Geum.ru

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

Вид материалаЛекция

Содержание


Планирование внутрихозяйственного водопользования.
1.2. Необходимые материалы для составления планов
1.3. Расчет поливных режимов.
Проектный режим орошения
Эксплуатационные плановые режимы орошения
Эксплуатационные оперативные режимы орошения
Микроклиматический коэффициент в зависимости от орошаемой площади и коэффициента природного увлажнения территории (К
Микроклиматический коэффициент для различных природных зон по месяцам.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8

Лекция №5


Планирование внутрихозяйственного водопользования.


1.1. Состав внутрихозяйственного плана водопользования.

Внутрихозяйственный план водопользования – один из основных документов, определяющих взаимоотношения водопользователя с управлением эксплуатации оросительной системы. Составляет его инженер-гидротехник хозяйства, увязывая с агротехническими особенностями выращивания с/х культур, наличием машинного парка и трудовых ресурсов, рассматривают главные (старшие) специалисты, а подписывает руководство. Затем план водопользования направляют на согласование в соответствующие административные органы района и управление оросительной системы. После утверждения в административных органах района его передают для исполнения за 30…40 суток до начала вегетационного периода.

Внутрихозяйственный план водопользования включает планы: подачи воды в хозяйство; распределения оросительной воды по внутрихозяйственной сети; полива и эксплуатационных мероприятий.

Планируют водопользование, исходя из следующих условий: воду по каждому хозяйству (водопользователю) подают с учетом установленных лимитов.

Общий лимит подачи воды складывается из оптимальной потребности в воде для орошения с/х культур, коммунальных, бытовых и производственных нужд, и устанавливает его руководство оросительной системы. В том случае, если хозяйство забирает воду из водоема местного значения, то специалисты данного хозяйства самостоятельно устанавливают лимит, исходя из водообеспеченности источника орошения;

Технологию организации и проведения поливов полностью увязывают с технологией выращивания с/х культур, согласовывают во времени и количествах все виды работ на основании современных технологических карт;

План проведения поливов согласуют с планом эксплуатационных мероприятий (ремонт каналов, сооружений, насосных станций и другого оборудования и инвентаря) и увязывают с обеспеченностью хозяйства трудовыми и энергетическими ресурсами;

План водопользования составляют на вегетационный и невегетационный периоды с учетом проведения в последнем промывных и влагозарядковых поливов;

Поливы проводят круглосуточно, оросительную воду подают по оптимальному графику расходом, кратным числу поливных токов (числу работающих дождевальных или поливных машин).

Выполнение перечисленных условий позволяет обеспечить рациональное распределение ресурсов, непрерывность проведения прогрессивных технологических процессов при поливе и выращивании с/х культур, повышение производительности труда поливальщиков, эффективное использование оросительной воды.

1.2. Необходимые материалы для составления планов

Для составления планов необходимо иметь:

План орошаемого участка хозяйства в горизонталях (масштаб 1:10000 или 1:5000), на котором нанесены оросительные и сбросные каналы с гидротехническими сооружениями на них. При наличии закрытой сети – план водоводов с гидрантами, границы севооборотных участков, отдельных полей, их площади;

Почвенно – мелиоративную характеристику орошаемого участка с указанием глубины залегания уровня грунтовых вод (1..2, 2…3, 3…4 и более 4 метров) и их минерализацию за последние один-два года;

Рекомендуемый поливной режим с/х культур, разработанный научно – исследовательскими учреждениями и утвержденный вышестоящими организациями;

Данные о наличии орошаемых земель, планируемом их использовании, ведомость размещения с/х культур с указанием площадей;

Техническую характеристику оросительной сети (технические паспорта, коэффициенты полезного действия внутрихозяйственной оросительной сети);

Данные о числе поливных агрегатов, их марка и производительности; наличии обученных кадров и поливальщиков по звеньям, бригадам, участкам; мелиоративной технике по нарезке и уходу за оросительной сетью;

Развернутый календарный план эксплуатационных мероприятий на текущий год по реконструкции, ремонту и техническому обслуживанию каналов и гидросооружений.

Если хозяйство самостоятельно забирает воду непосредственно из источника орошения, то для составления внутрихозяйственного плана водопользования дополнительно необходимо иметь: расчетный режим или полезный объем источника орошения при различной обеспеченности на весь вегетационный период; данные о конструкции, типе заборного сооружения и характеристику режима его работы; характеристику энергетической части водозаборного сооружения и его эксплуатационные данные.

1.3. Расчет поливных режимов.

В практике орошения в зависимости от поставленных задач различают проектный и эксплуатационный режимы орошения с/х культур. Эксплуатационный режим, в свою очередь, подразделяют на плановый и оперативный.

Проектный режим орошения разрабатывают с учетом уровня агротехники, имеющихся данных опытно – мелиоративных станций и научно–исследовательских институтов для проектируемой зоны орошения и года выбранной обеспеченности. Эти разработки осуществляют в основном по крупным массивам орошения с возможной детализацией по отдельным районам орошения. В основу расчетов положен принцип построения графиков гидромодуля для каждого севооборотного участка на основе интегральных кривых дефицитов водопотребления с/х культур, исходя из норм и сроков полива каждой культуры с учетом почвенно-мелиоративных условий, а также параметров поливной и дождевальной техники. Следующий этап расчета- определение расходов воды на севооборотный участок, в хозяйство или массив орошения, исходя из площади орошения, коэффициентов полезного действия оросительной сети, коэффициентов полезного использования оросительной воды.

В конечном итоге определяют водозабор в оросительную систему, а также проектный расход через гидротехнические сооружения на сети.

Эксплуатационные плановые режимы орошения отличаются от проектных значительной дифференцированностью по каждому полю с учетом почвенных, гидрогеологических, агротехнических условий и сортовых особенностей культур, хозяйственных возможностей, а также с учетом изменения погодных условий. Они являются основой для составления внутрихозяйственных планов водопользования.

Эксплуатационные оперативные режимы орошения складываются при реализации внутрихозяйственных планов водопользования, в которые вносят уточнения и изменения в зависимости от конкретных условий орошения. При идеальных условиях плановые и оперативные эксплуатационные режимы должны совпадать.

В случае отсутствия данных при планировании можно использовать материалы аналогичных близлежащих районов.

Для расчетов поливных режимов наиболее широко применяют метод водного баланса А. Н. Костякова.

Е=Мнт +10£Р+∆W ± g , (1.1)

Где Е - суммарное водопотребление с/х культур, м3/га;

Мнт – оросительная норма нетто, м3/га;

10 - коэффициент для пересчета слоя осадков в оросительную норму;

£ - коэффициент, показывающий долю осадков, используемых растениями,

Р – атмосферные осадки, мм;

∆W – количество воды, используемое растениями из корнеобитаемого слоя почвы, м3/га;

g – влагообмен почвенных и грунтовых вод, м/сут,

или эмпирическую формулу А. Н. Костякова

Е = у · εу , (1.2)

Где у – требуемая урожайность культуры, т/га;

εу – коэффициент водопотребления, м3/т.

Коэффициент водопотребления имеет конкретное численное значение для каждой с/х культуры и зоны орошения и представляет собой количество воды, расходуемое на транспирацию и испарение почвой для образования единицы товарной продукции.

Для условий сухих субтропиков академик И. А. Шаров рекомендует определять суммарный расход воды полем (суммарное водопотребление) по зависимости, м3/га,

Е = ае (t-t0) , (1.3)

Где а – продолжительность вегетационного или расчетного периода, сут;

е – модуль испарения, м3/га на 1°С;

t – среднесуточная температура воздуха вегетационного или расчетного периода по сухому термометру, °С;

t0 – средняя температура смоченного термометра, °С.

Установлено, что для указанной климатической зоны t0 = -2 °С, тогда

Е = ае (t+2). (1.4)

Модуль испарения, по данным натурных исследований, в зависимости от влажности почвы изменяется от 1,3 до 2,7 м3/га на 1°С. В среднем можно принять е = 2 м3/га на 1°С.

Для условий оптимальной влагообеспеченности растений суммарное водопотребление А. М. Алпатьев и С. М. Алпатьев предложили определять в зависимости от средних суточных дефицитов влажности воздуха по формуле:

Е = КΣd , (1. 5)

Где Е – суммарное водопотребление, мм;

К – коэффициент, учитывающий биологические особенности растений и влияние внешней среды.

Для юга европейской части РФ К=0,35…0,45. Для северо-запада К=0,55…0,65;

Σd – сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за вегетационный или расчетный период, гПа.

В зоне недостаточного увлажнения испаряемость за месяц, мм, можно вычислить по формуле Н.Н.Иванова:

Е0 = 0,0018 (25+ t) (100-а)К0 , (1. 6)


Где t –среднемесячная температура воздуха, °С;

а – среднемесячная относительная влажность воздуха, %

К0 – микроклиматический коэффициент.

Микроклиматический коэффициент характеризует возможное изменение микроклимата поля под влиянием орошения. При расчетах его учитывают в том случае, если для определения испаряемости используют метеорологические данные по температуре и относительной влажности воздуха, полученные за пределами орошаемых массивов. (табл.1).

Микроклиматический коэффициент в зависимости от орошаемой площади и коэффициента природного увлажнения территории (Ку) (по А.В. Данильченко).



Орошаемая площадь,га
Ку

0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1

100
0,85
0,91
0,94
0,96
0,98
0,99

1000
0,81
0,88
0,93
0,96
0,98
0,99

10000
0,76
0,86
0,91
0,95
0,97
0,99

50000
0,72
0,83
0,90
0,94
0,96
0,98


Коэффициент природного увлажнения территории

Ку = (Р-Wа) / Е0 , (1. 7)

Где Р- атмосферные осадки за расчетный период, мм;

Wа –активные влагозапасы в расчетном слое почвы, сформированные за счет атмосферных осадков, мм;

Е0 – испаряемость за тот же период, мм.

Ориентировочно микроклиматический коэффициент для разных природных зон и месяцев вегетационного периода при площади орошаемого массива 100…1000 га можно определить по таблице 2.

Микроклиматический коэффициент для различных природных зон по месяцам.

Природная зона
Месяцы
Среднее значение

04
05
06
07
08
09
10

лесостепная
1,00
0,96
0,96
0,96
0,97
0,99
1,00
0,98

Степная
1,00
0,95
0,93
0,91
0,90
0,93
0,9
0,93

Сухостепная
1,00
0,93
0,89
0,86
0,85
0,87
0,95
0,88

Полупустынная
0,99
0,90
0,85
0,83
0,82
0,83
0,91
0,85

пустынная
0,98
0,86
0,81
0,80
0,80
0,80
0,84
0,82


Испаряемость, мм, можно вычислить по модифицированной Н.В. Данильченко формуле Н.Н. Иванова:

Е0 = Кt df(v), (1. 8)

Где Кt – энергетический (температурный) фактор испарения, учитывающий нелинейность связи испаряемости и дефицита влажности воздуха при изменении температуры воздуха, мм/ мб,

Кt = 0,0061 (25+t2)/la , (1.9)

Здесь t – температура воздуха, °С;

la – упругость насыщенного пара, соответствующая этой температуре, мб;

d – дефицит влажности воздуха (упругости насыщения) , мб. При отсутствии данных наблюдений

d = la (1-0,01φ), (1.10)

здесь φ- относительная влажность воздуха, %;

f (v) – функция, учитывающая влияние скорости ветра;

f (v) = 0,64 (1+0,19 v2), (1.11)

здесь v2 – скорость ветра на высоте 2 м от поверхности земли, м/с.

Суммарное водопотребление в зависимости от продуктивных влагозапасов в метровом слое почвы вычисляют по формулам С.И. Харченко, мм/мес:

При высоких влагозапасах (Wн + Wк )/ 2_>v

Е = β Е0 = β R0 /L = 16,7 β R0, (1.12)

При пониженных влагозапасах (Wн + Wк )/ 2< v

Е= [ (β R0) / (0,12 v)] (Wн + Wк ), (1.13)

Где β – поправочный коэффициент, учитывающий разницу между испаряемостью и суммарным водопотреблением, β =0,9…1,1;

Е0 – испаряемость, мм/мес;

R0 – радиационный баланс орошаемого поля, R0 = 1/ 4,19 Дж/см2 в месяц;

L – скрытая теплота испарения, Дж/0,1 г;

v – параметр, мм, v = Wнв-Wвз (Wнв – влагозапасы при влажности, соответствующей наименьшей влагоемкости, мм; Wвз – влагозапасы при влажности завядания,мм);

Wн, Wк – продуктивные влагозапасы для начала и конца расчетного периода в метровом слое почвы, мм.

Из приведенных данных следует, что при высоких влагозапасах суммарное водопотребление близко к испаряемости.

Распределение оросительной воды как на системах в целом, так и для отдельных водопользователей можно установить на основании экспериментальных исследований при определении фактических количественных показателей расходных статей оросительной воды, суммарного полезного водопотребления с/х культур и других составляющих по уравнению водного баланса А.Н. Костякова для корнеобитаемого слоя почвы:

М + 10 £Р + Wн + К = Ер +Еп +Wк +Sф +Sс +Ид , (1.14)

где М – оросительная норма брутто, м3/га;

£- коэффициент использования осадков, выпавших в вегетационный период;

Р- сумма осадков за период вегетации растений, мм;

Wн, Wк – запасы влаги в расчетном слое почвы в начале и в конце вегетационного периода, м3/га;

К – подпитывание активного слоя почвы грунтовыми водами, м3/га;

Ер – транспирация растений, м3/га;

Еп – испарение влаги почвой, м3/га;

Sф – фильтрация за пределы корнеобитаемого слоя, м3/га;

Sс – сток поверхностных вод, м3/га;

Ид – испарение искусственного дождя, м3/га;

Оросительная норма

М = Ер +Еп - 10 £Р – (Wн - Wк ) – К + Sф +Sс +Ид , (1.15)

Оросительную норму нетто по месяцам вегетационного периода определяют в общем виде из уравнения водного баланса в расчетном слое почвы, м3/га или мм:

Мнт = Е - £Р -∆W±g , (1.16)

где Е – суммарное водопотребление (суммарное испарение, эвапотранспирация);

£Р – атмосферные осадки, используемые растениями;

∆W – запасы влаги, используемые растениями из корнеобитаемого слоя почвы;

g – влагообмен почвенных и грунтовых вод, м/сут.

Для бассейнов рек Сырдарьи, Амурдарьи и других районов с аналогичными природными условиями оросительная норма нетто, м3/га:

Мнт = ( Е0 - £Р ) К1К2

где Е0 – испаряемость, мм;

К1 – коэффициент, учитывающий биологические особенности с/х культуры;

К2 - коэффициент, зависящий от гидрогеологических и почвенно – мелиоративных условий орошаемого массива.

Норма влагозарядкового полива нетто, м3/га или мм,

Мз = Wнв –Ри – Wпр + Еп ±g , (1.18)

где Wнв – запас воды в расчетном слое почвы при наименьшей влагоемкости (НВ);

Ри – атмосферные осадки, используемые за невегетационный период (от момента влагозарядки до начала вегетационного перода);

Wпр – предполивные запасы влаги в расчетном слое почвы;

Еп – испарение влаги с поверхности поля за тот же период;

g – влагообмен почвенных и грунтовых вод за тот же период.

Влагозарядковые поливы проводят только при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 1,5…1 м ) и при недостаточности естественных осенне-зимних осадков осенью после уборки с/х культур или весной до посева (не позднее чем за 5…6 сут до его начала).

В пустынной зоне на слабозасоленных почвах влагозарядковые поливы обычно совмещают с промывными и осуществляют в осенне-зимний период. При этом норму влагозарядкового полива увеличивают примерно на 30% .

В сухостепной и степной зонах влагозарядковые поливы проводят только под озимые культуры, люцерну, в садах. Для других культур количество осенне-зимних осадков здесь, как правило, достаточно.

Оросительная норма брутто на орошаемом поле, м3/га или мм,

Мбр.п = Мнт /ηп , (1.19)

где Мнт – оросительная норма нетто;

ηп – коэффициент полезного использования оросительной воды на поле.

Оросительная норма брутто в целом на орошение с учетом потерь воды на межхозяйственной и внутрихозяйственной оросительных сетях, м3/га или мм,

Мбр.с = Мнт /ηп η , (1.20)

где η - коэффициент полезного действия оросительной сети.

Используемые растениями запасы влаги из корнеобитаемого слоя почвы зависят от наличия влагозарядки, а при ее отсутствии формируются за счет осадков в невегетационный осенне-зимний период.

На влагообмен почвенных и грунтовых вод (направленность и значение) влияют глубина залегания грунтовых вод и вводно-физические свойства почв и грунтов (высота капиллярного поднятия, пористость, максимальная молекулярная влагоемкость, коэффициент фильтрации, средняя влажность расчетного слоя почвы).

При уменьшении глубины залегания грунтовых вод происходит капиллярное подпитывание ими корнеобитаемого слоя почвы, которое можно определить по формуле С.Ф.Аверьянова:

g = Е (1 – h/ hк) (1.21)

или по формуле С.И. Харченко:

g = Е0 / еmh , (1.22)

где g – влагообмен почвенных и грунтовых вод, м3/га;

Е – суммарное водопотребление, м3/га4

h – средняя за вегетацию глубина грунтовых вод, м;

hк – высота капиллярного поднятия, м;

Е0 – испаряемость, м3/га;

е – основание натурального логарифма;

m – параметр, зависящий от влагопроводности почв.

Значения еmh принимают по данным Государственного гидрологического института (ГГИ) в зависимости от механического состава почв и глубины грунтовых вод ( таблица 1.3).