Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур в Илишевском районе

3) установить сроки и продолжительность поливов;

4) построить неукомплектованный и укомплектованный графики поливов;

 

 

3.1  Расчет оросительной нормы

  Оросительная норма (М_ор) или дефицит водного баланса – это

количество  воды в м³ на 1 га, которое необходимо дать растениям при поливах за весь вегетационный период, т. е. разница между суммарным водопотреблением и естественными запасами влаги в почве.

     Водопотребление сельскохозяйственных культур меняется в течение вегетационного периода. Расход почвенной влаги через транспирацию и испарение с поверхности почвы за вегетационный период составляет суммарное водопотребление (Е).

     Оросительную норму можно определить из уравнения водного баланса:

М_ор=Е-Р_ос-W_г-(W_п-W_у)+П, (1)

где Е -  суммарное  водопотребление, м³/га; Р_ос – сумма полезных осадков за вегетацию, м³/га; 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, (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.

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

Е=К∑d, (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 (Уфа-Дема):

     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, (4)

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

P_o= μP, (5)

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

 

Таблица 1. Расчетный период для учета осадков.

Культура	Период	Фаза развития культуры, при которой прекращается полив	Глубина активного  слоя почвы, м
Многолетние травы	21.04-10.10	Время прекращения вегетации	0.6
Сахарная свекла	1.05-30.08	Окончание новообразования листьев	0.5
Кукуруза	10.05-11.08	За 20 дней до уборки	0.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

     4) Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t◦ = nt◦, (6)

 

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 – определяем для периода от посева до всходов Е = k₀∑d (мм) и от всходов до конца водопотребления.

Е = k∑d, (7)

     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.

     В соответствии с коэффициентом γ рассчитывается, мм:

Е_γ= Еγ, (8)

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

Е_м = ЕγК_м (9)

     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), (10)

где W_n – продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы.

W_n = 10 h α (β_нач -β_min), (11)

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. (таблица 3).

 

Таблица 2. Типичные черноземы

 

Объемная масса, т/м3					Наименьшая влагоемкость, %
0,3	0,4	0,5	0,6	1,0	0,3	0,4	0,5	0,6	1,0
1,05	1,08	1,15	1,20	1,31	32,2	31,8	31,2	29.1	26,5

 

     Для  последующих декад ДВБ равен, мм:

∆Е=Е_м-(Р₀+∆W_n), (12)

где ∆W_n- переходящий (неиспользованный) продуктивный   запас влаги

из предыдущей декады.

     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. (13)

     Если грунтовые воды Wгр находятся на глубине ближе 3м, то уравнение  (10) приобретает вид:

∆Е=Ем-(Р₀+∆Wn+ Wгр), (14)

Wгр=Ем Кг, (15)

где Кг- коэффициент  капиллярного подпитывания.

Расчет ДВБ за декаду для многолетних трав:

 

по формулам (10), (11), (12), (13)

h= 0,6м, α= 1,20 т/м³, β_нв= 29,1

     β_нач= 0,9* β_нв= 0,9*29,1=26,19

     β_min= 0,65* β_нв= 0,65*29,1=18,915

     w_n=10*0,6*1,20(26,19-18,915)=52,38

     ΔΕ₁=31,025-(7,7+52,38)= -29,055

     ΔΕ₂=32,266-(7+29,055)= -3,879

     ΔΕ₃=30,107-(8,4+3,879)=17,918

     ΔΕ₄=49,106-9,1=40,01

     ΔΕ₅=34,79-10,5=24,29

     ΔΕ₆=34,47-11,2=23,27

     ΔΕ₇=38,49-12,6=25,89

     ΔΕ₈=29,37-13,3=16,07

     ΔΕ₉=35,92-14=21,92

     ΔΕ₁₀=40,5-13,3=27,2

     ΔΕ₁₁=30,055-11,2=18,855

     ΔΕ₁₂=26,39-10,5=15,9

     ΔΕ₁₃=30,84-10,5=20,34

     ΔΕ₁₄=23,305-10,5=12,805

     ΔΕ₁₅=17,73-10,5=8,23

     ΔΕ₁₆=14,98-11,2=3,78

 

Расчет ДВБ  за декаду для сахарной свеклы:

 

по формулам (10), (11), (12), (13)

h= 0,5м, α= 1,15 т/м³, β_нв= 32,0.

     β_нач= 0,9* β_нв= 0,9*31,2=28,08

     β_min= 0,7* β_нв= 0,7*31,2=21,84

     w_n=10*0,5*1,15(280,8-21,84)=35,88

     ΔΕ₁=21,17-(7,7+35,88)=-22,41

     ΔΕ₂=24,64-(7+22,41)=-4,77

     ΔΕ₃=38,38-(8,4+4,77)=16,81

     ΔΕ₄=27,67-9,1=18,57

     ΔΕ₅=35,02-10,5=24,52

     ΔΕ₆=34,09-11,2=22,89

     ΔΕ₇=33,27-12,6=20,67

     ΔΕ₈=38,03-13,3=24,73

     ΔΕ₉=40,41-14=26,41

     ΔΕ₁₀=32,10-13,31=18,79

     ΔΕ₁₁=24,74-11,2=13,54

     ΔΕ₁₂=25,4-10,5=14,9

 

Расчет ДВБ  за декаду для кукурузы:

 

по формулам (10), (11), (12), (13)

h= 0,6м, α= 1,20 т/м³, β_нв= 29,01

     β_нач= 0,9* β_нв= 0,9*29,1=26,19

     β_min= 0,65* β_нв= 0,65*29,1=20,37

     w_n=10*0,6*1,20(26,19-20,37)=41,904

     ΔΕ₁=19,25-(7,7+41,904)= -30,354

     ΔΕ₂=32,22-(7+30,354)=-5,134

     ΔΕ₃=23,66-(8,4+5,134)=10,126

     ΔΕ₄=33,27-9,1=24,17

     ΔΕ₅=31,53-10,5=21,03

     ΔΕ₆=32,55-11,2=21,35

     ΔΕ₇=35,92-12,6=23,32

     ΔΕ₈=35,83-13,3=22,53

 

     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/га преимущественно в большую сторону и является оросительной нормой.

     Ведомость расчёта дефицита водного баланса озимой пшеницы, сахарной свеклы и многолетних трав находится в таблице 3.

 

3.2 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), (16)

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. (таблица 4).

Таблица 4. Предполивная влажность в активном слое почвы

Культура	Средне и  тяжелосуглинистые
Зерновые	0,70-0,75
Овощные	0,75-0,80
Многолетние травы	0,70

 

 

     Для многолетних  трав:

 

По  формуле (16)

     m=100*0.6*1,2(29,1-20,37)=628,56

     Для сахарной свеклы:

по формуле (16)

     m=100*0.5*1.15(31,2-23,4)=448,5

Для кукурузы:

по формуле (16)

     m=100*0,5*1,20(29,1-21,825)=523,8

 

Таблица 5. Расчет поливных норм

 

Культура	h, м	α, т/м	Влажность почвы		Поливная  норма, м3/га		Мор	Кол-во поливов
			βнв, %	βmin, %	расчетная	принятая
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Мнг.тр.	0,6	1,20	29,1	20,37	629	550	2750	5
Сах.св.	0,5	1,15	31,2	23,4	449	400	2000	5
Кукуруза	0,6	1,20	29,1	21,83	524	400	1200	3