Микроклиматический коэффициент в зависимости от орошаемой площади и коэффициента природного увлажнения территории (Ку) (по а.В. Данильченко).

Коэффициент природного увлажнения территории

К_у = (Р-W_а) / Е₀ , (1. 7)

Где Р- атмосферные осадки за расчетный период, мм;

W_а –активные влагозапасы в расчетном слое почвы, сформированные за счет атмосферных осадков, мм;

Е₀ – испаряемость за тот же период, мм.

Ориентировочно микроклиматический коэффициент для разных природных зон и месяцев вегетационного периода при площади орошаемого массива 100…1000 га можно определить по таблице 2.

Микроклиматический коэффициент для различных природных зон по месяцам.

Испаряемость, мм, можно вычислить по модифицированной Н.В. Данильченко формуле Н.Н. Иванова:

Е₀ = Кt df(v), (1. 8)

Где Кt – энергетический (температурный) фактор испарения, учитывающий нелинейность связи испаряемости и дефицита влажности воздуха при изменении температуры воздуха, мм/ мб,

Кt = 0,0061 (25+t²)/l_a , (1.9)

Здесь t – температура воздуха, °С;

l_a – упругость насыщенного пара, соответствующая этой температуре, мб;

d – дефицит влажности воздуха (упругости насыщения) , мб. При отсутствии данных наблюдений

d = l_a (1-0,01φ), (1.10)

здесь φ- относительная влажность воздуха, %;

f (v) – функция, учитывающая влияние скорости ветра;

f (v) = 0,64 (1+0,19 v₂), (1.11)

здесь v₂ – скорость ветра на высоте 2 м от поверхности земли, м/с.

Суммарное водопотребление в зависимости от продуктивных влагозапасов в метровом слое почвы вычисляют по формулам С.И. Харченко, мм/мес:

При высоких влагозапасах (W_н + W_к )/ 2_>v

Е = β Е₀ = β R₀ /L = 16,7 β R₀, (1.12)

При пониженных влагозапасах (W_н + W_к )/ 2< v

Е= [ (β R₀) / (0,12 v)] (W_н + W_к ), (1.13)

Где β – поправочный коэффициент, учитывающий разницу между испаряемостью и суммарным водопотреблением, β =0,9…1,1;

Е₀ – испаряемость, мм/мес;

R₀ – радиационный баланс орошаемого поля, R₀ = 1/ 4,19 Дж/см² в месяц;

L – скрытая теплота испарения, Дж/0,1 г;

v – параметр, мм, v = W_нв-W_вз (W_нв – влагозапасы при влажности, соответствующей наименьшей влагоемкости, мм; W_вз – влагозапасы при влажности завядания,мм);

W_н, W_к – продуктивные влагозапасы для начала и конца расчетного периода в метровом слое почвы, мм.

Из приведенных данных следует, что при высоких влагозапасах суммарное водопотребление близко к испаряемости.

Распределение оросительной воды как на системах в целом, так и для отдельных водопользователей можно установить на основании экспериментальных исследований при определении фактических количественных показателей расходных статей оросительной воды, суммарного полезного водопотребления с/х культур и других составляющих по уравнению водного баланса А.Н. Костякова для корнеобитаемого слоя почвы:

М + 10 £Р + W_н + К = Е_р +Е_п +W_к +S_ф +S_с +И_д , (1.14)

где М – оросительная норма брутто, м³/га;

£- коэффициент использования осадков, выпавших в вегетационный период;

Р- сумма осадков за период вегетации растений, мм;

W_н, W_к – запасы влаги в расчетном слое почвы в начале и в конце вегетационного периода, м³/га;

К – подпитывание активного слоя почвы грунтовыми водами, м³/га;

Е_р – транспирация растений, м³/га;

Е_п – испарение влаги почвой, м³/га;

S_ф – фильтрация за пределы корнеобитаемого слоя, м³/га;

S_с – сток поверхностных вод, м³/га;

И_д – испарение искусственного дождя, м³/га;

Оросительная норма

М = Е_р +Е_п - 10 £Р – (W_н - W_к ) – К + S_ф +S_с +И_д , (1.15)

Оросительную норму нетто по месяцам вегетационного периода определяют в общем виде из уравнения водного баланса в расчетном слое почвы, м³/га или мм:

М_нт = Е - £Р -∆W±g , (1.16)

где Е – суммарное водопотребление (суммарное испарение, эвапотранспирация);

£Р – атмосферные осадки, используемые растениями;

∆W – запасы влаги, используемые растениями из корнеобитаемого слоя почвы;

g – влагообмен почвенных и грунтовых вод, м/сут.

Для бассейнов рек Сырдарьи, Амурдарьи и других районов с аналогичными природными условиями оросительная норма нетто, м³/га:

М_нт = ( Е₀ - £Р ) К₁К₂

где Е₀ – испаряемость, мм;

К₁ – коэффициент, учитывающий биологические особенности с/х культуры;

К₂ - коэффициент, зависящий от гидрогеологических и почвенно – мелиоративных условий орошаемого массива.

Норма влагозарядкового полива нетто, м³/га или мм,

М_з = W_нв –Р_и – W_пр + Е_п ±g , (1.18)

где W_нв – запас воды в расчетном слое почвы при наименьшей влагоемкости (НВ);

Р_и – атмосферные осадки, используемые за невегетационный период (от момента влагозарядки до начала вегетационного перода);

W_пр – предполивные запасы влаги в расчетном слое почвы;

Е_п – испарение влаги с поверхности поля за тот же период;

g – влагообмен почвенных и грунтовых вод за тот же период.

Влагозарядковые поливы проводят только при глубоком залегании грунтовых вод (глубже 1,5…1 м ) и при недостаточности естественных осенне-зимних осадков осенью после уборки с/х культур или весной до посева (не позднее чем за 5…6 сут до его начала).

В пустынной зоне на слабозасоленных почвах влагозарядковые поливы обычно совмещают с промывными и осуществляют в осенне-зимний период. При этом норму влагозарядкового полива увеличивают примерно на 30% .

В сухостепной и степной зонах влагозарядковые поливы проводят только под озимые культуры, люцерну, в садах. Для других культур количество осенне-зимних осадков здесь, как правило, достаточно.

Оросительная норма брутто на орошаемом поле, м³/га или мм,

М_бр.п = М_нт /η_п , (1.19)

где М_нт – оросительная норма нетто;

η_п – коэффициент полезного использования оросительной воды на поле.

Оросительная норма брутто в целом на орошение с учетом потерь воды на межхозяйственной и внутрихозяйственной оросительных сетях, м³/га или мм,

М_бр.с = М_нт /η_п η , (1.20)

где η - коэффициент полезного действия оросительной сети.

Используемые растениями запасы влаги из корнеобитаемого слоя почвы зависят от наличия влагозарядки, а при ее отсутствии формируются за счет осадков в невегетационный осенне-зимний период.

На влагообмен почвенных и грунтовых вод (направленность и значение) влияют глубина залегания грунтовых вод и вводно-физические свойства почв и грунтов (высота капиллярного поднятия, пористость, максимальная молекулярная влагоемкость, коэффициент фильтрации, средняя влажность расчетного слоя почвы).

При уменьшении глубины залегания грунтовых вод происходит капиллярное подпитывание ими корнеобитаемого слоя почвы, которое можно определить по формуле С.Ф.Аверьянова:

g = Е (1 – h/ h_к) (1.21)

или по формуле С.И. Харченко:

g = Е₀ / е^mh , (1.22)

где g – влагообмен почвенных и грунтовых вод, м³/га;

Е – суммарное водопотребление, м³/га4

h – средняя за вегетацию глубина грунтовых вод, м;

h_к – высота капиллярного поднятия, м;

Е₀ – испаряемость, м³/га;

е – основание натурального логарифма;

m – параметр, зависящий от влагопроводности почв.

Значения е^mh принимают по данным Государственного гидрологического института (ГГИ) в зависимости от механического состава почв и глубины грунтовых вод ( таблица 1.3).

Значения е^mh .

Найденные значения влагообмена при близком залегании грунтовых вод подставляют в формулу (1.16) со знаком «минус». При глубинах грунтовых вод более 1,5..3 м влагообмен стабилизируется и в зависимости от влажности почвы составляет (по данным А.И. Голованова):

Влажность почвы, доли НВ 0,7 0,8 0,85 0,95

Глубинный сброс, доли Е 0 0,1..0,15 0,2..0,25 0,4

Значения влагообмена (глубинного сброса) при глубоком залегании грунтовых вод подставляют в формулу (1.16) со знаком «плюс».

Влагообмен почвенных и грунтовых вод, м, можно также вычислить по формуле Ю.Н. Никольского:

g = К₁ [ (Өⁿ –e^-y) / (1 - e^-y)] Т, (1.23)

где К₁ – коэффициент влагопроводности почвы при влажности ^wпв, равной полной влагоемкости с учетом защемленного в порах воздуха а (для разных слабонабухающих почв а = 0,05…0,1 объема почвы),

К₁ = К₀ [ (^wпв – w₀) / (^wпв - w₀)], (1.24)

здесь К₀ – коэффициент фильтрации почвы, м/сут;

^wпв – влажность почвы при полной ее влагоемкости;

w₀ – максимальная молекулярная влагоемкость;

Ө- насыщенность почвы водой:

Ө = ( w –w₀) /(^wпв - w₀), (1.25)

здесь w – влажность почвы;

^wпв - влажность почвы при полной ее влагоемкости с учетом защемленного воздуха;

n – параметр, зависящий от типа почвы, ее механического и микроагрегатного составов (n =3,5…9);

y – параметр, зависящий от высоты капиллярного поднятия , толщины корнеобитаемого слоя почвы, глубины грунтовых вод и параметра n:

y =(n / h_к) (h – z₀ /2), (1.26)

здесь h_к – высота капиллярного поднятия, м

h – глубина до грунтовых вод, м

z₀ – толщина корнеобитаемого слоя почвы;

Т – продолжительность вегетационного периода, сут.

Затем определяют поливные нормы, число поливов и сроки их проведения, продолжительность межполивных и поливных периодов, число одновременно работающих дождевальных машин.

При поверхностных способах полива поливную норму можно рассчитать по формуле, м³/га,

m_нт = (W_max –W_ф) = 100γН (w_max –w_ф), (1.27)

где W_max – запасы влаги, соответствующие верхнему пределу оптимальной влажности расчетного слоя почвы, м³/га;

W_ф – допустимые или фактические запасы влаги в том же слое, м³/га;

γ- объемная масса расчетного слоя почвы, т/м³;

Н – расчетная глубина активного слоя почвы, м;

w_max , w_ф – влажность почвы, соответствующая верхнему и нижнему оптимальным пределам, % массы.

Поливную норму устанавливают, исходя из условия доведения влажности в расчетном слое до наименьшей влагоемкости. Значение ее зависит от водно – физических свойств почвы, рельефа, с/х культуры, способа и технологии полива. При поливе дождеванием необходимо учитывать достоковую (эрозионно допустимую) норму, мм, которую можно вычислить по формуле Н.С.Ерхова:

m = К_ν / √ ρе^-0,5d

где К_ν - показатель, характеризующий впитывающую способность почвы, в зависимости от ее водопроницаемости, имеет значения от менее 30 до более 90 мм;

ρ-интенсивность дождя , мм/мин;

d – средний диаметр капель дождя, мм.

Если m_нт >m, то расчетная норма должна быть реализована за несколько приемов нормами, не превышающими достоковую. Поливная норма брутто на поле, м³/га,

m_бр = m_нт /η_п , (1.29)

где η_п – коэффициент полезного использования оросительной воды на поле.

Межполивной период, т.е. промежуток времени между двумя следующими один за другим поливами, сут,

t_мп = (m_нт + £Р + ∆W±g) /Е_сут , (1.30)

где £ - коэффициент использования осадков;

Р – атмосферные осадки за промежуток времени (фактические или прогнозные), м³/га;

∆W – запасы влаги в расчетном слое сверх критических на момент полива;

g – влагообмен между почвенными и грунтовыми водами за рассматриваемый промежуток времени, м³/га;

Е_сут – среднесуточное водопотребление (практическое или прогнозируемое), м³/га.

Число поливов за вегетационный период:

n = М_нт /m_нт , (1.31)

где М_нт – оросительная норма нетто, м³/га;

m_нт – поливная норма нетто, м³/га.

Продолжительность полива одного поля или данной с/х культуры при работе одной дождевальной (поливной) машины, сут,

t_п.п. = m_бр F_нт..п / 86,4 Q_мβ_с с, (1.32)

где F_нт.п –площадь поля нетто, га;

Q_м – расход воды дождевальной машины, л/с;

β_с – суточный коэффициент использования времени;

с – продолжительность работы дождевальной машины в течение суток, доли суток.

или

t_п.п. = F_нт..п / П_м , (1.33)

где П_м – производительность (площадь полива) дождевальной машины в сутки, га/сут.

Производительность дождевальной машины зависит от поливной нормы, расхода воды, продолжительности работы машины в течение суток (одна – три смены) и суточного коэффициента использования времени. Эти сведения имеются как в технической характеристике каждой дождевальной машины, так и специальной технической литературе.

Определенный по формуле поливной период с/х культуры сопоставляют и увязывают с соответствующими сроками проведения мероприятий, предусмотренных технологической картой ее возделывания. В этом случае сроки полива могут быть сдвинуты в агрономически допустимых пределах, а поливной период не должен превышать межполивной.

Число одновременно работающих дождевальных машин

N_м = q F_нт.п / Q_мβ_с с η_п , (1.34)

где q – гидромодуль, л/ (с•га);

η - коэффициент использования оросительной воды на поле.

Расход воды (нетто и брутто), подаваемой на поле, м³,

Q_нт.п = m_нт F_нт.п /Т; (1.35)

Q_бр.п = Q_нт.п /η_п , (1.36)

где Т - время полива поля, с.

Расход воды (нетто и брутто) в голове оросительной сети, обеспечивающей подачу воды на все поля, занятые одной или несколькими с/х культурами, за каждую декаду вегетационного периода, м³/с,

n

Q_нт.д = ∑ (m_нт F_нт.п) /Т_д , (1.37)

i=1

Q_бр.д = Q_нт.д / ηη_п , (1.38)

где Т_д – количество секунд в декаде, с;

η – коэффициент полезного действия оросительной сети, обеспечивающей подачу воды на установленные поля;

η_п – среднее значение коэффициента полезного использования оросительной воды на полях орошения.

Расход воды (нетто и брутто), подаваемой в хозяйство (в точку выдела) находят, суммируя декадные расходы за вегетационный и невегетационный период.