Geum.ru

Природоохранные режимы и технологии орошения дождеванием кормовых культур в степной зоне прииртышья

Вид материалаАвтореферат диссертации
Подобный материал:
1   2   3
В четвёртой главе изложена методика распространения опытных данных на неохваченные исследованиями территории, дана оценка природной тепло- и влагообеспеченности Прииртышско-Кулундинской равнины и выполнено её районирование по оросительным нормам и режимам орошения, относительному снижению урожайности орошаемых культур от недостатка природного водообеспечения в разные по влажности годы. Методика основана на установленных в главе 3 связях между параметрами орошения и природным ресурсам климата через систему биоклиматических показателей.

В качестве комплексного показателя, влияющего на суммарное водопотребление, оросительную норму и режимы орошения, принята испаряемость, а для оценки природной тепло- и влагообеспеченности территории использован коэффициент увлажнения Ку. Для расчетов используются метеорологические данные по 10 опорным метеостанциям региона за 35…40-летний период наблюдений и сведения о гранулометрическом составе и водно-физических свойствах почв. Полученные по каждой метеостанции значения Ку за 35…40-летний период статистически обрабатываются. Сначала хронологические ряды Ку ранжируются по формуле Хазена А., т.е. выстраивается ряд эмпирического распределения вероятностей Ку. По данным эмпирического ряда определяются параметры аналитической модели и достоверные прогнозные значения Ку. По средним многолетним значениям составляется карта изолиний Ку, характеризующих изменчивость тепло- и влагообеспеченности территории в пространстве и времени.

Территориально Ку изменяется с северо-запада на юго-восток от 0,45 до 0,29 (рис. 6).



Рис. 6 Районирование территории Прииртышья по среднему многолетнему коэффициенту природного увлажнения Kу

Территория севернее изолинии 0,3 относится к степной зоне, а южнее - к сухостепной. Плавность изолиний Ку определяется равнинностью территории региона (Кулундинская степь, Ишимо-Иртышская и Павлодарская равнины) и умеренной сменой климатических и почвенных условий.

Для расчёта суммарного водопотребления использованы те же метеоданные, что и для расчёта испаряемости и биологические коэффициенты, установленные экспериментальным путём на объекте исследований (глава 3).

При поддержании оптимальной влажности корнеобитаемого слоя почвы в природно-климатических условиях Прииртышской равнины суммарное водопотребление кукурузы на силос (рис. 7, табл. 7) изменяется от 330…375 мм во влажные годы, до 495…540 мм в сухие, а люцерны на сено от 425…520 до 650…875 мм соответственно.



Водопотребление кукурузы на силос в разные по влажности годы, мм

Evo, мм
Вероятностные (обеспеченные) значения Evp, мм




5 %
25 %
50 %
75 %
85 %
95 %

380
310
350
380
410
430
470

390
320
360
390
420
440
480

400
330
370
400
430
450
500

410
340
380
410
440
460
510

420
350
390
420
460
470
520

430
360
400
430
470
480
530

440
370
410
440
470
500
550

Рис.7 Территориальная изменчивость среднего многолетнего суммарного водопотребления Еvo кукурузы на силос

Таблица 7 Суммарное водопотребление орошаемых культур

Природная

зона
Коэффициент Ку
Вероятностные значения E, мм

5%
25%
50%
75%
85%
95%

Кукуруза на силос

Сухостепная
 0,3
375
410
440
470
490
540

Степная
0,31…0,45
330
370
400
430
450
495

Люцерна на сено

Сухостепная
 0,3
520
580
635
690
725
875

Степная
0,31…0,45
425
480
530
570
600
650

Оросительная норма нетто кукурузы для земель с глубоким залеганием грунтовых вод (таб.8) изменяется в сухостепной зоне от 160 мм во влажный год до 420 мм в сухой, т.е. в 2,5…3 раза, а в степной от 100 до 360 мм. Количество поливов увеличивается от 2…4 во влажный год, до 8…10 в сухой. Для люцерны на сено оросительная норма в сухостепной зоне увеличивается от 225 мм во влажный год до 610 мм в сухой, а в степной от 140 до 500 мм. Количество поливов увеличивается от 3…5 во влажный год до 10…12 в сухой.

Таблица 8 Оросительные нормы

Природная зона
Коэф-нт Ку
Поливная

норма, мм
Оросительная норма, мм/ Количество поливов

5 %
25 %
50 %
75 %
85 %
95 %

Кукуруза на силос

Сухостепная
< 0,3
30…60
160

3…4
230

4…5
285

5…6
345

6…7
370

7…8
420

8…10

Степная
0,31…0,45
30…60
100

2…3
160

3…4
220

4…5
280

5…6
310

6…7
360

7…9

Люцерна на сено

Сухостепная
< 0,3
50…60
225

4…5
330

5…6
415

7…8
505

8…10
545

9…11
610

8…10

Степная
0,31…0,45
40…60
140

3…4
230

4…5
310

6…7
390

7…8
430

8…9
500

8…10

Характер территориальной изменчивости оросительной нормы в Прииртышье показан на примере люцерны на сено (рис. 8) изолиниями её средней многолетней величины.



Оросительная норма люцерны на сено в разные по влажности годы, мм

Mo, мм
Вероятностные (обеспеченные) значения Mр, мм

5 %
25 %
50 %
75 %
85 %
95 %

220
60
150
220
300
340
410

250
85
180
250
330
370
440

280
110
210
280
360
400
470

310
140
240
310
390
430
500

340
160
270
340
420
460
530

370
190
300
370
450
490
560

400
210
320
400
480
520
590

Рис. 8 Территориальная изменчивость средней многолетней оросительной нормы Мо люцерны на сено

В работе гидромодули установлены в соответствии с рекомендациями СНиП 2.06.03-85, как средняя удельная потребность в оросительной воде за две смежные декады с максимальным дефицитом водопотребления сельскохозяйственной культуры. Графическое выражение связи между оросительной нормой М и гидромодулем орошаемых культур q в природно-климатических условиях степной зоны Прииртышья представлено на рис.9.



Рис.9 Связь расчетного гидромодуля с оросительной нормой в степной зоне Прииртышья

В настоящее время существует несколько дождевальных машин фронтального действия на базе ЭДМФ «Кубань» (МДЭШ «Кубань-ЛШ», МДЭШ «Мини-Кубань-ФШ», ДМ «Ладога»), создающих аналогичное дождевое облако и обладающих сходными эксплуатационными характеристиками. Разработанные в работе режимы и технологии полива могут быть применены и к этим дождевальным машинам. Сезонная нагрузка на модификации ДМ «Кубань» и ДМ «Ладога» для природно - климатических и организационно – хозяйственных условий Павлодарского Прииртышья приведена в табл. 9.

Таблица 9 Расчетная сезонная нагрузка на модификации ДМ «Кубань» разные по влажности (обеспеченности) годы

Дождевальная

машина
Природная зана
Расчетная сезонная нагрузка, га

50 %
75 %
95 %

ЭДМФ «Кубань-Л»

Q = 200 л/с, bп = 800 м
Сухостепная Ку<0,30
200…230
180…200
160…170

Степная Ку>0,30
240…320
210…250
180…200

МДЭШ «Кубань-ЛШ»

Q = 40 л/с, bп = 305 м
Сухостепная Ку<0,30
40…45
35…40
30…35

Степная Ку>0,30
50…65
40…50
30…40

МДЭШ«Мини-Кубань-ФШ»

Q = 25 л/с, bп = 184 м
Сухостепная Ку<0,30
25…30
20…25
20…22

Степная Ку>0,30
30…40
25…30
23…25

ДМ «Ладога»

Q = 60 л/с, bп = 460 м
Сухостепная Ку<0,30
60…70
55…60
50…52

Степная Ку >0,30
70…100
65…75
55…60

Полученные в результате исследований данные и расчетные зависимости позволяют научно обосновывать параметры механизированных режимов орошения кормовых культур на оросительных системах с ДМ семейства «Кубань» как на стадии проектирования, так и эксплуатации (оперативное управление поливами).

Ниже приведена последовательность разработки и проектная технология полива кукурузы на силос для условий Успенского района Павлодарской области в год 75 % обеспеченности при работе ДМ семейства «Кубань» (табл. 10).

Таблица 10 Плановая технология полива кукурузы на силос в год 75 % обеспеченности на оросительных системах с

ДМ семейства «Кубань» в условиях Успенского района Павлодарской области

№ полива
Расчетная поливная норма mр

нетто, м3/га
Средняя дата полива
Межполивной период, сут
Достоковая поливная норма mд, м3/га
Схема проведения полива
Поливная норма за проход

нетто,

м3/га
Потери воды во время

полива σ
Поливная норма за проход

брутто,

м3/га
Расчетная поливная норма mр

брутто, м3/га
Сменная производительность ДМ, га
Количество смен

в сутки
Продолжительность

полива, сут
Дата начала полива

1-й

2-й
Задержание растительностью σр, м3/га
Испарение и снос ветром σп, %
1-й
2-й
ЭДМФ

«Кубань-Л»
МДЭШ

«Кубань-ЛШ»
МДЭШ «Мини-Кубань-ФШ»
ДМ «Ладога»

1
400
22.05
12
340
За два прохода с исходной позицией машины в середине поля
170
230
0
11
190
255
445
10,1
1,87
1,18
2,81
2
10
18.05

2
400
04.06
11
340
200
200
1
12
225
225
450
10,0
1,85
1,17
2,77
2
10
31.05

3
500
14.06
12
350
200
300
3
11
225
335
560
8,0
1,49
0,94
2,23
2
12
09.06

4
500
26.06
12
370
200
300
7
11
230
340
570
7,9
1,46
0,92
2,19
3
9
23.06

5
600
08.07
13
410
200
400
10
8
230
445
675
6,7
1,23
0,78
1,85
3
10
04.07

6
600
21.07
16
450
200
400
12
8
230
445
675
6,7
1,23
0,78
1,85
2
15
15.07

7
600
07.08



490
200
400
14
8
230
445
675
6,7
1,23
0,78
1,85
2
15
01.08

∑, ср
3600



12,5 %



4050





В зависимости от географического положения оросительной системы определяем оросительную норму нетто, расчетную ординату гидромодуля для ведущей культуры севооборота и расчетную сезонную нагрузку на дождевальную машину. В соответствии с методикой и зависимостям главы 3 разрабатываем биологически оптимальный режим орошения: количество и нормы поливов нетто, средние даты поливов. Путем сравнения расчетных поливных норм с достоковыми определяем схему проведения каждого полива. Рассчитываем суммарные потери оросительной воды при каждом проходе дождевальной машины, поливные нормы брутто и сменную производительность ДМ. Определяем режим работы дождевальной машины (количество смен в сутках), продолжительность полива поля, даты начала и конца каждого полива.

Для оценки эффективности и целесообразности развития орошаемого земледелия в регионе были установлены зависимости снижения урожайности от снижения водопотребления орошаемых культур в почвенно-климатических условиях Прииртышско-Кулундинской равнины. Территориальное распределение относительного снижения урожайности кукурузы на силос от недостатка природного увлажнения показано на рис. 10.



Относительное снижение урожайности кукурузы на силос в разные по влажности годы, %

ΔУio, %
Вероятностные (обеспеченные) значения ΔУiр, %




5 %
25 %
50 %
75 %
85 %
95 %

35
3
19
35
48
56
69

40
7
24
40
53
61
73

45
10
29
45
60
68
80

50
14
34
50
65
73
86

55
18
39
55
71
80
93

60
24
44
60
76
85
99

Рис. 10 Территориальная изменчивость среднего многолетнего относительного снижения урожайности ΔУi кукурузы на силос (в % от расчётной)

Изолинии равнообеспеченных значений среднего многолетнего снижения урожайности имеют преимущественно широтный характер изменения с севера на юг и юго-восток. Снижение урожайности в разные по влажности годы показано в таблице на том же рисунке.

Экономическая оценка предлагаемой технологии орошения дождеванием кормовых культур в степной зоне Прииртышья проведена в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных культур» (ФГУП СНЦ Госэкомелиовод, 2003). Основным показателем эффективности мелиоративного инвестиционного проекта (МИП) принят дисконтированный прирост чистого дохода (ДПЧД), определяемый как накопленное за все годы расчетного периода сальдо приростного денежного потока. Кроме основного показателя, при оценке эффективности МИП определены прирост чистого дохода, внутренняя норма доходности и срок окупаемости.

Для моделирования денежных потоков в качестве расчетного периода принят ретроспективный ряд лет с 1969 по 1988 года, в который входят и годы проведения полевых исследований. Для этого ряда рассчитаны в соответствии с разработанными методиками и расчетными формулами оптимальное водопотребление и его дефициты, оросительные нормы и урожайность кукурузы на силос и люцерны на сено по годам на вариантах «с проектом» и «без проекта». Все расчеты выполнены для одного структурного гектара сельскохозяйственных угодий при следующем составе культур: кукуруза на силос - 50%, люцерна на сено - 50%. Стоимость сельскохозяйственной продукции по вариантам определяется в зависимости от урожайности возделываемых культур и средних цен на реализацию сельскохозяйственной продукции. Размеры капитальных вложений, ежегодные затраты на производство сельскохозяйственной продукции, эксплуатацию мелиоративных систем и стоимости подземных вод приняты по данным собственных исследований в хозяйствах региона. Норма дисконта принята равной ставке рефинансирования ЦБ РФ.

Анализ интегральных показателей эффективности реализации проекта (рис. 11), рассчитанных с использованием полученного экспериментального материала, показал:
  • срок окупаемости проекта составляет 7 лет при получении на орошаемых землях 50 т/га кукурузы на силос и 9 т/га люцерны на сено;
  • внутренняя норма доходности проекта составляет 20,5%, что свидетельствует о достаточно высокой конкурентоспособности проекта;
  • за 20-летний период дисконтированный прирост чистого дохода (ДПЧД) равен 75382 руб, что свидетельствует об эффективности проекта при разработанных режимах орошения и технологиях полива.

Стоимость подземных вод при современном техническом уровне добычи, хранения и транспортировки составляет 18…25 % от суммарных затрат на производство продукции. Снижение стоимости оросительной воды на 15…20% за счет предлагаемых водосберегающих технологий позволит повысить дисконтированный прирост чистого дохода на 5…8 % и снизить срок окупаемости на 1…2 года.



Рис. 11 Интегральная кривая дисконтированного чистого дохода строительства и эксплуатации оросительной системы с ЭДМФ «Кубань»