3 .1 Расчет оросительной нормы

Оросительная норма (М_ор) или дефицит водного баланса - это количество воды в м³ на 1га, 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:

Мор=Е-Рос –Wг-(Wn-Wу)+P (3.1.1)

где Е - суммарное водопотребление, м 3/га;

Рос - сумма полезных осадков за вегетацию, м3/га;

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

Wn, Wу - запасы почвенной влаги в корнеобитаемом слое, соответственно во время посева и уборки урожая, м /га:

П - потери воды при поливах и на промывной режим, м 3/га. Суммарное водопотребление (м³ /га) за период вегетации можно определить по следующей формуле:

Е=kу, (3.1.2)

где k— коэффициент водопотребления, м /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).

Д ля орошаемых районов рекомендуют постоянные декадные значения к, 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 от 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 5°С до конца периода водопотребления в зависимости от поливной культуры (таблица 1) устанавливаются по данным наблюдений ближайшей к проектируемому участку метеостанции (таблицы 2 и 3):

d- среднесуточный дефицит влажности воздуха, мб;

Р - сумма осадков, мм;

t - среднемноголетняя декадная температура воздуха, °С.

1. Устанавливается сумма среднесуточных дефицитов влажности по декадам, мб:

∑d=nd (3.1.4)

Σd=10·6,3=68мб

Σd=10·6,3=68мб

Σd=10·7,6=82мб

Σ d=11·8,=111мб

Σd=10·78=80мб

Σd=10·8,9=96мб

Σd=10·8,9=94мб

Σd=10·7,1=84мб

Σd=10·7,7=88мб

Σd=11·7,1=88мб

Σd=10·7,5=80мб

Σd=10·6,0=74мб

Σd=11·5,7=71,5мб

Σd=10·4,9=55мб

Σd=10·3,8=45мб

Σd=10·3,3=36мб

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

Р₀=μРК_Р, (3.1.5)

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

К_р-модульный коэффициент для определения осадков заданной обеспеченности (таблица4):

К_р=ФСv+1, (3.1.6)

Где Ф-нормированное отклонение от среднего значения ординат биноминальной кривой обеспеченности. Принимается в зависимости от коэффициента асимметрии С_sи заданной обеспеченности.

K_p= (-0,7)·0,29 + 1 = 0,797;

Р₀ = 0,7·0,797·Р = 0,558·Р

Р_o=0,558·11=6,14 мм

Р_o= 0,558·11= 6,14 мм

Р_o= 0,558·12 = 6,69 мм

Р_o= 0,558·13 = 7,25 мм

Р _o= 0,558·16 = 8,93 мм

Р_o= 0,558·17 = 9,48 мм

Р_o= 0,558·19 = 10,6 мм

Р_o= 0,558·20 = 11,16 мм

Р_o= 0,558·21 = 11,72 мм

Р_o= 0,558·19 = 10,6 мм

Р_o= 0,558·18 = 10,04 мм

Р_o= 0,558·15 = 8,37 мм

Р_o= 0,558·15 = 8,37 мм

Р_o= 0,558·17 = 9,48 мм

Р_o= 0,558 16 = 8,93 мм

Р_o= 0,558·16 = 8,93 мм

2. Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t°=nt° (3.1.7)

∑t° =10·6,3=63 ^oC

∑t° =10·10=100^oC

∑t° =10·12,6=126^oC

∑t° =11·14,3=157,3^oC

∑t° =10·15,9=159^oC

∑t° =10·17,2=172^oC

∑t° =10·18,3=183^oC

∑t° =10·19,1=191^oC

∑t° =10·19,3=193^oC

∑t° =11·19=209^oC

∑t° =10·18,1=181^oC

∑t° =10·16,6=166^oC

∑t°=11·14,8=162,8^oC ∑t° =10·12,4=124^oC

∑t° =10·10,3=103^oC

∑ t° =10·8,2=82^oC

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

∑tl=63·1,21=76,23^oC

∑tl=100·1,28=128 ^oC

∑tl=126·1,35=170,1^oC

∑tl=157,3·1,37=215,5 ^oC

∑tl=159·1,43=227,37^oC

∑tl=172·1,44=247,68^oC

∑tl=183·1,44=263,52^oC

∑tl=191·1,43=273,13^oC

∑tl=193·1,38=266,34^oC

∑tl=209,2·1,36=284,24^oC

∑tl=181·1,29=233,49^oC

∑tl=166·1,26=209,16^oC

∑tl=162,8·1,16=188,85^oC

∑tl=124·1,11=137,64^oC

∑tl=103·1,04=107,12^oC

∑tl=82·1,00=82^oC

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

Для помидор:

∑∑tl==227,37^oC

∑∑tl=227,37+247,68=475,05^oC

∑∑tl=475,05+263,52=738,57^oC

∑∑tl=738,57+273,13=1011,7^oC

∑∑tl=1011,7+266,34=1278,04^oC

∑ ∑tl=1278,04+284,24=1562,28^oC

∑∑tl=1562,28+233,49=1795,77^oC

∑∑tl=1795,77+209,16=2004,93^oC

Для сахарной свеклы:

∑∑tl=128^oC

∑∑tl=128+170,1=298,1^oC

∑∑tl=298,1+215,5=513,6^oC

∑∑tl=513,6+227,37=740,97 ^oC

∑∑tl=740,97+247,68=988,65^oC

∑∑tl=988,65+263,52=1252,17^oC

∑∑tl=1252,17+273,13=1525,3^oC

∑∑tl=1525,3+266,34=1791,64^oC

∑∑tl=1791,64,1+284,24=2075,88^oC

∑∑tl=2075,88+233,49=2309,37 ^oC

∑∑tl=2309,37+209,16=2518,53^oC

∑∑tl=2518,53+188,85=2707,38^oC

Для кукурузы:

∑∑tl=128^oC

∑∑tl=128+170,1=298,1^oC

∑∑tl=298,1+215,5=513,6^oC

∑∑tl=513,6+227,37=740,97 ^oC

∑∑tl=740,97+247,68=988,65^oC

∑∑tl=988,65+263,52=1252,17^oC

∑ ∑tl=1252,17+273,13=1525,3^oC

∑∑tl=1525,3+266,34=1791,64^oC

∑∑tl=1791,64,1+284,24=2075,88^oC

∑∑tl=2075,88+233,49=2309,37 ^oC

∑∑tl=2309,37+209,16=2518,53^oC

∑∑tl=2518,53+188,85=2707,38^oC

5. Биоклиматический коэффициент (k, мм/мб) в зависимости от суммы температур нарастающим итогом определяется по таблице 5.

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

6. Суммарное испарение за декаду - определяют для периода от посева до всходов Е = k∑d(мм) и от всходов до конца водопотребления:

Е=k∑d (3.1.8)

Для помидор: сахарной свеклы: кукурузы:

Е =0,3·80=24 мм Е=0,29·68=19,72мм Е=0,23·68=15,64мм

Е =0,36·96=34,56 мм Е =0,3·82=24,6мм Е=0,25·82=20,5мм

Е =0,46·94=43,24 мм Е=0,35·111,1=38,88мм Е=0,3·111,1=33,33 мм

Е =0,53·84=44,52 мм Е=0,37·80=29,6мм Е=0,34·80=27,2мм

Е =0,52·88=45,76мм Е=0,39·96=37,44мм Е=0,38·96=36,48мм

Е =0,45·88=39,6мм Е=0,42·94=39,48мм Е =0,42·94=39,48 мм

Е =0,4·80=32мм Е =0,46·84=38,64 мм Е =0,48·84=40,32 мм

Е =0,37·74=27,38 мм Е =0,48·88=42,24 мм Е =0,49·88=43,12 мм

Е =0,5·88=44 мм Е =0,45·88=39,6 мм

Е =0,47·80=37,6 мм Е =0,37·80=29,6 мм

Е =0,45·74=33,3 мм Е =0,32·74=23,68 мм

Е =0,42·71,5=30,3 мм Е =0,26·71,5=18,59 мм

7. Устанавливается коэффициент влагообмена, учитывающий капиллярный подток и непосредственное использование воды корнями растений из слоев, ниже 100см. Для первой четверти вегетации 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=Eγ (3.1.9)

Для помидор: Сахарной свеклы: Кукурузы:

Е_γ =1·24=24 мм Е_γ=1·19,72=19,72мм Е_γ=1·15,64=15,64мм

Е_γ =1·34,56=34,56 мм Е_γ =1·24,6=24,6мм Е_γ=1·20,5=20,5мм

Е_γ =43,24·0,95=41,08 мм Е_γ=38,88·1=38,88мм Е_γ=1·33,33=33,33мм

Е_γ =44,52·0,95=42,29мм Е_γ=29,6·0,95=28,12мм Е_γ=27,2·0,95=25,84мм

Е_γ =45,76·0,9=41,18мм Е_γ=37,44·0,95=35,57мм Е_γ=36,48·0,95=34,66мм

Е_γ =39,6·0,9=35,64мм Е_γ=39,48·0,95=37,5мм Е_γ=39,48·0,95=37,5мм

Е_γ =32·0,85=27,2мм Е_γ=38,64·0,9=34,78 мм Е_γ=0,9·40,32=36,29 мм

Е_γ =27,38·0,85=23,27мм Е_γ=42,24·0,9=38,02мм Е_γ=43,12·0,9=38,8 мм

Е_γ=44·0,9=39,6мм Е_γ=39,6·0,9=35,64мм

Е_γ=37,6·0,85=31,96 Е_γ=29,6·0,85=25,16мм

Е_γ=33,3·0,85=28,3 Е_γ=23,68·0,85=20,13мм

Е_γ=30,03·0,85=25,52 Е_γ=18,59·0,85=15,8мм

Определяется расход влаги по декадам с поправкой на микроклиматический коэффициент К_м, мм (таблица 6).

Е_М=Е_γK, (3.1.10)

Кукуруза: Помидоры: Сахарная свекла:

E _μ=15,64·1=15,64 мм E_μ=24·0,96=23,04 мм E_μ=1·19,72=19,72 мм E_μ=20,5·1=20,5 мм E_μ=34,56·0,96=33,18 мм E_μ=1 · 24,6=24,6 мм E_μ=33,33·1=33,33 мм E_μ=41,08·0,96=39,44мм E_μ=1·38,88=38,88 мм E_μ=25,84·0,96=24,8 мм E_μ=42,29·0,98=41,44мм E_μ=0,96·28,12=27 E_μ=34,66·0,96=33,27мм E_μ=41,18·0,98=40,36 мм E_μ=35,57·0,96=34,15 мм E_μ=37,5·0,96=96 мм E_μ=35,64·0,98=34,93 мм E_μ=37,5·0,96=36 мм E_μ=36,29·0,98=35,56 мм E_μ=27,2·0,98=26,65мм E_μ=34,78·0,98=34,08 мм E_μ=38,8·0,98=38,02 мм E_μ=23,27·0,98=22,8мм E_μ=38,02·0,98=37,26 мм E_μ=35,64·0,98=34,93 мм E_μ=39,6·0,98=38,8 мм E_μ=25,16·0,98=24,65 мм E_μ=0,98·31,96=31,32 мм E_μ=20,13·0,98=19,72 мм E_μ=28,3·0,98=27,73 мм E_μ=15,8·0,98=15,48 мм E_μ=0,98·25,52=25 мм

8. О пределяется 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:

∆E=Е-(Р_о-W_n) (3.1.11)

где W_n-продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы:

W_n=100h·α(β_нач-β_min) (3.1.12)

где h- расчетный слой почвы, м;

α- плотность этого слоя почвы, т/м³(таблица 7);

β_min- минимально допустимая влажность принимается равной 0,65 от НВ для зерновых и 0,70 от НВ- для картофеля;

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

Для последующих декад ДВБ равен, мм:

∆E=Е- (Р_о- W_n) (3.1.13)

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

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

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

∆Е=E –(P +∆W +W_гр), (3.1.14)

W_гр =Е_м*К_г, (3.1.15)

где К_г - коэффициент капиллярного подпитывания.

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

Помидоры:

W_n=10·0,4·1,05·(31,84-27,86)=16,72мм

ΔЕ=23,04-(8,93+16,72)=-2,61 мм ΔЕ=33,18-(9,48-2,61)=26,31 мм

Так как мы получили положительные значения дефицита водного баланса, в последующих декадах расчёт следует производить по формуле:

ΔЕ=Е_m-Р₀ (3.1.16)

ΔЕ=39,44-10,6=28,84 мм

ΔЕ=41,44-11,16=30,28 мм

ΔЕ=40,36-11,72=28,64 мм

ΔЕ=34,93-10,6=24,33 мм

ΔЕ=24,48-10,04=14,44 мм

ΔЕ=20,94-8,37=12,57 мм

Для сахарной свеклы:

W_n=10·0,6·1,1·(29,76-26,04)=24,55 мм

ΔЕ=19,72-(6,14+24,55)= -10,97 мм

ΔЕ=24,6-(6,69-10,97)=28,88 мм

Δ Е=38,88-7,25=31,63 мм

ΔЕ=27-8,93=18,07 мм

ΔЕ=34,15-9,48=24,67 мм

ΔЕ=36-10,6=25,4 мм

ΔЕ=34,08-11,16=22,92 мм

ΔЕ=37,26-11,72=25,54 мм

ΔЕ=38,8-10,6=28,2 мм

ΔЕ=28,76-10,04=18,72 мм

ΔЕ=25,47-8,37=17,1 мм

ΔЕ=25-8,37=16,63 мм

Для кукурузы:

W_n=10·0,8·1,15·(30,24-23,52)=61,82 мм

ΔЕ=15,64-(6,14+61,82)= -52,32 мм

ΔЕ=20,5-(6,69+(-52,32))= 66,13 мм

ΔЕ=33,33-7,25=26,08 мм

ΔЕ=24,8-8,93=15,87 мм

ΔЕ=33,27-9,48=23,79 мм

ΔЕ=36-10,6=25,4 мм

ΔЕ=35,56-11,16=24,4мм

ΔЕ=38,02-11,72=26,3мм

ΔЕ=34,93-10,6=24,33мм

ΔЕ=22,64-10,04=12,6мм

ΔЕ=18,12-8,37=9,75мм

ΔЕ=15,48-8,37=7,11мм

3.2 Расчет нормы полива и их количества

Поливная норма - это количество воды в м³ на 1га, 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 гидрологических условий, способа техники полива.

П оливная норма т вегетационного периода равна:

m=100h·α(β_нв-β_min) , (3.2.1)

где h- глубина активного слоя почвы, м;

α - объемная масса почвы, т/м³

β_нв-влажность почвы при наименьшей влагоемкости, %;

β_min-влажность почвы перед поливном или нижний порог оптимальной влажности почвы, равный γ·β_нв

М_ор=ΣΔЕ·10 (3.2.2)

Для помидор:

ΣΔЕ=26,31+28,84=55,15мм;

ΣΔЕ=55,15+30,28=85,43 мм;

ΣΔЕ=85,43+28,64=114,07 мм;

ΣΔЕ=114,07+24,33=138,4 мм;

ΣΔЕ=138,4+14,44=152,84 мм;

ΣΔЕ=152,84+12,57=165,41 мм;

β_нв=39,8%;

β_нач=0,8·β_нв=0,9·39,8=31,84%

β_min=0,7·β_нв=0,7·39,8=27,86 %;

m=100·0,4·1,05·(39,8-27,86)=501,5=610м³/га;

М_ор=165,41·10=1654,1=1830 м³/га

Для сахарной свеклы:

ΣΔЕ=28,88+31,63=60,51 мм;

ΣΔЕ=60,51+18,07=78,58 мм;

ΣΔЕ=78,58+24,67=103,25 мм;

ΣΔЕ=103,25+25,4=128,65 мм;

ΣΔЕ=128,65+22,92=151,57 мм;

Σ ΔЕ=151,57+25,54=177,11 мм;

ΣΔЕ=177,11+28,2=205,31 мм;

ΣΔЕ=205,31+18,72=224,03 мм;

ΣΔЕ=224,03+17,1=241,13 мм;

ΣΔЕ=241,13+16,63=257,76 мм;

β_нв=37,2 %;

β_нач=0,8·37,2=29,76 %;

β_min=0,7·37,2=26,04 %;

m=100·0,6· 1,1·(37,2-24,55)=834,9=910м³/га

М_ор=257,76·10=2577,6=2730 м³/га

Для кукурузы:

ΣΔЕ=66,13+26,08=92,21 мм;

ΣΔЕ=92,21+15,87=108,08 мм;

ΣΔЕ=108,08+23,79=131,87 мм;

ΣΔЕ=131,87+25,4=157,27 мм;

ΣΔЕ=157,27+24,4=181,67 мм;

ΣΔЕ=181,67+26,3=207,97 мм;

ΣΔЕ=207,97+24,33=232,3 мм;

ΣΔЕ=232,3+12,6=244,9 мм;

ΣΔЕ=244,9+9,75=254,65 мм;

ΣΔЕ=254,65+7,11=261,76 мм

β_нв=33,6%;

β_нач=0,9·33,6=30,24 %;

β_min=0,7·33,6=23,52 %;

m=100·0,8·1,15·(33,6-23,52)=927,36=810 м³/га;

М_ор=261,76·10=2617,6=2430 м³/га

Рассчитаем количество поливов:

n=М_ор/m, (3.2.3)

Помидоры n=1830/610=3 полива

Сахарная свекла n =2730/910=3 полива

Кукуруза n=2430/810=3 поливов