивания земель.

В основе исследований по ирригации находятся работы Аверьянова С.Ф., Айдарова И.П., Бездниной С.Я., Голованова А.И., Губера К.В.; Добрачева Ю.П., Иванова Н.Н., Ки-

рейчевой J1.B., Ковды В.А., Костикова А.Н., Константинова А.Р., Маслова Б.С., Ольгарен-ко Г. В. Плюснина И.И., Рекса Л.М., Селянинова Г.Т., Шабанова В.В., Харченко С И.; вопросы капельного орошения изложены в работах Алексашенко A.A., Алпатьсва С.М., Болцату И.Н., Григорова М.С., Кузнецова E.H., Мекки М., Нестеровой Г.С. и Зона U.C., Кружилина И.П., Ромашенко М.И., Шумакова Б.Б., Brant A., Breasler Е., Feddes R.A. и других ученых в области мелиорации сельскохозяйственных земель, растениеводства, климатологии, гидрогеологии, земледелия и почвоведения.

В первой главе приводится географический очерк Египта и анализируются существующие способы орошения, приводится краткая история Египта, характеризуются его природные условия: рельеф, геология, почвы, растительный и животный мир, подробно характеризуются климатические условия, температура, осадки и испарение, возделываемые культуры, водные ресурсы и оросительные системы Египта, использование земель, дифференциация хозяйственной деятельности, уровень сельского хозяйства, древняя система орошения.

Дан краткий анализ существующих способов орошения, их достоинства и недостатки, приемы расчета элементов техники полива.

Во второй главе приводится расчет и моделирование капельного орошения. Основной задачей мелиорации А.Н. Костяков считал управление круговоротом воды и зольных питательных элементов в целях прогрессивного повышения плодородия почв (Костяков, 1960). Совместное управление геологическим и биологическим круговоротом воды и зольных питательных веществ может быть достигнуто при условии комплексной взаимосвязи мелиоративно-гидротехнических и агротехнических методов, составляющих единую систему мелиоративных мероприятий, отвечающих природным и хозяйственным условиям данного района. А.И. Голованов развил эти представления и применительно к землям сельскохозяйственного назначения сформулировал: «цель мелиорации заключается в расширенном воспроизводстве плодородия почвы, получении оптимального урожая определенных сельскохозяйственных культур при экономном расходовании всех ресурсов, недопущении или компенсации ущерба природным системам и другим землепользователям» (Основы природообустройства, 2001). Однако цели мелиорации земель могут быть достигнуты только при выполнении набора требований к управляемым факторам почвообразования, роста растений и воздействия на окружающую среду, которые должна обеспечивать система мелиоративных мероприятий. Этот набор требований А.И. Голованов и И.П. Айдаров назвали мелиоративным режимом (Айдаров, Голованов, 1986).

Теория мелиоративного режима продуктивна при соответствующем комплексном подходе к описанию и анализу природных систем. Современная мелиорация опирается на геосистемный подход, в рамках которого необходимо изучение свойств всех компонентов природы и закономерностей их взаимодействия Изучению влияния мелиорации на отдельные компоненты природной среды и ландшафты в целом посвящены исследования С.Ф. Аверьянова, И.П. Айдарова, А.И. Голованова, Ф.Р. Зайдельмана, Д.М. Каца, Л.В. Ки-рейчевой, Д.А. Манукьяна, В.В. Шабанова и других ученых.

Приводятся существующие методики расчета капельного орошения, формулируются цели создания модели, требования к ней. В пустынных районах Египта, отличающихся почти полным отсутствием атмосферных осадков и сильным испарением, применяется несколько иная схема капельного орошения. В ней вместо локально расположенных капельниц, привязанных к каждому дереву, нарезаются траншеи глубиной примерно 1 м и шириной 1 м, которые заполняются плодородной почвой, увлажняются и вследствие этого в них располагается основная масса корней растений. Полосы между траншеями не увлажняются, они заполнены бедными песчаными почвами, корни в них почти не живут, хотя некоторый отток влаги на эти полосы формируется и его надо учитывать в расчете

(так называемый боковой отток). Капельницы располагаются равномерно, не привязаны к стволам деревьев, увлажняемые контуры накладываются друг на друга и образуют сплошное увлажняемое тело в виде длинной призмы. Расстояния между траншеями равно расстоянию между рядами деревьев. Такая схема капельного орошения упрощает фильтрационные потоки, которые можно представить плоскими двумерными, в отличие от трехмерных осецилиндрических при классической схеме капельного орошения.

Описывается модель капельного орошения применительно к условиям Египта. В табл.1, приводятся исходные данные для моделирования. В последние годы на кафедре мелиорации и рекультивации земель Московского государственного университета приро-дообустройства активно разрабатываются двумерные математические модели для описания гидрогеологических и геохимических процессов в геосистемах, представленных кате-нами, т.е. цепочками сопряженных фаций с разным режимом увлажнения. Применительно к условиям капельного орошения в Египте катена принята состоящей из траншеи, где размещаются корни орошаемой культуры, чаще всего это фруктовые деревья и виноградные лозы, и примыкающего к ней неполиваемого междурядья.

Табл. 1. Исходные данные для моделирования

Культура Площадь дерева, м2 Площадь кроны,м2 К6 / К„т Оптимальная влажность, доли ППВ Предполивная влажность, доли ППВ Период вегетации

Персик 24 18 0,61/ 0,4 0,82 0,6... 0,7 1.01-31.05

Яблоко 24 18 0,63/0,4 0,82 0,6... 0,7 1.02-30.06

Цитрус 21 15,7 0,58/0,4 0,82 0,6...0,7 1.01-30.07

Виноград 10,5 7,8 0,53/0,4 0,82 0,6... 0,7 1.01-30.06

. Манго 15 11.3 0,62/0,4 0,82 0,6 ... 0,7 1.02-15.06

Обозначения в таблице: Кд - биологический коэффициент АГ1аг-коэффициепт затененности почвы растительным покровом.

Модель, использованная для расчетов, представляет собой уравнение двумерного потока влаги, реализованное в виде конечно-разностной численной схемы. Исследуемая толща разбивалась на элементарные слои Ау (1 < у < Их -1) переменной толщины, от 0,1 м

вблизи поверхности до 1 м вблизи водоупора, Л0 = ИЫх = 0. Для учета разной площади, обслуживаемой одной капельницей, рассматриваемый пласт шириной (нормально к плоскости чертежа) В разбивался вертикальными плоскостями для образования столбцов и расчетных блоков. Ширина этих блоков (по длине катены) Ь, (1 <; < Иу -1) принималась различной в зависимости от ее длины, при этом Ьо — Ьцу - 0.

Конечно-разностный аналог дифференциального уравнения передвижения почвенной влаги и подземных вод по неявной схеме, исходя из баланса влаги в блоке:

* ККп Щ, К/

где

Я,-;1 - напор, м, на расчетный момент времени п +1; при отсчете напоров от поверхности земли

у/"^1 - напор, м, эквивалентный каркасно-капиллярному давлению в зоне неполного насыщения (^ < 0) и эквивалентный гидростатическому давлению в зоне полного насыщений;

Си*"}' - коэффициент влагоемкости, м3„/м4:

= — = „

Cv/T = -

- -- - Vu-Vtj

BS =-----

где а)"*1, - объемная влажность почвы, м3ц/м3 (м3, - кубический метр почвенной влаги). При полном влагонасыщении См - 0. Связь между каркасно-капиллярным потенциалом и влажностью почвы принята в виде:

где т - пористость, м'Тм''; ам - максимальная гигроскопичность, м3/м3; Ик - максимальная высота капиллярного поднятия, м; р и п - коэффициенты, зависящие от механического состава и структуры почвы, для суглинистых почв принято ц = 1, показатель степени п = 1.

Коэффициент влагоемкости при п = 1 равен:

_/ ч до> да а> - о>м

С (со )-----=-----=---— •

3 Н ду //А,

Л,*, - вертикальное сопротивление потоку влаги между центрами и ;,_/ +1 блоков, сут;

Л^ = 0,5<А, /£<>„)+ /*(юу+1)); - горизонтальное сопротивление потоку влаги между центрами и / + 1,/ блоков,

сут;

0,5(6,1К{о)и) + Ьм1К{о,м^)У, К(ш) - коэффициент влагопроводности м3,/м2/сут, зависящий от коэффициента фильтрации А'0; пористости почвы т; объемной влажности почвы со,; для определения коэффициента влагопроводности К{ео) в зависимости от влажности почвы пользуются формулой С.Ф. Аверьянова, предложенной им в 1947 году:

ут-а

где со' - максимальная молекулярная влагоемкость или влажность разрыва капилляров, для более широкого диапазона влажности эту зависимость можно заменить на

ffl-fflv

Расходование влаги на испарение принято зависящим от погодных условий и от влажности почвы, оно разделялось на испарение с поверхности почвы, которое учитывалось как граничное условие, и на транспирацию, последняя распределялась по корнеоби-таемому слою пропорционально влажности почвы и плотности корней и входила в уравнение в виде интенсивности влагоотбора корнями растений из единичного объема почвы e¡j, м3ц/м3/сут. С этой целью для каждой декады теплого периода по известным средней температуре воздуха Т, °С и относительной влажности воздуха а, % подсчитывало« потенциальное (при оптимальной влагообеспеченности) суммарное испарение (эвапотранс-пирация) Ера по формуле H.H. Иванова:

Е1М = 0,0061 (25 + т)2(\ - 0,01а) , мм/сут где Ks - биологический коэффициент, учитывающий особенности конкретной культуры. Потенциальная эвапотранспирация разделялась на потенциальное испарение с поверхности почвы Ер„, и потенциальную транспирацию E'¡m пропорционально затененности почвы растительным покровом fp, которая изменялась по декадам: EfM

^ pol

■fpEp,,,- Эти потенциальные величины испарения редуцировались на каждом временном шаге:

Е* = S'E* ; = 2w0 - W¡; м>0 = - ;

p 0 0 0,8p-a»..

при влажности поверхностного 2...5 см слоя почвы а>„ >0,8р б = 1; эти зависимости согласуются, например, с исследованиями А.И. Будаговского. Фактическая транспирация редуцируется в зависимости от неоптимальности средней влажности корнеобитаемого слоя почвы:

> „ 2 СО.-ВЗ

Е =swEfal,T¡¡stsw=2wt-wt,wk = -^¡—^\

- коэффициент, учитывающий уменьшение транспирации при отклонении влажности почвы от оптимальной, вид этой зависимости соответствует исследованиям А.Р. Константинова (1968); сок - средняя влажность корнеобитаемого слоя почвы, переменная во времени; cof - то же, оптимальная в данную декаду; ВЗ - влажность завядания.

Скорректированная величина транспирации Е' распределялась по глубине каждого столбца в заданном корнеобитаемом слое пропорционально влажности почвы и массы корней в виде интенсивности влагоотбора корнями растений из единичного объема почвы e¡j, м3,/м3/сут.

Определение напоров почвенной влаги Н"*' представляет собой громоздкую вычислительную задачу, т.к. сводится к нахождению порядка 700 неизвестных (при принятой разбивке на блоки) с шагом около 1 суток на протяжении нескольких лет. Следует также отметить существенную нелинейность этой системы уравнений, в которой емкостной коэффициент и проводимость существенно зависят от напоров почвенной влаги, следовательно, и от влажности почвы, что требует 3. ..7 итераций на каждом временном шаге. Поэтому алгоритм решения этой системы должен быть наиболее эффективным. В настоящее время таковым является метод матричной прогонки, который введением вектора напоров по всем i - тым столбцам для каждого слоя j позволяет понизить размерность задачи до одномерной:

Ц = I Я£'; н£; Я£';... Я^ | при этом]= 0,1,2,З..Ж С помощью этого вектора система уравнений запишется в матричном виде:

AAJU^-CCJUJ+BBjU^-FJ где - AAj и ВВ¡ - квадратные диагональные матрицы размером (Nr -1)■ (А> -1), учитывающие вертикальные потоки влаги между /,/-1 и /',/' блоками и между i,jи i,j +1 блоками.

Левое граничное условие, т.е. отсутствие потока в центре рассматриваемого пласта учитывается особыми правилами вычисления элементов этой матрицы Du и £»12; Ai = -

Dif, Dn = —---. Аналогичное правое граничное условие учитывается при вычислении b¡R¡.i

последних элементов этой матрицы =-1>№_; Л№_1-ДГ,_2 = , —■ ■ В

случае, если в каком-то блоке ij имеется источник или сток (дрена или канал), они учитываются при вычислении соответствующих элементов матрицы DDj.

Вектор Fj объединяет все свободные члены.

При наличии источников или стоков на вертикальных границах или внутри области фильтрации, они учитываются при вычислении этого вектора.

Верхнее граничное условие учитывают, особым образом вычисляя первую матрицу прогоночных коэффициентов РРц и первый вектор-столбец QQq при обратной прогонке.

Так, если через верхнюю границу (х=0) нет потока влаги, то Н"1 = , тогда элементы диагонали матрицы РРо равны Ри. = 1, а остальные - нулевые. Все элементы вектора-столбца £)£)о равны нулю. При физическом испарении через поверхность почвы поток влаги равен:

Поэтому диагональные элементы матрицы РРо равны Р„ = 1, а остальные - нулевые. Элементы вектора-столбца равны: Qi = -е/,Я"„. Если поверхность почвы увлажняется

поливом, то в приведенных выражениях величина физического испарения заменяется интенсивностью водоподачи (м/сут), взятой с обратным знаком. Если поливается часть поверхности, то эту замену осуществляют для соответствующих номеров столбцов /.

Условия на нижней границе ( х=) реализуются при особом вычислении последнего вектора напоров » в модели предусмотрены разные граничные условия: отсутствие потоков влаги (водоупор); напорное подпитывание; фиксированная глубина грунтовых вод или дренирование катены заданной удельной интенсивностью.

Знание напоров и сопротивлений позволяют подсчитать потоки влаги в любых сечениях, как на границах области, так и внутри нее, например, переток влаги из одной фации в другую, или вертикальные потоки, характеризующие промываемость почвенного слоя.

Для обустройства модели использованы некоторые данные полевых исследований, которые проводились кафедрой мелиорации и рекультивации земель МГУП на ОПУ системы капельного орошения «Таврия» в базовом хозяйстве УКРНИИГиМ Красногвардейского района Крымской области. В табл.2 дана сводка значений водно-физических свойств для условий Египта, использованных в расчетах.

Табл.2. Водно-физические свойства для условий Египта

Станция Бехера

Гор Н Р со„ Кф нк Почвы по мех. составу

А 1 0,48 0,1 0,25 3 Суглинок

В1 1,5 0,45 0,09 0,1 2,8

В2 3 0,44 0,08 0,1 2,7

С глубже 0,45 0,09 0,1 2,8

Станция Гиза

А 1 0,38 0,08 1,5 1 Песок

В1 1,5 0,35 0,07 1,5 0,9

В2 3 0,34 0,06 1,5 0,8

С глубже 0,35 0,07 1,5 0,9

Станция Исмаила

А 1 0,45 0,09 0,8 1,5 Супесь

В1 1,5 0,42 0,08 0,5 1,3

В2 3 0,41 0,07 0,5 1,2

С глубже 0,42 0,08 0,5 1,3

Станция Фаем

А 1 0,45 0,09 0,8 1,5 Супесь

В1 1,5 0,42 0,08 0,5 1,3

В2 3 0,41 0,07 0,5 1,2

С глубже 0,42 0,08 0,5 1,3

Станция Вади

А 1 | 0,48 | 0,1 | 0,25 | 3 | Суглинок

В1 1,5 0,45 0,09 0,1 2,8

В2 3 0,44 0,08 0,1 2,7

С глубже 0,45 0,09 0,1 2,8

Обозначения в таблице: Н-толщина горизонта, м,р - пористость; а>„ - максимальная гигроскопичность; H¡¡ - высота капиллярной каймы, м; Кф - коэффициент фильтрации, м/сут.

При определении количества воды, необходимого для орошения, нужно, прежде всего, установить, сколько воды расходуют сами растения на транспирацию и образование зеленой массы, а также величину испарения воды из почвы. На образование органического вещества растение усваивает всего 0,15. ..0,20% израсходованной им воды, поэтому в расчетах эта величина не учитывается.

Суммарным водопотреблением (эвапотранспирацией) называют количество воды, расходуемое на транспирацию растениями и испарение почвой за расчетный период. Обозначим эту величину Е, а ее потенциальное значение или испаряемость, т.е. при неограниченном количестве почвенной влаги Ео ( в зарубежной литературе она часто обозначается как ЕТо); её измеряют в мм или в м3/га за период вегетации, месяц, декаду, неделю, сутки.

Е = Т + И;

где Т-транспирация воды растениями; И— испарение воды из почвы.

Величины Т и И зависят от метеорологических условий, вида и фазы развития растений, площади листьев, состояния почвы - разрыхленности, затененности листьями и очень сильно от увлажненности почвы. Соотношение между Г и Я изменяется по мере развития растений и изменения условий испарения. За период вегетации для большинства сельскохозяйственных культур на испарение с поверхности почвы затрачивается около 30. ..40 % воды, на транспирацию растений - примерно 60...70 % от суммарного водопо-требления. Послеполивное рыхление почвы (культивация) позволяет существенно сократить непроизводительные потери воды на испарение.

При отклонении влажности почвы со в обе стороны от оптимальной соор1 для рассматриваемой культуры реальное суммарное водопотребление Е уменьшается из-за недо-увлажнения или переувлажнения и может быть определено с помощью коэффициента е, предложенного А.И. Головановым:

Е = ъЕ<>, Е = 2,72-е/вор, Exp(-e/eopt); где 0 - относительные доступные влагозапасы в корнеобитаемом слое, в = (<о - ВЗ)/(р -ВЗ); 0Ор, - то же оптимальные для конкретной культуры; р - пористость почвы в расчетном слое; ВЗ - влажность завядания, примерно равная 1,3... 1.5 максимальной гигроскопичности почвы.

Эти формулы связывают реальное суммарное водопотребление с влажностью почвы, а, следовательно, и с оросительной нормой. С их помощью можно учесть влияние отклонения влажности от оптимальной на урожайность и, тем самым оптимизировать размер оросительной нормы.

Была выполнена оценка применимости некоторых методов оценки потенциального суммарного испарения в условиях Египта. Цель этого исследования состояла в том, чтобы оценить точность восьми методов, сравнивая их со стандартным методом ФАО 56 - ПМ для двенадцати метеостанций Египта при различных климатических условиях. Рассмотрены метеостанции Матрох, Бехера, Фаюм, Вади, Харга, Асван, Кафр-саад, Ara, Исмаила, Гиза, Миня, Манфалот. Были использованы все имеющиеся метеоданные за 10 лет.

Методы были сгруппированы в 3 группы:

A) стандартный метод ФАО 56- Пенман-Монтейс (ПМ);ФАО Блэйни-Кридла (БК), Иванова (ИВ), Тюрка, Дженсен-Хэйса (ДХ) и Харгривса (ХГ);

Б) радиационные методы ФАО Рад, Пристли Тэйлор (ПТ);

B) метод с использованием водных испарителей З(И-Пан).

Значения испарения, полученные различными методами были сравнены со стандартным методом 56 ФАО-ПМ следующим образом:

1) Была вычислена относительная ошибка РЕ делением значений испаряемости различными методами (метод) на значения стандартного метода ФАО 56 - ПМ (станд):

ЕТо

— . мстоя

ЕТотнл '

2) Определена стандартная ошибка оценки БЕЕ:

SEE -

п-1

Критерий стандартной ошибки оценки ¿'££ позволяет судить о точности и надежности различных методов.

Для зоны 1 (западная пустыня), включающей метеостанции Матрох, Бохера, Фаюм, Вади, Харга и Асван, наиболее подходящим для оценки потенциального суммарного во-допотребления оказался метод Блэйни-Кридла (БК).

Для зоны 2 (побережье Средиземного моря), включающей метеостанции Кафр-саад, Ara и Исмаила, наиболее подходящим для оценки потенциального суммарного во-допотребления оказался метод Иванова (ИВ).

Для зоны 3 (восточная пустыня), включающей метеостанции Гиза, Миня и Манфа-лот, наиболее подходящим для оценки потенциального суммарного водопотребления оказался метод ФАО Рад

Была выполнена оценка способа расчета оросительных норм при капельном орошении сада в условиях Египта.

Целью данного исследования было сравнение фактических и расчетных оросительных норм, т.е. проверка жизнеспособности модели. Сравнение оросительных норм приведено в принятых в Египте размерностях [м3/феддан] (1феддан=4200м2). Надо также иметь в виду, что оросительная норма относится только к увлажняемой площади (см. табл. 1).

В табл. 3 и на рис. 1 и 2 приведены в сравнении окончательные результаты расчета оросительных норм и относительной (к максимальной) урожайности по данным моделирования и по фактическим данным, они практически совпадают, что говорит о правильности примененного способа расчета.

В третьей главе приводятся результаты исследования влияния предполивной влажности на размер оросительной нормы сада в условиях Египта.

Для исследований использовалась математическая модель, описанная выше. Для всех 5 культур и всех 5 метеостанций были рассмотрены различные значения предполивной влажности в пределах 0,62...0,75 ППВ в период вегетации и 0,4..0,55 ППВ во вневегетационный период, в том числе и обеспечивающие 85 и 75 % максимальной относительной урожайности, для чего предварительно были построены графики зависимости относительной урожайности от предполивной влажности. В табл. 4 приведены значения предполивной влажности а период вегетации и вне его, принятые при моделй^нпшшельная урожайность определялась по модели продуктивности растений, разработанной проф. В.В. Шабановым.

Затем были подсчитаны размеры оросительных норм при тех же значениях предполивной влажности. Объединяя эти зависимости, получили значения оросительных норм при разных уровнях урожайности: 85 и 75 % максимальной. При этом использовалась известная закономерность: заметное снижение оросительных норм при несильном отклонении влажности от оптимальной. Эта закономерность в качестве примера иллюстрируется рис. 3.

Табл. 3. Сравнение расчетных оросительных норм и относительных урожайносте (по модели) при оптимальной влажности с фактической

Станция Культура Оросительная норма по результатам моделирования, мЗ/феддан Фактическая оросительная норма, мЗ/феддан Урожайность по модели * Фактическая урожайность **

Бехера персик 5198 5600 0,93 0,73

яблоко 5651 6000 0,94 0,75

цитрус 5765 6200 0,93 0,76

виноград 5036 5530 0,93 0,79

манго 5451 5860 0,95 0,77

Гиза персик 7299 6900 0,94 0,73

яблоко 7645 7130 0,95 0,75

цитрус 8261 7940 0,94 0,76

виноград 7273 6970 0,94 0,79

манго 7280 7000 0,96 0,77

фаем персик 5944 6000 0,94 0,73

яблоко 6587 6400 0,95 0,75

цитрус 7027 6840 0,93 0,76

виноград 6187 6300 0,92 0,79

манго 6304 6450 0,94 0,77

вади персик 5198 5500 0,93 0,73

яблоко 5651 5980 0,94 0,75

цитрус 5765 6190 0,93 0,76

виноград 5038 5400 0,93 0,79

манго 5451 5700 0,95 0,77

Исмаила персик 5169 5600 0,94 0,73

яблоко 5840 6000 0,95 0,75

цитрус 6264 6200 0,94 0,76

виноград 5532 5530 0,94 0,79

манго 5498 5860 0,95 0,77

Примечания : * при оптимальной влажности.

** при фактической влажности.

9000

4500 4000

с£ У. р а I =

о 5

Ю СЕГ I ^

с 5

5 О

^ -

и ^

а >о

а/ ее

1 у. о

га и-а о. I I- га

о г 5

X ^ £ а

£ О

^ —

X о

О ^

о. из

■■ а; х

СС " О; X

„ >■ и. ~

а Р-

<оо

а Й" т

о. а. х

5 О с[ у о

I 5 о

_ ■ га 0 с: •

О 5 5 Й. Ю О 5 5

X 3 ^ I I ?

X ; С 3

о а

х 2 и ^ а ю

Вечера

Гиза

Фаем

Вади

Исмаила

-♦-Оросительная норма по результатам моделирования, мЗ/феддан -в-Фактическая оросительная норма, мЗ/феддан Рис.1. Сравнение расчетной (по модели) оросительной нормы с фактической

1,00

0,90

0,80

0,70

о 0,60 1

0,50 -

5 £ о

а. чэ

1 I

и с: О. \о

5 а. «з о

X о и с; О. ЧО

< у

е-

2 §

X *

Бехера Гиза

в Урожайность по модели

Фаем Вади Исмаила

■ Фактическая урожайность

Рис. 2. Сравнение расчетной (по модели) относительной урожайности с фактической (среднемноголетние данные)

Табл. 4 Исследованные варианты предполивной влажности

Вариант Предполивная влажность Предполивная влажность

в период вегетации вне периода вегетации

1 0,70 0,56

2 0,65 0,52

3 0,62 0,49

4 0,60 0,48

5 0,65 0,49

6 0,62 0,46

7 0,62 0,40

8 0,62 0,65

9 0,60 0,65

10 0,60 0,62

11 0,60 0,60

12 0,58 0,58

12000

10000

8000

6000

4000

R¡ = 0,7832

2000

/

0.50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80

1

0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55

R2 0,9974

0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

Предполивная влажность

Предполивная влажность

Рис. 3. Зависимость оросительных норм (слева) и относительной урожайности (справа) от предполивной влажности для Бехера яблоко.

Рис. 4 . Влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы

Рис. 5. Влияние предаюливной влажности на относительный урожай

Исследования показали, что оптимальным уровнем влажности является значение 0,62...0,65 ППВ, которое обеспечивает получение около 85 % урожайности и сокращение оросительной нормы примерно на 40%, что и имеет место на практике; во вневегетацион-ный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ.

В четвертой главе изучалось влияние капельного орошения садовых культур на прилегающие земли в условиях Египта. При расчете горизонтального оттока влаги из увлажняемой зоны надо иметь ввиду, что этот процесс отличается от обычной фильтрации, так как происходит при неполном насыщении пор влагой, для этого необходимо иметь ; зависимость коэффициента влагопроводности от влажности:

L J

= «Л

(О -ам

Р~ч>м

где кш кш- коэффициент влагопроводности, м/сут.; ап - коэффициент анизотропии грунта, т.е. отношение кф^р/кф^уп кф • коэффициент фильтрации увлажняемого слоя почвы, обычно определяемый в полевых условиях методом налива, то есть при вертикальной фильтрации, в связи с этим необходимо учитывать возможную анизотропию почвы, то есть неодинаковость значений коэффициента фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях, что может быть существенным для почв, образовавшихся на лессовидных и аллювиальных породах, поэтому в формулу вводится коэффициент анизотропии а„, для лессовидных грунтов он может быть равен 0,3...0,6, а для слоистых аллювиальных он больше единицы; а, - расчетная объемная влажность увлажняемого слоя, зависящая от предполивной влажности сопп и поливной нормы т, мм

0,5 т "пп 1000

а>, = сот ■ ППВ ■ р +

где ППВ - предельная полевая влагоемкоеть в долях от пористости почвы р; й)м - максимальная гигроскопичность; йувл - увлажняемый слой почвы в м.

В принципе, для расчета оттока из увлажняемой зоны необходимо решать уравнение движения влаги при неполном насыщении, происходящего по всем трем направлениям (трехмерный поток), что значительно осложняет расчет режима поливов при капельном орошении, так как требует разработки специальных программ и применения ЭВМ.

Приближенно отток влаги из увлажняемой зоны за один цикл - полив- межполив От , мм мы предлагаем рассчитывать по формуле:

От = a4(imte~05' (1)

где С(е - коэффициент, учитывающий вертикальный отток влаги из увлажняемой зоны в подстилающие слои корнеобитаемой зоны, примерно равен 1... 1,2; П - коэффициент, зависящий от водно-физических свойств и размеров поливных норм, его величины приведены в табл. 5; т- поливная норма, мм; t- относительное время; t - время с начала полива, сут.; х - время стабилизации потока влаги, сут.

/ КС. . t _

■}v '

t=- , r = _!LJL t = -

Т кт *

ЯУ6- радиус увлажняемой зоны, м; коэффициент влагоемкости Сш будет равен

я, 'м

Нк - высота капиллярного поднятия, м. (см табл. 5)

Расчетные значения водно-физических свойств почв для каждой метеостанции приведены в табл. 5.

Табл. 5. Значения водно-физических свойств почв, применительно к метеостанциям, использованные для расчета оттока при капельном орошении по формуле (1)

Станция Р ППВ нк, м V м/сут V м «г м/сут с. , м"1 г , сут

Фаем 0,45 0,09 0,65 1,5 0,80 0,50 0,21 0,005 0,143 7,20

Гиза 0,38 0,08 0,65 1 1,20 0,50 0,18 0,004 0,095 6,10

Бехера 0,48 0,10 0,65 3 0,25 0,50 0,22 0,001 0,039 13,7

Исмаила 0,45 0,09 0,65 1,5 0,80 0,50 0,21 0,005 0,143 7,20

Вади 0,48 0,10 0,65 3 0,25 0,50 0,22 0,001 0,039 13,7

Табл. 6. Зависимость коэффициента П в формуле (1) от поливной нормы т и водно-физических свойств почв применительно к метеостанциям

т, мм Фаем Гиза Бехера Исмаила Вади

30 0,75 0,37 0,73 0,75 0,74

40 0,70 0,33 0,66 0,70 0,66

50 0,56 0,29 0,60 0,56 0,58

60 0,51 0,28 0,55 0,51 0,53

Для расчета оттока по формуле (1) надо учитывать продолжительность цикла полив-межполив, который зависит от размера поливной нормы (см. табл. 7.).

Табл. 7. Средняя продолжительность цикла полив-межполив в зависимости от размера поливной нормы

т, мм Время межу поливами, сут

30 3,5

40 4,7

50 5,8

60 6,0

Для проверки формулы (1) было выполнено моделирование капельного орошения в характерные по погодным условиям годы, близкие к среднемноголетним показателям. Общая картина бокового оттока за год показана на рис.1. С начала вегетации и поливов отток растет и к концу вегетации достигает максимума - 275 мм. Для поддержания существования культур в засушливый вневегетационный период приходится проводить поливы с уменьшенной предполивной влажностью, примерно равной 75% от предполивной влажности в течение вегетации. График колебания влажности в корнеобитаемом слое в эти периоды показан на рисунке 2. Вследствие этого вне вегетации наблюдается обратный поток влаги, поступившей в траншею. Суммарный отток за год уменьшается до 200 мм, следовательно, в увлажняемую зону возвращается с прилегающих земель 75 мм влаги, что в целом приводит к некоторой экономии водных ресурсов._

Станция Бехера

ВС Й

500

Я> 120 150 150

Сутки

270 газ З5г

0.15

500 400 300

гда

103 о -100 •200

.зо ео «о по 15Р 1га зр гзд зео

Стзшшя Фаега

0 30 60 90 120 150 13» 210 2« 210 500 МО

Рис. б.а- динамика влажности в корнеобитаемой зоне в период вегетации и вке ее. и б- боковой отток нарастающим итогом

На рис. 8 в качестве примера показаны результаты проверки формулы (1) результатами моделирования на примере метеостанции Фаем (культура яблоко) для характерных по погодным условиям лет. Слева приведены кривые мгновенного (мм/сут.) и суммарного оттока (мм) за средний цикл полив-межполив и суммарный отток, рассчитанный по формуле (1) для разных поливных норм. Этот рисунок показывает хорошее совпадение рассчитанных значений оттока с данными моделирования. Справа показаны корреляционные зависимости между динамикой оттока по формуле (1) и по данным моделирования внутри периода полив-межполив. Угловые коэффициенты уравнений связи близки к единице, а коэффициент корреляции Я2 практически равен единице, что также подтверждает правильность формулы (1).

Табл. 8. Рассчитанный отток по модели и по формуле (1) в мм для всех культур и метео-

станций.

Метеостан- Культура Отток за Отток за Отток за Отток по

ция вегетацию вне-вегетацшо год формуле (1)

яблоко 275 -75 200 260

цитрус 344 -67 277 295

Бехера манго 274 -75 199 236

персики 252 -78 174 206

виноград 304 -72 232 242

яблоко 454 -510 -56 447

цитрус 410 -451 -41 413

Фаем манго 461 -520 -59 434

персики 447 -493 -46 454

виноград 459 -516 -57 475

яблоко 290 -424 -134 305

цитрус 267 -419 -152 268

Гиза манго 291 -418 -127 297

персики 295 -416 -121 305 ,

виноград 286 -419 -133 288

яблоко 420 -475 -55 447

цитрус 359 -437 ОС 379

Исмаила манго 432 -502 -70 434

персики 416 -508 -92 396

виноград 419 -494 -75 ,434

яблоко 274 -73 201 263

цитрус 344 -66 278 299

Вади манго 275 -76 '. 199 239

персики 252 -78 174 197

виноград 304 -72 232 . 245

Бехера Фаем > Гиза Исмаила Вади

-♦-Отток за вегетацию -»-Отток по формуле (1)

Рис. 7. Рассчитанные отток по модели и по формуле (1) в мм для все культура и метеостанция.

•"♦-мгновенный отток Суммарный отток Отток по формуле (I) _Относительное время_

_ 1

Суммарный отток__

Рис. 8. а) Сравнение мгновенного и суммарного оттока по данным моделирования и по формуле (1); б) Корреляционные зависимости между значениями оттока по данным моделирования и по формуле (1)

Общие выводы и предложения

1. Проанализированы природные условия Египта, показана необходимость исследования и внедрения в практику ирригации прогрессивных водосберегающих и природо-сохраняющих технологий полива, в частности, капельного орошения плодовых культур.

2. Обобщены данные по погодным условиям 12 метеостанций, выполнен сравнительный статистический анализ результатов по 9 распространенным в мире способам расчетов потенциального суммарного испарения (эвапотранспирации), для условий Египта наиболее подходящими являются формула Н.И. Иванова (для приморской зоны), стандартный метод ФАО РАД и метод Блэйни-Кридла (для пустынной зоны).

3. Обобщены многолетние данные практического применения капельного орошения садовых культур (персика, яблока, винограда, цитруса, манго) в климатических условиях метеостанций Бехера, Гиза, Исмаила, Фаем, Вади; анализировались средние за 10 лет значения относительной урожайности и размеры оросительной нормы.

4. Эти данные были использованы для верификации уточненной модели капельного орошения, основанной на описании двумерного влагопереноса в увлажняемой траншее и на прилегающей территории; получено удовлетворительная сходимость опыта и моделирования. В модели реализован применяемый в практике орошаемого садоводства Египта способ сплошного капельного полива почвы в траншее, где сосредоточена основная масса корней (ширина траншеи 1 м, глубина около 1 м).

5. Исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62...0,65 ППВ, которое обеспечивает получение около 85 % урожайности и сокращение оросительной нормы примерно на 40%, что и имеет место на практике; во вневегетацион-ный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ.

6. Исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период, когда направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абдель-азим М.М. Сравнение некоторых методов оценки суммарного испарения в условиях Египта [Текст]/Абдель-азим М.М.// Материалы международной научно-практической конференции «Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов»: М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2008.-Ч.1,- С.7-11. ISBN 978-5892 31-243-1

2. Абдель-азим М.М. Оценка способа расчета оросительных норм при капельном орошении сада в условиях Египта. [Текст]/ Голованов А.И., Абдель-азим М.М.// Мелиорация и водное хозяйство: научно- практический журнал. - М., 2009, двухмесячник,- ISSN 0235-2524. № 3 С.24-25

3. Абдель-азим М.М. Исследования влияния предполивной влажности на размер оросительной нормы сада в условиях Египта. [Текст]/Голованов А.И., Абдель-азим М.М.// Мелиорация и водное хозяйство: научно- практический журнал. - М., 2009, двухмесячник, - ISSN 0235-2524. №6С.48-49

4. Абдель-азим М.М. Evaluation the Irrigation Rate in Drip Irrigation and Identify Standards Irrigation in Terms of Egypt. [Текст] /Голованов А.И., Абдель-азим М.М.// The First International Conference «Economists and Management of Water in Arab World and Africa» 2009 Assiut University, Egypt. C. 223-229

5. Абдель-азим М.М. Влияние капельного орошения садовых культур на прилегающие земли в условиях Египта. [Текст]/ Голованов А.И., Абдель-азим М.М.// Мелиорация и водное хозяйство: научно- практический журнал. - М., 2010, двухмесячник. - ISSN 0235-2524. № 2 (в печати)

6. Абдель-азим М.М. Creation New Model of Drip Irrigation for Egyptian Conditions. [Текст]/ Голованов А.И., Абдель-азим М.М.// Материалы международной научно-практической конференции «Водное хозяйство - состояние и перспективы развития» г. Ровно, Национальный университет водного хозяйства и природопользова-; ния, 2010. (в печати)

Подписано в печать «_»_2010 г. Формат 60x84 /16

Т.-100 экз. Объем 23/16= 1,4 учетный издательский лист. Заказ № /¿3

Отпечатано в лаборатории множительной техники ФГОУ ВПО МГУП.

У

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Махмуд Мохамед Али Абдель Азим

Общая характеристика работы.

Глава 1. Географический очерк Египта и существующие способы орошения.

1.1. Географический очерк Египта.

1.2. Население.

1.3. Природные условия.

1.3.1. Рельеф местности и геология.

1.3.2. Почвы, растительность и животный мир.

1.3.3. Климат.

1.3.4. Возделываемые культуры.

1.3.5. Водные ресурсы и оросительные системы Египта.

1.4. Экономика, Географическая дифференциация хозяйственной Деятельности.

1.5. Древняя система орошения в Египте.

1.6. Существующие способы орошения.

Глава 2. Расчет и моделирование капельного орошения.

2.1. Существующие методики расчета (обзор).

2.2. Цель создания модели, требования к ней.

2.3. Модель капельного орошения применительно к условиям

Египта.

2.4. Обустройство модели.

2.5. Существующие способы определения суммарного Водопотребления.

2.6. Оценка применимости некоторых методов оценки потенциального суммарного испарения в условиях Египта.

2.7. Оценка способа расчета оросительных норм при капельном орошении сада в условиях Египта.

Глава 3. Исследования влияния предполивной влажности на размер оросительной нормы сада в условиях Египта.

Глава 4. Влияние капельного орошения садовых культур на прилегающие земли в условиях Египта.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Совершенствование методов расчета капельного орошения плодовых культур в условиях Египта"

Цель работы: обосновать уточненные способы расчета режима орошения с учетом специфики условий Египта и агробиологических свойств плодовых деревьев, обеспечивающие экономию водных ресурсов, охарактеризовать статьи водного баланса, существенно влияющие на расходование влаги. Задачи работы:

• оценить применимость различных способов оценки потенциальной эвапотранспирации (суммарного испарения);

• разработать двумерную математическую модель формирования водного режима почв при характерном для Египта способе капельного орошения плодовых культур, заключающемся в сплошном увлажнении узкой траншеи шириной порядка 1 метра, где расположена основная масса корней; проверить эту модель имеющимся полевым экспериментом;

• исследовать предполивную влажность почвы в траншее, формирующую в основном величину оросительных норм; оценить изменение продуктивности растений; показать необходимость увлажнения корнеобитаемого объема почвы во вне вегетационный период, поддерживающего жизнедеятельность плодовых деревьев;

• оценить величину и направление горизонтального влагообмена между увлажняемой траншеей и прилегающей почвой междурядий, влияющего на размер оросительных норм.

Исследования проводились на основании анализа природных условий Египта, производственного опыта, математического моделирования, статистического анализа результатов.

Научная новизна работы:

• выявлены наиболее подходящие к условиям Египта способы оценки потенциального суммарного испарения в зависимости от местоположения метеопунктов относительно побережья Средиземного моря; для ряда метеостанций применима формула Н.И. Иванова (приморская зона), для пустынной зоны — метод Блейни и Криддла и стандартный метод ФАО РАД;

• на основании разработок кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП предложен и верифицирован вариант модели двумерного влагопере-носа при специфическом (траншейном) капельном увлажнении;

• исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62.0,65 ППВ; во вневегетационный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ;

• исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период; показано, что направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

На защиту выносятся:

• результаты моделирования влагопереноса при капельном орошении в условиях Египта; размеры оросительных норм при траншейном капельном орошении;

• результаты исследования рациональной предполивной влажности в период вегетации и во вневегетационный период для плодовых культур;

• объемы бокового оттока влаги в междурядья в зависимости от предполивной влажности.

Практическое значение и реализация работы:

• результаты исследований позволяют принимать научно-обоснованные решения при оценке рациональности и продуктивности орошения плодовых культур в условиях Египта;

• получать разумные урожаи плодов и фруктов при экономном расходовании поливной воды;

• поддерживать жизнедеятельность плодовых культур в засушливый вневегетационный период.

Достоверность результатов основана на: детальном учете природных условий орошаемых земель Египта; использовании современных разработок в области влагопереноса при орошении, использовании практического опыта орошаемого садоводства, статистической обработке экспериментов.

Апробация результатов исследований и публикации.

Основные методические положения и полученные результаты докладывались и обсуждались на научно-технических ком^е^к^Ч" (МГУП-2008, 2009 гг.); на Международной конференции молодых учёных-мелиораторов 24 сентября 2009г. Коломне, (ВНИИ «Радуга»); the First International Conference on: Economists and Management of Water in Arab World and Africa 18-19 November, 2009 Assiut. Egypt; на международной научной конференции "Водное хозяйство - состояние и перспективы развития", 15-16 апреля 2010 года в Национальном университете водного хозяйства и природопользования, г. Ровно (Украина).

Благодарность

Хочу выразить благодарность моему руководителю, д.т.н., профессору Александру Ивановичу Голованову за его помощь в работе над диссертацией, поблагодарить всех профессоров кафедры Мелиорации и рекультивации земель, лично Сергея Алексеевича Максимова. А так же сказать большое спасибо моей семье за поддержку.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Махмуд Мохамед Али Абдель Азим

Общие выводы и предложения

1. Проанализированы природные условия Египта, показана необходимость исследования и внедрения в практику ирригации прогрессивных водо-сберегающих и природосохраняющих технологий полива, в частности, капельного орошения плодовых культур.

2. Обобщены данные по погодным условиям 12 метеостанций, выполнен сравнительный статистический анализ результатов по 9 распространенным в мире способам расчетов потенциального суммарного испарения (эвапотранспи-рации), для условий Египта наиболее подходящими являются формула Н.И. Иванова (для приморской зоны), стандартный метод ФАО РАД и метод Блейни и Криддла (для пустынной зоны).

3. Обобщены многолетние данные практического использования капельного орошения садовых культур (персика, яблока, винограда, цитруса, манго) в климатических условиях метеостанций Бехера, Гиза, Исмаила, Фаем, Вади; анализировались средние за 10 лет значения относительной урожайности и размеры оросительной нормы в м /феддан нетто.

4. Эти данные были использованы для верификации уточненной модели капельного орошения, основанной на описании двумерного влагопереноса в увлажняемой траншее и на прилегающей территории; получено удовлетворительная сходимость опыта и моделирования. В модели реализован применяемый в практике орошаемого садоводства Египта способ сплошного капельного полива почвы в траншее, где сосредоточена основная масса корней (ширина траншеи 1 м . глубина около 1 м).

5. Исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62.0,65 111 IB, которое обеспечивает получение около 85 % урожайности и сокращение оросительной нормы примерно на 40%, что и имеет место на практике; во вневегетационный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ;

6. Исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период; показано, что направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Махмуд Мохамед Али Абдель Азим, Москва

1. Аверьянов С.Ф. Об осушении низинных болот // Научные записки МИИВХ. Т.19., 1957.

2. Аверьянов С.Ф., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Расчет водного режима мелиорируемых земель // Гидротехника и мелиорация, 1974, № 3.

3. Айдаров И.П., Голованов А.И. Мелиоративный режим орошаемых земель и пути его улучшения Гидротехника и мелиорация, 1986, №8.

4. Айдаров И.П., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых земель (рекомендации). М.: Агро-промиздат, 1990.

5. Алексашенко А.А. Влагоперенос в полуограниченном теле при переменной скорости капиллярного движения. Сб. Математические методы и применение ЭВМ в мелиорации и водном хозяйстве. Тр. ВНИНГИМ, Т.53.М.1972.

6. Алпатьев С. М. Поливные режимы при капельном и капельно-инъекционном орошении. Гидротехника и мелиорация 1981.№6.

7. Арабская Республика Египет. Справочник. М., 1990.

8. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат,1948.

9. Багров М. Н., Кружилин И. П., Сельскохозяйственная мелиорация, М., 1985.

10. Беляев И.П., Примаков Е.М. Египет: время президента Насера. М., 1981.

11. Богушевский А.А., Шабанов В.В. Исследования по комплексным мелиора-циям в проблемной лаборатории МГМИ (1972-1982 гг.). Сборник трудов.-"Теория и практика комплексного мелиоративного регулирования".- М.: МГМИ, 1983.

12. Болцату И.Н. Исследование закономерностей передвижения воды в почве при капельном орошении садов в условиях Молдавии. Автореферат дисс. канд. техн. наук 1979.

13. Борисенков Е.ГГ. Естественные и антропогенные факторы изменения климата. // Теория и методы управления водными ресурсами. — М.: Наука, 1982.

14. Будаговский А.И. Водопотребление растений и его связь с гидроклиматическими факторами. М.: Наука, 1960.

15. Голованов А.И. Мелиорация ландшафтов. Мелиорация и водное хозяйство, 1993, №3.

16. Голованов А.И. Оптимизация режимов орошения черноземов. Почвоведение, 1993, №6.

17. Голованов А.И. Расчет впитывания влаги в почву при неглубоких грунтовых водах. Тр. МГМИ, том 65, М., 1981.

18. Голованов А.И., Кузнецов Е. В., Основы капельного орошения (теория и примеры расчетов). Краснодар: КГАУ, 1996.

19. Голованов А.И., Новиков О.С. Математическая модель переноса влаги и растворов солей в почвогрунтах на орошаемых землях. Труды МГМИ. 1974.Т.З 6 .с.87-95.

20. Губер К.В. Технологические способы реконструкции внутрихозяйственных оросительных систем. /Губер К.В., Губин В.К., Канардов В.И., Лямперт Г.П., Храбров М.Ю.// Вопросы мелиорации, ЦНТИ "Мелиоводинформ", 19996. №1,2. 30 с.

21. Губер К.В., Гидромелиоративные системы с замкнутым циклом водооборо-та. /Губер К.В., Храбров М.Ю. // Защитное лесоразведение и мелиорация земель. 1999а. Волгоград. 191-197 с.

22. Данильченко А.Н. Влияние глубины залегания грунтовых вод на режим орошения и урожайность кукурузы. // Мелиорация и водное хозяйство. -2002. № 5.

23. Зайдельман Ф.Р., Скрынникова И.Н., Чумичева Г.Д., Никифорова А.С., Морозова Е.Ю. Почвенно-мелиоративные условия // Почвенно-геологические условия Нечерноземья. -М.: МГУ, 1984.

24. Иванов, Н. Н. Карта испаряемости равнинной части СССР Тр. ЛГУЛ 1959 Серия географическая наук 13.

25. Кац Д.М., Пашковский И.С. Мелиоративная гидрогеология. М.: Агро-промиздат, 1988.

26. Кирейчева Л.В., Решеткина Н.М. Концепция создания устойчивых мелиорированных агроландшафтов. М.: ВНИИГиМ, 1997.

27. Колосков П.И. Вопросы агроклиматического районирования СССР. // Труды НИИАК. М., 1958. Вып. 6.

28. Константинов А.Р. Испарение в природе. Л.: Гидрометеоиздат. 1968

29. Костяков А. Н., Основы мелиорации, 6 изд., М., 1960; его же. Избранные труды (по мелиорации., т. 1—2, М., 1960.

30. Костяков А.Н. К динамике коэффициента впитывания воды в почву и необходимость динамического подхода в целях мелиорации // Почвоведение, 1932, №3.

31. Ландшафтоведение. Учебник. / Под ред. А.И. Голованова. М.: Колос, 2005.

32. Манукьян Д.А., Галибин Н.С. Изучение процессов солепереноса с помощью радиоиндикационных методов // «Коллекторно-дренажные системы в аридной зоне». М., ВНИИГиМ, 1986.

33. Мессахел Мекки. Поргноз водно-солевого режима почв при орошении садов на примере Молдавии. Автореф. дис.к.т.н. М.1983.

34. Нестерова Г.С., Зонн И.С. Капельное орошение. Обзорная информация ВНИИТЭИСХМ. 1973.

35. Никитенков Б.Ф, Моделирование и модельный эксперимент в сельскохозяйственных мелиорациях. // Методы полевых исследований по осушительным мелиорациям / ВАСХН, М.: 1983.

36. Основы природообустройства. Учебник / Под ред. А.И. Голованова. М.: Колос, 2001.

37. Отчет о почвенно- мелиоративных изысканиях проекта опытно-производственной системы капельного орошения высокоинтенсивного сада на плошади 160 га в базовом хозяйстве УКРНИИГИМ к-з им. В.И. Ленина. Крымский филиал УКРГИПРОВОДХОЗА. 1977.

38. Отчет по теме «Разработка и уточнение прогнозных расчетов процессов засоления почв при капельном орошении» Отв. Исп. А.И: Голованов. Архив НИСМГМИ.М. 1991.

39. Пенман X.JI. Физические основы контроля испарения. // Бюллетень научно-технической информации по агрономической физике. — 1956. №1.

40. Плюснин И.И., Голованов АИ. Мелиоративное почвоведение. М. Ко-лос.1983.

41. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. ГИТТЛ, М., 1952.45. практика мелиорации. Труды ВНИИГиМ. Том 75. М. 1989.

42. Природообустройство (под ред. А.И. Голованова)-М. КолосС, 2008,- 552 с.

43. Результаты поездки министров водного хозяйства членов МКВК в Египет в сентябре 1996г.

44. Ромашенко М.И. Исследование влагопереноса с целью регулирования режима орошения садов. Автореферат дисс. к.т.н. Киев. 1981.

45. Сейрашгн Б.Г. Египет. В кн.: «Новейшая история арабских стран Африки». 1917-1987. М., 1990.

46. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Учебник / Под ред. Маркова Е.С. М.: Колос, 1981.

47. Храбров М.Ю. Совершенствование систем микроорошения. /Храбров М.Ю.// Мелиорация и водное хозяйство. Сборник научных трудов. Новочеркасск. Выпуск 1. 2003г.

48. Храбров М.Ю. Технология малообъемного орошения. /Храбров М.Ю.// Мелиорация и водное хозяйство. 2000. №4.

49. Храбров М.Ю. Особенности расчета распространения влаги в почве при капельном орошении. /Храбров М.Ю. // Вопросы мелиорации. М.1997.

50. Храбров М.Ю. Расчет распространения влаги в почве при капельном орошении. /Храбров М.Ю. // Мелиорация и водное хозяйство. 1999. №4.

51. Шабанов В.В. Влагообеспеченность яровой пшеницы и ее расчет.- JL: Гид-рометеоиздат, 1981.

52. Шеин Е.В. Курс физики почв. Учебник М.: Изд-во МГУ, 2005

53. Шуравилин А.В. Мелиорация. М.: Экмос, 2006.

54. Abou-Zeid, S. and Ibrahim, A. (1998): "Data acquisition and remote control decision support system for water resources management", Proc. of the joint Egyptian-Syrian Workshop, Damascus, Syria.

55. Ahmed, O.M. 1997. A study on available alternative in planning of a trickle irrigation network. M.Sc. Thesis. Agricultural Mechanization Dept., Fac. of Agric., Ain Shams Univ.

56. Allen, R.G. and Pruitt, W.O., 1986. Rational use of the FAO Blaney-Criddle formula. J. Irri. Drain. Eng. Div., 122 (2), 139-155.

57. Allen, R.G., 1996. Assessing integrity of weather data for reference evapotranspi-ration estimation. J. Irri. Drain. Eng., 122 (2), 97-106.

58. Allen, R.G.; Pereira, L.S.; Raes, D. and Smith, M., 1998. Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, Rome, Italy. 300.

59. Awady, M.N.; and O.M. Ahmed. 1996. Planning trickle irrigation systems by computer aid 4thConf. Of MSAE 13 (4): 87-104.

60. Bijuet, A. G. ; Reddy, B. R. S.; Raghuwanshi, N. S. and Wallender, W. W., 2002. Decision support system for estimating reference evapotranspiration. J. Irri. Drain. Eng., 128(1),1-10.

61. Blaney H.F., Criddle W.D. Determining water requirements in irrigated areas from climatologically and irrigation data U.S.D.A S.C.S. — TR. 96, Washington, D.C., 1950.

62. Brant A. et al. Infiltration from a trickle sourse. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. v 35.1971.

63. Breasler E. et al. Infiltration from a trickle source 2. Experimental data and theoretical predictions. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. v 35.1971.

64. CNCID (2004): Chinese National Consultation on Country Policy Support Programme (CPSP), Beijing, China.

65. Coelho, F.E.; and D.Or .1999. Root distribution and water uptake patterns of corn under surface and subsurface drip irrigation. Plant and Soil. 206: 126-136.

66. Doorenbos, J. and Pruitt, W.O., 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 24, FAO, Rome, Italy. 144.

67. EL-Nesr, M.N.B. 1999. Computer aided design and planning of trickle irrigation systems. M.Sc. Thesis. Agree. Eng. Dept. Fac. of Agree., Alex. Univ.

68. FAO. 2000. Crops and Drops: making the best use of land and water. Advance edition. Rome.

69. Frevert, D.K.; Hill, R.W. and Braaten, B.C., 1983. Estimation of FAO evapo-transpiration coefficients. J. Irri. and Drain. Eng., ASCE, 109 (2): 265-270.

70. Georgakakos, A.P., Yao, H., Yu, Y. (1995): Adecision support system for the High Aswan Dam, Ministry of Public Works and Water Resources/F AO/US AID,

71. Ghadekar, S.R.; Pati, V.P.; and Y.M. Choudhari. 1990. Comparative studies of the various climatological methods for potential evapotranspiration prediction and seasonal variations of PAN/ETp in subhumid regions.

72. Hargreaves, G. H. and Samani, Z. A., 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Eng., in Agric., 1(2): 96-99.

73. Hassan, M.E., Fahmy, B.S., and Attia, B.B. (1999):"The decision support system for the Nile River", Proc. 7th.

74. Heerman, D.F.; Martin, D.L.; Jackson, R.D. and E.C. Slegman. 1990. Irrigation scheduling control and techniques. CSSA SSSA. 677 soth seqoe rood, madiso, Wi 53711. USA. Irrigation of agriculture crops-Agronomy Monograph No. 30.

75. Irmak, S. Irmak, A., Allen, R. G. and Jones, J.W., 2003. Solar and net radiation-based equations to estimate reference evapotranspiration in humid climate. J. Irri. Drain. Eng., 129 (5), 336-346.

76. Jensen, M.E. and Haise, H.R., 1963. Estimating evapotranspiration from solar ra-dia.

77. Jensen, M.E.; Burman, R.D. and Allen, R.G., 1990. Evapotranspiration and irrigation water requirements. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practices No.70, Am. Soc. Civil Engrs., NY, U.S.A.:360 pp.

78. Jensen, M.E.; Robb, D. C. N. and Franzoy, С. E., 1970. Scheduling irrigation using climate-crop-soil data. J. Irri. Drain. Eng., 96(1) 25-38.

79. Kotsopoulos S.; and C. Babajimopoulos. 1997. Analytical estimation of modified Penman equation parameters. J. Irrig. and Drain. Eng. ASCE, 123(4), 253 -256.

80. Master Water Plan Project (1984): The operational distribution model, Tech. Rep. No. 26, Ministry oflrrigation, UNDP, IBRD, Cairo, Egypt.

81. MichaloPoulou, H.; and G. Papaioannou. 1991. Reference crop evapotranspiration over Greece. Agric. water management 20 (3): 209 21.

82. Middleton J.T. Proebsting E.L. Roberts S. Apple Orchard Irrigation by Trickle Sprinkler. Transaction of the ASAE.22.1979.

83. Mohan, S. 1991. Intercomparison of evapotranspiration estimates. Hydrological Sciences journal. 36(5): 447 460.

84. Moliterno, P.F.; and B.T. Foley. 1985. Optimized drip irrigation design costs and benefits. Drip/Trickle irrigation in action, proceeding of the third international Drip/ Trickle Irrig. Congress (1): 35- 40.

85. Morad, M.M.; and M.A, Arnaout. 1992. A study on some hydraulic characteristics of trickle irrigation lateral lines. Misr J. Ag. Eng., 9(1): 23-31.

86. Morcos, M.A.; Bader, A.E.; El-Ebady, F.G.; and M.A. Kassem. 1993. Soil modeling and mathematical analysis for relating the engineering affecting factors with soil moisture distribution and tension under drip irrigation. Misr J. Ag. Eng., 10(4): 842.

87. Nile Basin Initiative. 1998. Nile River Basin Action Plan Review: Towards a Priority Action Plan. Revised Draft Report, February 1998.

88. Parmele,L. H. and McGuinness, J. L., 1974. Comparison of measured and estimated daily potential evapotranspiration in a humid region. J. Hydrology. 22 (1974), 239-251.

89. Penman, H.L., 1948. Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Proc. R. Soc. London, Ser. A, 193, 120-146.

90. Phocaides, A. 2001. Handbook on pressurized irrigation techniques. Food and Agriculture organization of the united nations. Roma, Italy.

91. Priestley, С. H. B. and Taylor, R. J., 1972. On the assessment of surface heat flux and evaporation using large scale parameters. Mon. Weath. Rev., 100: 81-92.

92. Reddy, K.Y.; Tiwari, K.N.; and V. Ravindra. 2000. Hydraulic analysis of trickle irrigation system for economic design. International Agricultural engineering Journal, 9(2): 81-95.

93. Reichrt, J. 1990. The comparison of some method of evapotranspiration calculation Vedecke-Prace-ustavu-Zavlahoveho-Hospodars tava.No.19,183-192.CF.Soils and Fertilizers 1992,55-9148.

94. Sage, A.P. (1991): Decision support systems engineering, John Wiley and Sons, Inc., New York, USA.

95. Smith, M., Allen. R.G.; Montieth, J.L.; Perrier, A.; Pereira, L. and Segeren, A., 1991. Report of the expert consultation on revision on procedures for revision of (FAO) guideline prediction of crop water requirements. Rep.,UN-FAO, Rome, Italy.

96. Turc, L., 1961. Estimation of irrigation water requirements, potential evapo-transpiration: A simple climatic formula evolved up to date. Ann. Argon. 12, 1314.

97. World Bank. 1990. Population Growth, Wood Fuels, and Resource Problems in Sub-Saharan Africa. Industry and Energy Department Working Paper. Energy Series Paper No. 26. Washington DC.