CC BY
65
***** жзшсзщж*****
№ 1 (17) 2010
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК: 631.674.4
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ВНУТРИПОЧВЕННОЕ ОРОШЕНИЕ
HIGH EFFECTIVE INTERSOIL IRRIGATION
М.С. Григоров, доктор технических наук, профессор, академик РАСХН С.М. Григоров, доктор технических наук профессор
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
M.S. Grigorov, S.M. Grigorov
Volgograd state agricultural academy
Для определения расстояния между увлажнителями предложено несколько методик и расчетных формул. Показаны линии изменения пьезометрических напоров по длине увлажнителя в зависимости от времени.
То determine the distance between moisturizers the authors have proposed some methods and design formulas in this article, the modification lines of hydraulic heads on moisturizer length depending on time are shown here.
Ключевые слова: внутрипочвенное орошение, поливная норма, влажность почвы, контур увлажнения, увлажнитель, заиление увлажнителей.
Key words: intersoil irrigation, watering rate, soil moisture, moisturizing contour, moisturizers silting.
Совершенствуя распространенные способы полива нельзя забывать про малораспространенные, но перспективные способы. Как свидетельствует отечественный и зарубежный опыт, одним из способов полива сельскохозяйственных культур, наиболее полно удовлетворяющий их требование к водно-воздушному и питательному режимам почвы, является внутрипочвенное орошение (ВПО). Этот способ полива позволяет значительно экономить оросительную воду, снижать энергетические затраты как на полив, так и на послеполивную обработку почвы, значительно сокращая полные энергозатраты на получение конечной продукции. Также ВПО экологически безопасно, поскольку при подаче воды структура почвы не нарушается. Несмотря на сложность строительства систем внутрипочвенного орошения, они имеют наибольший КПД по сравнению с другими способами полива, особенно с дождеванием.
Расстояния между увлажнителями устанавливаются в соответствии с шириной контуров увлажнения для конкретных почво-грунтов и выбранных поливных норм.
Для определения расстояний между трубчатыми увлажнителями предложено несколько методик и расчетных формул.
С учетом гравитационного (Ьг) и капиллярного (bk) растекания расстояние между трубчатыми увлажнителями при сосредоточенном выходе воды может быть представлено выражениями:
b = br+bk (1)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
10000-а
Ьг=--------^ (2)
тп
_Н^
к Ак„ (3)
ъ
где q - расход воды, подаваемый в почву на один погонный метр увлажнителя, л/с; 1ц - время полива, ч; Нк - капиллярное натяжение; ДЬП- потери напора на единице пути.
Для расчета длины увлажнителя Ь (м) исходным условием является необходимость впитывания всего поступающего в увлажнитель расхода оросительной воды при создании по всей длине увлажнителя одинакового напора и, следовательно, одинаковых удельных расходов впитываемой воды:
1 = 0// =Л/з0^1 дг = а-с-^Кг!Чт = К4Ъ-Идг (4)
Продолжительность внутрипочвенного полива можно определить по формуле:
, = т ■ к п , (5)
К'Чу.
где qУд - установившийся удельный расход, м3/га; К - коэффициент, учитывающий объем воды до установления постоянного расхода; Р - площадь секции, га.
Величина поливной нормы для всех вариантов определялась по формуле академика А.Н. Костякова:
т = рЯ • 100• {рш • Рн)-уоб (6)
где - коэффициент, учитывающий характер распределения воды в почве, поступающей из увлажнителей; Н - мощность расчетного слоя почвы; ¡3 ш - наименьшая влагоемкость, % от массы абсолютно сухой почвы; ¡3 пп - влажность почвы на участке перед поливом, % НВ; у -объемная масса почвы, т3/м.
Поливные нормы должны быть достаточными для увлажнения корнеобитаемого слоя почвы и исключать бесполезные потери воды в более глубокие горизонты.
Благодаря орошению влажность почвы поддерживалась на постоянном уровне и не опускалась ниже заданного предполивного порога.
Установлено, что на аллювиально-луговых слоистых почвах, характерных для Волго-Ахтубинской поймы, при внутрипочвенном орошении с применением противофильтрационных экранов снизу увлажнителя форма контура увлажнения приближается к прямоугольной, несколько расширяющейся по горизонтали в нижней части контура, что обусловлено поступлением влаги сначала вверх и в стороны, а затем вниз. Над увлажнителем по всей ширине контура образуется водоносный слой.
При внутрипочвенном орошении с применением противофильтрационных экранов снизу и сверху увлажнителя форма смоченного контура приближается к эллипсу, что объясняется поступлением влаги, во-первых, в стороны - в щели между экранами, а затем - вверх и вниз.
Исследование контуров увлажнения при поливных нормах 650 м3/га, 450 м3/га и 250 м3/га, проводилось на лабораторной и опытнополевой установках. Подача оросительной воды в почву происходила под напором через стыки между трубами-увлажнителями и далее через щели между экранами сначала вверх и в стороны, а затем вниз.
При определении характеристики контуров увлажнения подсчитывались коэффициент вертикального распространения (Кв) и коэффициент формы (Кф). При увеличении Кв уменьшаются потери оросительной воды на вертикальную фильтрацию, а уменьшение величины Кф дает возможность увеличения расстояний между увлажнителями.
При сравнении коэффициентов вертикального распределения и формы контуров увлажнения при поливных нормах 650 м3/га, 450 м3/га и 250 м3/га, наиболее оптимальными они являются при поливной норме 450 м3/га. Это объясняется тем, что при увеличении поливной нормы до 650 м3/га, возрастает объем воды, утраченной на глубинную фильтрацию, что ведет к уменьшению величины коэффициента вертикального распространения. При уменьшении поливной нормы до 250 м3/га уменьшается площадь контура увлажнения, что ведет к недоувлажнению почвы.
После полива во всех створах по длине увлажнителя в среднем наибольшее количество влаги аккумулировалось в слое 0,4...0,6 м, немного менее - в слоях 0,2...0,4 и 0,6...0,8 м. Однако, между створами и в зависимости от увлажнителя характер распределения влаги строго подчиняется законам капиллярного распространения (рис. 1).
Рисунок 1 - Линии изменения пьезометрических напоров по длине увлажнителя: 1 - через 10 мин., 2 - через 20, 3 - через 30,
4 - через 40, 5 -через 60, 6 - через 90, 7 - через 120,
8 - через 300 мин. от начала полива, 9 - ось увлажнителя
Через сутки после полива максимальное количество влаги было зафиксировано в слое 0,6...0,8 м и немного менее в слое 0,4..0,6 м.
Через трое суток контур увлажнения распространялся в ширину, и основное количество влаги распределилось уже в слоях 0,2...0,8 м.
Через пять суток наблюдается выравнивание количества оросительной влаги практически по всей глубине контура увлажнения.
Но на расстоянии 1 м от оси увлажнителя в слое 1,1... 1,5 м запас влаги практически такой же, как и в слое 0,2...0,4 м.
Величина поливной нормы существенно влияет на распределение влаги в почвенном профиле. На рис. 2 по вертикали показан объем поливной воды, накопленной в почве, по горизонтали -расстояние от оси увлажнителя.
В задачи наших исследований входило определение характера распределения воды в почвенном профиле в продольных и поперечных направлениях; изучение динамики запасов влаги в почве после полива; определение потребностей сельскохозяйственных культур в поливной воде при различных режимах внутрипочвенного орошения.
На основании принятых к исследованиям поливных норм 650, 450 и 250 м3/га определялась динамика их распределения на глубине 0...1,5 м и на расстоянии 0... 1,0 м от оси увлажнителя. Предполивной порог влажности почвы был на уровне 75 % НВ, напор в голове увлажнителя - 0,45...0,5 м.
Анализируя характер распределения указанных поливных норм, можно сделать вывод, что поливная вода на расстоянии 0...0,75 м от оси увлажнителя при норме 650 м3/га просачивается ниже активного слоя почвы на 18,5...21,4 % больше, чем при норме 450 м/га и, соответственно на 32,7...41,8 %, чем при норме 250 м3/га.
В практике внутрипочвенного орошения нормальное функционирование труб-увлажнителей зависит от состояния их внутренней полости и стыков между торцами. Заиление увлажнителей и закупорка стыков труб уменьшают пропускную способность увлажнителей, сокращают истечение жидкости через стыки, что, в свою очередь, влияет на качество увлажнения почвы (рис. 2).
0,25 0,6 0,75 І
б)
0,25 0,5 0,75 1
□ После окончания полни ■ Через 1 сутки после пояию
□ Через 3 суток после полива О Через 5 суток после полива
В)
Рисунок 2 - Распределение влажности в почве после полива при поливной норме: а) 650 м3/га, б) 450 м3/га, в) 250 м3/га.
Основными причинами заиляемости внутрипочвенных увлажнителей являются попавшие в них взвешенные частицы через стыки труб во время обратного тока жидкости и закупоривание стыков труб корнями растений.
Таблица 1 - Результаты обследования внутренней полости увлажнителей
Тип изоляц ИИ Место взятия образца
начало увлажнителя середина увлажнителя конец увлажнителя
вид осадка кол-во осадка в г на 10 п.м. вид осадка кол-во осадка в г на 10 п.м. вид осадка кол-во осадка в г на 10 п.м.
Толь пыле- видный ОД пыле- видный 0,4 пыле- видный 0,9
Наблюдения за заиляемостью увлажнителей производили визуально - после окончания поливного сезона увлажнители вскрывали с целью осмотра их внутренней полости (по всем вариантам исследования) и сбора осадка для анализа.
Ни в одном из вариантов опыта попадания корней в водовыпускные отверстия не наблюдалось. Не было отмечено и попадание грунта сквозь изоляцию стыков, хотя в некоторых увлажнителях находилось незначительное количество минеральной части грунта.
На основе вышесказанного можно заключить, что главной причиной заиления внутренней полости увлажнителей является присутствие в оросительной воде всевозможных органических и минеральных взвесей.
Результаты анализа оросительной воды показали, что во всех опытах ее мутность не превышала 0,03 г/л, что является допустимым и не приводит к заилению внутрипочвенных увлажнителей.
E-mail: gsm.dtn@mail.ru
