1.3.4 Определение сроков вегетации полива по интегральной кривой дефицита водопотребления Определение числа и сроков поливов...

1.3.4 Определение сроков вегетации полива по интегральной кривой дефицита водопотребления Определение числа и сроков поливов...

1.3.4 Определение сроков вегетации полива по интегральной кривой дефицита водопотребления Определение числа и сроков поливов...

1.3.4 Определение сроков вегетации полива по интегральной кривой

дефицита водопотребления



Для построения интегральной кривой дефицита водопотребления рассчитывается подекадный дефицит водопотребления и дефицит водопотребления нарастающим итогом за вегетационный период. Расчёт вводится в таблицу 9.

Затем строится интегральная кривая дефицита водопотребления (рисунок 1). Для этого по оси абсцисс откладывается период вегетации, по оси ординат дефицит водопотребления подекадно нарастающим итогом.

Соединяя нанесенные точки, получают интегральную кривую дефицита водопотребления. Которую затем используют для определения средних дат поливов.

Например, средняя дата первого полива определяется следующим образом. От начала координат по оси ординат откладывается величина продуктивного запаса влаги Wпр. Из полученной точки, параллельно оси абсцисс, проводится линия до пересечения с интегральной кривой. Точка пересечения проецируется на ось абсцисс.

Полученная точка есть средняя дата первого полива .Для получения средней даты второго полива необходимо из точки пересечения с интегральной кривой линии первого полива отложить вертикально вверх в масштабе величину поливной нормы (m2,3). Из верхней точки этой линии провести горизонтальную линию до пересечения с интегральной кривой. Точку пересечения спроецировать на ось абсцисс и получить среднюю дату второго полива. Остальные средние даты поливов определяются аналогичным образом и заносятся в таблицу 9.




























































Рисунок 1 – Интегральная кривая дефицита водопотребления



  1. Определение числа и сроков поливов

графоаналитическим способом по А.Н. Костякову


Сущность данного графоаналитического способа заключается в том, что аналитический расчёт ведётся в табличной форме (таблица 10), а средние даты поливов определяются с помощью графика (рисунок 2).

Основная расчётная формула:

(15)

где Wест– естественный запас влаги в почве на конец декады, м³/га;

Wн– запас влаги в почве на начало декады, м³/га;

Е – водопотребление культуры за декаду, м³/га;

Рп– используемые осадки за декаду, м³/га.



1.Если

(16)

тогда

(17)



то есть необходимости в поливе нет, на поле наблюдается переизбыток влаги, поверхностные воды должны быть отведены за пределы поля. Поэтому фактический запас влаги в почве на конец декады принимается равным максимальному запасу влаги.

2. Если

(18)

тогда

(19)



то есть в корнеобитаемом слое почвы оптимальное количество влаги для развития сельскохозяйственной культуры, необходимости в поливе нет. Поэтому фактический запас влаги в почве принимается равным естественно сформировавшемуся запасу влаги в почве на конец декады.

3.Если

(20)

тогда

(21)

где m– поливная норма, м3/га.

то есть на конец декады в корнеобитаемом слое почвы наблюдается недостаток влаги для нормального развития сельскохозяйственной культуры. Поэтому необходимо провести один или несколько поливов, чтобы довести запасы влаги в почве до оптимального значения.

Приводим примерный расчёт динамики изменения запасов влаги для

____________ по декадам вегетационного периода (таблица 10). (название культуры)




Пример расчёта:

Таблица 10- Баланс влаги в почве и определение средних дат вегетационных поливов_________________________

(название культуры)


Вегетационный период

Водопотребление культуры, Е, м3/га

Начальный запас влаги в почве, Wнач, м3/га

Поступление влаги в почву м3/га за счет

Естественный запас влаги, Wест, м3/га

Фактический запас влаги, Wф, м3/га

Дата полива

месяц

декады

осадков

поливной нормы, m

всего















































1.4 Графики поливов при дождевании

График поливов отражает динамику подачи оросительной воды на орошаемый участок и служит для определения расходов воды в оросительных каналах, а так же для определения пропускной способности, а следовательно и параметров гидротехнических сооружений на оросительной системе. Для построения графиков необходимы следующие данные:

На основе анализа условий применения дождевальной техники: климатических, почвенных, геоморфологических, гидрологических, биологических, хозяйственных, водохозяйственных состава культур входящих в севооборот, выбирают марку дождевальной машины.


  1. Неукомплектованный график


График поливов отражает динамику подачи оросительной воды в течение оросительного периода на один осредненный гектар массива и составляется для года расчетной обеспеченности.

Построение неукомплектованного графика поливов ведется на основании следующих данных: состава культур, входящих в севооборот; их режима орошения; доли площади, занимаемой каждой культурой (α), которую вычисляют из условия, что вся орошаемая площадь принимается за единицу.

Для дождевальной техники типа ДДН-70, ДДН-100, ДДА-100 МА вначале определяем количество машин, необходимое для орошения участка:


N= Fсев/Fсез, (22)


где N– количество машин;

Fсев– площадь севооборотного участка, га;

Fсез – сезонная производительность машины, (100-120 га).


Fсев= n1·Fполя, (23)


где n1 – количество полей в севооборотном участке (графа № п/пв ведомости неукомплектованного и укомплектованного графиков поливов).


Fсев=

При определении необходимого количества поливной техники, полученное число округляем до целого.

N=

Поливной расход, подаваемый на одно поле севооборота, определяем по формуле:


Qп= N· Qдм (24)

где Qп – поливной расход, л/с;

N– количество машин, шт;

Qдм – расход одной машины, л/с.


Qп=


Для фронтальных широкозахватных дождевальных машин, работающих позиционно или в движении (ЭДМ-«Кубань», «Кубань - ЛК», «Фрегат», «Днепр», «Волжанка», «Ока», «Reinke» и др.) поливной расход Qп , подаваемый на одно поле будет равен расходу дождевальной машины, т. е. на одном поле будет работать одна машина.


Qп= Qдм= л/с.


Продолжительность поливного периода для каждого полива, определяется по формуле:


, (25)


где t– продолжительность полива в сутках;

FП– площадь поля, га;

m– поливная норма, м3/га;

– коэффициент, учитывающий испарение во время полива, =1,1;

Qп – поливной расход, л/с;

Т – продолжительность полива в течение суток, принимаем 8, 16, 24 часа;

Крв– коэффициент использования рабочего времени, ( таблица 11).


Пример расчёта:


t=


Таблица 11 - Коэффициенты использования рабочего времени

дождевальными машинами в зависимости от поливной нормы

Дождевальные

машины

Поливная норма, м3/га

400

500

600

700

800

900

1000

«Волжанка»

0,796

0,831

0,852

0,073

0,885

0,897

0,91

«ДДА-100 МА»

0,85

0,87

0,89

0,90

0,90

0,91

0,91

«ДДН-70»

0,80

0,83

0,86

0,87

0,88

0,89

0,90

«ДДН-100»

0,80

0,82

0,83

0,83

0,84

0,84

0,84

«Днепр»

0,78

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

«Фрегат»

0,93

0,93

0,93

0,93

0,93

0,93

0,93


Округляем значения величин поливного периода с точностью до суток, сводим в ведомость укомплектованного и неукомплектованного графиков поливов (графа поливной период, t, сут.).

В первом построении получают неукомплектованный график поливов (рисунок 3), которым пользоваться невыгодно, так как оросительные каналы и сооружения в этом случае надо проектировать на пропуск максимального расхода, который будет всего несколько дней в году. В остальные же дни оросительная сеть будет пропускать значительно меньшие расходы, что повлечет за собой заиление, зарастание откосов каналов, излишние потери воды на фильтрацию, что в свою очередь затруднит регулирование расходов и горизонтов воды.



1.4.2 Укомплектованный график

Укомплектование графика поливов имеет целью снижение максимальной ординаты гидромодуля; выравнивание по возможности ординаты гидромодуля; устранение неоправданных перерывов в подаче воды (рисунок 3).

Достигается это путем частичного изменения сроков поливов, и главным образом за счет увеличения или уменьшения продолжительности полива сельскохозяйственных культур (рисунок 4).

Допускается сдвигать средние даты поливов вправо или влево на следующее количество суток:

- для овощных культур на 2-3 дня, в исключительных случаях на 5 дней.

- для многолетних трав на 6-7 суток, в исключительных случаях до 10 суток.

- для всех остальных культур на 5-6 дней, в исключительных случаях до 8 суток.
















2 Расчёт элементов техники полива при дождевании

Для полива сельскохозяйственных культур применяются дальнеструйные (ДДН -70, ДДН - 100), среднеструйные («Фрегат», «Волжанка», «Днепр» с радиусом полета струи 15 - 30 м) и короткоструйные агрегаты (ДДА - 100 МА, «Кубань» с радиусом 5 -10 м.). Дождевальные машины по принципу работы подразделяются на:

Основные элементы техники полива дождеванием:

При дождевании вода подается на поля в виде искусственного дождя, переходя из состояния водяного тока в состояние воздушной и почвенной влажности без образования на поверхности луж и стока.

Искусственный дождь, создаваемый машинами и установками, характеризуется интенсивностью, размером и спектром капель, слоем осадков за один цикл полива, равномерностью распределения осадков по орошаемому полю.

Интенсивность дождя ρt(мм/мин) в точке на поверхности почвы представляет собой приращение слоя осадков dh(мм) за отрезок времени dt0(мин):

(25)


Интенсивность в различных точках контура увлажнения неодинакова, поэтому для характеристики дождевого облака используют действительную интенсивность ρасt(мм/мин), с которой дождь воздействует на почву и растения.

При поливе движущимися (вращающимися) машинами и аппаратами дождь выпадает в каждой точке орошаемой площади периодически: в этом случае для его характеристики используют среднюю интенсивность дождя ρm(мм/мин).

Средняя интенсивность дождя не зависит от скорости движения (вращения машины) аппарата.

Для дождевальных машин, работающих в движении, важным параметром, характеризующим технологию дождевания, является слой осадков за один проход или оборот машины (таблица 12 ).

Таблица 12 - Расчетные зависимости для определения характеристик дождя различных типов машин и аппаратов

Дождевальная машина

(аппарат)

Средняя интенсивность дождя ρm, мм/мин

Слой осадков за один проход или оборот машины h, мм

Сменная

производительность,

Fсм, га

Продолжительность полива на одной позиции,

Т, мин.

Дождевальные машины, работающие в движении с фронтальным перемещением

-







-

Дождевальные машины, работающие в движении с перемещением по кругу, струйные дождевальные аппараты









Дождевальные многоопорные машины позиционного действия

____







Примечание: QМ– расход машины, л/с;

b– ширина площади захвата машины дождем, м;

l– длина площади захвата машины дождем, м;

L длина бьефа, м;

Vm средняя скорость движения машины (с учетом кратковременных остановок), м/мин;

R радиус действия машины (аппарата), м; n частота вращения аппарата (машины);

Fсм- сменная площадь полива, га;

Qм- секундный расход дождевальной машины, л/с;

tсм- продолжительность смены, ч;

Ксм- коэффициент рабочего времени за смену (таблица 11);

m- поливная норма, м3/га;

 - коэффициент, учитывающий потери на испарение при дождевании.



Величина слоя осадков зависит от скорости перемещения облака дождя, влияет на процесс впитывания воды в почву и определяет поливную норму, мм



где h слой осадков за один проход (цикл полива), мм;

n– число проходов (циклов).

Время выдачи величины поливной нормы можно определить из формулы:

, мм/мин (27)

, мин (28)

или из балансового уравнения:

(29)

, сут

Сменная производительность дождевальной машины определится из балансового уравнения:

m.Fсм= 3,6 Qм. Тсм . Ксм , (30)

откуда

(31)


где Fсм- сменная площадь полива, га;

Qм- секундный расход дождевальной машины, л/с;

Тсм- продолжительность смены, ч;

Ксм- коэффициент рабочего времени за смену (таблица11);

m- поливная норма, м3/га;

 - коэффициент, учитывающий потери на испарение при дождевании.


Сезонная производительность дождевальной машины может быть определена по формуле:

(32)

где Т - время работы машины за поливной сезон, сут.;

Ксез- коэффициент использования рабочего времени за сезон.


Продолжительность полива на одной позиции дождевальной машины при известной средней интенсивности дождя определяется так:


(33)

где T- продолжительности полива на позиции, мин;

m– поливная норма,м3/га;

 - коэффициент, учитывающий потери на испарение при дождевании.

- средняя интенсивность дождя для дождевальной машины, мм/мин.


Оптимальной продолжительностью дождевания считают период до лужеобразования или стока воды на поле. Практически до этого момента скорость впитывания воды в почву больше или равна действительной (для машин, работающих в движении) или средней интенсивности дождя.

Интенсивность дождя, обеспечивающую в данных условиях выдачу требуемой нормы полива без стока воды, называют допустимой.


Допустимую бесстоковую норму полива (мм) без образования стока можно вычислить по эмпирической зависимости:

(34)

где Р– показатель свободного (безнапорного) впитывания воды в почву, мм;

ρm– средняя интенсивность дождя для машин позиционного действия и действительная интенсивность для машин, работающих в движении, мм/мин;

е – основание натурального логарифма;

ddr– средний диаметр капель дождя, мм.


3 Проектирование закрытой (открытой) оросительной сети

при поливе дождеванием


Место расположения орошаемого участка определяют, исходя из следующих условий: близость к водному источнику; благоприятные почвенные, топографические (допустимые уклоны, правильная конфигурация); геологические и гидрологические условия; необходимая площадь.

В целях создания водоохраной зоны орошаемый участок должен находиться не ближе 100 м от берега водного источника.

Студенту необходимо разместить на планшете севооборотный участок, согласно схеме поливного участка для принятой дождевальной техники, а также проводящую сеть трубопроводов. В голове закрытой оросительной сети располагается насосная станция. При проектировании должны быть определены границы и площади полей севооборотов, местоположение внутрихозяйственных полевых дорог и лесополос.

Необходимо произвести расстановку на плане севооборотного участка, типовых гидротехнических сооружений для закрытой оросительной сети. Закрытая оросительная сеть оборудуется поворотными затворами (задвижками), устанавливаемыми в начале каждого оросительного трубопровода, вантузами для удаления воздуха, которые устанавливаются в повышенных переломных точках профиля и в концевых или начальных точках оросительных трубопроводов (в зависимости от рельефа местности), противоударной арматурой и клапанами для впуска и выпуска воздуха, предохранительными сбросными устройствами, устанавливаемыми в концевых точках распределительных (оросительных) трубопроводов, предохраняющих от повышения давления в сети вследствие сокращения водоотбора, регуляторами давления.

Состав сооружения и его компоновка принимается в соответствии с действующими типовыми проектами гидротехнических сооружений на закрытой оросительной сети. На комбинированных системах для подачи воды из закрытых подземных трубопроводов в открытую сеть устанавливаются гидранты – водовыпуски с колодцами, где происходит гашение энергии потока. Внутрисистемные гидротехнические сооружения подразделяются на регулирующие сооружения, водопроводящие и сопрягающие.

Водомерные сооружения предназначаются для измерения и учета воды, подаваемой в систему, и чаще всего являются оборудованием при водовыпусках и подпорных сооружениях.

Создание лесополос является обязательным условием правильной организации территории для снижения скорости ветра над поверхностью почвы, увеличения относительной влажности воздуха, уменьшения интенсивности испарения с водной поверхности. Лесополосы располагаются вдоль каналов постоянной оросительной, водосборно-сбросной и дренажной сети, вдоль постоянных дорог, водоемов, по границам крупных полей севооборота, по границам землепользования хозяйств, на участках, не пригодных для выращивания сельскохозяйственных культур. Лесные полосы располагаются перпендикулярно к направлению господствующих ветров. Лесные полосы устраиваются двух или четырех рядные, шириною от 12 до 15 м.

Для эффективной работы дождевальной техники необходимо, чтобы размеры орошаемого поля соответствовали габаритам машины. Для этого необходимо выбрать её модификацию, определить длину машины (ширину захвата дождём) и установить размер орошаемого поля нетто для принятой дождевальной машины.

Площадь поля определяется по зависимости:


, (35)


где Fп- площадь орошаемого поля, га;

Fсев- площадь севооборотного участка ( бланк задания ), га;

n1- количество полей в севообороте (графа № п/пв ведомости неукомплектованного и укомплектованного графиков поливов).

Fп =


Расчёт параметров поливного участка для дождевальных машин фронтального действия («Днепр», «Волжанка»):


(36)

где А – длина поля, м;

Fп – площадь одного поля, га;

В – ширина поля, м.


А=


Учитывая расположение орошаемого участка и тип дождевальной техники, оросительная сеть выполняется в виде закрытых трубопроводов для дождевальных машин «Фрегат», «Днепр», «Кубань ЛК-1» и комбинированная для дождевальных машин ДДА-100, ДДН-100, «Кубань Л». Для последних распределительную сеть проектируют в виде закрытых трубопроводов, а оросители в виде открытых каналов.

Расположение закрытой (открытой) оросительной сети в плане определяется общей конфигурацией участка, наличием ситуации, рельефом местности, почвенно-мелиоративными условиями, технологией производства полива. Оросительную сеть следует проектировать тупиковой.

Для дождевальной машины «Фрегат» и «Кубань ЛК-1» размеры сторон поля принимаются кратными двойной длине крыла дождевальной машины

(рисунок 5).

, ( 37 )

где B - сторона орошаемого поля, м;

L - длина машины, м;

Fнт - площадь орошаемого поля (нетто), м2.


В=

1- поливной трубопровод, 2- гидрант, 3- схема работы ДМ “Фрегат”, 4- лесные полосы,

5- полевые дороги, 6- граница полей


Рисунок 5 - Схема поля севооборота, поливаемого дождевальной машиной “Фрегат”


Машина «Днепр» широкозахватная, работает от закрытой оросительной сети и состоит из присоединительного трубопровода, водопроводящего пояса, расположенного на опорных тележках ферм на каждой из которых установлены два среднеструйных аппарата «Роса-3». Для дождевальных машин «Днепр» и «Ока» одна сторона поля принимается равной двойной длине дождевальной машины, а другая – кратно расстоянию между гидрантами на поливном трубопроводе, равному 54 м для ДФ-120 «Днепр» и 36 м .Общая длина поля в направлении поливного трубопровода определяется, исходя из площади поля (рисунки 6,7).

Для дождевальной машины ДДА-100 размер стороны поливного участка вдоль оросительного трубопровода принимается кратным захвату машины (120 м), но не менее 500 м, а размер другой стороны поливного участка соответствующим длине оросителя 500 + 1000 м.

Первый и последний оросители располагаются на расстоянии 60 м от границы поля, а остальные оросители через 120 м (рисунок 8). С левой стороны в направлении движения вдоль оросителя предусматривается дорога для прохода агрегата.



Чертеж1.wmf

  1. насосная станция; 2,3 – дождевальные крылья;

4 – полевой трубопровод; 5 - гидрант

Рисунок 6 – Схема поливного участка для ДФ-120 «Днепр» Рисунок 7 – Схема работы дождевальной машины «Волжанка»




Рисунок 8 - Схема поливного участка для ДДА-100