Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование технологии и технических средств микроорошения сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии и технических средств микроорошения сельскохозяйственных культур"

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 2ЯА.ЧЕНИ НАУЧНО- !!СС.ТЕЛОВЛТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И МЕЛИСРАЩЯ Ж А. Н. ХССТЖОВА (ЗНИКГиМ)

ЖК 631.57:531.4: ЕЭС: 627.31

" г 11 Г.

; ; У с/ к 1

На правах рукописи

Р О М А Щ Е Н К 0 Михаил Иванович

С ОВЕРШЕНСТВ ОВ ЙНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МИКРОСРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ К Н Л Ь Т Н Р

Специальность 06.01.02 - Сельсксхозяистзенная .'¿елиорашга

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на ссисклние ученой степени доктора технических наук

:*)сгаа - 1555

Работа заполнена з Институте гидротехники и мелиорации

Украинской академии аграрных наук.

Научные консультанты : академик УЛАН, доктор технических N

профессор КОВАЛЕНКО П.И., доктор сельскохозяйственных наук, профессор СЕМА'Л Д.П.

Официальные оппоненты: академик РАСХИ, доктор технических" i

профессор ГРИГОРОВ М.С., доктор технических наук, профессор КАЗАКОВ B.C. доктор сельскохозяйственных наук, профессор СНЕГОВОЙ B.C.

Ведущая организация : Г0СВ0ДХ03 УКРАИНЫ

Защита диссертации состоится 21 декабря 1995 г. а 10 час на заседании диссертационного совета Д099.05.01 зо Всерос сийском научно-исследовательском институте гидротехники и ме лиорздин им.А.Н.КОСТИКОВА по адресу: 127550, г.Москва ул.Б.Академическая 44

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

И.О.Лапидовская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Обеспеченность населенна как Украины, так и других стран СНГ, виноградом, плодами, ягодами, овощами и продуктами их переработки в настоящее время не соответствует научно-обоснованным нормам их потребления.Так, среднегодовое за период 1986-1990 г.г. производство плодов и ягод в расчете на душу населения в Украине составляло 51 кг, а уровень их потребления 46-46 кг, или 57% от научно-обоснованных норм. В 1991- 1993 годах эти показатели снизились до 39 и 35 кг соответственно. Аналогичная ситуация по винограду и оводам. Поэтому задача наращивания их производства относится к числу приоритетных в развитии аграрного сектора Украины, а ее решение предусматривается осуществить за счет интенсификации соответствующих отраслей без увеличения площади насаждений. При этом наиболее перспективными регионами для создания интенсивных высокопродуктивных насаждений является юг Украины, где главным фактором, который находится в минимуме и лимитирует использование растениями других факторов их кизнедеятельности, является вода. Поэтому интенсификация садоводства, виноградарства и овощеводства здесь возможна только при условии оро-иения насаждений. Подтверждением этому служит то, что орошаемые сады, ягодники и виноградники, занимая 19% (110 тыс.га) от общей площади этих насаждений в общественном секторе Украины, дают около 35% валового сбора плодов, ягод и винограда.

В условиях постоянно возрастающего дефицита водных, энергетических и других видов минеральных ресурсов, как свидетельствует мировой и отечественный опыт, с учетом агротехнических условий возделывания винограда, плодовых, ягодных овощных, бахчевых и других видов пропашных культур, наибольшую перспективу для их полива имеют технологии и способы орошения, которые обеспечивают возможность подачи поливной воды с растворенными в ней питательными веществами и микроэлементами непосредственно в зону питания каждого растения. К их числу относится капельное орошение, подкрсн'эвое" и надкроновое микродоздевание или их комбинация друг с другом в различных сочетаниях, внутрипочвенное орошение, объединяемые общим названием - микроорошение.

Способы микроорошения получили широкое развитие /более 1 млн. га/ во многих странах мира /США, Израиль, Италия, Австралия, Куба и др./. Однако в Украине /около 7 тыс.га/, а также в большинстве стран СНГ /около 8 тыс.га/ из-эа незавершенности научных разработок технологии микроорошения основных, наиболее восприимчивых к указанным способам полива, сельскохозяйственных культур, несовершенства конструкции и низкой надежности освоенных, как правило, в опытном производстве,

технологических средств микроорошения, объемы использования этих прогрессивных способов полива ие отвечали потенциальной потребности для решения задач интенсификации садоводства, ягодничества и виноградарства.

В свяаи со строительством вавода "СИЗАКОР", мощности которого позволяют обеспечить ежегодный выпуск изделий и узлов систем микроорошения (СМО) для их строительства на площади 16-1? тыс. га и с учетом потребности в оснащении этими системами насаждений плодовоягодных культур и винограда, которая определена для Украины на период до 2005 года в объеме 44500 га, задача дальнейшего совершенствования технологий и технических средств микроорошения с целью научного обеспечения процессов их производства и внедрения стала особенно актуальной. Последним и обусловлена постановка исследований по теме диссертационной работы.

Работа выполнялась в соответствии с заданиями ГКНГ СССР О.Ц. 034.01.04. "Создать и внедрить автоматизированные системы капельного орошения для садов и виноградников, в том числе для земель со сложным рельефом и острым дифицитом водных ресурсов", Минводхоза СССР 0.08.16 "Соэдать новые, усовершенствовать и внедрить существующие технологии и технические средства систем микроорошения винограда, плодово-ягодных и овощных культур в условиях открытого и закрытого грунта", и Украинской Академии Аграрных наук 1.04 "Разработать и внедрить технологии и технические средства микроорошения интенсивных насаждений плодово-ягодных культур и винограда ка малопродуктивных землях, овощных и бахчевых культур в открытом грунте". Автор является научным руководителем работ по двум последним ваданиям,

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Теоретическое и экспериментальное обоснование совершенствования технологий и конструкций систем микроорошения, методов их расчета, разработка и освоение в производстве технических средств, обеспечивающих экологически безопасную реализацию технологий микроорошения интенсивных насаждений винограда, плодово-ягодных, овощных, бахчевых и других видов пропашных культур в различных условиях их выращивания, экономию водных /от 30-50% до 2-3 раз/, энергетических /на 40-70Х/ и материальных /на 15-£0%/ ресурсов.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ;

- разработка методики и изучение закономерностей формирования водного режима почвогрунтов, водопотребления сельскохозяйственных культур при микроорошении, как основы обоснования параметров технологии и конструкций технических средств и СМО;

- разработка математических моделей и методов расчета и прогнозиро-

аюя водносолевого режима почвогрунтов, дефицита водопотребления, зектных и эксплуатационных режимов орошения;

изучение и оценка влияния микроорошевия различной ародолжитеяьноо-и интенсивности на свойства почвогруктов; оценка и совершенствование методов расчета конструкций СМО; изучение влияния качества поливной воды на работоспособность мик-юдовыпусков, разработка алгоритма и методики выбора технологичес-: схем и технических средств водоподготовки для СМО; разработка технических средств, принципиальных схем и конструкций ) различных сельскохозяйственных культур с учетом разнообразия поч-[но-климатичесгаш и хозяйственных условий их применения. ЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Исследования особенностей формирования вод-V и солевого режимов почвогрунтов, водопотребления сельскохозяйс-иных кудмур, параметров режимов, микроорошения выполнены в полевых гофакторных стационарных опытах о использованием традиционных ме-оз исследований, а такие с помощью специально разработанной автометодики основанной на теории потенциала почвенной влаги, сследование показателей качества и назначение технических средств роорошения проведены о использованием стандартных методик о учетом работанных автором их перечня и базовых значений. Использованы же теоретические методы исследований на математических моделях для еделения параметров зон увлажнения и иссушения почвогруктов при альном характере их увлажнения.

бработка результатов палевых и лабораторных исследований, данных тационного моделирования выполнена о применением методов математикой статистики, теории вероятности и корреляционного анализа на и.

ВЪЕКТЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. Экспериметнапьные иссле-ания выполнялись ка 10 опытно-производственных участках (ОПУ), роектированных и построенных в различных хозяйствах Автономной зу блики Крым, Херсонской, Запорожской и Киевской областях, микроо-гния разных сельскохозяйственных культур: винограда /столовые и зические сорта/, плодовых /яблоня, груша, персик/, ягодных /сморо-I, малина, земляника/, овощных /огурец, томат/, бахчевых /ар-(дыня/ культур и арахиса.

^следования проведены на различных по механическому составу /суг-ш, пески и супеси, щебнистые грунты/ почвогрунтах в годы разной зпеченнооти осадками /от оухих до влажных/.

и поливов на системах использовалась вода открытых /р. Днепр, ¡гулец, водохранилища Крыма/ и подземных источников.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА!

- теоретически и экспериментально обоснованы параметры технологи! микроорошения различных видов сельскохозяйственных культур для разню почвенно-климатических условий их возделывания;

- экспериментально на основе разработанной методики установлены закономерности водопотребления сельскохозяйственных культур по фазам I периодам их развития, предложена методика расчета дефицита водопотребления и проектных режимов орошения;

- установлены закономерности формирования водного режима почвогрун-тов при локальном характере их увлажнения, экспериментально и методами математического моделирования о использованием предложенной математической модели массопереноса для различных пар "сельхозкульту-ра-почпогрунт" определены предельные параметры вон увлажнения по фазам и периодам роста и развития растении, установлены зависимости дл* определения размеров этих зон;

- экспериментально установлены зависимости "ВОДА-УРОЖАЙ" для различных видов сельскохозяйственных культур, теоретически обоснованы экономически и технически целесообразные значения коэффициентов вариация раоходов микроводоаылусков и равномерности водоподачи на СМО;

- установлены зависимости работоспособности микроводовыпусков от качества поливной воды, предложен алгоритм выбора технологических схек и технических оредотв водоподготовки для СМО;

- экспериментально доказано, что в условиях, где микроорошение является дополнительным источником водоснабжения растений, наиболее целесообразной является конструкция оиотем микроорошения с установкой микроводовыпуска непосредственно у штамба растения;

- предложены новые конструкции систем и технических средств микроорошения, обеспечивающие повышение надежности их эксплуатации и возможность расширения области использования СМО, защищенные 6 авторскими свидедельствами.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ; ■

- параметры технологий микроорошения различных видов сельскохозяйственных культур для разных почвенно-климатических условий Украины, конструкции систем и технических средств микроорошения;

- методики изучения и закономерности водопотребления сельскохозяйственных культур при микроорошении, расчета дефицита водопотребления, проектных и эксплуатационных режимов орошения;

- математическая модель массопереноса при микроорошении, зависимости для определения размеров зон увлажнения;

- зависимости "ВОДА-УРОЖАЙ" для различных видов сельскохозяйственных

- Б -

су ль тур при микроорошении;

- методики расчета CMQ о учетом равномерности водолодачи и самопро-швного расходо микроводовыпусков;

- алгоритмы выбора технологических схем и технических средств водо-гадготовки и автоматизированного управления водораспределением на ЗМО;

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМИСТЬ РАБОТЫ. Разработанные методики расчета про-íkthhx режимов орошения, поливкой сети о учетом промывного расхода и завномернооги водоподачи позволяют на стадии проектирования обосно-зать рациональные параметры технологии полива и конструкции СМО для IX реализации.

Разработанный и освоенный в серийном производстве комплекс техни-¡еских средств /микроводовыпуски, детали соединительные разъемных и ¡ераеъемных конструкций для соединения полиэтиленовых груб диаметрами .6-160 мм, средств очистки воды, запорнорегулирующей и предохранительной арматуры/ позволяет создавать СМО стационарного, сезоино-ста-щокарного и сезонного действия с размещением сети поливных труВопра-юдов над поверхностью почвы, на почве и под почвенным слоем для по-шва насаждений плодовоягодкых, овощных, бахчевых и других пропашных су ль тур, винограда и арахиса на участках яобой конфигурации и площа-!И, в том числе оо сложным рельефом, а такие в условиях фермерских :озяйств, на приусадебных и садово-огородных участках, при заборе вода из поверхностных и подземных водоисточников.

Разработанные и освоенные в производстве технические средства меха-швации строительства /безтраншейный укладчик поливных трубопроводов, 'стройотво для резки, торцовки и сварки полиэтиленовых труб диаметром ,8-160 мм/ обеспечивают повышение производительности труда на 15-ЗОХ.

Обоснованная и реализованная в производстве возможность использова-гая а качестве поливных трубопроводов полиэтиленовых тонкостенных ме-шоративных труб /ТУЗЗ-1018946-020-92/ диаметром 16, 20, 25 мм взамен шалогичного диаметра по ГОСТ 18599-83 обеспечивает экономию полиэти-19на от 100 до 2Б0 кг на 1 га СМО или' на 10-15Х.

На основе выполненного комплекса исследований и разработок в Украи-ге создана научно-методическая и производственная база, обеспечиваю-1/ЗЯ удовлетворение потребностей Украины в СМО, а также поставку их на жспорт.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы использованы при составлении .4 наименований нормативно-методической и справочной документации, 'твержденной и введенной в действие решениями научно-технических сортов различных уровней Минводхозов СССР, УССР, МССР, ВО "Союзводпро-

ект", Минсельхозпрода Украины.

Технические решения использованы при разработке конотрукторокой и технологической документации на технические средства микроорошения. По результатам работы разработано и освоено в опытно-экспериментальном, опытном и серийном производстве 30 наименований изделий, узлов, механизмов и приспособлений для СМО, механизации их строительства и эксплуатации. Производство этих изделий организовано на заводе "СИЭА-КОР", опытно-экспериментальных предприятиях ИГиМ /Крымское научно-производственное предприятие по микроорошению, СМП "ДйЕРЕЛО", Киевский и Львовский опытно-экспериментальные заводы/, Григориопольоком заводе по производству полимерных изделий, ПО "Автополив" /Республика Молдова/ и ПО "Киевский радиозавод".

Основные научно-методические и технические решения внедрены при разработке рабочих проектов СМО для полива винограда, плодово-ягодных, овощных и бахчевых культур в хозяйствах различных областей Украины, Туркменистана, Росийской федерации. Всего за период с 1986 по 1994 г.г. с использованием разработок автора созданы проекты и осуществлено строительство СМО на общей площади свыше 3000 га.

Разработки автора вошли составной частью в Концепции развития водных мелиорации, садоводства и виноградарства и в утвержденную Постановлением Кабинета Министров Украины от 4 преля 1994 года N.£20 "Государственную программу восстановления садоводства, виноградарства и винодельческой промышленности Украины до 2005 года", которой предусмотрены объемы строительства СМО на площади 44500 га в период о 1996 по 2005 г.г.

Разработки отмечены двумя серебряными медалями ВДНХ УССР, демонстрировались на международных сельскохозяйственных выставках в Б.Александровне /1993-1995 г.г,/ и международной выставке в Польше /1994г./

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на ежегодных отчетных оеосиях ученного совета Института гидротехники и мелиорации, общем собрании и заседании Президиума и бюро Президиума Украинской академии аграрных наук, НТС различного уровня Минводхозов СССР, УССР и МССР, а также на более чем 20 научно-методических, научно-технических и научно-производственных конференциях, семинарах и совешэниях, в том чиоле на Международном симпозиуме и Республиканской научно-технической конференции по проблемам капельного орошения и режимов орошения /Кишинев, 1981, 1983 г.г./, Воеооюэном совещании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению /1984 г./, Республиканских конференциях и совещаниях по вопросам развития садоводства, виноградарства

'Киев, 1989, 1995 г.г.; Мелитополь, 1993 г.; Одесса, 1991 г./, Веесо-)зном семинаре "Технология возделывания садов в условиях орошения" Мелитополь, 1988 г./, Всесоюзной научной конференции по микроороше-[ии /Севастополь, 1989 г./, II и 1Y съездах Украинокого общества поч-юведов /Харьков, 19В5 г.; Херсон, 1994 г./, Мелдународных конференциях "Оросительные мелиорации-их развитие, эффективность и проблемы" 'Херсон, 1993 г./, "Современные методы исследований в агрономии" 'Умань, 1993 г./, "Воды Молдовы" /Кишинев, 1994 г./, 17-й Европейской >егиональной конференции по ирригации и дренажу /Варна, 1994 г./ и яде других.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертационной работы опубликованы | 83 печатных работах, в том числе в 14 нормативно-методических доку-1shtsx, защищены 6 авторскими свидетельствами.

- ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена в 8 гла-ах на 37?страницах машиниописного текста, содержит£~9твйхиц, 'исунков, Р приложений. Список использованной литературы включает ?0 наименований.

При работе над диссертацией использованы методологические основы аучной школы ИГиМ УААН, есгвотвенно отразившиеся на результатах исс-едований. Особую признательность и благодарность автор выражает сво-м научны!.! консультантам академику УААН, д.т.н. Коваленко П.И. и .с.-х.н. Семашу Д.П. за помощь и поддержку при постановке, выполне-ии исследований и написании диссертационной работы. Выполнению всего комплекса полевых стационарных исследований, нали-ангао и оформлении работы автор обязан своим коллегам, сотрудникам ГШ, его Крымского и Молдавского филиалов, к.т.н. Корюненко Б.Н., аяеникову А.Т., Семашу В.Д., к.г.-м.н. Муромцеву H.H., к.с.-х.н. торчоусу В.Н., Панасенко И.Н. , Семашу 0.Д., сотрудникам Сикану .Ф., Драгомирецкому И.В., Тененбауму И.Л., Мвлярчуку C.B., Худайку-овуТ.И., Евтушенко Л.И., Войтович Е. К., Завирюхе Н.И,, Агаповой .А. и другим,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1.СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ РАСЧЕТА, КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МИКРООРОШЕНИЯ, ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Способы микроорошения являются относительно новыми способами поли-з, совершенствованию которых в последние годы уделяется значительное

внимание во многих странах мира. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что около 40% доступных для анализа литературных и патентных источников, посвященных разработке техники и технологии орошения, в той или иной мере касаются проблем микроорошения.

На основе выполненного анализа этих источников выявлено следующее.

Разразившийся в 70-е годы мировой экономический кризис, обусловивший усиление в мировом экономическом хозяйстве развитие тенденции на создание энерго- и ресурсо-сберегаадих технологий и производств, способствовал ускорению разработок и использований в практике способов микроорошения, которые благодаря главным своим технологическим особенностям* возможности дозированной подачи поливной воды /а при необходимости и растворенных в ней питательных веществ, микроэлементов, средств борьбы с вредителями и сорняками, химмелиорантов/, а также локальному, как правило, характеру увлажнения почвогрунтов, наиболее полно, по сравнению с традиционными способами полива, отвечают требованиям ресурсосбережения и экологической безопасности орошения. Совокупность отмеченных факторов обусловила то, что за 10 дет /с 1872 г. по 1982 г./ согласно данным'Международного конгресса по ирригации и дренажу /МКЗД/ площадь земель, поливаемых способами микроорошения, увеличилась более чем в 6 раз и достигла 417 тыс. га. Высокие темпы строительства СМО сохранились и в последующие годы. Экспертная оценка данных литературных источников позволяет о достаточна высокой степенью вероятности утверждать, что к началу 1995 года в мкре СМО поливалось около 1 млн. га земель.

Процесс массового промышленного использования микроорошения характеризуется также расширением сферы его приминения . Если первоначально микроорошение использовалось главным образом для орошения прежде всего плодово-ягодных культур и винограда в условиях дефицита водных ресурсов и /или/ при низком их качестве, на участках со сложным рельефом, где другие способы полива практически не применимы, то в последующем микроорошение все шире стало использоваться для полива пропашных культур в условиях открытого грунта, всех видов сельскохозяйственных культур в закрытом грунте, на приусадебных, садово-огородных участках, а также декоративных растений, куотарников, газонов при озеленении территорий в городах и других населенных пунктах. Иэ земель о преимущественно сложным рельефом микроорошение распространилось и на равнинные территории.

Естественно, что высокая потребность в использовании микроорошения, необходимость его применения для полива все большего количества сель-

скохоэяйственных культур в различных почвенно-климатических условиях их возделывания потребовали расширения комплекса исследований по вопросам разработки технологии микроорошения, создания новых конструкций технических средств и систем для реализации этих технологий, методов расчета конструкций систем и режимов микроорошения, технологий и технических средств водоподготовки для CMD, их строительства и эксплуатации.

В результате анализа исследований, выполненных учеными стран СНГ /Д.П.Семаш, С.М.Алпатьев, Б.Е.Шумаков, А.Д.Лянной, В.С.Снеговой, Г.Ю.Шейнкин, М.С.Григоров, И.П. Айдаров, А.И.Голованов, М.Г.Журба, И.П.Орел, В.И.Водяницкий, И.С.Фдюрцэ, Н.К.Нурматов, Л.В.Скрипчинская, С.в.ярошенко, А.Г.Калеников, В.Н.Корюненко, В.Н.Сторчоус, И.Н.Пана-сенко, й.В.Драгомирецкий, О.Д.Семаш, В.Д.Семаш, Н.Ф.Сикан, А.А.Федо-рец, Ф.В.Унгуряну, И.Н.Балцату, Ю.А.Скобелыдин, В.Ф.Носенко, Г.Я.Ян, И.И.Науменко, Э.В.Гершунов, Р.Д.Браверман, A.B.Новикова, О.Е.Яоониди,

A.A.Алексашенко, К.Б.Кулоз, И.В.Шевченко, В.И.Полякоз, Н.Б.Бапирсв, Т.й.Полваков, В.И.Канардов, м.Ю.Храбров, П.В.Клочке, й.С.Онищук,

B.Н.Колядич, В.Н.Олексич, А.Ч.Чарыеэ, О.Я.Дурдыев, В.Г.Мошко, А.М.Олейник, М.Д.Куиниренко, Е.С.Акопов, Т.Н.Орел, Н.Е.Надеждина А.й.Лищук, Д.О.Завадский и других, а также зарубежных стран /J.Keller, F.S.Nakajama, D.S.Harisson, S.A.Clark, A.Q.SmaJstrla, F.S.Zazue-ia, Y.Bralts, D.A.Backs, К.Solomon, J.Venneiren, G.A.Jobling, D.Kar-meli, F.Allred, A.Warrick, H.Anycji и др./, а также анализа практичес кого использования микроорешения в различных странах мира в целом, в странах СНГ и в Украине, в частности, было установлено, что целый ряд вопросов научного обоснования и эффективного использования микроорошения оставались не з полной мере разработанными.

Так, недостаточно исследованы особенности водопотребления различных сельскохозяйственных культур в условиях локального характера увлажнения почвогрунтов и, в связи с этим, не в полной мере обоснованы методы расчета режимов орошения при проектировании СМО.

Предложенные модели расчета и прогнозирования водно-солевого режима почвогрунтов /A.Brandt, E.Bresler, А.А.Алексашенко, И.Н.Балцату,

C.Н.Новосельский, Д.Ф.Шульгин, М.Мессахел, Ф.В.Унгуряну, А.Л.Голованов и др./ в оилу ориентации на эмпирические зависимости параметров влагопереноса и функции отбора влаги корневой системой растений также не всегда обеспечивают возможность получения надежных результатов для оценки влияния микроорошения различной длительности на водно-оолевой режим, состав и свойства почвогрунтов, а экспериментальные данные по этим вопросам практически отсутствуют.

Не разработана методика расчета конструкций СМО с учетом равномерности водоподачи и наличия промывного расхода микроводовыпусков, не определены технически обоснованные коэффициенты вариации расходов микроводовыпусков, что затрудняет выбор этого параметра при разработке и изготовлении микроводовыпусков.

Существующие методы выбора технологичеоких схем и технических средств водоподготовки не регламентируют применение в СМО узлов очистки воды различного функционального назначения /предварительной, тонкой и предохранительной очиотки/, а также не в полной мере учитывают требования растений, почв и элементов СМО к качеству подаваемой воды.

Разработанные и освоенные в производстве как в Украине, так и в большинстве стран СНГ технические средства микроорошения ни по своим техническим характеристикам, ни по номенклатуре, не повволяли использовать технологии микроорошения для полива значительного числа сельскохозяйственных культур, прежде всего овощных, бахчевых, арахиса в открытом грунте, всех видов культур на садово-огородных и приусадебных участках, что тормозило процесс внедрения этих прогрессивных способов полива в производство.

Результаты анализа современного состояния разработок технологий, методов расчета конструкций оиотем и технических оредотв микроорошения, положены в основу постановки вадач исследований по данной проблеме. При их формировании учитывались также обоснованные автором основные направления использования микроорошения в Украине, которые определены исходя из анализа экономических, социальных и других тенденций экономического развития Украины, потенциальной потребности и приоритетности в решении проблем увеличения производства различных видов сельскохозяйственной продукции и сводятся к следующему:

- оснащение СМО вновь закладываемых насаждений плодово-ягодных культур и винограда;

- уогройство СМО в существующих неорошаемых садах и виноградниках;

- замена традиционных малоэффективных способов полива в орошаемых насаждениях на СМО;

- иопольеование микроорошения для полива овощных, бахчевых и других видов полевых культур в открытом грунте, технология возделывания которых согласуется о конструктивными особенностями СМО, а также всех видов сельокохозяйсвенных культур в условиях закрытого грунта, на приусадебных, садово-огородных участках и в уоловиях небольших фермерских хозяйств.

Каждое из предложенных направлений использования микроорошения име-

- и -

Рис,1. Классификация систем микроорошения.

ет свою специфику и требует разработки основных элементов технологии, конструкций систем и технических средств, обеспечивающих реализацию технологии микрооропения о наибольшей экономической выгодой.

С учетом этих и других особенностей использования СМО, разработанной совместно с И.В.Драгомирецким и А.Т.Калениковым, /1992/ их классификации /рш.1/, к основным направлениям совершенствования СМО отнесены разработка и освоение в серийном производстве:

- микроводовыпусков, обеспечивающих возможность формирования зон увлажнения на различных типах почв в соответствии о особенностями недопотребления орошаемых сельскохозяйственных культур;

- комплекта соединительных деталей для полиэтиленовых труб различного диаметра разъемных и неразъемных конструкций для систем стационарного, сезонно-стационарного и сезонного действия;

- технических средств очистки воды для устройства на ШО узлов предварительной, гонкой и предохранительной очистки;

- приспособлений и устройотв механизации процесса строительства СМО различной конотрукции;

- технических средств управления и автоматизации процесса водорасп-

ределения ка СМО.

Глава 2.МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОЕЕННОСБ*, СХЕМЫ ОПЫТОВ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

В соответствии с обоснованными целями и задачами исследований для получения достоверной и, в объемах, достаточных для статистической обработки и анализа исходной информации о влиянии способов и параметров технологий микроорошения на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур в различных почвенно-климатических условиях их выращивания, в качестве основного был принят метод полевого многофакторного стационарного опыта.

Разработка схем, закладка и проведение этих опытов осуществлены в соответствии с обдеметодологичеокимк принципами их ведения, изложенными в фундаментальной работе Б.А.Доспехова /1979/ с учетом требований к специфике проведения таких опытов применительно к особенностям конкретной сельскохозяйственной культуры /Ю.А.Марков, 1985; В.Ф.Мой-сейченко, 1992; В.Ф.Велик, Г.Л.Бондаренко, 1979 и др./

При выборе исследуемых в отационарных опытах факторов и состава учетных показателей, характеризующих влияние этих факторов на ростовые и продуционные процессы сельскохозяйственных культур при микроо-

рошении, учитывались также степень их изученности и разработанности, наличие, адробированность, приборное обеспечение и трудоемкость методов определения учетных показателей.

Стационарные опыты закладывались с учетом принципа совмещенности исследований различных факторов в одной схеме опытов.

Так, например, в опытах по изучению влияния порогов предполивной влажности на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур при микроорошении одновременно исследовались особенности ув-нажнения и иссушения почвогрунтов в зависимости от объемов и интен-зивносги водоподачи, исходной влажности почвогрунтов, а также закономерности водопотребления. Данные этих опытов являлись основой и для 'становления зависимостей "ВОДА-УРОЖАЙ".

Для исследований закономерностей водного режима почвогрунтов приме-шлоя тензиометрический метод. Метод же термостатно-весовой сушки ис-юльзовалоя в качестве контрольного, а также для измерения влагозапа-¡ов вне зоны увлажнения и установления основной гидрофизической ха-1актеристики (ОГХ) почвогрунтов на основе данных синхронных замеров сасывающего давления и влажности в полевых условиях. Изучение особенностей солевого режима почвогрунтов на протяжении ериода вегетации выполнено с использованием метода вакуумной вытяжки роб почвенного раствора при помощи специальных устройств, устакаали-аемых стационарно по схеме, аналогичной схеме установки тензиометров ля контроля всасывающего давления, непосредственно в корнеобитаемой □не почвогрунтов на опытных участках. Традиционный же метод водной ытяжки использовался только для оценки влияния длительного орошения а засоленность почвогрунтов зоны аэрации в формируемых при микрооро-5нии зонах увлажнения и за их пределами.

Учет влияния почвенных условий на параметры технологий микроороше-*я осуществлялся посредством закладки стационарных опытов на раздич-¿х типах почвогрунтов. Аналогично, размещением стационарных опытов в 13личных климатических зонах, учитывалось влияние на формирование употребления, рост и продуктивность сельскохозяйственных культур згодных условий.

С использованием изложенных выше общих методологических подходов иш разработаны схемы и заложены в различных почвенно-климатических >нах Украины 11 стационарных опытов, в том числе 2 на Южном берегу >ыма, 3 - в Степной зоне Крыма, 4 - в условиях Южней степи (Эапо->жская и Херсонская обл.,), 1 - в Центральной степи Украины (Донец-д обл.,), 1 - в северной части Центральной лесостепи (Киевская

Это позволило охватить исследованиями коричневые щебнистые почвы, черноземы южные, черноземы обыкновенные, темно-каштановые, серые оподзоленные и песчаные почвы, сформированные на различной материнской породе /пески, супеси, суглинки легкие, средние, тяжелые, глинистые сланцы/.

Естественно разными были и условия обеспеченности осадками - от 350-400 мм/год в Степном Крыму и Южной степи до 600-650 мм/год в Центральной лесостепи, а также суммы эффективных температур вегетационного периода от 3400-3800 С на Окном берегу Крыма до 2500- 2700 С в Центральной лесостепи.

В стационарных опытах исследовались технологии микроорошения различных сельскохозяйственных культур плодоЕые /яблоня, персик, груша/, ягодные /черная и красная омородина, малина, земляника/, овощные /томат, огурец/, бахчевые /арбуз, дыня/ и арахис.

Б качестве основных учетных показателей, характеризующих влияние различных способов и режимов микроорошения на рост, развитие и продуктивность плодовых культур и винограда, использовались суммарный прирост, количество, средняя длина побегов, плошдць листовой поверхности, высота и диаметр штамба, урожайность, количество и химический состав плодов. Для овощных, бахчевых культур и арахиса основными показателями для оценки влияния на их развитие различных технологий и режимов микроорошения служили урожайность, масса надземной части, повреждаемость болезнями.

Технологии микроорошения на опытных участках реализовались различными по конструкции системами - стационарного, сеэонно-стационарнсго и сезонного действия с водозабором из поверхноотных /каналы, водохранилища, пруды-накопители/ и подземных /водозаборные скважины/ источников. При этом технология капельного орошения реапизовывалась на опытных участках с использованием капельниц "Таврия", "Молдавия-4АМ", КГ, КР, К-333, ВК, трубопроводов типа "Агродрип", а технология микродождевания - с применением микродождевателей роторных, "Росинка", Д-005 с вариантами установки их на стойках и подвеской на шпалерной проволоке.

С целыо доведения качеотва оросительной воды до требуемого для СМО уровня применялись различные технические средства водоподготовки. Предварительная очистка воды в соответствующих узлах осуществлялась устройствами предварительной очиотки в виде решеток и кассетных гравийных фильтров. Технология тонкой очистки реализовывадась на барабанных сетчатых безнапорных фильтрах и фильтрах с пеноподиотирольной загрузкой. В узлах предохранительной очистки воды применялись преиму-

щественно сетчатые фильтры разных конструкций.

СМО опытных участков параллельно о использованием их для реализации иооледуемых технологий микроорошения, одновременно являлись объектом исследований для установления показателей качества СМО в целом, так и отдельных узлов и частей их составляющих.

Обработка данных стационарных опытов осуществлялась методами математической отатистики на ПЭВМ о использованием стандартного пакета программ.

Глава 3.ОСОБЕННОСТИ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕЖИМА ПОЧВОГРУНТОВ ПРИ МИКРООРОШЕНИИ

Данные об интенсивности водопотребления орошаемых культур в разные фазы и периоды их роста и развития и в зависимости от складывающихся погодных условий являются основой разработки проектных и формирования эксплуатационных режимов орошения, выбора конструкций и расчета параметров оросительных систем. Поэтому задача изучения закономерностей водопотребления орошаемых культур является одной из важнейших в мелиоративной науке. Ее решение для условий микрооропения имеет свою специфику и особенности, которые заключаются в следующем:

- микроороиение используется для полива культур, которые, как правило, не формируют сомкнутый травостой и имеют ярко выраженные зоны более интенсивного отбора влаги корневой системой;

- при микроорошении увлажняется не вся площадь орошаемого участка, а только ее часть, поэтому основная доля водопотребления формируется из зоны увлажнения.

С учетом отмеченных оообенностей выполнена оценка возможности использования существующих расчетных к экспериментальных методов определения суммарного водопотребления при микроорошении сельскохозяйственных культур.

В результате анализа и сопоставления данных о фактических величинах водопотребления плодовых культур и винограда о расчитанными по известным зависимостям / Г.К. Льгов, 1950; И.А.Шаров, 19Б9; Д.А.Штойко, 1975 / установлено, что:

- применение известных расчетных методов для определения интенсивности суммарного водопотребления винограда, плодово-ягодных, овощных и бахчевых культур при микроорошении без их совершенствования и уточнения проблематично, т.к. приводит к существенным ошибкам /до 330X/;

- крайне затруднено и использование расчетных методов, разработанных специально для плодовых культур, в основу которых положена взаимос-

вязь водопотребления о комплексом метеопараметров и физиологическими показателями развития растений /Н.Ь.Рептап, 1948, 3.Л.Ьапс^Ьегг, И.МсМигЬПо, 1984 и др./, т.к. для выполнения расчетов по этим зависимостям требуется наличие большого количества трудноопределяемых и, кроме того, изменяющихся в процессе развития растений, параметров и коэффициентов;

- проблематично также применение и традиционных экспериментальных методов /лизиметров, балансомеров/, а также методов, оонован-

ных на данных систематического контроля влагозапасов почвогрунтов при помощи термостатно-веоовой оушки, нейтронной влагометрии.

С учетом изложенного для целей изучения водопотре бления сельскохозяйственных культур при микроорошении была предложена методика, которая базируется на тензиометрическом методе контроля состояния почвенной влаги. Сущность ее состоит в следующем:

- из предпосылки об осесимметричном характере формирования корневой оистемы орошаемых культур, зон увлажнения и иссушения в межполизные периоды, объем почвогрунта отведенный растению схемой посадки условно разбивается на несколько циллиндров /рис.2,/, первый из которых центральный является полным, остальные полыми. Радиус полного и толщины колец полых цилиндров, а также их высота определяются исходя ие особенностей культуры /резмеры коневой системы/, водопотребление которой изучается, и свойств почвогрунтов и составляет 0.15-0.5 м и 0.5-4.0 м соответственно. Меньшие размеры цилиндров характерны для культур с малой корневой системой /овощные, бахчевые, ягодники/, большие- для винограда и плодовых. Количество цилиндров определяется деление половины расстояния между деревьями в ряду на радиус полного цилиндра.

- цилиндры по высоте разбиваются на расчетные слои мощностью 0.1-0.2 м до глубины 1 м, 0.2 м до глубины 2 м, 0.5 м до 4 м,

- в центре образованного таким разбиением расчетного блока устанавливается тензиометр, при помощи которого проводят систематические наблюдения за режимом всасывающих давлений /влажности/ почвогрунтов. При такой схеме установки тензиометров обеспечивается возможность получения непрерывной или дискретной /о любым заданным интервалом времени А "6 /информации о величинах всасывающего давления в центрах расчетных блоков. Размеры цилиндров и охеыы установки тензиометров рекомендуются исходя из результатов изучения закономерностей формирования контуров увлажнения и зон иссушения при микроорошении различных оель-скохозяйстввенных культур, а также с учетом представлений о компетентном объеме почвогрунта /А.Б.Ситников, 1986/, в пределах которого

Рис.г, Схема разбивки на расчетные блоки и установки тенэиомет-ров при изучении во-допотребления

получаемая при помощи тензиометра величина всасывающего давления, а соответственно влажности почвы, может применяться в качестве средней для раочетного блока. Для систематических измерений всасывающих давлений рекомендуется использовать тенаиометры с водно-ртутными монометрами /Н.А.Муромцев, 1978/;

- количество раотений, подлежащих оснащению тензиометрами, устанавливается исходя из однородности почвенного покрова и выравненное™ растений, требуемой точности и вероятности получения исходной информации. При атом количество учетных растений должно быть таким, чтобы обеспечить возможность распространения получаемой информации на всю плошддь орошаемого поля, сада, виноградника;

- величину суммарного водопотребления наследуемых культур определяют при наличии зависимостей всасывающего давление //*$/ от влажности грунта / И"7 и коэффициента влагопереноса от /Р$ / для всех ли-толого-генетических разностей почвогрунтов по высоте цилиндра за любой промежуток времени балансовыми расчетами.

Выполнение таких расчетов на основе данных систематического измерения воаоываюшйх давлений обеспечивает получение информации о водопот-реблении учетного растения за любой промежуток времени /от части суток до периода вегетации в целом/. Кроме того, имеется возможность на основе определения доли участия в водном питании растения разных частей объема почвогрунга, освоенного корневой системой, установить функции отборз влаги как по глубине, так и по радиусу объема питания.

С использованием предложенной методики совместно с В.Н.Корюненко,

B.Д.Семашем, О.Д.Оемзшем, В.Н.Сторчоусом, С.В.Малярчуком,С.И.Жариным, Н.Ф.Сиканом проведены комплексные полевые стационарные исследования особенностей водопотребления плодовых, винограда, ягодников, овошрых и бахчевых культур в разные фазы и периоды их развития при капельном орошении и шкродсвдевании в различных почвенно-климатических зонах Украины. В процессе этих исследований изучены особенности формирования зон /контуров/ увлажнения на различных типах почвогрунтов в зависимости от исходной их влажности, объема и интенсивности водоподачи. В результате анализа к обобщения материалов исследований водспогреб-ления сельскохозяйственных культур при локальном характере увлажнения почвогрунтов:

- подтверждены данные П.Г.Шитта /1936/, В.А.Колесникова /1951/,

C.А.Яковлева /1958/, Д.П.Сеыаша /197Б/ и других исоледовагел&й о существовании у культур с рассредоточенной охемой посадки зон более интенсивного отбора влаги корневой системой, которые приурочены к приш-тамбовой /приствольной/ зоне почвогрунтов. Поэтому в дальнейшем под суммарным водопотреблением плодового дерева, куста винограда или ягодника подразумевается только та часть их водопотребления, которая формируется из зоны более интенсивного отбора влаги корневой системой. Такой подход принят еще и потому, что микроорошением покрывается дефицит влагозапаоов почвогрунтов на обеспечение оумарного водопотребления только в этой зоне;

- установлено, что локальный характер увлажнения почвогрунтов в условиях, когда орошение является дополнительным /на фоне естественных атмосферных осадков/ источником влагообеопечения растений, не приводит к локализации их корневой системы в пределах зоны увлажнения;

- установлено, что длительное /более 15 лет/ микроорошение пресными и слабоминерализованными /до 1.7 г/л/ водами не вызывает накопления солей в вонах увлажнения /табл.1/. Это обусловлено тем, что привносимые о поливной водой и накапливающиеся за вегетационный период соли вымываются в более глубокие горизонты осенне-зимне-весенними осадками. Вынооу солей из центральной /осевой/ части зоны увлажнения спо-

собствует также выдача завышенных поливных норм;

Таблица 1

Засоление почвогрунгов (£) на разных глубине и расстоянии от капельницы /длительность орошения 16 лет/

1 I Слои 1 почвогрунта, ! м г -— ■ ......- -■ .......... — 1 | Расстояние от капельницы, м | !- ~т....... 1 г ■ "1—.....г---г- -1 |0.25|0.50|0.75|1.0012.00|2.50|3.00|

! 0.00-0.25 1 1 10.0710.07 1 ] 1 1 1 1 1 0.0810.0810.0710.07)0.08) 1111!

| 0.25-0.50 1 1 |0.07|0.03 1 | 11111 0.08|0.0710.0810.0710.08| 11111

! 0.50-0.75 1 ! 10.08(0.09 1 \ 1 I 1 ! 1 0.1210.0710.0910.0710.101

| 0.75-1.00 1 I (0.03|0.11 11 ! 1 1 0.14|0.1310.10|0.11)0.101 1 1 1 1 1

| 1.00-1.50 1 1 10.1110.12 1 | 11!!! 0.1410.1310.1010.11|0.10| 111(1

! 1.50-2.00 1. ... . 1 ! ID.iaio.ia 1ш. -, 1 ........— 11111 0.4510.5510.3210.9810.901 ||>||

- длительное микросрошение не приводит также к существенному изменению показателей плодородия в зонах увлажнения ;

- установлено, что форма и размеры зон интенсивного отбора влаги у различных сельскохозяйственных культур, а также интенсивность водо-потребления из этих зон соответствует форме и размерам корневой системы этих культур.

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены функции распределения отбора влаги корневой системой, которые имеют вид:

&е -А <-вх (1)

где с5а- функция распределения интенсивности водопотребления по радиусу / I/ и глубине //£/ зоны увлажнения. Значения коэффициентов А, В, С зависимости (1) для различных культур приведены в табл.2.

- подтверждено, что интенсивность суточного водопотребления винограда, плодово-ягодных, овощных и бахчевых культур существенно изменяется по фазам и периодам их развития, а также зависит от поддерживаемого при поливах уровня влажности почвогрунтов корнеобитаемой зоны.

Так интенсивность водопотребления плодоносящих деревьев яблони сорт Голден Дедишес из зоны интенсивного отбора влаги корневой система при их выращивании в условиях капельного орошения на средне- и тяжэ до-суглинистых южных черноземах уменьшается в 3 раза при поддэржани влажности в диапазоне 80-70НВ% и в 12 раз при поддержании влажности диапазоне 70-60ХНВ по сравнению с диапазоном 100-80ХНВ. Факт уменыле ния интенсивности водопотребления при снижении влагосодержания в кар необитаемой зоне почвогрунтов хорошо согласуется о теоретическим представлениями о влиянии влагосодержания на интенсивность суммарног испарения /И.И.Судницкн, 1979; В.П.Остапчик, 1981; В.Р.Гарднера, 196' и др./и указывает на необходимость использования дифференцированны по периодам с различной интенсивностью водопотребления орошаемо: культуры предполивных порогов влажности почвогрунтов корнеобигаемо; зоны.

Таблица 2

Значение коэффициентов А, В, С

1 1 I Сельхозкультура | по ■ | радиусу I 1 1 I по глубине I

( 1 А 1 В С ! А В 1 С I

| Яблоня 1 1 0.90 -1.20 0.44 I 0.20 0.26 -0.30 !

| Виноград | 0.60 -1.40 0.90 I 0.48 0.20 -0.30 |

| Смородина | 0.40 -1.50 2.67 I 0.26 0.58 -2.30 |

| Малина ) 0.40 -1.60 2.60 ] 0.18 0.60 -2.50 |

! Арбуз I 0.06 -0.15 0.16 I 0.31 0.08 -1.50 |

I Огурец 1 ... | 0.04 | -0.12 ____ 0.12 I 0.09 ! ... -0.08 -0.34 | 1

Учитывая важность установления оптимальных размеров зон увлажневи: для обоснования параметров режимов орошения, а также принимая во внимание многообразие почвенных условий возможного применения микроорошения и, в силу этого, практическую невозможность решения задачи экспериментальными методами, нами для целей установления форм и размерен зон. увлажнения при микроорошении использован комбинированный подход, сочетающий экспериментальные определения и иммитациокное моделирование процесса формирования зон увлажнения с применением предложении! оовмеотно о Г.В.Миотецким и Д.А.Илюшиным /1991/ для описания процессов внутрипочвенного влаго-, соле- и теплопереноса математической модели. На основе исследований влаго-, солепереноса в грунтах зоны аэ-

зации, выполненных автором, а также о учетом работ A.A.Алексашенко, 1.Н.Балцату, С.Н.Новосельского, Д.Ф.Шульгина, М.Мессахел, Ф.В.Унгуря-гу, А.И.Голованова, В.К.Ризенкампфа, А.М.Глобуса, Л.М.Рекса, А.М.Яки-зевич, J.R.Fhilip, E.Bresler и др. математическая модель нестационарного неиэотермического внутрипочвенного тепломассоперенооа в верти-сальном сечении, проходящем через микроводовыпуск или внутрипочвенный югочник, сформулирована в виде системы дифференциальных уравнений «разрывности, баланса массы растворенного вещества и тепла:

Iih*1*** & *

ik -ЯсМ Ü; -DrM §Sz

=> а, з,

(3)

§^=Г +j>«Mik -

«•е

-V*c) + У (0.5$ Xi, t),

9Т_- V" э (/) /и-) ?г у* 7 \

9 t ~ L. \ ЗФ' 1 ^ cfJ>P W+Czfr ft-w))

: соответствующими начальными и граничными условиями, где £ - потенциал влаги; - объемная влажность почвогрунта;

- коэффициент влагопереноса; функция источников /стоков/

злати; - концентрация соли в почвенном растворе; Т - температура ючвенного раствора;.2^*0- коэффициент диффузии почвенного раствора

под влиянием градиента концентрации соли в почвогрунте;ДМ- коэффициент термодиффузии почвенного раствора; У - скорость влагоперено-са; - плотность почвенного раствора; Dc^w) - коэффициент диффузии почвенного раствора; t>rc - коэффициент термодиффузии ионов солей; (1(x,t)~ функция источников /стоков/ питательных веществ; Ct - эффективная объемная теплоемкость почвенного раствора; Ср - эффективная объемная теплоемкость почвогрунта;^- плотность почвогрунта;^»*^,?-козффициент температуропроводности почвогрунта; ^- пространственная координата.

Решение краевой задачи для модели, описываемой уравнениями (2)-(5), с использованием метода конечных разностей и разработка соответствующего программного обеспечения для ПЭВМ типа IBM выполнены Д.А.Илюшиным /1994/.

При исследованиях процессов формирования зон увлажнения использовалось решение только для нестационарного осесимметричного влагопере-нооа с точечным /капельное орошение/ и линейным /микродождеванке/ источником на границе рассматриваемой области почеогрунтов.

Имитационное моделирование формирования зон увлажнения на различных типах почзогрунтоз проведена при следующих исходных данных:

- обобщенных в результате анализа данных экспериментальных исследований, выполненных нами, а также Н.Е.Дзекуновым, А.Б.Ситниковым, Б.А.Файбышенко и другими исследователями, параметров влагопереноса для песков, супесей, суглинков легких, средних и тяжелых;

- величин исходной влажности, разной 0.5,0.7,0.8 НВ для каждого типа почвогрунта;

- объемов водоподачи, равных 20,40,60,90 и 120 л при интенсивности водоподачи 2,8,16 л/чао;

- для анализа использовались дачные о размерах первичных зон увлажнения.

В результате статистической обработки данных экспериментальных исследований и имитационного моделирования получены идентичные по структуре степенные зависимости для определения диаметра

и глубины зоны увлажнения

(?)

! которых приняты следующие обозначения: сС, /С - диаметр и глубина юны увлажнения, м; - объем водоподачи, л; У/н» - влажность при ¡аименылей влагоемкости для соответствующего типа почвогрунта, доли даницы, К - коэффициенты уравнений (6)-(7). Величины козффициен-■а оС з зависимости (6) и коэффициента К в зависимости (7) могут йть приняты постоянными для всех типов почвогрунтов и равными 0.45 и 1.78, соответственно. Значения коэффициента £ уравнения (7) для раз-1ичных типов почвогрунгов изменяются от 0.03 /для тяжелых суглинков/ ;о 0.08 /для песков/.

При микродождевании, как показали результаты имитационного модели-ования при разных радиусах распыления дождя, интенсивностях и обь-мах водоподачи, диаметр зон увлажнения почвогрунтов практически со-тветствует диаметру пятка увлажнения на поверхности почвы и в расче-ах его необходимо принимать равным величине диаметра распыления дож-я микродождевателем.

лава 4.ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕЖИМОВ МИКРООРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Основными параметрами технологии и режимов микроорошения сельскохо-яйственных культур, которые определяют конструкцию СМО, зффектив-ость и экологическую безопасность их применения, являются ферма и азмеры зон увлажнения почвогрунтов, диапазон их влагооодержанкя в ределах этих зон, а также размеры поливных норм, требуемые для соз-ания зон увлажнения нужных размеров в разные фазы и периоды развития астений. Установлению параметров технологии и режимов микроорошения азличных сельскохозяйственных культур в разных прнродноклиматических онах посвящено значительное количество работ ученых стран СНГ Ц.П.Семаш, И.С.Флзорце, А.М.Олейник, М.С.Григороз, В.С.Снеговой, .Ю.Шейнкин, И.Н.Панасенко, В.Н.Сгсрчоус, Г.В,Ястреб, В.И.Водяницкий, .Д.Лянкой, И.В.Шевченко,0.Д.Семзш, К.Б.Кулов, П.И.Палванов и других.

Их анализ свидетельствует, что степень обоснованности основных па-аметров технологии и режимов орошения при использовании капельного пособа полива и микродозадеваяия остается недостаточной.

С целью обоснования параметров технологий микроорошения совместно с .П.Семапем, В.Н.Сторчоусом, И.Н.Панасенко, О.Д.Семашем, В.Д.Семашем, .Н.Корюненко, С.В.Малярчуком, Н.в.Сиканом выполнен комплекс полевых тационарных исследований по изучению влияния различных режимов орс-эния и способов полива на рост, развитие и продуктивность орошаемых зсаждений плодово-ягодных, овощных и бахчевых культур, а также ви-

нограда и арахиса.

В результате этих исследований установлено следующее: - наиболее благоприятные условия для роста, развития и плодоношения плодовых культур и винограда на различных типах почвогрунтов орошаемой зоны Украины создаются при режимах орошения, обеспечивающих поддержание влажности почвогрунтов в формируемых при поливах зонах увлажнения не ниже 80%НВ /табл.3/. Это объясняется тем обстоятельством, что при таком уровне влагосодержания во все фазы и периоды развития растений обеспечивается интенсивность их фактического водопотребления на уровне близком к потенциально возможному. При более низких порогах предполивной влажности в связи с резким снижением доступности почвен-

Таблица 3

Урожайность плодовых культур при капельном орошении /1981-1992 г.г./

1 ......... ¡Режимы Культура —■■ ...... г.....- Максимаяь i Средняя —I— 1 ¡Сумма 1 - ' 1 !Средняя !

|орошения ная уро- |урожай- |урожая ¡масса |

жайность i нооть i 1 1 ¡плода |

ц/га ! I ц/га i 1 ц/га(%) . 1 1 г (X) I

|Естественное яблоня 244 J I 104 1 I 623(100) 1 91 (100) |

¡увлажнение. груша 133 | 96 ! 573(100) ¡119 (100) |

I Контроль персик 113 1 73 i | 653(100) 1 1 85 (100)1

яблоня 633 1 1 203 1 11218(196) 1119 (131)1

| 100-607.НВ груша 306 ! 133 | 797(140) ¡132 (111) 1

персик 192 | 138 i 11240(190) 1 ¡105 (124) |

яблоня 623 1 | 259 1 ¡1552(249) ¡150 (165) |

I 100-70%НВ груша 422 | 178 11067(186) ¡155 (130)1

персик 227 | 166 i (1492(228) 1 ¡122 (144) |

яблоня 716 1 | 266 1 ¡1595(256) ¡163 (179)¡

1 100-80У.НВ груша 460 I 187 11121(196) 1156 (131)|

персик 316 | 191 ¡1715(263) I ¡137 (161)1 — , i

эй влаги, интенсивность водопотребления при приближении влагоэаласов предполивным порогам существенно уменьшается , и тем самым создают-з условия угнетения растений;

- в условиях, когда орошение в целом, и микроорошение в частности, вляется дополнительным на фоне выпадающих атмосферных осадков 150-300 мм и более за вегетационный период/ источником влаги, бла-зприятные условия для роста и развития плодово-ягодных культур и ви-зграда создаются формированием незначительных по отношению к общей пощади питания зон увлажнения почвогрунтов /0.6- 1.5 м в диаметре и .5-1.2 м по глубине/ непосредственно у штамба растений, т.е. в соот-гтствии о особенностями формирования зон более интенсивного потребляет влаги корневой системой;

■ благодаря локальному характеру увлажнения почвогрунтов и подаче гливной воды з зону интенсивного потребления ее растениями поддержа-те благоприятных для роста, развития и плодоношения плодовых культур винограда условий при капельном орошении обеспечивается проведением зливов нормами 35-185 м /га при величине оросительной кормы до 650 'га;

■ наиболее благоприятные условия для роста и развития овощных /огу-?ц, томаты/ и бахчевых /арбуз, дыня/ культур создаются при капельном с орошении с формированием полосы увлажнения шириной 0.3-0.5 м и тубиной 0.2-0.4 и /в зависимости от фазы развития и вида культуры;

• применение капельного орошения /по сравнению с микродождеванием и зждеванием/ для полива овоещых и бахчевых культур, обеспечивая нви-гсшую эффективность использования поливной воды, способствует снижено поражаемости этих культур болезнями;

■ применение микроорошения для полива плодово-ягодных культур с мо->нта их посадки обеспечивает более высокую их приживаемость, вырав-жность насаждений, зимостойкость и меньшую повреждаемость болезня-I, а также более высокую их продуктивность в период плодоношения при ¡хранении питательной ценности выращиваемой продукции.

В результате математической обработки данных о влиянии различных ¡жимов капельного орошения на урожайность сельскохозяйственных куль-'Р /яблоня, персик, груша, виноград/, установлена зависимость уро-шнооти от величины оросительной нормы в виде:

где У„ - урожай при орошении, ц/га; Уа- урожай на богаре, ц/га;

М - величина оросительной нормы, мм; Ой - суша атмосферных осадков за вегетационный период, приведенная к площади зоны увлажнения, мм; А и Б - эмпирические коэффициенты, характеризующие отзывчивость различных сельскохозяйственных культур на микроорошение. Коэффициент А выражает угол наклона кривой зависимости "вода-урожай", а коэффициент 5 наличие и характер перегиба этой кривой при подаче избыточного по сравнению с требуемым для формирования максимального урожая количества оросительной воды.

По экспериментальным данным установлены значения коэффициентов А и 6 уравнения (8) для винограда (0.65;-о.090), яблони (0.79; -0.092), груши (0.61;-0.095) и персика (0.85;-0.112).

Зависимость (8) позволяет прогнозировать по средней многолетней величине атмосферных осадков аа вегетационный период прибавку урожая от орошения по сравнению о ожидаемой урожайностью той же культуры на богаре, и на этой основе устанавливать экономически целесообразную величину оросительной нормы и проектный режим орошения. Эту зависимость можно также использовать при планировании режима орошения на заданную прибавку урожая. При этом необходимо помнить, что с уменьшением величины оросительной нормы вегетационные поливы следует назначать при более низкой предполивной влажности почвогрунтов в зоне увлажнения. Величина поливной нормы в этом случае определяется по формуле:

ЛЪп » Г0(у/нл - У/по (9)

где /72/?- прогнозная величина поливной нормы, л/растение; ]//ий, У/пл -величины влажности почвогрунтов в зоне увлажнения, соответствующие наименьшей влагоемкосги и принятому предполивному порогу, % объема;

1/- объем зоны увлажнения, определямый предельными его размерами, рекомендуемыми для данной культуры при ее выращивании к конкретных почвенных условиях, м.

Определение предельных глубин увлажнения выполнено нами на основе имитационного моделирования процессов влагопереноса с использованием описанной ранее математической модели этого процесса.

В отличие от задач по определению формы и размеров первичных зон увлажнения, которые устанавливались без учета влияния водопотребления, предельная глубина увлажнения определена при различных его интенсивности*, которые задавались соответствующими исследуемой культуре функциями отбора влаги корневой системой.

Решение задач выполнено для различных почвогрунтов - пески, супеси, суглинки и для разных культур.

Обработка результатов решения этих задач позволила установить предельные глубины увлажнения /табл.4/.

По данным табл.4, и зависимостям (6)-(7) легко определяются величина полисной нормы и диаметр зоны увлажнения. В cлyчaei если полученная величина диаметра зоны увлажнения меньше диаметра зоны более интенсивного отбора влаги корневой системой, вместо одной капельницу необходимо устанавливать несколько.

Таблица 4

Предельные глубины увлажнения при микроорошении

1 | Культура i i | Предельные глубины увлажнения,м |

i | Пески Супеси i Суглинки i i i

! Яблоня 1 10.55/0.75/0.55 1 Í 0.65/0.85/0.65|0.80/1.10/0.80| i i

1 Персик 1 10.45/0.65/0.45 i 1 1 0,50/0.70/0.50)0.65/D.85/0.65| i i

I Груша I (0.40/0.60/0.40 i 1 1 0,45/0.65/0.45|0.65/0.85/0,65|

| Виноград 1 ¡0.50/0.70/0.50 1 1 0.60/0.80/0.6010.70/0.95/0,701 i i

i i | Смородина|0.20/0.36/0.20 1 i 0.25/0.40/0.2510.30/0.45/0,301 i i

| Огурец г 10.15/0.25/0.15 i 1 1 0.20/0.30/0.20|0.20/0.35/0,20| i i

I Арбуз i 1 10.15/0.25/0.15 i 1 i 0.20/0.35/0.20 ¡ 0.25/0.40/0.251 i ... i

Примечание: значения предельных глубин приведены для начала, середины и конца периода вегетации.

При микродождеваний плодово-ягодных культур и винограда с установкой микродожеватеяя у ствола растения /основания куста/ диаметр зоны увлажнения определяется диаметром распыления дождя применяемого микродождевателя.

Рекомендуемые диаметры зон более интенсивного отбора влаги корневой системой различных культур приведены в табл.5. Они установлены в соответствии с данными о размерах корневой системе различных растений, а также на основе изучения особенностей их водопотребления и функций отбора влаги корневой системой.

Задача определения оптималь- Таблица 5

кого предполивного порога влаж- Рекомендуемые диаметры зон

ности почвогрунтов в зоне увлажнения при различных способах микроорошения является одной из важнейший при обосновании параметров технологии микроорошэния и до настоящего времени решалась, главным образом, на основе данных стационарны:-; опытов. В этих , опытах, как правило, предполивные пороги принимались постоянными для всего периода вегетации, а возможность их дифференциации увлажнения при микроорошении, в силу резкого возрастания вариантов опытов, не рассматривалась. Поэтому в практику рекомендовались режимы орошения, которые предусматривали поддержание на протяжении всего периода вегетации постоянного предполивного порога влажности почвогрунтов в формируемых зонах увлажнения.

Обоснование величин предполивных порогов влагооодержания почвогрунтов в зонах увлажнения, дифференцированных по периодам развития растений /начало, середина и конец вегетации/ выполнено на основе определения предельных объемов влаги, которые могут быть отобраны корневой системой растений из формируемой зоны увлажнения при заданной, в соответствии с экспериментальными данными об интенсивности водопотребления и фиксированной величине предполивного порога влажности почвогрунтов с соблюдением условия обеспечения водопотребления растений на уровне близком к потенциально возможному.

Глава 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЕКТНЫХ РЕЖИМОВ 'И КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ ШКРООРОШЕНИЯ

На основе сравнительного анализа данных о фактическом водопотребле-нии различных сельскохозяйственных культур, полученных в стационарных опытах по предложенной нами методике и раочитанного для этих же куль-

1 1 Культура | 1 Диаметр зоны |

увлажнения, м |

Яблоня | 1.5-2.2 |

Персик | 1.5-2.0 |

Груша | 1.5-2.0 |

Виноград | 1.0-1.5 )

Смородина! 0.5-0.7 !

Малина | 0.5-0.8 |

Огурец | 0.3-0.5 |

Арбуз | __ 1 0.3-0.5 | 1

ур по методике С.М.Алпатьева /1981/, которая рекомендована в качест-е основной действующими нормативными документами /"Капельное ороше-ие" Пособие к-СНиП 2.06.03-85, "Мелиоративные системы и сооружения" : Дополнения к нему "Проектирование систем капельного и подкронового -решения на базе технических средств Симферопольского завода 1988"/, | использованием при расчетах метеопараметров конкретного года уота-:овлено оледующее:

- фактическое суммарное водопотребление всех исследованных сельско-:озяйственных культур в годы о различно складывающимися погодными ус-говиями существенно /на 50-90%/ ниже величин, полученных в результате >асчетз;

- введение в базовую расчетную зависимость /С.М.Алпатьев,1981/ )ольшого количества поправочных коэффициентов, как то микроклимати-1еский, затенения, влагоебмена с неувдажняемой частью почвогрунтов и \п., которые, по мнению автора методики, должны учитывать особеннос-?и водопотребления при локальном характере увлажнения почвогрунтсв, в зилу отсутствия достоверных значений этих коэффициентов /а все они требуют экспериментального определения/ не уточняет, а усложняет рас-1ет и превращает задачу по расчету суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур в задачу по определению коэффициентов урав-1ения;

- недостаточно обоснованным является такие введение при расчетах дефицита Еодспогребления понимающих коэффициентов к величине атмосфер-зых осадкоЕ на протяжении всего периода вегетации.

С учетом изложенного, а также на основе анализа экспериментальных данных о доле участия атмосферных осадков в формировании водопотреб-яения плодовых культур предложено использовать для расчетов суммарного водопотребления поливных растений зависимость С. М.Алпатьева в ее изначальном /для культур о сомкнутым травостоем/ виде:

£еу* (10)

где суммарное водопотребление за расчетный период, л/расте-

ние; суша дефицитов влажности воздуха за тот же период, мб/л;

/Г(Г - коэффициент биологической кривой, определяемый экспериментально для различных культур.

По результатам определения фактического водопотребления плодовых, винограда и ягодных культур установлены значения коэффициентов уравнения (10) по фазам ш развития, которые рекомендуется использовать з расчетах суммарного водопотребления при построении интеграль-

ных кривых этого показателя за вегетационный период, как в условиях юга Украины, так и в других, близких к нему по климатическим условиям, регионах.

Суммарный дефицит водного баланса за вегетационный период, в отличие от рекомендуемого нормативными документами, предложено определять графо-аналитическим методом, суть которого заключается в следующем:

- по величинам суммарного водопотребления, расчитанным по зависимости (10) отроится интегральная кривая суммарного водопотребления поливного растения /куста/ аа вегетационный период;

- на этот график наносится интегральная кривая атмосферных осадков за вегетационный период, приведенных к площади зоны увлажнения одного растения;

- дефицит водного баланса за период вегетации определяется как разница между расходом влаги на суммарное водопотребление и величиной атмосферных осадков, отсчитанных от точки пересечения двух интегральных кривых. В остальном процедура расчета проектных режимов остается прежней.

Не менее важной задачей на стадии проектирования является гидравлический расчет их конструкций. Разработке методов гидравлического расчета конструкций CMQ посвящены работы А.А.Федорца, М.и.Науменко, Ю.А.Скобельцина, Н.И.Вдовина и М. А. Балыков а. Э.В.Гершунова, АЛ.Кале-никова, Н.К.Нурмагова, J.Keller, Y.Bralts, D.Harrison, F.S.Naka;awa, K.Solanon, J.Vermeiren, A.W.Warrick, F.S.Zazueta, D.Karmeli и др.

Анализ этих работ показал, что разработанные методы расчета не учитывали наличия в микроводовыпусках промывных расходов, критерия равномерности водоподачи. По большинству методов не были установлены пределы и условия их применения, что затрудняло их использование в практике расчетов. В этой связи нами выполнены теоретические расчеты потерь давления в поливных трубопроводах для одинаковых расчетных условий по различным зависимостям и проведена оценка сходимости результатов расчета с данными эксперимента по исследованию потерь дазления по длине поливного трубопровода и местных сопротивлений, вызванных присоединительными штуцерами микроводовыпусков, в зависимости от расхода в поливном трубопроводе. Анализ результатов определения потерь давления в поливном трубопроводе по данным эксперимента и расчета показал, что для режима движения воды в поливных трубопроводах с микро-водовы пусками при средних числах Рейнольдса 30000>Re>2800 /область гидравлически гладких труб/ наилучшую сходимооть /9Э-85Х/ резуль тагов расчета с данными эксперимента во всем диапазоне расходов поливных трубопроводов обеспечивает расчет по формуле Дарси-Вейсбаха в со-

четании о коэффициентом гидравлического сопротивления, вычисленным по формулам Блазиуса, Ф.А.Шевелева, А.А.Федорца, Р.Р.Чугаева, ВТИ, ВНИИ-ГиМ для равномерного движения жидкости, а также зависимости Н.Г.Хуб-ларянз, А.Оедорца, А.М.Грабовского, Г.А.Петрова и М.И.Андриашева при движении жидкости с переменной массой, Эти зависимости и рекомендуется использовать при гидравлических расчетах поливных трубопроводов СМО. Пропускная их способность должна обеспечивать подачу достаточного количества воды растениям орошаемого участка в соответствии с их биологической потребностью.

Равномерность водоподачи на орошаемый учзсгок предложена учитывать предельным перепадом давлений, т.е. разницей максимального и минимального давлений в поливном трубопроводе, который обусловлен соотно-вением минимального и максимального расходов микроводовыпусков.

Подставляя выражение для определения расхода микроводовыпусков непрерывного действия любых типов в виде:

где ^ - расход микроводовыпуска; К - коэффициент пропорциональности; У - коэффициент кинематической вязкости воды; РС - давление воды; X - экспонента расхода, в зависимость для определения проектной равномерности водоподачи по Келлеру,

где О^/л 51 " минимальный и средний расходы микроводовыпусков; ^ - коэффициент вариации их среднего раохсда; IX, - количество микроводовыпусков на растение, о учетом соотношений

(11)

(13)

получили выражение:

Опт _ £/¿00 ,

Рсй л

уТГ -¿ос

Тогда выражение для предельных отклонений давлений и расходов получим в виде:

Ртт __ А ^ . Я-тт А

Ртссх ¿-Л*"' ¿"Л (15)

При заданном предельном /минимальном/ давлении в поливном трубопроводе соответствующий ему расход определяют по зависимости (11), а при заданном его предельном расходе минимальное давление в поливном трубопроводе будет равно

Затем, из соотношения Ртм/Рти* по зависимости (13) определяют максимальное давление, тогда фактический перепад давлений на поливном трубопроводе при заданной равномерности водоподачи находят из выражения;

аР~ Ртах-йт'п (1?)

С учетом предложенного подхода проведены исследования различных отечественных и зарубежных образцов микроводовыпусков и определены их характеристики, позволяющие рассчитать по зависимостям (11)-(17) предельные соотношения расходов и давлений. Используя эти соотношения по зависимостям:

г 4>та.х

- ОС? _

для различных микроводовыпусков с учетом коэффициентов вариации их расходов определены предельные отклонения расходов и давлений в зависимости от принятой равномерности водоподачи /рис.3/. Анализ этих результатов позволил установить, что:

- большую равномерность всдоподачи на псливнсм трубопроводе можно обеспечить использованием микроводовыпусков с меньшими коэффициентами вариации и экспонент расхода;

- соотношение предельных расходов не зависит от типа к расходно-на-порных характеристик микроводовыпусков, а характеризуется только коэффициентами вариации их среднего расхода и принятыми значениями равномерности водоподачи;

- ооотнопение предельных давлений при заданной равномерности водоподачи зависит от типа используемых микроводовыпусков, их экспонент расхода и является основным исходным параметром при расчете конструкций поливных трубопроводов СМО.

При проектировании СМО важным ягляетса также вопрос выбора равномерности водоподачи в целом на системе или не отдельно езятом ее модуле.

Равномерность водоподачи поливного модуля можно охарактеризовать отношением физически поданной воды к оросительной норме при адекватном орошении, т.е. когда вся поливная вода расходуется на водспотреб-ление растений:

где МдР , Мч>~ фактически поданное и раоочитанное на обеспечение водопотребления растений количества поливной воды. Используя зависимости

(20)

Мв^-ф-'Мб,

(21)

А М « МдР - Мр

)

(22)

Рис.3 Зависимость равномерности водоподачи микро-водовыпускаыи от соотношения предельных значений

i--1 эона рекомендуемых значений коэффициента

I_I вариации расхода микроводовыпусков (2-7%)

I—III - равномерность водоподачи; 1-17 - расходно-напорные характеристики микроводовыпусков; 1-КОРНРЛ; 2 - №-2; 3 - Rain-Bird; 4 - Netaflm; 5 - КП-4,6; 6 - Тирас-1; 7 - Горная; 8 - Молдавия-4АМ; 9 - Arpo-дрип; 10 - микродождеватели роторные; 11 - КУ-1; 12 - Таврия; 13 - Молдавия-1А; 14 - К-316; 15 - Водо-подимер-3; 16-Уэгипроводхоз-2; 17- К-383.

Рис. 4 Гипотетическая зависимость избыточного объема воды, подаваемого на поливной участок от равномерности водоподачи

где а М< , А Млт приращения объема подаваемой на поливной модуль /участок/ воды при повыпении равномерности водоподачи на 1%, нами выполнены расчеты влияния равномерности водоподачи на увеличение избыточных объемов воды для гипотетического модуля при равнсмерностях водоподачи 50-100% с шагом IX. По данным расчетов /рис.4/ установлено, что наиболее целесообразной для СШ является равномерность в пределах 30-96%. При поддержании равномерности водоподачи в этих пределах обеспечивается снижение подачи избыточных объемов воды на 10-20% на IX повышения равномерности.

Данные /рис.3,4/ позволили также обосновать технически целесообразные коэффициенты вариации расходов микроводовыпусков в пределах 2-7Х. Разработка и изготовление микровсдовыпусков с такими коэффициентами вариации их средних расходов обеспечит возможность создания систем с высокой эффективностью использования поливной воды.

В связи с разработкой и изготовлением в серийном производстве микроводовыпусков /Молдавия-4АМ/ с самопромывным расходом и отсутствием, кроме общей постановки задачи /Э.Гершунов, 1981/, методики гидравлического расхода СМО с такими микроводовыпусками, предложена также методика гидравлического расчета трубопроводов СМ0 с самопромывающимися микроводовыпусками, изложенная в работе Согласно этой методике параметры промывного участка трубопровода, работающего с самопромывающимися микроводовыпусками определяют из уравнения:

сьС +веъ-с -о;

(24)

к* 6.39-/0~"(+ •

С - длина промывного участка; - коэффициент гидравлического con-

ротивления; ^ коэффициент местных сопротивлении; & л? - шаг расстановки ыикроводовыпусков; сС - вероятностно минимальный диаметр трубопровода; ф1* - удельный расход промывного участка.

Решая уравнение (24) численными методами с использованием принципа наименьшего действия, с учетом параметров конкретных микроводовыпус-ков, определены длины промывных участков трубопроводов в зависимости от уклона и шага расстановки микроводовыпусков. По результатам расчетов составлена номограмма, которая приведена на рио.Б.

0,35 0,30

а г

г

£0,25

¡3 0,20 с*

0,15 0,10 0,05 0

I 0,05 а 0.Ю

I

0,15

V ■

е* --,0,75 /

/

/ 1 1 »-1,29 /

N * 1,5 I

е г-1,75 /

ну левой уклон и

N

у ) Л /

Л '1

Рис.5, Зависимость длины промывного участка поливного трубопровода диаметром 20 мм от уклона и шага расстановки микроводовыпусков.

Выполненные расчеты показали, что при использовании на СМ0. микроводовыпусков с самопромывным расходом, для включения их в рабочий режим необходимо предусматривать дополнительные мощности насосно-си-лового оборудования и строго соблюдать последовательность запуска в работу поливных участков.

Глава б. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В0Д0П0ДГ0Т0ВКИ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИХ КОНСТРУКЦИИ.

Большая протяженность и разветвленность сети трубопроводов /магистральные и распределительные, участковые, поливные/, малые диаметры выходных отверстий водовыпусков в сочетании с большим их количеством, малыми напорами и скоростями движения воды при частой периодичности их работы обуславливают высокую степень подверженности элементов систем микроорошения засорению, а соответственно, и повышенные требования к качеству оросительной воды, подаваемой через СЮ.

Вопросам оценки влияния качества оросительной воды на работоспособность элементов СМО, нормированию ее качества применительно к использованию в СМО, разработке технических средств для очистки природных вод о целью доведения их качества до уровня требований, предъявляемых СМО, посвящены работы М.Г.Журбы, Р.М.Новик, В.Г.Мошко, И.И.Науменко, А.И.Токар, Н.А.Турченюка, F.s.NaJiajama, S.D.English, S.J.Oamble, J.L.Meyer и др.

Анализ и обобщение результатов этих работ свидетельствуют, что наиболее чувствительным элементом СМО к качеству воды являются микрово-довыпуски. Поэтому нами для установления требований микроводсвыпус-ксв, дополнительно к данным, полученным М.Г.ЗХурбой, И.И.Науменко, А.И.Токарем для микроводовыпусков, разработанных и освоенных в серийном производстве ранее, проведен комплекс экспериментальных исследований по установлению влияния воды различного качества на работоспособность микроводовыпусков мембранного типа /капельницз КГЛ и лабиринтного типа /капельница КР/

В результате обработки данных исследований получена зависимость, описывающая изменения расходов микроводовыпусков в процессе их эксплуатации на воде различного качества в виде:

где - расход микроводовапуска по истечении его работы на системе на протяжении 6 чао, л/час; расход микроводовыпуска, определяемый по зависимости (11) , л/час; X - показатель, учитывающий условия эксплуатации микроводовыпусков, определяется по формуле

«6 - показатель, определяющий снижение расхода микроводовыпусков в

(25)

СС •//, 5к +&t,

(26)

результате засорения его водопроводящих каналов. Значения коэффициентов для определения сС , установленные в результате обработки данных экспериментов, приведены в табл.6.

- количество поливов за период эксплуатации ткроЕодовыпусков.

Таблица 6

Значения коэффициентов для определения показателя ffO

i-1-1

I КонструкцияI Концентрация взвешенных в воде веществ, мг/л |

¡поливного |-1-1-1

Iтрубопрово-| 280 - 340 ) 28-36 | 24-42 ]

I да !-1-ql-1--1-

I да |а I b-10 ! з I b-10 | a | b-iO | • i_'' ' '_i_i__i_i

IС -самопромывной заглушкой и микроводовыпусками типа: |

|—.-,-!-,-,-,-j-j

[ КР ¡ 1.002 I 5.5421 0.099 | C.S67| 0.95S ¡ 7.880 | " ! КГ I 1.035 I 6.564| 0.991 1 3.591| 0.042 | 9.250 1 ¡_i_i_i_i_i_i_i

IС глухой заглушкой и микроводовыпусками типа: |

I-1-1-1-1-1-1-1

| КР | 10.028 117.5001 0.997 | 5.060|10.0200| 23.700 | ! КГ | 10.600 112.1001 0.S99 | 8.930| 9.77001 33.700 | i_i_i_i_¡_i_i_i

Зависимость (25) может быть использована для определения фактических расходов микроводовыпусков после любого периода их эксплуатации при работе поливных трубопроводов в оамопромывном режиме на оросительной воде с концентрацией взвесей до 300 мг/л и размером до 100 мкм, т.е. практически во всем диапазоне качества воды, подаваемой в СМО после ее очистки на соответствующих узлах водоподготовки.

В результата проведенных экспериментов также установлено, что при непромывном режиме эксплуатации поливных трубопроводов продолжительность их работы до профилактической промывки зависит от качества поливной " воды и по данным нааих исследований составляет / при содержании взвесей до 300 мг/л / для капельниц "Молдавия-ААМ" и "КР" Б00 и 600 часов соответственно. Капельницы типа "КГ" более чувствительны к загрязнению, поэтому их профилактические промывки необходими осуществлять через 350-400 часов.

Данные выполненных экспериментальных исследований по оценке влияния воды ■ различного качества на работоспособность микроводовыпусков, а

также анализ работ, приведенных выие авторов, позволили сформулировать общие требования к качеству воды, подаваемой в СМО.

Природные же воды, используемые для полива в СМО в абсолютном своем большинстве не удовлетворяют требованиям, СМО, поэтому о целью доведения их качества до необходимого уровня на СМО следует предусматривать очистные сооружения. При этом, как показывает анализ опыта эксплуатации СМО на природной воде различного качества, высокая надежность их работы может быть обеспечена в том случае, если в зависимости от показателей ее качества в водоисточнике в состав технологической схемы водоподготовки включаются узлы, реализующие функции предохранительной, предварительной и тонкой очистки воды, а также реагент-ной ее обработки и мелиорации.

5 работе обоснованы требования к степени очистки воды узлами водоподготовки, реализующими различные функции.

Определение состава технологической схемы водоподготовки по функциональному назначению узлов очистки воды для конкретной СМО рекомендуется осуществлять на основе сравнения данных анализа воды в водоисточнике с показателями, характеризующими степень ее воздействия на растения, почву и элементы систем микроорошения.

Степень воздействия воды нз почву рекомендуется оценивать по мелиоративным показателям ее качества /В.Е.Алексеевский, А.М.Корж, М.И.Ро-мащенко и др, 1990/.

Сравнивая данные анализа воды в водоисточнике со значениями мелиоративных показателей ее качества, определяют необходимость включения в состав технологической схемы водоподготовки узлов реагентнсй обработки и мелиорации воды. Затем, аналогично, путем сравнения данных анализа о качестве воды в водоисточнике или той, что прошла через узел реагентной обработки и мелиорации со значениями показателей качества воды по степени воздействия на элементы СМО в целом /Накаяма, 1979/ и требованиями микроводовыпусков /табл.7/, определяют необходимость включения в состав технологической схемы узлов предварительной и тонкой очистки воды.

После определения сосгавз узлов водоподготовки по функциональному назначению нз основе анализа технологических характеристик имеющихся технических средств водоподготовки, осуществляют их выбор для каждого узла очистки воды. Окончательное решение по составу узлов водоподготовки принимается на основе техникоэкономического сравнения вариантов.

Структурная схема излаженного выше алгорита выбора технологических схем, способов и технических средотв водоподготовки для СМО приведена на рис.б.

Таблица 7

Требования микроводовыпусков к качеству оросительной воды

1....... -..... - 1 - - ITim микроводовыпуска i Концентрация, мг/л I...........-...................1 (Размеры частиц, мкм|

1 I Молдавия-4АМ 30-50 ¡ 50-70 i

¡КУ-1 ' " 30-50 I 50-70 I

| К-383 100 1 100 I

|Тирас-1 50 I 70 i

IKP-1.. .4 375 1 200 1

I КГ-1-2 50 1 70 1

IMBK-1 100 I 150 1

1ВК-1 30-50 1 50-100 1

IМикродождеватели

|роторный, подвесной,

¡"Росинка" 50-100 1 70-100 1

1Микрораспылитель i. 50-70 1 50-70 ¡ .i. ... ____ .... __i

С ее использованием разработаны технологические схемы водоподготов-ки на СМО в зависимости от качества воды в водоисточнике.

Учитывая недостаточное'количество и, в большинстве случаев, неудовлетворительные технико-технологические характеристики освоенных в серийном производстве технических средств очистки воды для СМО, одной ив задач исследований была разработка новых их конструкций, позволяющих реализовать любую из возможных технологических схем водоподготов-ки. , В частности, для реализации функций предварительной очиотки воды при заборе ее из открытых водоисточников /каналы, пруды накопители, реки и т.п./ с целью удаления крупных взвесей и муоора, в том числе и органического происхождения разработаны устройства предварительной очистки воды решетчатого типа о автоматической очисткой сороудержива-ющей решетки /A.C.1738889/.

Для реализации функций тонкой очистки воды в безнапорном режиме фильтрации при заборе ее из открытых водоисточников и устройстве узлов тонкой очистки воды перед напорообразующим узлом разработаны барабанные фильтры тонкой очистки воды /ОТО/ трех типоразмеров с производительностью 500,S50 и 100 м куб. в час и эффективностью очиотки от взвешенных частиц минерального происхождения 70-90Х и фитопланктона

Рис.6 Блок-схема алгоритма выбора технологических схем и технических средств водоподготовки для С М О

90-95% при использовании в качестве фильтрующего элемента сетки о размером ячеек 40x40 мкм. Для обеспечения тонкой очистки воды в напорном режиме фильтрации на баве фильтров типа "Компакт" /М.Г.Журба/ разработана водоочистная установка, в конструкции которой вместо гидроциклонов применены сетчатые и тарельчатые фильтры, что обеспечивает большую равномерность и эффективность очистки воды перед ее подачей на окончательную очиотку через пенополистирольную загрузку. На базе этих фильтров разработаны блочные /из двух фильтров/ водоочистные установки для реализации функций тонкой очистки воды с ручным и автоматическим режимом их промывки.

Для предохранительной очистки воды разработаны фильтры сетчатые напорные типа ФС-150 и ФС-65, а также сетчатые о пакетно-дисковым фильтрующим элементом. Применение последнего обеспечивает существенное увеличение площади фильтрования, что в свою очередь увеличивает продолжительность фильгроцикла.

Для предохранения попадания технологических загрязнений б поливную сеть СМО разработаны фильтры для поливного трубопровода. Эти фильтры рекомендуется использовать и в СМО садово-огродкых и приусадебных участков. ......

Улучшение- качества поливной вода обеспечивает также конструкция СМО с водозабором из открытых водоисточников через линейно протяженные трубчатые фильтры, уложенные в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленные под уровень грунтовых вод /A.C. 1551285/.

Глава.7. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И КОНСТРУКЦИЙ СИСТЕМ МИКРООРОШЕНИЯ

Разнообразие почвенно-климатических, рельефных и других условий, в которых могут приминаться СМО, многообразие сельскохозяйственных культур, для полива которых они испольвуются, обуславливают необходимость создания различных по конструкции и функциональному назначению ШО. Последнее невозможно без разработки и освоения в серийном производстве; достаточного количества разнообразных по конструкции и показателям назначения технических оредств.

На основе анализа материалоемкости СМО /рио.7/ было установлено, что основным материалом, который используется для изготовления элементов систем является полиэтилен, причем свыше 60% воего расхода полиэтилена в расчете на 1 га идет-на устройство поливных трубопроводов.

Это обуслрвдено как большим количеством поливных трубопроводов на 1

1 - источник оровения; 2 - водозаборное сооружение; 3 - регулирующий бассейн-отстойник; 4 - головная насосная станция; 5 - подкачиваювря насосная станция; 6 - напорный трубопровод; 7 - узел очистки воды; 8 - залорно-регулирующая арматура; 9, 10, 11 - магистральный, распределительный и участковый трубопроводы соответственно; 12 - поливные трубопроводы с микровыпусками; 13 - измерительные приборы; 14 - узел ввода растворов в оросительную сеть; 15 - агрометеостанция; 16 - линии связи; 17 - управляющий комплекс.

га системы, так и тем, что до настоящего времени для поливной сети СМО применяют трубы иг полиэтилена высокого давления диаметрам 16,20 и 25 мм /ГОСТ-1859-83/. . Срок службы таких трубопроводов при укладке их на поверхности земли составляет 10-12 и более лет благодаря относительно большой толщине стенки /2- 2.4 мм/, так как старение материала при достаточной светосгабилигации происходит в основном в поверхностном.' oiaoe.

В то' же время используемые вместе о поливными трудопроводами капельные водовыпуски и микродождегатели имеют срок службы 5-8 лет и при их замене приходится демонтировать всю поливную сеть, хотя поливные трубопроводы еще сохраняют высокую прочность. Учитывая изложенное разработаны трубы тонкостенные мелиоративные из полиэтилена высокого давления /ГУЗЗ-10189.46-030-92/.

Параметры труб тонкостенных мелиоративных по результатам лабораторных испытаний опытных образцов, в том числе и в камере искусственного климата, приведены в табл.8.

Разрушающее давление для труб всех диаметров составило более 1.5 МПа, а срок службы при номинальном давлении 0.4 МПа- 8 лет. Значения эквивалентной шероховатости для тонкостенных труб диаметрами 20 и 25 мм, вычисленные о использованием зависимостей ¡Царси-Вейсбаха и Пранд-тля по результата),! гидравлических исследований составили 0.041 и 0.045 мм соответственно.

Разработанные грубы тонкостенные мелиоративные по физико-механическим показателям не уступают зарубежным образцам и могут применяться в СМО любой конструкции как с поверхносной, так и подземной укладкой поливных трубопроводов при номинальном рабочем давлении до 0.4 МПа.

Развегвленность поливной сети СМО, применение для ее устройства труб различного диаметра, а также необходимость создания СМО сезонного и сезонно-стационарного действия при поливе овощных, бахчевых и других видав пропашных культур при их возделывании в промышленных условиях, садово-огородных и приусадебных участков, обусловили необходимость разработки и освоения в производстве соединительных деталей различной конструкции и назначения. Так для соединения поливных трубопроводов стационарных систем микроорошения, устраиваемых из полиэтиленовых труб /ГОСТ 18599-83/ диаметрами 16,20 и 25 мм разработан комплект соединительных деталей /муфты, переходы, узлы, тройники раз-нопроходные и неревнопроходные/, свариваемых ультразвуком,

С целью обеспечения большей надежности соединения тонкостенных мелиоративных труб разработаны детали соединительные с внуренним зубовым уплотнением и наружным зажимным кольцом.

Таблица 8

Показатели тонкостенных мелиоративных полиэтиленовых труб

| Показатель Диаметр, мм 1

16 1 1 1 20 | £Б |

¡Предельное

|отклонение

|наружного

(диаметра,мм +0.3 | +0.3 | +0.3 |

|Толщина

1 стенки, мм 1.3+0.3 | 1.5+0.3 | 1.7+0.3 |

¡Масса

¡1 п.м, кг о.овз | 0.089 | 0.127 |

¡Испытательное

¡давление, МПа 1.19 | 1.10 ! 0.59 |

¡Предел теку-

чести при рас-

тяжении, МПа 10.02+0.21 | 10.48+0.17 } 9.45+0.21|

|Относительное

¡удлинение, % 330+8 | 349+11 | 341+11 (

|Вероянтостно

¡средний внут-

ренний диаметр

¡мм 1 13.25 | 18.85 | | | 21.45 | 1

Для усройства поливной оети СМО сезонного и севонно-стационарного действия разработаны и освоены в производстве детали соединительные 'переходы, тройники, муфты унифицированные/ разъемных ¡инструкций цанговых с резиновым уплотнигелъным кольцом для полиэтиленовых труб диаметром 16,20 и 25 мм.

С целью обеспечения монтажа распределительных и участковых трубопроводов в системах сезонного действия, устраиваемых из полиэтиленовых груб диаметрами 50, 63, 75 мм разработаны муфты, тройники, аналогич-аые по конструкции предыдущем.

Учитывая ограниченное количество серийно выпускаемых в Украине и зтранах СНГ микроводовыпусков, несовершенство их конструкции и неу-

о

л/ч 10

8

6 4

2 0

а) Водовылуск капельный ВК-1. 1 - корпус; Z - крышка; 3 - сменный лабиринтный дроссель

с мшфсфильтром; 4 - эластичная прокладка, I, II - лабиринтный дроссель тип-1, тип-2 соответственно.

О

л/ч

н

10 8

6

4 2 О

—

11 - т. —

1.1

- - -

- ... : 1 1 1 И

-

4 8 12 16 20

К

б) Микроводовыпуск МВК-1. 1 - корпус, 2 - эластичная втулка, 3 - клапан. I, II - лабиринтный канал-гаситель тип-1, тип-2 соответственно.

Рис.8. Капельные микроводовьгоуски.

довлетворительные показатели назначения, особенно по коэффициенту вариации расходов, разработаны:

- капельный водовыпуск ВК-1, отличительной особенностью которого является сменный дроссель,' чем обеспечивается его трансформация в две различные модификации. Первая из низ ВК-1С -саморегулируемая самолро-мывная, вторая - ВК-1Н- лабиринтного типа о ререгулируемым расходом, самопромывная.

- капельный водовыпуск встроенного типа МВК-1 о нерегулируемым расходом предназначен для использования в СМО овощных, бахчевых и других видов пропашных культур.

Общий вид и расходно-напорные характеристики капельных водовыпусков приведены на рис.а.

- микродождеватель "Росинка" со сменными распылителями и встроенным регулятором давления, использование последних обеспечивает формирование зон увлажнения различных размеров и формы, а также позволяет при одном и том же номинальном давлении создавать дождь с различной степенью распыла и формы факела.

Существенное влияние на стабильность работы мккроводовыпусков оказывает режим эксплуатации поливных трубопроводов. С целью обеспечения возможности создания СМО с промывным режимом работы поливной сети разработана самопромывная концевая заглушка. Принцип ее работы основан на том, что при отсутствии и малых давлениях /до 0.02 МПа/ рабочий орган закрыт и происходит промывка трубопровода. При повышении давления рабочий орган заглушки открывается и промывка прекращается.. Это позволяет при каждом включении и отключении поливного трубопровода удалять накопившиеся в концевой его части взвеси. Эта же цель достигается в системе с автоматической промывкой поливных трубопроводов /А.С.1537130./

Глава 8.СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СТРОИТЕЛЬСТВА, МЕТОДОВ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СМО И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭК5ЕКТИВН0СТЬ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Основными отличиями, которые определяют особенности технологии строительства СМО являются: использование в конструкции оросительной оети большого количества изделий иг полимерных материалов; большая протяженность трубопроводной сети; большее количество соединений элементов с трубопроводами; соединения трубопроводов разного порядка; подвеска поливных трубопроводов к шпалере; монтаж оросительной сети до посадки растений, в существующих насаждениях и др. Неучет этих

особенностей, механическое перенесение технологий и приемов строительства закрытой оросительной сети нз объекты микроорошения может приводить к снижению надежности этих систем.

На основе анализа комплексного машинно-ручного технологического процесса строительства оросительной сети СМО и операций его составляющих определено, что наименее механизированными из них являются операции по разметке, сборке и укладке поливных трубопроводов на системах .с подземным их размещением и выводом водовыпусков на дневную поверхность. Системы такой конструкции обладают целым рядом экспуатаци-онных преимуществ и строятся, как правило до посадки растений, поэтому имеются все предпосылки для применения технологий бестраншейной подземной /на глубину 0.4- 0.5 м/ укладки поливных трубопроводов вдоль предлагаемого ряда насаждений с выводом отводных питателей на дневную поверхность в месте посадки растения. Использование такой технологии предполагает предварительную оборку и испытания поливного трубопровода в заводских условиях.

Механизированный процесс для сборки, испытаний и подземной укладки поливных трубопроводов, а также технические средства для его реализации были разработаны и опробированы в производственных условиях в УкрНИИГиМе под руководством И.П.Орла /1981/ при строительстве системы капельного орошения "Таврия".

Практика применения этих технических средств показала, что они имеют ряд конструктивных и технологических недостатков, которые существенно снижают их эксплуатационные характеристики.

С их учетом сформированы исходные требования и разработаны технологическая линия оборки поливных трубопроводов и новая конструкция бестраншейного укладчика поливных трубопроводов /A.C. N.1819947/. Выполнение всех операций на линии сборки механизировано посредством применения специального инструмента, устройств и приспособлений, а ¡пользование гидросистемы трактора для управления работой бестраншейного укладчика поливных трубопроводов позволило исключить участие двух операторов в технологическом процессе укладки трубопроводов и повысить скорость укладки.

Применение предложенных устройств позволяет механизировать процесс сборки и укладки поливных трубопроводов при строительстве СМО с подземным вариантом размещения поливной сети при существенном /до 2-х раз/ повышении производительности труда и обеспечении требуемого качества выполнения операций.

Особое.место при строительстве трубопроводной сети СМО занимает операция сварки полиэтиленовых труб различного диаметра. Для сварки

лкэтиленовых груб диаметром 63, 75, 110 и 160 мм между собой и с 'единительными деталями "встык" и "враструб" разработана установка нтажная /УМСПТ-160/.

Высокая эффективность использования систем микроорошения существен-:м образом зависит от организации их эксплуатации, прежде всего от давильного определения сроков и своевременного проведения поливов. :еративное управление поливами на СЮ может осуществляться как з "чном режиме, так и с использованием средств автоматизации. При любом режиме управления особую актуальность имеет вопрос диаг-'стирования сроков и определения норм полива.

Для этих целей на основании исследований закономерностей водного жима почвогрунтов при микроорошении обоснована целесообразность и ^имущества применения тензиомегрического метода. Для его реализации практике управления режимами микроорошения разработан и освоен в >рийном производстве тенэиометрический датчик типа ИВД в двух ыоди-кациях, установлены предполивные пороги Есасызавщих давлений на яличных типах почвогрунтов составлены номограммы для расчета полив->й нормы /л/растение/ при оперативном контроле влагозапасов одним и ¡умя тенвиометрами в гонах увлажнения.

Использование тензиометров в качестве датчиков для определения наша полива на CMQ положено также в основу разработанного алгоритма ¡томатизированного управления процессом водораспределения на CMC. Определение срока очередного полива в кем осуществляется по показа-¡ям тензиометрических датчиков /А.С.N.1193730/, устанавливаемых под )емя контрольными растениями. Условием начала очередного полива слуга снижение всасывающих давлений по показателям двух из трех тензио->тров до величины их предполивного порога для ороягаемой культуры на 1нных почвогрунтах. Продолжительность полива определяется по величи-> поливной нормы, задаваемой в виде постоянной величины по результазы расчетов, как:

йЬп~ (27)

где т -поливная норма, л/раст.; -расход микроводовыпуска,

ISO.

Алгоритмом предусмотрена также автоматическая промывка фильтров, зтзнавливаемых в голове каждого модуля и выполняющих функции предох-знительной очистки воды. Сигналом для начала их промывки служит дос-отение предельного для применяемого типа фильтра перепада давления

Учитывая, что алгоритмом автоматизированного управления водораспре-делением в качестве основного показателя, характеризующего состояние и режим работы СМО, принято давление воды в трубопроводной сети, выполнено обоснование пределов чувствительности датчиков давления, достаточной для установления аварийной ситуации при порывах трубопроводной сети на модульном участке СМО. С этой целью по формулам соотношений давления и расхода в виде:

& ¿00%, т

§=(¿-^.¿00% (29)

где Р0 - давление при номинальном расходе, Ша; Р - давление при избыточном расходе, Ша; Оно» , - соответственно номинальный и избыточный расходы, м /сек; при постоянной, и равной 15 м расчетной длине магистрального трубопровода рассчитаны граничные соотношения давлений в распределительном узле поливного модуля. Расчеты выполнены для трубопроводов диаметрами 63, 75, 110 и 160 мм типа С и СЛ при изменении номинального расхода в распределительном узле с шагом 1.5x10 м/сек при средней скорости движения воды 1.5 м/с.

Результаты расчета позволили установить численное значение величины избыточного расхода, соответствующее аварийной ситуации, равное 0.2 л/с. В соответствии с ним установлено, что порог чувствительности датчиков давления для трубопроводов исследуемых диаметров составляет 1-5 7..

Учитывая отсутствие серийно изготавливаемых электрогидроуправляемых клапанов и регуляторов давления, технические характеристики которых бы позволяли использовать га в качестве исполнительных органов при автоматизации управления процессом водораспределения, разработана конструкция таких клапанов и регуляторов давления.

Также разработана и серийно выпускается ПО "Киевский радиозавод" система управления поливами при микроорошении садово-огородных, приусадебных и др. небольших по площади участков. В качестве исполнительного устройства в ней применяется разработанный по нашему заданию злектрогидроуправдяемый клапан с условным проходом 20 мм.

Использование предложенных технических средств автоматизации управ-

ления процессом водораспределения обеспечивает реализацию технологического процесса микроорошения в строгом соответствии о требованиями орошаемых культур, создавая тем самым предпосылки для экономии поливной воды и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Практическое использование технологии и технических средств микро-оршэния на протяжении 20-ти летнего периода их эксплуатации в Украине и других странах СНГ подтвердило высокую экономическую эффективность этих способов полива. Так, результаты определения экономической эффективности микроорошения по целому ряду хозяйств различных регионов Украины в период с 19В0 г. по 1990 г., выполненных в соответствии с действовавшими в системе бывшего Минводхоза СССР нормативными документами, свидетельствуют, что капитальные затраты на строительство СМО окупаются в течение 2-3-х лет плодоношения сада или виноградника только за счет повышения урожайности. Очевидно, что сроки окупаемости капитальных затрат сократятся с введением платы за воду.

Высока и энергетическая эффективность микроорошения. По данным А.Д.Лянного, В.И.Полякова, И.В.Шевченко /1993/ при орошении виноградников положительный энергетический баланс из существующих способов полива имеет только микроорошение благодаря, глазным образом, низким энергозатратам на водоподачу.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований, опытной, опытно-производственной и производственной проверки и эксплуатации предложенных методических и технических решений и разработок:

1.Подтверждено, что капельное орошение и микродождевание являются высокоэффективными, ресурсосберегающими и экологически безопасными способами полива. Их применение для орошения винограда, плодово-ягодных, овощных, бахчевых и других видов сельскохозяйственных культур, схемы посадки и агротехника возделывания которых наиболее полно отвечают технологическим особенностям микроорошения, обеспэчивавт по сравнению с традиционными способами орошения /дождевание, поверхностный полив/:

- повышение урожайности на 15-ЗОХ при более высоком товарном качестве сельскохозяйственной продукции;

- экономию поливной воды на 30-50% при микродождеввнии и до 2-5 раз при капельном орошении плодовых насаждений и винограда;

- экономию на 40-70% энергетических затрат на подачу воды растениям;

- возможность создания высокоэффективных насаждений плодовоягодных культур и винограда на склоновых, маломощных, песчаных, супесчаных и других неудобных и малопродуктивных землях;

- сведение к минимуму или полное исключение отрицательного воздействия на окружающую ореду, прежде всего на почвогрунты;

- сокращение на 15-30% трудозатрат на эксплуатацию СМО за счет автоматизации управления технологическим процессом водораспределения;

- окупаемость капитальных затрат в течение 2-3 лет плодоношения плодово-ягодных культур и винограда за счет прибавки урожая, экономии воды и электроэнергии.

2.Установлены, с использованием разработанной методики, качественные и количественные закономерности водопотребления винограда, плодо--во-ягодкых, овощных и бахчевых культур при микроорошении, которые подтвердили существование у культур с рассредоточенными схемами посадки вон более интенсивного отбора влаги. Установлено, что форма и размеры этих зон, в также интенсивность потребления влаги из них, соответствуют особенностям формирования корневой системы растений. Получены математические выражения в виде линейных уравнений для описания. функций отбора влаги растениями из разных по глубине и радиусу частей зон интенсивного водопотребления.

3.Доказано, что фактическое водопотребление растений из зон увлажнения существенно /на 50-300%/ ниже расчитанного по известным методам /С.М.Алпатьев, Г.К.Льгов, И.А.Шаров, Д.А.Штойко/, поэтому их применение для определения дефицита водопотребления при проектировании СМО без соответствующих доработки и уточнения является необоснованным, так как обуславливает проектирование СМО с увеличенными пропускной способностью трубопроводной сети и мощноотью насосно-силового оборудования.

4.Доказано, что в условиях, когда микроорошение является дополнительным к естественным атмосферным ооадкам источником влагообеспече-ния растений, подача поливной воды в зону более интенсивного ее потребления с увлажнением незначительной /5-10%/ части общей площади водного питания растений при поддержании влагозапасов в формируемых зонах увлажнения в диапазоне от 0.6-0.8 НВ /в зависимости от вида, периода и фазы развития сельскохозяйственной культуры/ до НВ не приводит к локализации корневой системы в пределах зон увлажнения и обеспечивает создание благоприятных условий для роста, развития и высокой продуктивности орошаемых, способами микроорошения, сельскохозяйственных культур.

■ 5.Экспериментально и на основе данных имитационного моделирования,

использованием предложенной автором совместно с Г.Е.Мистецким и .А.Илюшиным математической модели нестационарного неизотермического ассопереноса в почвогрунтах зоны аэрации при микроорошении, установ-ены закономерности формирования зон увлажнения на различных типах счзогрунтов в зависимости от исходной их влажности, интенсивности и бъемов водоподачи. Предложены математические выражения в виде оте-енных функций для определения размеров /диаметра и глубины/ зон ув-:ажнения. Установлены предельные их размеры для различных видов селъ-кохозяйственнкх культур з зависимости от фаз и периодов их роста и аэвития на разных типах почвогрунтов.

В.Установлено влияние поддерживаемых в генах увлажнения диапазонов [дагосодержания почвогрунтов /различные режимы орошения/ на рост, »аззитие и продуктивность орошаемык насаждений, Предложено математи-[еское выражение в Еиде уравнения второй степени для списания зависи-юстей "ВОДА-УРОЖАЙ" при капельном орозении плодовых культур и виног-;ада. Установлены коэффициенты этих зависимостей, использование кото-;ых поззоляет прогнозировать урожайность при микроорошении. На основе теоретической оценки возможности поддержания водопотребления на ояти-¿альном или близком к нему уровне, обоснованы и установлены дифференцированные, по периодам и фазам развития различных сельскохоаяйствен-*ых культур, предполивные пороги влагосодержания в зонах увлажнения т различных по механическому составу и водоудерживащей способности кчвогрунгах.

?.Установлено, что микрсорошение пресными и слабоминерализованными •'до 1.7 г/л / водами на фоне естественных атмосферных осадков /300 т/тол и вше/ не приводит к накоплению солей в зонах увлажнения, более того, отмечается процесс их выноса в нижележащие горизонты зоны аэрации. Микроорошение также не оказывает существенного влияния на физико-механические свойства почвогрунтов.

8.Установлено влияние воды различного качества на работоспособность микроводовыпусков при промывном и непромывном режимах работы поливных трубопроводов.Предложена эмпирическая зависимость для оценки изменения начального расхода микроводовыпусков в процессе эксплуатации при промывном режиме работы поливных трубопроводов, а также установлена продолжительность работы микроводовыпусков до профилактической их промывки при непромывном режиме работы поливной сети. Предложена классификация узлов водоподготовки систем микроорошения по функциональному назначению, сформулированы общие требования к ним, разработаны структурная схема и алгоритм выбора технологических схем и технических средств водоподготовки для систем микроорошения в зависимое-

ти от требований, предъявляемых к качеству воды элементами системы "РАСТЕНИЕ-ПОЧВОГРУНТ-ОРОШЕЛЬКАЯ СЕТЬ".

9.Установлено, что режим движения воды в поливных трубопроводах систем микроорошения находится, в основном, в области гидравлически гладких труб и для определения потерь давления в них, с достаточной точностью / . 10%./ можно использовать зависимости Дарси-Бейсбаха для равномерного движения воды, а также зависимости М.Г.Хубларяна, А.А.Федорца, А.М.Грабовского, Г,А.Петрова и М.И.Андриашева при движении воды с переменной массой, учитывая при этом местные сопротивления по зависимостям Блазиуса, Ф.А.Шевелева, А.А.Федорца, Р.Р.Чугаева, ВТИ, ВНЖГиМ.

10.Установлено, что наиболее целесообразными для систем микроорошения являются равномерность водоподачи в диапазоне 90-95Х и технически достижимый уровень коэффициентов вариации расходов микроводовыпусков 2-7X. Предложены методики гидравлического расчета поливной сети систем микроорошенкя о учетом равномерности водоподачи и самопромывного расхода микроводавьшусксв.

11.Предложена методика оперативного определения сроков и норм полива при- эксплуатации систем микроорсшения о использованием разработанных и освоенных в серийном производстве тензиометров типа ИВД, определены предполивные пороги всасываощих давлений для различных сельскохозяйственных культур, соответствующие рекомендуемым порогам пред-поливной их влажности на разных типах почвогрунтов, построены номограммы для расчета поливных норм.

12. Обоснована требуемая точность измерения давления в трубопроводной сети систем микроорошекия, достаточная для установления аварийной ситуации в сети, разработаны принципиальная схема и алгоритм автоматизированного управления процессом водораспределения с использованием тензиометров для установления сроков полива.

13.Предложены технические решения, разработаны и освоены в серийном производстве технические средства микроорошения /микроводовыпуски,детали соединительные разъемных и неразъемных конструкций, средства предварительной, предохранительной и тонкой очистки воды, запорно-регулирующая и . предохранительная арматура и др./, применение которых обеспечивает реализацию технологий капельного орошения и микродожде-ванкя - /подкронового и надкронового/ различных сельскохозяйственных культур в разных почвенно-климатических, рельефных и хозяйственных условиях их возделывания посредством создания СМО стационарного, се-зонно-сгационарного и сезонного действия с ручным или автоматизированным управлением процессом водораспределения и забором воды с по-

эрхностных и подземных источников.

14.С целью обеспечения высокой эксплуатационной надежности и эффектности СМО при их проектировании, строительстве и эксплуатации ре-эмендуется:

- использовать способы микроорошения при создании интенсивных и су-эринтенсивных насаждений винограда, плодово-ягодных и других высоко-?нтабельных, чувствительных к дефициту влаги и технически ценных эльскохоэяйственных культур /овощные, бахчевые, арахис, хлопчатник и 5./, схемы посадки и агротехника которых согласуется с технологически особенностями микроорошения. При этом для многолетних насаждений сономически более целесообразным является применение микроорошения с шента посадки насаждений, чем обеспечивается высокая /практически злная/ их приживаемость и выравненность насаждений, меньшая повреж-аемость вредителями и болезнями, более высокая их продуктивность, а аоке возможность использования для создания насаждений на малопро-'ктизных /маломощные, песчаные, супесчаные, рекультивируемые/ и слоновых земелях и, высвобождения, на этой основе, плодородных зе-;ль под посевы зерновых и кормовых культур;

• для полива еноеь создаваемых насаждений винограда и плодовоягодных 'льтур использовать стационарные СМО с подземным /на глубине 40-50 1/, а в существующих насаждениях системы с поверхностным /на почве ш шпалерной проволоке/ размещением поливных трубопроводов и уста->вкой микроводовыпусков непосредственно у штамба /основания/ расте-[я;

при возделывании винограда и плодово-ягодных культур на средних и энелых по механическому составу, с высокой водоудерживающей способ-ютью, почвогрунтах и при содержании почвы под задернением на всех ¡пах почвогрунтов - системы микродождевания;

для полива овощных, бахчевых, арахиоа и других пропашных культур ¡пользовать системы сезонно-стационарного и сезонного действия, реа-:зующие как технологии микродождевания /арахио/, так и капельного ошения /бахчевые, овощные/;

пропускную способность трубопроводной сети и мощность насосносило-го оборудования СМО устанавливать из условия покрытия дефицита во-потребления растений из формируемых зон увлажнения в соответствии с тановленными их предельными размерами для различных оельскохозяйс-енных культур на разных типах почв и дифференцированными по перио-м и фазам развития предполивными порогами влагосодержания расчитан-го по предложенной методике с использованием установленных биокли-тических коэффициентов;

- гидравлический расчет поливной сети осуществлять с учетом обоснованного уровня равномерности водоподачи и оамопромывного_расхода мик-роводовыпусков по предложенной методике:

- выбор технологических схем, состава узлов водоподготовки и технических средств очистки воды для их устройства осуществлять на основе предложенного алгоритма с учетом обоснованных требований к качеству ВОДЫ элементов системы "РАСТЕНИЕ-ПОЧВОГРУНТ-ОРОСИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ" и с использованием разработанных и освоенных в серийном производстве технических средств очистки воды;

- предусматривать промывной режим работы поливной сети СМО на на основе использования предложенниой конструкции СМО или посредством оснащения поливных трубопроводов концевыми самопромывными заглушками, разработанными и освоенными в производстве;

- при строительстве СМО с подземным размещением сети поливных трубопроводов использовать разработанный и освоенный в серийном производстве безтраншейный укладчик поливных трубопроводов с питателями. Сварку полиэтиленовых труб различного диаметра при устройстве оросительной сети осуществлять с использованием разработанной и освоенной в серийном производстве установки УМСТП-160;

- осуществлять формирование эксплуатационных режимов орошения на основе предложенной методики с использованием разработанного и освоенного в серийном производстве тензиомегра типа ИВД и установленных предполивных порогов всасывающего давления;

- автоматизацию процесса водораопределения, включая автоматизацию промывки фильтров, осуществлять на основе предложенных алгоритма и технических средств контроля и управления.

15.Дальнейшее совершенствование технологий микроорошения должно осуществляться в направлении расширения их функциональных возможностей, в первую очередь, с учетом возможности осуществления противоза-мороакавых, освежительных и увлажнительных поливов, внесения с поливной водой минеральных удобрений, микроэлементов, средств защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. В связи с этим разработка технических средств ыикроорошения должна быть ориентирована на:

- повышение показателей их надежности, прежде всего за счет создания микроводовьшусков о пониженными требованиями к качеству оросительной воды и использования для их изготовления полимерных материалов, стойких к механическому, физическому и химическому воздействию окружающей среды, а также полной автоматизации управления технологическими процессами;

- уменшение материалоемкости и энергоемкости на основе применения

язконапорных СЮ с использованием для создания оросительной сети пещерных труб пониженной напорности;

- снижение трудозатрат на строительство и монтаж СМО на основе сования узлов и деталей о повышенными коэффициентами заводской готов-эсти и механизации процессов сварки и укладки трубопроводов ороси-гльной сети;

■ создание автоматизированных систем проектирования СМО с применени-а усовершенствованных методов гидравлического расчета, учитывающих авномерность водоподачи и оамопромывной расход микровсдовыпусков. Всего по теме диссертационной работы опубликована 83 печатных рабо-1, общим объемом около 70 печатных листов, из них лично автором не ;нее 25 печатных листов.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих пуб-

1КЭЦИЯХ:

1.Исследование нелинейного уравнения вертикального влагопереноса на ЗМ и АВМ//Материалы по геологии, гидрогеологии и геохимии Украины, ЖР и Молдавии,- К.,1978.-вып. 14 /в соавторстве/. 2.Определение инфильтрационного питания по расчетам влагопереноса в зне аэрации//Мелирация и водное хозяйство,- К.,1979.-Вып.47 /в соав-зретве/.

3.Анализ условий применимости методов математического моделирования гагоперекоса в зоне аэрации//Мелирация и водное хозяйс-ю.-К.,1979.-Вып.47 /в соавторстве/.

4.Водный режим псчЕогрунтоз и его регулирование при капельном оро->нии оадов//К.,1980.- /в соавторстве/.

5.Математическое моделирование инфильтрационного питания при глубо-зм залегании грунтовых вод (в условиях орошения)//Теория и расчеты ш>трации.-К.,1980.- /в соавторстве/.

6.Система капельного орошения "Таврия"//Гидротехника и мелиера-н.-М.,1981.-п.4 /в соавторстве/.

7.Изучение химического состава поровых растворов в условиях капель->го орошения//Мелиорация и водное хозяйство.-К.,1982.-вып.55 /в со-¡торстве/.

8.Определение параметров влагопереноса в полевых условиях,//Мелио-щия и водное хозяйство.-К.,1982.-вып.55/в соавторстве/. 9.Рекомендациипо технологии капельного орошения молодых насаждений годовых и ягодных культур в Украинской ССР (на примере системы "Тав-ш").-К. ,1983.-/в соавторстве/.

.0.Водно-солевой режим почвогрунтов зоны аэрации при локальном ха-штере увлажнения.-Всесоюз. совещание по мелиоративной гидрогеоло-

гии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведении.-М.,1984.-Тез. докл.-т.Е-/а соавторстве/.

11.Методические указания по оперативному контроля влагозапасов почвы на мелиорируемых землях при помощи тензиометров типа ИВД.-К.,1984.-,Ротапринт,УкрНИИГиМ/в соавторстве/.

12.Изучение связи между методами определения сроков и норм полива по дефициту влаги в почве и расчетными методами при капельном орошении//. -М. ,1984. -Экспресс инф./Минводхоз СССР/ ЦБНТИ,сер.1/в соавторстве/.

13.Опыт исследования взаимосвязи величин минерализации почвенного раствора и засоленности почв зоны аэрации//Гидрогеолого-мелиоративное состояние орошаемых и осушаемых земель и методы его контроля, К. ,1985.-/в соавторстве/.

14.Изучение водного режима почвогрунтов для обоснования режима капельного орошения виноградников в условиях Южного берега Крыма// .-М.,1986.-Экспресс инф./Минводхоз СССР/, ЦБНТИ,сер.1,вып.1, /в соавторстве/,

15.Капельное орошение насаждений яблони интенсивного типа//Капельное орошение оадсв и виноградников на Украине и в Молдавии.- К.,1987.-/в соавторстве/.

16.Особенности иссушения почвогрунта деревьями персика и характер увлажнения при капельном орошении//Капельное орошение садов и виноградников на Украине и в Молдавии.-К. ,1987.-/в соавторстве/. 17.Оперативное определение сроков и норм капельного полива выоокоин-тенсивных сздов//Капельное орошение садов и виноградников на Украине и в Молдавии.-К.,1987.-/в соавторстве/.

18.Каталог изделий для систем капельного и подкронового орошения производства и комплектации Симферопольского завода//К.,1988.- НПО УкрНИИГиМ /в соавторстве/.

19.Каталог систем капельного и подкронового орошения с учетом номенклатуры -изделий Симферопольского завода//М.,1988.-ВО Союзводпро-ект,/в соавторстве/.

20.Проектирование систем капельного и подкронового орошения на базе технических средств Симферопольского завода //М.,1988.- ВО Союзводп-роект,/в соавторстве/.

21.Регулирующий ограничитель давления//а.с.N.1481555,1989, /в соавторстве/.

22.Система капельного орстения//а.с.М.1551285,1939,/в соавторстве/.

23.Автоматизация водораспределения на системах микроорошения// Современные проблемы планирования и управления воднохозяйственными сис-

темами.-Новочеркасск,1990.-Тез. конф./в соавторстве/. '

24.Методические указания но мелиоративному контролю качества оросительных вод Украинской ССР//.-К.,1390.-/в соавторстве/.

25.Концепция развития садоводства в Украинской ССР до 2005 года// К. ,1990.-УААН,УНИИС/в соавторстве/.

26.Оросительная система//а.с.М.1687130А1,1991,/в соавторстве/.

27. Микроорошение .-Географическая энциклопедия Украины//К.,1990.-/в соавторстве/.

28.Математическая модель внутрипочвенного влаго-,соле- и теплопере-носа при микроорошэнии//Мелиорация и водное хозяйство.М.,1991.- N.7 /в соавторотве/.

29.Тонкостенные трубы для систем микроороаения//Мелиорация и водное хозяйотво.М.,1991.-N.8,/в соавторотве/.

30.Гидравлические исследования поливного трубопровода с капельными водовыпусками//Научные исследования по гидротехнике и мелиорации, К.,1991.-вып.2/в соавторстве/.

31.Выбор технологических схем и технических средств эодоподготовки для сиотем микрооровения//Научные исследования по гидротехнике и мелиорации. К.,1991.-вып.2/в соавторстве/.

32.Состояние и основные направления развития микроорошения в Украи-зе//Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-вып.1

33.Конструктивные особенности систем микророшения и их классифика-дия//Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-вып.1 /в соавторстве/.

34.Технические средства поливной сети систем микророшения// Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-вып.1 /в соавторотве/.

35.Некоторые аспекты обоснования уменьшения оросительных норм// [. ,1992.-В].сшкаграрно1 науки.

36.Технические средства очиотки воды для систем микроорошения// Гид-ютехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-вып. 1 /в соавторстве/.

37.Оценка работоспособности капельниц в зависимости от состава взве-:енных частиц в орооительной зоде поливных трубопроводов//Гидротехни-а и мелиорация в Украине.К.1992.-вып. 1 /в соавторстве/.

38.Расчет поливных трубопроводов сиотем микроорошения по критерию авномерности водоподачи//Гидротехника и мелиорация в Украине, .,1992.-вып.1/в соавторстве/.

39.Гидравлический расчет трубопроводов систем микроорошения с самоп-змывающимися микроводовылусками//Гидротехника и мелиорация в Украи-э.К. ,1932.-вып.1/в соавторстве/.

Ю.Сороочистное устройство для открытых водоводов гидротехнических

сооружений//а.с.N. 1738889,1992/в соавторстве/.

41.Гидравлический расчет поливных трубопроводов систем микроороше-ния//Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1S92.-вып.1, /в соавт./

42.Рабочее оборудование бестраншейного укладчика трубопроводов с пи-тателями//а. c.N.1819947,1992/в соавторстве/.

43.Особенности формирования водного режима почвогрунтов и водопотребления винограда при капельном орошении в условиях Кишого берега Крыма//Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-выл.1 /в соавторстве/.

44.Особенности строительства оистем капельного орошения// Гидротехника и мелиорация в Украине.К.,1992.-выл.1 /в соавторстве/.

45.Оборудование для сборки и подземной укладки поливных трубопроводов систем микроорошения//Гидротехника и мелиорация в Украине, К.,1992.-вып.1/в соавторстве/.

46.Изучение водопотребления плодово-ягодных культур и винограда при микроорошении//Современные методы исследований в агрономии.Умань, 1993.-Тез.док.межд.конф.

47. Мккроороаение столового арбуза в условиях юга Украины// Оросительные мелиорации, их развитие, эффективность и проблемы. Херсон ,1993. -Мат.межд.конф./в соавторстве/.

48.Микроорошение огурца в условиях юга Украины// Оросительные мелиорации, их развитие, эффективность и проблемы. Херсон,1993.-Мат. межд. конф./в соавторстве/.

49.Системы микроорошения для полива садово-огородных и приусадебных участков//Д1м,сад,огород.К.,1993.-/в соавторотве/.

50.Влияние качества воды на работоспособность микроводовыпускоа систем микроорошения//В1сник аграрно! науки,К.,1994.-п.1, /в соавт./

51.Изучение водопотребления плодовых,ягодных культур и винограда при микроорошения//В1оник аграрно! науки,К.,1994.-п.3, /в соавторотве/.

52.Experimental definition of dependence "Water-Harvest" when micro-irrigating long standing plantantions, 17 European Regional Conference on. Irrigation and Drainage, Varna,1994,/в соавторстве/.

53.Рекомендации no микроорошенмо для полива садово-огородных и приусадебных участков//Киев,1994.-Утв.НТО Госводхоза Украины, /в соавторотве/.

54.Номенклатура, методы определения и базовые значения показателей качества элементов систем микрооротения, К. ,1994.-/в соавторстзе/.

• 55. Рекомендации по выбору технологических схем к технических средств водоподготовки для систем микроорошения//К. ,1994.-Утв. НТС Госводхоза Украины./в соавторстве/.