Автореферат (Ресурсосберегающие технологии и технические средства орошения), страница 3

Заменяя в зависимости (4) величины F и h на объем шарового поясаV_{шар. пояса} получим формулу для определения поливной нормы при поливе одной капельницей:

m = 10 V_{шар. пояса}  (_нв -_пв) , (10)

На легких почвах расчетный объём увлажнения при капельном орошении не охватывает всю зону размещения корневой системы. В этом случае целесообразно применение микродождевания (рисунок 3,4), которое обеспечивает распределение влаги по площади, соответствующей распространению основной части корневой системы растений. В случае микродождевания на легких почвах контур увлажнения принимает форму цилиндра. Объем увлажненной части почвенного слоя вычисляется по зависимости.

V_{цилиндра.} =  R²  h, (11)

где: h - высота цилиндра; R-радиус цилиндра.

Исходя из зависимости (11) поливная норма для легких почв при микродождевании равна:

m= 10 V_{цилиндра}  (_нв -_пв), (12)

Величину поливных норм при частом проведении поливов малым объемом достаточно точно можно определять по величине водопотребления за межполивной период. Для расчета водопотребления использовали метод теплового баланса. При увлажнении всей поверхности увлажняемого участка применима следующая зависимость (М.И.Будыко, 1954; Г.Ю.Шейнкин,1970):

где: V- затраты тепла на испарение, кал/см²×мин; R- радиационный баланс подстилающей поверхности, кал/см²×мин; В - поток тепла в почву, кал/см²×мин, которым в данном случае можно пренебречь, так как величина В составляет ≤5 % от радиационного баланса; - разность температуры воздуха на высотах 20 и 160 см, ^о С; - разность абсолютной влажности воздуха на тех же высотах, мб.

Рисунок 1. Расчетный контур увлажнения при капельном орошении в тяжелых

и средних почвах

Рисунок 2. Видимый контур увлажнения при капельном орошении

Рисунок 3. Расчетный контур увлажнения при микродождевании в легких почвах

Рисунок 4. Микродождевание сада

Для практического применения зависимости (11) и выполнения расчетов проведены натурные исследования по определению водопотребления, которые позволили получить регрессионные уравнения для определения суммарного испарения по затратам тепла на испарение и радиационному балансу подстилающей поверхности. Уравнения имеют вид:

где: E₀ - суммарное испарение за день, мм; - затраты тепла на испарение, кал/см²×мин: R- радиационный баланс подстилающей поверхности, кал/см²×мин.

Величины испарения, полученные по формулам (14) и в результате экспериментов, различаются на 4...6 %, что допустимо при определении объема суммарного испарения.

Анализ полученных экспериментальных данных показал, что полное уравнение водного баланса зоны аэрации при условии отсутствия пополнения грунтовых вод за счет инфильтрации осадков и поливных вод, имеет вид:

-W_a = Р_о + M – E_о (15)

где: М – оросительная норма, мм; P_o -количество осадков, поступающее в активный слой почвы в течение вегетационного периода, мм; E_o - испарение с поверхности почвы за тот же период, мм; DW_а - используемые внутренние запасы влаги в почве за этот период, мм.

При малообъемных способах орошения структура величины суммарного испарения имеет свои особенности. В этом случае испарение происходит: с неувлажненной почвы ; с увлажненной почвы и с растительного покрова . В частности, при капельном орошении увлажняется менее 30% поверхности поля. С оставшейся, не увлажняемой при орошении площади, испарение происходит как с поверхности в условиях естественного увлажнения. Микродождевание обеспечивает увлажнение примерно 50-55% площади. При внутрипочвенном орошении благодаря подаче воды непосредственно в корнеобитаемый слой, испарение её мало отличается от испарения с естествено увлажненной поверхности. Мелкодисперсное дождевание обеспечивает увлажнение только растений, поэтому дополнительное испарение по сравнению с неорошаемым полем происходит за счет воды, которая оседает на листьях растений. В остальное время вегетационного периода испарение синхронно с испарением с естественно увлажненной поверхности, если не производились поливы другими способами.

Использование импульсного дождевания связано с постоянным увлажнением почвы и растений в течение вегетационного периода. Поэтому испарение при таком способе орошения происходит как с растительного покрова, так и с увлажненной почвы, заметно увеличиваясь по сравнению с участками капельного, внутрипочвенного и других способов малообъемного орошения. Для расчета суммарного испарения при малообъемных способах орошения, основываясь на результатах экспериментальных данных, в формулу водного баланса введены соответствующие компоненты (таблица 2).

Таблица 2. Элементы водного баланса зоны аэрации при малообъемных способах орошения

Для расчета водного баланса предлагается использовать математическое описание процесса с учетом изменяющейся во времени площади полива с помощью следующих уравнений:

для системы капельного орошения:

, (16)

для системы микродождевания (подкронового дождевания садовых и кустарниковых культур):

, (17)

для системы внутрипочвенного орошения:

, (18)

для системы мелкодисперсного дождевания:

, (19)

для системы импульсного дождевания:

, (20)

На основе анализа закономерностей формирования контура увлажнения почвы и водного баланса зоны аэрации определены технические характеристики систем малообъемного орошения (таблица 3).

Таблица 3. Технические характеристики систем малообъемного орошения

При малообъемном орошении с учетом установленных закономерностей и технических характеристик должны быть соблюдены следующие требования: