CC BY
45
***** зтксжт ***** № 2 (22) 2011
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 626.82.001.63:631.6 «5»
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РЕЖИМ РАБОТЫ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПРИ РЕГУЛЯРНОМ, ЦИКЛИЧЕСКОМ И ПЕРИОДИЧЕСКОМ ОРОШЕНИИ
С.М. Васильев, доктор технических наук, доцент А.В. Акопян, аспирант
ФГНУ «Российский научно исследовательский институт проблем мелиорации»
Проведен сравнительный анализ формирования основных показателей, определяющих режим работы и расходы воды на каналах оросительной сети при регулярном, циклическом и периодическом орошении в годы различной обеспеченности дефицита водного баланса.
Ключевые слова: регулярное орошение, циклическое орошение, периодическое орошение, оросительная сеть, обеспеченность дефицита водного баланса.
Для рационального использования водных ресурсов в условиях платы за предоставляемые государственные услуги по подаче воды сельхозтоваропроизводителям, предотвращения негативных последствий долговременного орошения, сохранения плодородия требуется создание принципиально новых экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий орошения. При этом одним из важнейших условий является снижение расхода воды на единицу произведенной продукции [6, 7].
Наиболее перспективными с этих позиций на сегодняшний день для условий Ростовской области являются технологии циклического и периодического орошения, разработанные научно-исследовательскими подразделениями ФГНУ «РосНИИПМ». Данные технологии орошения в сравнительно усеченном и фрагментарном виде находят применение во многих странах, испытывающих острый дефицит оросительной воды, но без должного научного обеспечения и понимания происходящих процессов и явлений. Однако они автоматически обеспечивают экономию водных, энергетических и материальных ресурсов при повышении урожайности сельскохозяйственных культур на 20.. .30 %.
Между тем, технология циклического орошения влечет за собой некоторые кардинальные изменения в идеологии проектирования ОС. Это поясняется при проведении сравнительного анализа расчетных показателей эксплуатационных режимов работы оросительных систем при регулярном и циклическом орошении.
По мнению ученых и практиков, для каждого региона развития оросительных мелиораций должны быть разработаны «свои», местные параметры для проектирования и эксплуатации оросительных систем, способствующие максимальной отдаче поливного гектара при наименьших материально-технических затратах и сохранении экологического состояния орошаемых земель [4]. Задача выбора экономически обоснованной расчетной водообеспеченности мелиоративных систем в Ростовской области в таких условиях остается
нерешенной.
На основании рассмотренных в статье Щедрина В. Н. [5] подходов к реализации оросительных мелиораций, был проведен сравнительный анализ формирования основных показателей, определяющих режим работы и расходы воды на каналах оросительных систем (ОС) при регулярном и циклическом орошении с периодическим. Расчеты всех показателей проводились по формулам, представленным в этой же работе [5], (табл. 2).
Исключение составила формула расчета величины гидромодуля орошаемого массива, позволяющая только теоретически оценить потребность в воде регулярно и циклически орошаемого массива. Для сравнительного анализа мы определяли ориентировочный расчетный гидромодуль [3].
Все расчеты были проведены: для влажного года - 95 % обеспеченности дефицита водного баланса, средневлажного - 75 %, среднего - 50 %, среднесухого - 25 % обеспеченности.
В соответствующих расчетах учитывалось, что года с различной увлажненностью повторяются с различной вероятностью. Влажный год (95 % обеспеченности) повторяется с вероятностью не реже одного раза в 20 лет, среднесухой (25 %) и средневлажный (75 %) - не реже чем один раз в четыре года, средний (50 %) - раз в 2 года. Один раз в 20 лет на всей территории области вероятно наступление засухи.
Анализ основных показателей, определяющих проектные параметры каналов оросительной сети, при регулярном и циклическом орошении проиллюстрируем данными полевых исследований в ОПХ «Семеновод» Багаевского района Ростовской области. Общая площадь нетто семипольного регулярно орошаемого севооборота - 203 га (рис.
Рисунок 1 - Регулярно и циклически орошаемые севообороты: а -регулярно орошаемый севооборот; б - циклически орошаемый севооборот; О -орошаемое поле; Б - неорошаемое поле; Д -дополнительные площади периодического орошения
Грунтовые воды залегают не глубже 3 м. Оросительная система -закрытая (г|=0,98). Состав культур и оросительные нормы при различной обеспеченности ДВБ, по данным ФГНУ «РосНИИПМ», представлены в табл. 1. На площадях периодического орошения была расположена кукуруза на зерно.
Для наглядности расчетов площадь циклически орошаемого севооборота также составляет 203 га. В неорошаемом цикле находятся 3 поля, в орошаемом - 4 поля (рис. 16).
Таблица 1 - Нормы водопотребности (нетто) сельскохозяйственных культур (средневзвешенные значения) севооборота для условий Ростовской области (мм) [6
Культуры Доля культуры в севообороте Обеспеченность дефицита водного баланса, %
95 75 50 25
Многолетние травы 2/7 72 262 380 460
Озимая пшеница 1/7 50 133 176 240
Кукуруза на силос 1/7 52 149 220 280
Яровые зерновые 1/7 29 69 117 160
Соя на зерно 1/7 28 140 289 300
Кормовая свекла 1/7 80 163 240 374
Кукуруза на зерно - 66 168 260 360
По данным табл. 2 видно, что в зависимости от обеспеченности дефицита водного баланса оросительные нормы снижаются, и на площадях регулярного и циклического орошения остаются неиспользованные лимиты оросительной воды, которых хватит для орошения дополнительной площади периодического орошения (рис. 1а, б).
При определении возможной площади периодического орошения исходим из следующих соображений. Каждый водопользователь вне зависимости от складывающихся погодных условий будет полностью забирать и использовать полученную по платной государственной услуге воду. При сокращении расхода воды на площадях регулярного и циклического орошения в относительно влажные годы и периоды вода должна использоваться для полива дополнительных площадей, расположенных в границах мелиоративной системы. Это позволит стабилизировать водоподачу, упростить водораспределение и приведет к резкому уменьшению сбросных расходов. Сокращение во влажные годы водозабора из источников орошения нецелесообразно, так как ведет к увеличению непроизводительных неплановых попусков и неполному использованию выделенного лимита воды по бассейновым схемам, увеличению платы за поданную воду, т.к. заполнять каналы оросительной сети все же придется в должном объеме [4].
Таблица 2 - Результаты расчетов показателей эксплуатационных режимов работы оросительных систем при регулярном и циклическом орошении
Показатель Обеспечен ность дефицита водного баланса, % Зависимости для расчета основных параметров ОС
регулярное орошение регулярное с периодичес КИМ орошением циклическое орошение циклическо е с периодичес КИМ орошением
Расчетный гидромодуль, л/ста 25 0,508 0,535 0,258 0,299
50 0,370 0,394 0,227 0,243
75 0,226 0,243 0,136 0,138
95 0,033 0,041 0,033 0,037
Объем водоподачи, м3 25 672 918,4 0 384 524,8 0
50 533 245 140 029 304 711,4 79895
75 348 592 324 593 199 195,4 185 200,2
95 113 337 559 878 64 764 319 461,5
Расчетный расход брутто ДЛЯ севооборотног о участка, л/с 25 57,8 57,8 33 33
50 45,8 61,8 26,1 35,3
75 29,8 67 17 38,2
95 9,9 74 5,6 42,2
Объем уменьшения потребления воды по всей плошади орошения во влажные годы, м3 25 0 - 0 -
50 137 228 78 297
75 318 101 181 496,2
95 548 680 313 072,3
Площадь орошения, га 25 203 0 116 0
50 255 146
75 388,6 222
95 1017,7 581
Как показывают расчеты, водоподача при циклическом орошении, зависящая от числа полей, переведенных в неорошаемый цикл, по сравнению с регулярным орошением в различные годы обеспеченности ДВБ снижается на 50...60%. Корректировка величины водоподачи позволит оценить воздействие поливных вод на почву в течение цикла орошения и произвести подбор оптимального варианта мобильной оросительной системы для каждого циклически орошаемого поля севооборота.
Лимитирующим фактором при проектировании оросительной сети выступают гидромодули [1]. Величина расчетного гидромодуля как при регулярном, так и при циклическом орошении изменяется в зависимости от влагообеспеченности года. И как показывают расчеты, в различные годы обеспеченности ДВБ разница между значениями гидромодуля при регулярном и циклическом орошении составляет до 50 %. Эта величина оказывает существенное влияние на конструктивные параметры внутрихозяйственной оросительной системы, один из вариантов которой был разработан в ФГНУ «РосНИИПМ» для условий циклического и периодического орошения полей севооборота в
границах мелиоративной системы (рис. 2).
Рисунок 2 - Конструкция оросительной системы для циклического орошения:
1 - источник орошения; 2 - насосная станция; 3 - магистральный трубопровод; 4 - блок химизации; 5 - диспетчерский пункт; б - подводящие трубопроводы; 7 - распределительные трубопроводы; 8 - гидранты-водовыпуски (а, Ь, с, с/, е, / g,...); 9 - временные оросители; I и II - севооборотные участки
На каждом из двух севооборотных участков (I, II) располагают по шесть полей, из которых три с влаголюбивыми культурами орошаются (О), а остальные с засухоустойчивыми культурами находятся в неорошаемом режиме (Б). Каждое поле севооборотного участка, занимаемое под влаголюбивую культуру, орошают в течение 20...50 % продолжительности ротации принятого севооборота. По окончании поливного цикла поле используется в неорошаемом режиме. Это позволяет не допустить процессов деградации почвы при выбранной схеме орошения.
Оросительная система (рис. 2) работает следующим образом. Орошение полей первого севооборотного участка в течение 2-3 лет (поливной цикл) происходит дождевальными машинами типа ДДА-100ВX, ДКДФ, ДКФ-1П, работающими в движении с забором воды из временных оросителей. Подача воды на поле осуществляется из соответствующих гидрантов-водовыпусков а, с и /. По истечении поливного цикла эти поля переводятся в неорошаемый режим, а другие три поля, наоборот, - в орошаемый цикл. При этом также на эти поля перемещаются дождевальные машины (на рис. 2 показано стрелками), забор воды происходит из гидрантов-водовыпусков б/, Ъ, и е.
***** зтксTZZW*****
JV5 2 (22), 2011
Орошение полей на втором севооборотном участке (рис. 2) в течение 2-3 лет осуществляется дождевальными машинами типа ДДА-100ВX, ДКДФ, ДКФ-1П с забором воды из гидрантов-водовыпусков соответственно /?, /, I. После чего эти поля переводятся в неорошаемый режим, а другие три поля - в орошаемый цикл. Забор воды происходит из гидрантов-водовыпусков у, gи к.
Стоимость строительства ОС в пересчете на 1 га поливных земель в зависимости от ДВБ при регулярном и циклическом орошении из труб напорных из полиэтилена ПЭ-80 (ГОСТ Р 52134-2003) в ценах 2006 г. представлена в табл. 3.
Таблица 3 - Стоимость строительства оросительной сети при регулярном, циклическом и периодическом орошении
Показатели Обеспеченность Регулярное Циклическое Периодическое
ДВБ, % орошение орошение орошение, в % от регулярного и циклического
Строительство 25 12 888,2 9660 -
оросительной 50 - 8680 26
сети, руб./га 75 - 8175,8 91
95 - 8175,8 401
Как видно из табл. 3, стоимость строительства оросительной сети при циклическом орошении в годы различной обеспеченности ДВБ выгоднее, чем при регулярном орошении.
Исходя из сравнительного анализа данных, приведенных в табл. 3, следует, что при реализации стратегии циклического и периодического орошения, идеология проектирования ОС нового поколения должна быть основана на блочно-модульном принципе компоновки внутрихозяйственной оросительной сети, что позволит на 40-50 % уменьшить общую потребность в строительных материалах, а при строительстве закрытой ОС - на 30-40 % сократить потребность в земляных и монтажных работах.
Библиографический список
1. Акопян, А. В. Расчёт гидромодуля при циклическом орошении с помощью теории дробно-линейного программирования [Текст]/ А. В. Акопян // Вопросы мелиорации. - 2009. - № 1-2.-С. 49-52.
2. Васильев, С. М. Повышение устойчивости и эффективности использования агроландшафтов аридной зоны в условиях постоянного и циклического орошения [Текст]/ С.М. Васильев// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - 364 с.
3. Ерхов, Н. С. Сельскохозяйственная мелиорация и водоснабжение [Текст]/ Н. С. Ерхов, В. С. Мисенев, Н. И. Ильин. - М.: Колос, 1983. - 351 с.
4. Ольгаренко, Г. В. Развитие научного обеспечения в области сельскохозяйственного водоснабжения [Текст]/ Г. В. Ольгаренко, А. А. Алдошкин // Мелиорация и водное хозяйство. -2006. -№1,- С. 35-36.
5. Щедрин, В. Н. Новая стратегия оросительных мелиораций - циклическое орошение [Текст]/ В. Н. Щедрин, С. М. Васильев, Т. П. Андреева // Вопросы мелиорации. - 2008. - № 3-4. -С. 7-20.
6. Щедрин, В. Н. Стратегия использования орошаемых земель в современных условиях [Текст]/В. Н. Щедрин//Мелиорация и водное хозяйство. -2003. -№ 3. -С. 45-51.
7. Щедрин, В. Н. Как восстановить и сохранять природное плодородие черноземов [Текст]/ В. Н. Щедрин, Н. П. Бредихин, Н. Н. Бредихин // Мелиорация и водное хозяйство. -1998. -№2. -С. 33-35.
E-mail: [email protected]
