Исследования и обоснование расчетных схем процесса впитывания при поливе по бороздам

Автор: Апальков Александр Федосеевич, Апальков Сергей Александрович, Погорелов Николай Петрович

Журнал: Вестник аграрной науки Дона @don-agrarian-science

Рубрика: Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование

Статья в выпуске: 1 (45), 2019 года.

Бесплатный доступ

Необходимость исследований и обоснования для дальнейших работ на сельскохозяйственных объектах вызвана тем, что территория Ростовской области расположена в зоне недостаточного увлажнения и нуждается в плановых поливах сельскохозяйственных культур. Главными причинами изменения состояния сельхозугодий, повлекшими за собой неблагоприятные последствия, являются переувлажнение и заболачивание орошаемых земель, причиной которых является завышение поливных и оросительных норм. Как показали исследования, при орошении используются завышенные нормы и по отдельным хозяйствам колеблются в широких пределах, превышая поливные нормы в 1,5-2 раза. Это значит, что большая часть оросительной воды идет на глубинную фильтрацию и порой достигает 40%. Поэтому необходимы исследования эффективных способов полива в производственных условиях. Опыт эксплуатации поливных земель показывает, что высокой эффективности полива можно добиться за счет улучшения почвенных условий. Для объективной оценки состояния орошаемых земель были проведены полевые исследования в отдельных хозяйствах Багаевского района, которые подтвердили, что эффективности полива можно добиться за счет уменьшения потерь воды на впитывание и обоснованного решения по выбору той или иной схемы полива сельскохозяйственных культур в хозяйстве...

Еще

Вегетационный период, грунтовые воды, минерализация, засоленность почв, полив по бороздам, непроизводительный сброс, водно-физические свойства

Короткий адрес: https://sciup.org/140243650

IDR: 140243650

Текст научной статьи Исследования и обоснование расчетных схем процесса впитывания при поливе по бороздам

Введение. На территории Ростовской области большинство районов относятся к засушливым и полу-засушливым регионам. Часть земель с течением времени была выведена, вынужденно, из использования при производстве сельскохозяйственных культур. Основными причинами такого явления являются возникающее переувлажнение, вплоть до их заболачивания. По последним данным в Ростовской области имеется-почти 300 тыс. га орошаемых земель, на которых при выращивании сельскохозяйственной продукции применяется орошение.

Целью работы является анализ и обоснование расчётных схем процесса впитывания влаги при поливе по бороздам.

Исходные данные для исследования. Как показала практика, в отдельных хозяйствах наблюдается высокое стояние уровня грунтовых вод, что приводит к засолению почвогрунтов. Некоторые показатели приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Сведения об уровне залегания грунтовых вод в Багаевском районе Ростовской области

Распределение орошения земель (га) в зависимости от уровня грунтовых вод, м
менее 1,0	1,0-1,5	1,5-2,0	2,0-2,5	2,5-3,0	3,0-5,0	свыше 5,0
7	800	3150	6600	8500	26300	1770

Как показали проведённые исследования, при орошении используются значительные объёмы воды не тальков в вегетационный период развития растений, но и при отдельных, других по назначению, поливах, причём поливные нормы в различных хозяйствах варьируются в значительных пределах, превышающих установленную в 1,5-2 раза, что также способствует повышению уровня залегания грунтовых вод.

Что касается распределения орошаемых земель по степени засоленности, то эти сведения приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Общие сведения о засоленности почв

По степени засоленности почв в слое (0-100 см), га
незасоленные	слабозасоленные	среднезасоленные	сильнозасоленные	незасоленные	слабосолонцеватые	средне и солонцеватые
38840	7269	759	13,0	45038	1842	-

Большие расходы поливной воды наблюдаются при орошении с применением борозд, которые достигают 1,5 л/с и более против необходимых по нормативам - 0,5-0,6 л/с. Поэтому наблюдается избыточная влажность почвы, в результате чего возникает процесс непроизводительного сброса воды, что способствует поднятию уровня стояния грунтовых вод. Анализ исследований показывает, что процесс полива сельскохозяйственных культур по бороздам имеет неизучен- ные проблемы, которые нельзя не учитывать. К ним относят:

- качество выполнения планировки полей;
- водопроницаемость почвы;
- значительные уклоны поверхности поливных участков;
- борозды, не соответствующие по длине проектной документации.

Таблица 3 - Состояние орошаемых земель

Хозяйства района	Площадь орошения, га	Глубина залегания грунтовых вод (м)
		0-1 м		1-2 м		2-3 м		3 м
		га	%	га	%	га	%	га	%
Федуловский	3458	-	-	411	12	1327	38	1720	50
Красновский	312	-	-	-	-	82	26	230	74

Перечисленные выше проблемы приводят к потерям (до 40% и выше) оросительной воды, которая идет частью на сброс, а частью на глубинную фильтрацию [11, 12]. В таблице 3 приведены глубины залегания грунтовых вод орошаемых земель некоторых хозяйств Багаевского района.

Большое значение на состояние поливных участков и урожайность сельскохозяйственных культур имеют водно-физические показатели свойств почвы, некоторые значения которых представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Основные водно-физические свойства почв

Горизонт почвы	Плотн. сложения твердой фазы, т/м³	Плотность, т/м³	Общая скважность, % от объема почвы	Капиллярная влагоемкость, % от массы почвы	Наименьшая влагоемкость, %
Горизонт почвы	Плотн. сложения твердой фазы, т/м³	Плотность, т/м³	Общая скважность, % от объема почвы	Капиллярная влагоемкость, % от массы почвы	от массы сухой почвы	от объема почвы
0-10	1,16	2,61	55,20	36,90	30,8	36,1
10-20	1,17	2,60	55,40	30,40	30,4	35,9
20-30	1,26	2,62	52,40	29,80	29,8	37,0
30-40	1,32	2,63	50,90	29,20	29,2	38,8
40-50	1,35	2,68	50,80	28,50	28,5	37,6
50-60	1,39	2,72	49,20	27,50	27,5	38,5
60-70	1,40	2,71	48,10	26,20	26,2	37,2
70-80	1,39	2,70	48,00	26,10	26,1	37,1
80-90	1,41	2,71	47,70	26,10	26,1	38,0
90-100	1,40	2,69	47,20	25,30	25,3	37,8
0-100	1,37	2,71	47,57	25,60	25,6	38,7

Повышенного эффекта можно достичь при уменьшении потерь воды на впитывание и сброс. В каждом производственном предприятии, в котором применяется способ полива по бороздам, необходимо принимать обоснованный выбор его различных схем.

Большое значение для эффективности процесса полива по бороздам имеют метеорологические условия данной территории. Знание этих условий поможет правильно вести учет ресурсов влаги при соблюдении климатических условий в целом, что скажется на увеличении урожайности сельскохозяйственной продукции. Вегетационный периода колеблется от 200 до 220 дней.

Испаряемость влаги при высокой температуре окружающей среды намного выше объёма выпадающих осадков, поэтому необходимо в летний период наблюдать за значением влажности почвы. Поливные борозды были при исследовании процесса полива нарезаны с использованием орудия КОН-2,8. Такие борозды принято называть мелкими - проточными. Уклон борозд, который определялся методом нивелирования, составил 0,001.

В задачи исследований входило следующее:

- определить водно-физические показатели грунтов, слагающих ложе борозд для полива;
- изучить процесс впитывания поливной воды при использовании для изоляции дна борозды плёночного перфорированного покрытия;
- установить закономерности влияния влажности грунта дна поливочной борозды при использовании

перфорированного покрытия на динамику процесса впитывания воды и определения контуров увлажнения;

- испытать технологию применения пленочного покрытия;
- сделать сравнительную оценку непроизводительных потерь воды на впитывание в грунт с пленочным покрытием и без него.

Методика и условия проведения исследований. Для этих исследований были изготовлены проточные борозды, глубина которых составляла 0,19 м, ширина - 0,25 м со средним расстоянием между их осями - 0,60 м.

Борозды были выполнены треугольного сечения с углом заложения откосов 1:1 и уклоном, равным 0,001. Для обеспечения возможности сравнить результаты исследований одна борозда была без покрытия дна, а в другой на дно укладывалось плёночное перфорированное покрытие. Уровень воды устанавливался в размере 0,15 м. Перфорация покрытия, которая определялась в лабораторных исследованиях, составляла /7 = 1,0%, а глубина залегания грунтовых вод на опытном участке составляла 2,5-3,0 м.

Отбор образцов почвы производился буром в четырёхкратной повторности на расстоянии 0,10-0,20 м друг от друга по длине опытного участка поливочной борозды.

Результаты исследований и их анализ. В таблице 5 на основании проведённых измерений показаны средние значения величин показателей, характеризующих водно-физические свойства почв.

Таблица 5 - Основные водно-физические свойства почв

Горизонты взятия проб, см	Полевая (наименьшая) влагоемкость, %		Плотность, г/см³	Объемная масса, г/см³
Горизонты взятия проб, см	от массы почвы	от скважности	Плотность, г/см³	Объемная масса, г/см³
0-10	32,51	75,00	2,51	1,12
10-20	25,65	68,75	2,59	1,20
20-30	24,59	72,92	2,49	1,24
30-40	23,18	77,90	2,51	1,30
40-50	22,25	80,90	2,55	1,40
50-60	32,51	74,50	2,58	1,45
60-70	27,20	77,40	2,68	1,46
70-80	24,20	77,35	2,81	1,44
80-90	26,25	72,62	2,63	1,39
90-100	25,31	73,50	2,70	1,42
0-100	27,50	74,90	2,68	1,40

Анализируя результаты определения механического состава почвогрунта в исследуемых бороздах, можно сделать вывод, что по механическому составу грунт на исследуемых участках практически является однородным: песок с размером фракций 0,25-1,0 мм практически отсутствует, а его общее количество 40,15%. Содержание глины по исследованиям Н.А. Ка-чинского составляет 59,85%. Отбор и анализ образцов проводили в трехкратной повторности.

Исследования механического состава проб почвы были проведены в лаборатории почвоведения института.

Полевые исследования нами были проведены на двух пятиметровых участках поливочной борозды.

С целью обеспечения перекрытия борозд нами были применены металлические перемычки. В начале исследований была определена влажность почвы на различных участках борозд в соответствии с известной методикой (таблица 6).

Таблица 6 - Влажность грунта на различных участках борозд

№ стаканчика	Глубина взятия образцов, см	Вес стаканчика (с крышкой), г					Масса потерянной воды, г	Масса сухой почвы,г	Влажность почвы от веса сухой, %	Средняя влажность в активном слое, %
		пустого	с влажной почвой		с сухой почвой
1	2	3	4		5		6	7	8	9
I. По дну. Борозда без покрытия
136	0-10	21,21	122,87	95,31		27,56		74,09	27,19	27,6
63513	0-10	28,69	119,53	94,0		25,53		65,31	29,09
31822	10-20	27,79	129,93	111,6		18,33		83,81	28,8
13891	20-30	29,12	139,99	117,5		22,49		88,31	26,40
465	30-40	27,67	146,20	121,22		24,98		93,55	26,70
II. Борозда с пленочным покрытием
257	0-10	19,89	118,76	92,19		26,57		72,30	36,70	37,01
241	0-10	19,31	130,29	99,52		30,77		80,21	38,36
35521	10-20	27,70	133,99	113,22		20,00		105,52	38,95
194	20-30	22,00	121,99	82,63		39,36		60,60	36,40
322	30-40	28,82	138,29	116,69		21,60		87,87	34,60
III. На откосах без пленочного покрытия (среднее значение)
60395	0-10	29,09	128,36	113,4		14,96		84,31	17,70	21,21
72721	10-20	29,55	130,61	115,0		15,61		85,45	18,26
П57074	20-30	27,10	109,45	89,20		20,25		62,10	32,60
3080	30-40	27,90	132,24	117,6		14,64		89,70	16,30
1 опыт На поверхности откосов в 3-х точках вдоль опытного участка под пленкой
175 среднее	На поверхности откосов	23,22	111,29	89,40		21,89		66,18	33,00	32,7
209	0-10	25,40	112,31	91,35		20,96		65,95	31,78
218	10-20	20,89	113,3	92,41		20,89		71,50	29,20
2 опыт На поверхности откосов в 3-х точках вдоль опытного участка под пленкой
367	20-30	19,60	125,24	96,7		28,50		77,10	36,91	36,6
388	30-40	20,09	124,35	94,5		29,85		74,41	40,11
369	40-50	25,53	113,25	21,1		21,85		66,75	32,80

Известно, что при поливах по бороздам вначале происходит процесс впитывания.

В случае, если почва не насыщена водой, будет иметь место зависимость скорости впитывания от глубины и продолжительности промачивания. Для этого воспользуемся формулой А.Н. Костякова [1]:

где оз - скорость поглощения воды почвой в данный момент, м/ч;

к, - скорость поглощения воды почвой в конце /-ой единицы времени, м/ч;
t - время от начала впитывания, с;
а - показатель степени, характеризующий динамику поглощения воды почвой.

Процесс впитывания поливочной жидкости почвой подразделяется на две фазы. При наполнении водой специально отгороженного в борозде отсека [8, 9, 10] происходит интенсивное впитывание, так как поры не заполнены (первая фаза). По мере заполнения его водой интенсивность впитывания постепенно снижается до установившегося значения. Вторую фазу можно представить как процесс впитывания в изолированных отсеках. Поэтому данные исследования процесса впитывания поливочной жидкости почвой в изолированных отсеках необходимо проводить, в соответствии с вышеизложенным, в два этапа. Немаловажное значение на процесс оказывает предшествующая влажность почвы в бороздах в связи с тем, что с её повышением скорость впитывания поливочной жидкости снижается.

Отбор образцов почв производился буром по длине борозд. Между циклами полива производили отбор образцов, а записи вели в специальном журнале для определения влажности почвы. Опыты проводили в четырехкратной повторности. Грунт помещался в специальные алюминиевые стаканчики, взвешивание которых производили в почвенной лаборатории Рос-НИИПМ г. Новочеркасска Ростовской области с точностью ± 0,01 г. В дальнейшем стаканчики с содержащейся в них почвой помещались в сушильный шкаф, где они при температуре 100-105 °C находились до установившегося (постоянного) значения массы брутто сухого грунта. Во время процесса сушки стаканчики, с надетыми на дно их крышками, были открыты. После окончания процесса сушки почвы стаканчики охлаждали с последующим взвешиванием.

Выводы

1. Предложена методика определения запасов влаги в почве опытных участков борозд, предназначенных для полива орошаемых земель. Установлено, что для имеющих перфорированное плёночное покрытие дна борозд в корнеобитаемом горизонте влажность почвы увеличивается более чем на 40%.
2. Представлены результаты исследования влияния перфорированного пленочного покрытия борозд на процесс впитывания влаги в почву опытных участков. Установлены закономерности расхода на

впитывание в почву оросительной воды в зависимости от влажности грунтов.

Список литературы Исследования и обоснование расчетных схем процесса впитывания при поливе по бороздам

Костяков, А.Н. Основы мелиораций/А.Н. Костяков. -М.: Сельхозиздат, 1960. -621 с.
Профилирование и укатка русел каналов с противофильтрационным покрытием: монография/А.Ф. Апальков, В.В. Великородный, С.А. Апальков, А.Г. Кондратьев, С.А. Тарасьянц. -Новочеркасск: НГМА, 2008. -91 с.
Апальков, А.Ф. Обоснование рабочего органа скребкового типа планировщика берм каналов/А.Ф. Апальков, С.А. Апальков, Н.П. Погорелов. -Ростов-на-Дону: Интерагромаш, ДГТУ, 2017. -12 с.
Апальков, А.Ф. Теория водопроницаемости пленочного перфорированного покрытия борозды при поверхностных способах полива/А.Ф. Апальков, С.А. Апальков, Н.П. Погорелов//Инновационные технологии в науке и образовании ИТНО -2016: сб. науч. трудов науч.-метод. конф., посвящ. 85-летию ДГТУ (г. Ростов-на-Дону -п. Дивноморское 11-17 сентября 2016). -Ростов-на-Дону, 2016. -С. 484-487.
Кауричев, И.С. Практикум по почвоведению/И.С. Кауричев. -М.: Колос, 1980. -С. 71-82.
Штоколов, Д.А. Методики по определению скорости впитывания воды в почву, параметров поверхностных способов полива, объемной массы и наименьшей влагоемкости почвы, отбора почвенных образцов на анализ/Д.А. Штоколов, Н.С. Скуратов. -Новочеркасск: ЮжНИИГиМ, 1985. -58 с.
Аверьянов, С.Ф. Вопросы установления величин фильтрационных потерь в системе оросительных каналов (подпертая фильтрация)/С.Ф. Аверьянов//Гидротехника и мелиорация. -1950. -№ 10. -С. 31-40.
Kemper, W.D. Furrow intake rates and water managerment/W.D. Kemper, B.I. Ruffing, I.A. Bondurant//Trans ASAE. St. Josep, Mich, 1982. -Vol. 25. -№ 2. -Р. 333-339.
Carrier, G.F. On the diffusion of tides into permeable rock/G.F. Carrier, W.H. Munk//Proc. Simpos. Appl Math. -1954. -V. 5. -P. 89-95.
Richards, L.A. Capillary conduction of liquids through porous mediums/L.A. Richards//Physics. -1931. -V. 1. -№ 5. -P. 316-321.
Montaghimu, S. Pulsed trickling effects onsoil moisture distribution/S. Montaghimu, J. Mitchell//Water Resources Bulletin. -1983. -19. -4. -P. 605-612.
Van Zyi J.L. Jnfluence de1' irrigation suz lacroissauce etlaqualite des vignes etraisings de Colombar/J.L. Van Zyi//Bull. O. L. -1985. -V. 58. -648/649. -P. 173-188.

Еще

Статья научная