Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур

           W_г - количество воды, используемое растениями за счет грунтовых                        вод, м³/га;

          W_п и W_у – запасы почвенной влаги в корнеобитаемом слое, соответственно во время посева и уборки урожая, м³/га;

          П – потери воды при поливах и на промывной режим, м³/га. м³/га;

     Суммарное водопотребление (м³/га) за период вегетации можно определить по следующей формуле:

     Е = kу,                                            (3.1.2)

     где k- коэффициент водопотребления, м³/га;

            у – планируемый урожай, ц/га.

     

     Суммарное водопотребление за вегетацию можно  также определить по биоклиматическому  методу, разработанному А.М. и С.М. Алпатьевыми.

     Этот  метод   основан        на    эмпирических   зависимостях     суммарного водопотребления от дефицита влажности воздуха и коэффициента биологической  кривой  растения.  Биологические  кривые   представляют   собой зависимость суммарного   водопотребления   (Е)    от   суммы  дефицитов  влажности   воздуха за расчетный период (∑d).

     

     Для орошаемых районов рекомендуют постоянные декадные значения k, пользуясь которыми можно определить Е при условии оптимального увлажнения расчетного слоя почвы:

     Е=К∑d,                                         (3.1.3)

     где Е - суммарное водопотребление, мм;

     К - коэффициент биологической кривой, мм/Мб;

     ∑d – сумма дефицитов влажности воздуха, Мб.

     Биоклиматический  коэффициент представляет собой  слой воды в мм, расходуемой на испарение  почвой и транспирацию растениями при  дефиците влажности воздуха в 1 миллибар. Его величина зависит от биологических особенностей культуры, фаз ее развития и климатических условий отдельных природных зон.

     Расчет  оросительной нормы производится следующим  образом:

     1) Составляется ведомость расчета  дефицита водного баланса с/х  культур. Подекадно от посева (после перехода среднесуточной температуры через 5⁰С) до конца периода водопотребления в зависимости от поливной культуры (таблица 1) устанавливаются по данным наблюдений ближайшей к проектируемому участку метеостанции :

     d- средний суточный дефицит влажности воздуха, Мб;

     p- сумма осадков, мм;

     t- средняя многолетняя декадная температура воздуха, ⁰С.

     2) Устанавливается сумма среднесуточных  дефицитов влажности по декадам, мб:

     ∑d = nd.                                            (3.1.4)

  3) Подекадно рассчитывается количество используемых осадков при 75% обеспеченности, мм:

     P_o= μP,                                                              (3.1.5) 

     Где µ  -  коэффициент  использования  осадков.  Принимается  равным  для степной зоны 0,6; для лесостепной – 0,7.

4. Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

                                  ∑t◦ = nt◦.                                  (3.1.7) 
 

      

5. Устанавливается подекадная сумма среднесуточных температур воздуха с поправкой на приведение к 12-часовой продолжительности дня; для чего ∑t◦ умножается на поправочные коэффициенты.

 
 
      

6. Определяется  сумма температур воздуха с поправкой  на длину дня за период водопотребления  для каждой культуры нарастающим  итогом.

 
      

7. Биоклиматический  коэффициент (k, мм/мб) в зависимости от суммы температур нарастающим итогом.

     К₀– коэффициент испарения с незатененной растениями поверхности при осадках более 5 мм равен 0,19 мм/мб. 

     

8. Суммарное испарение за декаду – определяют для периода от посева до всходов  Е = k₀∑d (мм) и от всходов до конца водопотребления.

     

                               Е = k∑d.                                   (3.1.8) 

     

9. Устанавливается коэффициент влагообмена, учитывающий, капиллярный подток и непосредственное использование воды корнями растений из слоев, ниже 100см. Для первой четверти вегетации γ принимается

 
 

равным 1, второй – 0,95, третьей – 0,9, четвертой – 0,85. Для люцерны второго и третьего года жизни – 0,85.

       В соответствии с коэффициентом  γ рассчитывается, мм:

                             Е_γ= Еγ.                                                            (3.1.9) 

     

10. Определяется  расход влаги по декадам с поправкой  на климатический коэффициент К_м, мм:

                                Е_м = ЕγК_м .                                                        (3.1.10) 
 

      

11. Определяется  дефицит водного баланса (ДВБ) по декадам для культур весеннего  сева – со времени посева, а для  многолетних трав и озимых культур  – со времени возобновления вегетации. Для первой декады ДВБ рассчитывается по формуле, мм:

      ∆Е=Е_м-(Р₀+W_n),                                    (3.1.11)

      где W_n – продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы: 

      W_n = 10 h α (β_нач -β_min),                                               (3.1.12)

      где h- расчетный слой почвы, м;

             α- плотность этого слоя почвы, т/м³;

β_нач- влажность расчетного слоя почвы в % в начале расчетного периода принимается равной 0,9 от наименьшей влагоемкости (НВ) для ранних культур и 0,8- для поздних;

  β_min- минимально допустимая влажность принимается равной 0,65 от НВ для зерновых и 0,70 от НВ – для овощных культур и картофеля. 

      Для  последующих декад ДВБ равен, мм:

      ∆Е=Е_м-(Р₀+∆W_n),                                           (3.1.13)

где ∆W_n- переходящий (неиспользованный) продуктивный   запас влаги из предыдущей декады.

 

Расчет для  многолетних трав:

W_n=10*0,6*1,14*(25,6-20,8)=32,83мм

ΔΕ₁=31,5-(6,12-32,83)=-7,45мм

ΔΕ₂=25,67-(5,10-7,45)=28,02мм

Так как мы получили положительные значения дефицита водного баланса, в последующих декадах расчёт следует производить по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

    ΔΕ₃ =32,44-6,12=26,32мм

ΔΕ₄ =46,61-6,63=39,98мм

ΔΕ₅=36,60-8,16=28,44мм

ΔΕ₆=35,34-8,67=26,67мм

   ΔΕ₇=42,57-9,69=32,88мм

   ΔΕ₈=27,55-10,2=17,35мм

ΔΕ₉₌32,26-10,71=21,55мм

ΔΕ₁₀=34,72-9,69=25,03мм

ΔΕ₁₁=26,73-9,18=17,55мм

ΔΕ₁₂=23,33-7,65=15,68мм

ΔΕ₁₃=24,46-7,14=17,32мм

ΔΕ₁₄=19,12-7,65=11,47мм

ΔΕ₁₅=14,82-5,1=9,72мм

ΔΕ₁₆=14,15-8,67=5,48мм

Расчет для  овса:

W_n=10*0,3*1,06(31,5-22,75)=27,82мм

ΔΕ₁=17,01-(6,12+27,82)=-16,93мм

ΔΕ₂=20,17-(5,10-16,73)=32,00мм

далее расчет ведем  по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

ΔΕ₃=26,54-6,12=20,42мм

ΔΕ₄=37,47-6,63=30,84мм

ΔΕ₅=33,09-8,16=24,93мм

ΔΕ₆=35,34-8,67=26,67мм

ΔΕ₇=29,72-9,69=20,03мм

ΔΕ₈=16,39-10,2=6,19мм

ΔΕ₉=16,79-10,71=6,08мм

Расчет для картофеля(позднего):

W_n=10*0,2*1,06*(31,5-22,75)=18,55мм

ΔΕ₂=16,5-(5,10+18,55)=-7,15мм

ΔΕ₃=26,54+(6,12-7,15)=27,57мм

далее расчет ведем  по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

ΔΕ₄=36,74-6,63=30,11мм

ΔΕ₅=32,38-8,16=24,22мм

ΔΕ₆=37,75-8,67=29,08мм

ΔΕ₇=35,34-9,69=25,65мм

   ΔΕ₈=22,46-10,2=12,26мм

ΔΕ₉=20,41-10,71=9,7мм

ΔΕ₁₀=16,70-9,69=7,01мм

ΔΕ₁₁=14,35-9,18=5,17мм

ΔΕ₁₂=11,48-7,65=3,83мм

ΔΕ₁₃=11,99-7,14=4,85мм 

В начале вегетационного периода сумма запаса влаги и осадков - (Р₀+∆W_n) могут превышать расход влаги с учетом микроклиматического коэффициента ( Е_м ), т.е. ДВБ будет иметь отрицательный знак.

      С периода превышения величины Ем над суммой  (Р₀+∆W_n) начинается дефицит в водном балансе, тогда ∆Е=Е_м-Р₀.

      Если  грунтовые воды Wгр находятся на глубине ближе 3м, то уравнение  (13 ) приобретает вид:

      ∆Е=Ем-(Р₀+∆Wn+ Wгр) ,                        (3.1.14)

      Wгр=Ем Кг,                         (3.1.15)

      где Кг- коэффициент капиллярного подпитывания.

12. С декады, когда ∆Е приобретает положительное значение, до конца периода водопотребления рассчитывается ДВБ нарастающим итогом. Полученная величина переводится в  м³/га (1 мм=10 м³/га), округляется до сотен м³ на га преимущественно в большую сторону и является оросительной нормой.

   Ведомость расчёта дефицита водного баланса многолетних трав, овса и картофеля(позднего) находится в таблице 1. 
 
 
 

2. Расчет  нормы поливов  и их количества

 

     Поливная  норма – это количество воды в м³на 1 га, которое необходимо дать растениям за один полив. Ее величина зависит от вида культуры и фазы ее развития, водно-физических свойств почвы, мощности почвенного слоя, содержания солей в почве, климатических и гидрогеологических условий, способа и техники полива.

      Поливная  норма m вегетационного полива, м³/га:

      m=100hα( β_HB -βmin),                              (3.2.1) 

      где h- глубина активного слоя почвы, м;

             α- объемная масса почвы, т/ м³;

             β_HB- влажность почвы при наименьшей влагоемкости, %;

          

  βmin- влажность почвы перед поливом или нижний порог оптимальной влажности почвы, равный γβнв. 

      На  засоленных почвах поливные нормы увеличивают на15-30%.

      Во  избежание снижения влагозапасов в  почве ниже критического уровня и  в целях облегчения укомплектования графика гидромодуля рекомендуется уменьшить расчетную поливную норму на 10-20% и округлить ее до 50 или 100 м³/га.  

     

       
 
 
 
 
 

        Таблица 2.Расчет поливных норм