Ю мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых земель, поддержанию систем в работоспособном состоянии, их совершенствованию, инженерно-мелиоративному мониторингу

Вид материала

Лекция

Содержание Регулирование водного режима на осушительно-увлажнительных и осушительных системах. Комплексная реконструкция и развитие оросительных систем

Подобный материал:

• Україна красногвардійська районна державна адміністрація в автономній республіці крим, 567.8kb.
• Аверьянов С. Ф. Вопросы обоснования дренажа орошаемых земель./В сб: Борьба с засолением, 283.68kb.
• Отчет о ходе выполнения программных мероприятий в 2010 году, предусмотренных республиканской, 40.01kb.
• Методика контроля качества поверхностных и дренажных вод на осушаемых землях, 237.99kb.
• Автоматизированные системы мониторинга электропотребления и расчеты режимов электрических, 96.36kb.
• 6. земля Общая площадь сельскохозяйственных угодий Центральной Азии (ЦА) составляет, 424.12kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 488.73kb.
• Ростовский Государственный Университет. Геолого-географический факультет реферат, 80.27kb.
• Реферат по экономической географии и природопользованию тема: содействие устойчивому, 220.51kb.
• О состоянии законодательства в Ульяновской области и некоторых мерах по его дальнейшему, 1799.87kb.

Лекция 10.

Регулирование водного режима на осушительно-увлажнительных и осушительных системах.

Внутрихозяйственное регулирование водного режима.

1. Под требованиями сельскохозяйственных культур к водному режиму осушаемых земель понимают количественную зависимость урожайности от совокупности основных показателей водного режима: глубины залегания уровня грунтовых вод, влажности почвы, продолжительности затопления почвы и подтопления ее верхних слоев в различные периоды вегетации.
   

Осушительно-увлажнительные и осушительные системы при их эксплуатации должны обеспечить требования сельскохозяйственных культур к водному режиму.

Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и сохранения почвенного плодородия необходимо поддерживать мелиоративные режимы осушаемых земель в оптимальных пределах.

Оптимальную влажность почвы, при которой получают наиболее высокие урожаи сельскохозяйственных культур, устанавливают опытным путем для конкретных условий. Верхний предел оптимальной влажности определяется нижним пределом аэрации почвы. Для многолетних трав объем воздуха в верхнем корнеобитаемом слое почвы должен составлять не менее 15-20% ее пористости, зерновых культур 20-30, для картофеля и овощных не менее 30-40%. Нижним пределом оптимальной влажности почвы является влажность разрыва капиллярной связи, при которой подвижность влаги в почве резко уменьшается.

Оптимальная влажность почвы находится в пределах (в долях от полной влагоемкости): для зерновых культур 0,50-0,75; для овощей, картофеля и корнеплодов 0,55-0,8, для трав 0,65-0,85.

Влажность почвы и культуры тесно связана с глубиной залегания уровня грунтовых вод. Глубину залегания уровня грунтовых вод, соответствующую оптимальной влажности верхнего корнеобитаемого слоя почвы на осушаемых землях, называют нормой осушения. Она изменяется во времени и зависит от климатических, погодных, почвенных, гидрогеологических и хозяйственных условий.

В предпосевной период норма осушения должна обеспечить проходимость сельскохозяйственных машин и механизмов и составляет 0,4-0,6 м. в вегетационный период ее значение равно глубине распространения основной массы корневой системы растений плюс высота эффективного капиллярного подъема влаги в почве. В последующий период вегетации по мере роста и развития корневой системы растений норму осушения увеличивают для сенокосов до 0,6-0,8 м. В период уборки урожая норму осушения уменьшают до первоначально 0,4-0,6 м.

Во влажные годы норму осушения принимают на 0,1-0,3 м больше, а в засушливые на 0,1-0,3 м меньше нормы осушения для средних по естественной увлажненности лет.

2. Способы регулирования водного режима.
   

Ускорение поверхностного и внутрипочвенного стоков применяют при атмосферном типе водного питания с помощью открытых или закрытых собирателей.

Открытые собиратели – это небольшие каналы трапецеидальной формы, расположенные через 60-300 м поперек склона местности, глубиной 0,8-1,2 м, длиной 0,6-1,2 км. Регулирующую сеть из открытых собирателей устраивают преимущественно при осушении естественных лугов, лесных угодий. При попадании осадков открытые собиратели перехватывают поверхностный сток, рассредоточивая его и сокращая длину пробега воды по склону.

С осушаемого участка вода по собирателям поступает в коллекторы проводящей сети и далее в магистральный канал, а затем ее сбрасывают в водоприемник или в специальный пруд.

Закрытый собиратель – представляет собой дренажную трубу диаметром 50-75 мм с фильтрующей засыпкой над ней, расположенную поперек склона местности на глубине 0,8-1 м. Длина закрытых собирателей 150-200 м, расстояние между ними 12-60 м, минимальный уклон 0,003. закрытые собиратели используют преимущественно при осушении пашни: при возделывании полевых, овощных и кормовых культур, на пастбищах.

Эффективность регулирования водного режима при осушении закрытыми собирателями повышают проведением специальных агромелиоративных мероприятий, ускоряющих поверхностный сток и улучшающих вводно-физические свойства почвы.

При малых уклонах осушаемого участка поверхностный сток ускоряют с помощью периодической планировки, а в отдельных случаях – профилированием поверхности почвы.

Одно из наиболее эффективных мероприятий при осушении тяжелых почв – кротование.

Кротовина – это круглая полость диаметром 7-10 см с узкой щелью над ней, образованная в почве при проходе специальное орудия. Глубина заложения кротовин при кротовании со вспашкой 40-50 см, а расстояние между ними 1-3 м. прокладывают кротовины в подпахотном слое поперек закрытых собирателей. Избыточная вода через щель попадает в полость кротовины и далее поступает в трубу закрытого собирателя.

Глубокое рыхление выполняют на минеральных глинистых почвах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут. Глубину рыхления принимают от 50-60 до 80 см. глубокое рыхление улучшает перераспределение влаги и способствует ее аккумуляции в разрыхленном подпахотном слое, повышает эффективность действия закрытых собирателей.

Открытые осушители представляют собой небольшие каналы глубиной 1-1,5 м, расположенные поперек потока грунтовых вод. Длина осушителей 700-1500 м. минимальный уклон осушителя 0,0003. применяют открытые осушители на сенокосах и пастбищах.

Закрытый горизонтальный дренаж представляет собой систему дрен, на глубине 1-1,5 м. Применяют при осушении земель под полевые и овощекормовые севообороты, пастбища.

Дрена – это свободная полость с креплеными стенками, проложенная с заданным уклоном в грунте. Минимальный уклон дрен 0,003.

Вертикальный дренах применяют при грунтовом и грунтово-напорном водном питании, а также на землях постоянно подтапливаемых со стороны водоемов и водотоков. Он состоит из дренажных скважин, проводящей и оградительной сетей, и его разделяют на систематический, выборочный и комбинированный.

Ограждение от поступления делювиальных, грунтовых и грунтово-напорных вод с водосбора осуществляют с помощью оградительной сети нагорных и ловчих каналов.

Нагорные каналы применяют при намывном делювиальном типе водного питания. Их располагают по верхней границе осушаемых земель.

Ловчие каналы применяют для перехвата и понижения уровня грунтовых и грунтово-напорных вод, поступающих с водосбора.

Защиту земель от затопления водами рек, озер, водохранилищ или регулирование затопления проводят при намывном аллювиальном типе водного питания, улучшая состояние русла реки. Для этого устраивают затопляемые или незатопляемые дамбы, которые превращают эти территории в польдерные системы.

Подпочвенное увлажнение применяют при грунтовом типе водного питания на легководпроницаемых грунтах значительной мощности с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут и при малых уклонах местности.

Подпочвенное увлажнение разделяют на предупредительное и увлажнительное.

Предупредительное увлажнение заключается в заблаговременном перекрытии осушительной сети щитами шлюзов с целью максимальной аккумуляции грунтовых вод и атмосферных осадков на осушаемой территории.

Увлажнительное увлажнение применяют при наличии источника орошения, имеющего необходимое количество воды.

Дождевание используют на местности со слабопроницаемыми почвами и грунтами, с большими уклонами и при наличии развитого микрорельефа. При дождевании интенсивно увлажняется верхний слой почвы и оперативно регулируется вводно-воздушный режим в корнеобитаемом слое, повышается влажность не только в корнеобитаемом слое почвы.

Поверхностное самотечное увлажнение проводят в основном весенними паводковыми водами. Оно обеспечивает увлажнение и обогащение почвы кислородом и питательными веществами.

3. Расчет регулирования влажности почвы на осушительно-увлажнительных системах.
   

Регулирование влажности почвы на осушительно-увлажнительных системах основывается на уравнении водного баланса и заключается в отводе избыточной влаги во влажные периоды или подаче недостающей влаги в сухие периоды.

Динамику влажности почвы в корнеобитаемом слое устанавливают по уравнению водного баланса, м³/га:

W_K = W_H + O_C + g + ∆W – E,

W_H, W_K – запасы влаги в расчетном слое почвы на начало и конец расчетного периода, м³/га;

O_C – используемые атмосферные осадки;

g – влагообмен между расчетным и подстилающими слоями почвы;

∆W – запас влаги в слое прироста корневой системы растений;

E – суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур.

Запасы влаги в начале вегетации ориентировочно можно принять равными влагозапасам в почве при НВ, а используемые атмосферные осадки 70-90% их общего количества.

Влагообмен, м³/га, между расчетным и подстилающими слоями почвы:

q = ά₁ E – ά₂(O_{C +} М),

ά₁ E – капиллярное подпитывание;

ά₂(O_{C +} М) – инфильтрация в глубокие горизонты атмосферных осадков и поливных вод.

Коэффициенты ά₁ и ά₂ зависят от глубины грунтовых вод, капиллярных свойств и водопроницаемости почв и грунтов.

Суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур, м³/га, можно вычислить:

E = k_и ∑t,

k_и – модуль испарения, зависящий от влажности почвы;

∑t – сумма среднесуточных температур воздуха за расчетный период, ºС

Запас влаги, м³/га, в зоне прироста корневой системы растений:

∆W = ПВ√1 – h/h_K(1 – β²_з/р²),

ПВ – полная влагоемкость в зоне прироста корневой системы растений, м³/га;

h – расстояние от уровня грунтовых вод до середины прироста корневой системы за расчетный период, м;

h_K – максимальная высота капиллярного поднятия грунтовых вод, м;

β²_з – средняя влажность завядания, %

р² – средняя пористость, % объема почвы в слое h.

Если W_K > W_HВ, то отводят воду из почвы. Объем, м³/га, воды, отводимой при осушении дренажной сетью: m_ос = W_K - W_HВ.

Если W_HВ > W_K > W_min , W_K находится в оптимальных пределах, то запасы влаги на начало следующего расчетного периода принимают равными влагозапасам в конце предыдущего периода.

Если W_K < W_min, то почву увлажняют. Максимальная норма увлажнения, м³/га,

M_{ув max} = W_HВ - W_K.

На почвах со слабовыраженными капиллярными свойствами уровень грунтовых вод необходимо поддерживать близко к поверхности.

При дождевании рекомендуют следующие нормы увлажнения, м³/га: на супесчаных почвах от 100-150 до 300, на суглинистых, глинистых и торфяно-перегнойных почвах от 150…200 до 400.

В процессе реализации хозяйственных планов регулирования водного режима в текущем году возникает необходимость их корректировки в зависимости от складывающихся погодных и организационно-хозяйственных условий.

Расчеты выполняют с начала вегетации культуры. Для этого прежде всего на начало расчетного периода определяют исходные запасы влаги в почве.


Лекция 11

Системное регулирование водного режима

Системное регулирование водного режима осуществляют на межхозяйственных осушительно-увлажнительных системах. Системное регулирование водного режима заключается в управлении расходами и объемами отводимой и подводимой воды по отдельным массивам земель системы. Для этого массивы отделяют друг от друга продольными и поперечными дамбами, в дамбах и русле реки устраивают шлюзы-регуляторы, внутри обвалованных массивов – водораспределительную и водосборную сети.

Для составления системного плана регулирования водного режима необходимо иметь следующие основные материалы: расходы воды реки и ее основных притоков, объемы стока; объемы воды в водохранилищах; схему водосборной площади реки и речной сети; площади затопляемых земель по массивам, площади осушения и увлажнения.

Системные планы регулирования водного режима земель рассчитывают по двум периодам – весеннему и летнему.

Для весеннего периода рассчитывают пропуск и распределение паводковых расходов по массивам пойменных земель с целью их затопления. Затопление пойменных земель водами весеннего половодья проводят для влагозарядки, обогащения почв питательными веществами и кислородом, повышения температуры почвы на осушительно-увлажнительных и осушительных системах. Норма затопления составляет 2…4 тыс. м²/га.

Площадь затопления по массивам и на системе определяют в зависимости от расходов и уровней половодья. В маловодные годы можно затапливать не всю площадь системы, а только часть ее. Возможные удельные объемы, м³/га, затопления для каждого массива

М_з = W/F_з,

W – объем паводкового стока, м³

F_з – площадь затопления, га

Объемы, м³/га, и расходы, л/с, избыточной или недостающей воды для каждого массива

М_рег = М_з - М_п

М_п – принятая норма затопления.

Часть нормы затопления расходуется на впитывание в почву и испарение, а оставшаяся часть отводится по руслу реки.

Объем, м³/га, испарившейся зоны: Е₀ = 2,7 ∑t_з,

2,7 – интенсивность испарения с поверхности воды,

∑t_з – сумма среднесуточных температур воздуха за период затопления.

Объем, м³/га, избыточной воды на пойме, подлежащей отводу по руслу реки:

М_от = М_п - М_вп – Е₀.

Расчет системного регулирования водного режима в летний период заключается в сопоставлении потребности в воде для увлажнения земель с наличием ее в источнике орошения.

Потребность в воде для орошения по каждому временному периоду


q = М/86,4 t,

q – гидромодуль в расчетном периоде, л/с;

М – норма увлажнения за расчетный период;

t – число суток в расчетном периоде.

Для уменьшения максимальных расходов воды, перекачиваемой осушительной насосной станцией, рядом с ней устраивают неглубокий аккумулирующий бассейн. Объем, м³/га, откачиваемой с польдера избыточной воды определяют из уравнения водного баланса:

W_отк = W_ос + W_пов + W_гр + W_ф - W_исп – W_сам

W_ос – атмосферные осадки, м³

W_пов – поверхностные воды, поступающие с водосбора, м³

W_гр – грунтовые воды, дренируемые дренажно-коллекторной сетью,

W_ф – фильтрационные воды, поступающие из рек и водохранилищ,

W_исп – суммарное испарение,

W_сам – вода, отводимая с польдера самотеком, м³

Объемы откачиваемой воды зависят от типа польдеров и взаимосвязаны с модулями откачки. Основные типы незатопляемые и затопляемые. Последние разделяют на польдеры низкого и высокого уровней.

Польдеры низкого уровня расположены в дельтовой части поймы. Отметки их поверхности превышают меженный уровень воды в водоприемниках е более чем на 1 м. польдеры высокого уровня расположены выше по течению реки. Отметки их поверхности превышают меженный уровень воды в водоприемниках на 1..3 м.

При управлении режимом по уровням воды в аванкамере устанавливают эксплуатационные уровни по отдельным периодам в зависимости от нормы осушения. Для каждого периода определяют два эксплутационных уровня: верхний, обеспечивающий необходимую норму осушения, и нижний – рациональный режим работы насосов.

При управлении режимом работы насосных станций по заданным уровням грунтовых вод применяют датчики уровня грунтовых вод и датчики уровня воды в аванкамере. Датчики уровня грунтовых вод фиксируют его оптимальное положение в зависимости от фазы развития растений.

Комплексная реконструкция и развитие оросительных систем

1. Реконструкция оросительных систем – это комплекс мероприятий по коренному переустройству, направленных на повышение технического уровня действующих систем и их водообеспеченности путем изменения конструкций и основных параметров сети, замены устаревших сооружений новыми, внедрения автоматизации управления водным режимом; сохранение окружающей природной среды и создание комфортных условий для жизни и производственной деятельности человека.
   

Цель: повышение продуктивности мелиоративных земель, увеличение производства с/х продукции и снижение ее себестоимости, улучшение условий и повышение производительности труда на основе внедрения ресурсосберегающих технологий и новых методов организации труда.

Комплексную реконструкцию оросительных систем осуществляют при выполнении всех видов работ на данном объекте: реконструкция оросительной сети и повышение водообеспеченности; улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель, внедрение новой техники и способов полива с/х культу; проведение капитальной и эксплуатационной планировок земель.

Частичная реконструкция предусматривает проведение отдельных видов работ: реконструкцию оросительной сети, коллекторно-дренажной сети, оросительной сети.

2. Принципы реконструкции: создание качественно новых проектов реконструкции, проведении комплексной реконструкции с учетом не только полного набора запланированных мероприятий, но и территориального признака; систематическом прогнозировании мелиоративного состояния орошаемых земель; непрерывности периодически повторяющегося процесса реконструкции; использовании динамических методов исследования эффективности реконструкции объектов с учетом технического и экономического аспектов.
   
3. Планирование и проектирование реконструкции оросительных систем. Мероприятия базируются на генеральной схеме перспективного развития и размещения объектов водного хозяйства и мелиорации, государственной статистической отчетности сельскохозяйственных и водохозяйственных органов с использованием общих принципов реконструкции. Проводят оценку состояния оросительных систем, конечная цель – выбор объектов.
   

Водообеспеченность систем можно повысить, создав дополнительные источники, регулируя внутрисистемный сток, введя водооборот на системах.

Улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель обеспечивается применением комплекса мероприятий по предупреждению и борьбе с засолением и заболачиванием территорий, выбор которых определяется создавшимися условиями на орошаемых землях и технико-экономическим обоснованием принимаемых решений.

Основополагающим принципом при проектировании дренажа является оптимизация мелиоративного режима, который определяет основные его требования к условиям внешней среды и в первую очередь соответствию техники полива с присущей ей оросительной сетью и дренажа.

При проектировании дренажа следует охватывать зоны питания, движения и разгрузки грунтовых вод.

Внедрение новой техники и способов полива с/х культур указывает на высокий технический уровень реконструированных оросительных систем. Необходимо учитывать особенности почв, их способность изменять свои вводно-физические и химические свойства в результате изменения водного и солевого режимов при орошении.

Планировку орошаемых земель подразделяют на капитальную и эксплуатационную.

В процессе капитальной планировки поверхности орошаемого участка придают определенную форму, устраняют небольшие неровности, перемещая почвогрунт с возвышенных мест в низины.

Эксплуатационная планировка – ежегодное поверхностное выравнивание, выполняемое как агротехническое мероприятие на полях орошения, особенно необходимое при поверхностных поливах.

Выбор и обоснование технико-экономических показателей базисных вариантов приводят с учетом фактора времени, позволяющего более обоснованно выбрать базисный вариант – уровень сельскохозяйственного производства и состояние мелиоративной системы, которое имело бы место в случае отказа от реконструкции.

Для определения показателей базисного варианта используют методы статистического анализа тенденции динамики их развития во времени с длиной ряда выборки не менее 20…25 лет. Анализу подлежат кроме урожайности объемы валовой и товарной продукции как растениеводства, так и животноводства, себестоимость продукции, чистый доход и чистый доход с учетом налога с оборота.

4. Обоснование эффективности реконструкции оросительных систем.

Существует два аспекта обоснования эффективности реконструкции: экономический – определение эффективности как отношения эффекта к затратам в стоимостном выражении; технический – определение результативности технических мероприятий; повышение КПД, КЗИ, снижение уровня грунтовых вод.

Под экономическим эффектом понимают увеличение объема производства и потребления, рост производительности труда, снижение первоначальных и текущих затрат. Эффективность комплексной реконструкции рассматривают с учетом эффекта комплексности. Капитальные вложения, принимаемы для расчета эффективности реконструкции:

К = К_р + К_с.о+ У + Ф_о+ К_д – К_лик – К_к.р

К_р – капитальные вложения на мелиоративное строительство;

К_с.о – капитальные вложения в с/х строительство и освоение земель;

У – ущерб, наносимый с/х производству в результате недоиспользования земель;

Ф_о – балансовая стоимость неамортизированной части объектов оросительной системы;

К_д – затраты на демонтаж и ликвидацию сети и сооружений;

К_лик – ликвидная стоимость демонтированных объектов;

К_к.р – стоимость предстоящего капитального ремонта реконструируемых объектов.

Социальный эффект выражается в улучшении жизненных условий людей, обслуживающих систему, с/х рабочих и их семей; создании комфортных условий при выполнении технологических процессов на системе и орошаемых полях, ведущих к повышению производительности труда.

Экологический эффект выражается в исключении негативного влияния оросительной системы на окружающую природную среду; создании нормальных условий для отдыха населения и месть жизнеобитания для животных; сохранения флоры и фауны.

Народнохозяйственный эффект рассчитывают с учетом произведенного в сельском хозяйстве национального дохода.

5. Выбор критерия оптимизации очередности реконструкции объектов оросительных систем.

Выбор критерия основывается на использовании динамических моделей развития, которые в явном виде учитывают время начала реконструкции и эксплуатации с установлением временной последовательности реконструкции, что предполагает разновременность как осуществления затрат, так и получения эффекта.

Динамические модели учитывают в виде функций времени экономические, технические и социальные факторы, материально-технические ресурсы, мощности строительно-монтажных организаций, объемы финансирования.

Разновременные капитальные вложения приводят в сопоставимый вид дисконтированием, а текущие затраты принимают за один год нормальной эксплуатации объекта.

Полученный критерий оптимизации можно использовать при условии сопоставимости сравниваемых объектов по материальному балансу: объему выпускаемой продукции путем введения «компенсирующих» модностей для покрытия дефицита в выпуске продукции по каждому объекту.

Установление очередности реконструкции заключается в многошаговом поиске оптимуму, при котором в каждом году планового периода к реконструкции принимают объекты, обеспечивающие минимум целевой функции и не превышающие установлений ограничений.