Автореферат (1151670), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 печатных работ, в том числе 12 – в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК России, 4 монографии, получено 1 авторское свидетельство и 4 предварительных патента.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов, изложенных на 331 странице машинописного текста, включающих 100 таблиц, 27 рисунков, 275 литературных источников, из них 83 зарубежных, и 20 приложений.

В первой главе анализируется современное состояние проблемы разработки техники, технологии поливов пропашных культур, теории движения влаги в зоне аэрации и испарения влаги, а также материалы покрытия почвы и их влияние на различные природные факторы.

В Центральноазиатском регионе поливы пропашных культур проводятся традиционным способом - по бороздам. С начала его широкого распространения и до настоящего времени ведутся разработки по совершенствованию технологии полива, методов расчета элементов техники полива и средств распределения воды по бороздами Б.А.Шумаковым, А.Н.Костяковым, С.М.Кривовязом, А.Н.Аскоченским, М.Ф.Натальчуком, Н.Т.Лактаевым, Г.М.Гусейновым, Г.Ю.Шейнкиным, В.П.Иноземцевым, Б.Г.Штепой, Г.И.Будниковым, В.И. Ольгаренко и др. В разработку более совершенной технологии полива по бороздам - дискретной, и методов расчета ее параметров большой вклад сделан отечественными учеными - Б.Б.Шумаковым, В.А.Арефьевым, Н.П.Степаненковым, А.А.Терпигоревым, Н.Р.Хамраевым, В.М.Романовым, Ю.Г.Дробышевским, Г.И.Саенко, И.А.Шаровым, Т.Ю.Юсуповым, а также зарубежными - И.Вырлевым, Д. Келлером, У.Уолкером, Ф.Изуно, Т.Подмором, Н.Алеми, Д.Голдхамером и др.

Как показывает практика, при проведении поливов по бороздам на землях с большими уклонами местности в подавляющем большинстве случаев происходят размыв почвы и смыв плодородного слоя, большие потери воды на фильтрацию ниже корнеобитаемого слоя почвы и поверхностный сброс с полей. Многочисленными исследованиями установлено, что за вегетационный период смыв почв достигает 100 т/га, а КПД поливов не превышает 0,65 -0,7. В условиях дефицита оросительной воды для орошаемого земледелия и экономики в целом стран Центральноазиатского региона необходимо усовершенствовать теоретические положения снижения водопотребления сельскохозяйственных культур и предложить новые технологии, повышающие эффективность бороздкового полива.

Большой вклад в разработку теории испарения влаги с открытой поверхности и движения влаги в почвогрунтах почвы внесли W.R.Gardner, J.Cisler, H.L.Penman, М.Кутилек и Д.Нильсен, А.И.Будаговский. Х.Дарси, И.Козени, Хаген-Пуазейль, А.Е.Шайдегер, Е.Р.Лейбензон, С.Ф.Аверьянов, Е.С.Чайльдс, Н.Коллиз-Джордж, В.Р.Гарднер, Б.В.Дерягин, Ю.М.Денисов, С.В.Нерпин, А.Ф.Чудновский, А.И.Голованов, Л.М.Рекс, Е.В.Веницианов и др. А.И.Будаговский рассмотрел различные случаи испарения почвенной влаги: когда испарение происходит с поверхности достаточно и недостаточно увлажненной почвы; испарение воды почвой под покровом растений. Для оценки испарения в районах орошаемого земледелия с глубоким залеганием уровня грунтовых вод и малым количеством атмосферных осадков им предложена эмпирическая зависимость (А.И.Будаговский, 1964)

(1)

где Е_п - испарение воды почвой, мм; W - влажность верхних слоев почвы, мм; W_p - влажность разрыва капиллярной связи, мм; γ₂ - коэффициент пропорциональности.

Эмпирические и полуэмпирические зависимости испарения влаги почвой получены в большинстве случаев по материалам наблюдений агрометеорологических станций за влажностью почвы. Анализ этих моделей показывает, что они в подавляющем большинстве упрощенно рассматривают почву, игнорируя ее как многокомпонентную, многофазную среду. Такой подход к рассмотрению процесса физического испарения хотя и дает практически приемлемые для производства оценки размера физического испарения, однако это не устраняет необходимости совершенствования теории физического испарения с открытой и частично экранированной почвы, при возделывании пропашных культур с поливом по бороздам.

Во второй главе рассматриваются теоретические основы и результаты исследований полива сельскохозяйственных культур по бороздам постоянной струей.

Для теоретического обоснования уравнения движения воды по борозде в качестве основных параметров движущегося отсека воды в борозде приняты: s - расстояние от головы борозды (выбранного начала), м; t – время, мин; ω (s, t) - площадь живого сечения м²; u (s, t) - средняя скорость воды по сечению, м/с; f (s, t) - торцовое напряжение, связывающее отсек ω(s,t)ds с потоком, кгс/с; z_b (s, t) - отметка уровня воды в сечении, м; χ (s, t) - смоченный периметр, м.

На выделенный отсек воды в борозде действуют следующие силы: тяжести, трения, торцовая сила и сила инерции.

Уравнение движения воды в борозде, полученное после сложения всех сил по принципу Даламбера (Ю.М.Денисовым и др, 2002) имеет вид:

, (2)

где К_Т - коэффициент кинематической турбулентной вязкости, м²/с, определяемый из соотношения

, (3)

где υ - коэффициент кинематической вязкости, м²/с; R - гидравлический радиус, м; k₁ и k₂ - безразмерные коэффициенты пропорциональности, зависящие от структуры поверхностного слоя почвы и водопрочности агрегатов.

Теоретическая модель движения потока воды по борозде состоит из системы уравнений: неразрывности, движения фронта и тыла поливной струи. Уравнение баланса расхода воды в сечении ds борозды представлено в виде:

, (4)

После преобразований (4) принимает вид

(5)

здесь - предложенная автором относительная площадь перфорации оболочки, уложенной в борозду (при ее отсутствии η = 1); а_х - атмосферные осадки, выпадающие на поверхность потока воды в борозде, мм; Е - интенсивность испарения с водной поверхности бороздковой струи, мм/сут; i_ф - интенсивность инфильтрации поливной воды, мм/сут.

Выражения движения

фронта поливной струи -

(6)

и тыла -

(7)

Для решения системы уравнений (2) - (4) задаются начальные и граничные условия. Начальные условия для скорости и живого сечения потока представляются в виде:

u(s, 0) = ψ_u (s), 0 < s ≤ S_ф ,

ω( s, 0) = _ω(s), (8)

h(s, 0) = ξ_h(s).

Граничные условия, предложенные автором для поливной струи в борозде, имеют вид:

при Q(s₀, t) > 0 имеем:

на левом крае в голове борозды s = 0 -,

ω(s₀, t) = const,

u(s₀, t) = φ_u (t);

на правом крае - фронте поливной струи s = S_ф (t) и граничные условия могут быть записаны в виде

, (9)

(10)

где

, . (12)

При Q(s₀, t) = 0, когда прекращена подача воды в голове борозды и появляется тыл поливной струи S_T ≥ S₀ , граничные условия на левом крае струи задаются в виде

₍₁₃₎

или

, (14)

а на правом - условие (10).

В приведенных зависимостях: k_1, k_{2 ,} k₃ - безразмерные коэффициенты пропорциональности; К_Т – коэффициент кинематической турбулентной вязкости, м²/с; R – гидравлический радиус, м; В – ширина поливной струи по верху, м;  - параметр, имеющий размерность динамической турбулентной вязкости;  – плотность воды, г/см³. Система уравнений с начальными и граничными условиями решается численным методом.

На основе представленных уравнений автором совместно с А.И.Сергеевым разработан численный алгоритм и составлена программа расчета скорости добегания воды по проточным бороздам постоянной струей. Для сравнения рассчитанных значений скорости добегания воды по борозде с экспериментальными на опытно-производственных участках с одинаковым гранулометрическим составом почв и различными уклонами местности на посевах хлопчатника проведены опыты по изучению движения потока воды по сухим бороздам. Результаты этих опытов представлены на рис. 1 в виде зависимостей x = f (t), используемых обычно в аналитических и графоаналитических методах расчета элементов техники полива, на нем показаны графики, полученные расчетным методом. Достаточно хорошее совпадение экспериментальных и расчетных зависимостей x = f (t) дало возможность провести расчеты для большого массива исходных данных, включающих почвы различного гранулометрического состава, уклоны поверхности земли и расходы воды в борозду - всего 81 вариант: уклоны 0,005; 0,02;0,05; коэффициенты фильтрации 0,2; 0,1; 0,05 м/сут; длина борозд 100, 150, 200 м.

В результате проведенных расчетов получены данные для составления зависимостей x=f(t); поливные нормы брутто и нетто; КПД полива и коэффициент равномерности увлажнения почв по длине борозды; распределение влажности почвы после полива в расчетных створах по длине борозд.

Рисунок - 1. Теоретические с экспериментальные зависимости x=f(t) при различных уклонах поля и расходах воды в голове борозды (по данным автора и А.Г.Безбородова)

Полученные результаты показывают, что чем меньше коэффициент равномерности увлажнения (k_р), тем выше КПД борозд. Можно предположить, что, например, при поливе нормой добегания, когда отсутствует поверхностный сброс оросительной воды, КПД будет равным примерно 1, однако коэффициент равномерности увлажнения почвы по длине борозд окажется очень низким. При таком поливе от недоувлажнения значительной части поливного участка снизится урожай сельскохозяйственных культур и его качество.

Характеристики

Список файлов диссертации