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).

Для 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:

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=10·7,0=70мб

Σd=10·7,0=70мб

Σd=10·7,9=79мб

Σd=11·10,3=113,3мб

Σd=10·8,0=80мб

Σd=10·9,7=97мб

Σd=10·9,2=92мб

Σd=10·8,7=87мб

Σd=10·8,6=86мб

Σd=11·8,4 =92,4мб

Σd=10·8,5=85мб

Σd=10·7,9=79мб

Σd=11·7,0=77мб

Σd=10·6,3=63мб

Σd=10·4,8=48мб

Σd=10·4,1=41мб

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= (-0,73)·0,30 + 1 = 0,759;

Р₀ = 0,7·0,759·Р = 0,53·Р

Р_o=9*0,53=4,77 мм

Р_o= 15*0,53= 7,95 мм

Р_o= 15*0,53= 7,95 мм

Р_o= 16*0,53= 8,48 мм

Р_o= 16*0,53= 8,48 мм

Р_o= 16*0,53= 8,48мм

Р_o= 19*0,53= 10,07мм

Р_o= 21*0,53= 11,13 мм

Р_o= 24*0,53= 12,72мм

Р_o= 24*0,53= 12,72 мм

Р_o= 14*0,53= 7,42 мм

Р_o= 16*0,53= 8,48мм

Р_o= 15*0,53= 7,95мм

Р_o= 14*0,53= 7,42 мм

Р_o= 13*0,53= 6,89мм

Р_o= 16*0,53= 8,48мм

3. Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t°=nt° (3.1.7)

∑t° =10∙6,7 =67 ^oC

∑t° =10·10,9=109^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° =10·19,0=190^oC

∑t° =10·19,2=192^oC

∑t° =11·18,9=207,9^oC

∑t° =10·17,9=179^oC

∑t° =10·16,3=163^oC

∑t°=11·14,5=159,5^oC ∑t° =10·12,4=124^oC

∑t° =10·10,4 =104^oC

∑t° =10·8,4=84^oC

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

∑tl=67·1,21=81,07^oC

∑tl=109·1,28=139,52^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=247,52C

∑tl=183·1,44=263,52^oC

∑tl=190·1,43=271,7^oC

∑tl=192·1,38=264,96^oC

∑tl=207,9·1,36=282,74^oC

∑tl=179·1,29=230,91^oC

∑tl=163·1,26=205,38^oC

∑tl=159,5·1,16=185,02^oC

∑tl=124·1,11=137,64^oC

∑tl=104·1,04=108,16^oC

∑tl=84·1,00=69^oC

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

Для многолетних трав:

∑∑tl==81,07 ^oC

∑∑tl=81,07+139,52=220,59^oC

∑∑tl=220,59+170,1=390,69^oC

∑∑tl=390,69+215,5=606,19^oC

∑∑tl=606,19+227,37=833,56^oC

∑∑tl=833,56+247,68=1081,24^oC

∑∑tl=1081,24+263,52=1344,76^oC

∑∑tl=1344,76+271,7=1616,46^oC

∑∑tl=1616,4+264,96=1881,42^oC

∑∑tl=1881,42+282,74=2164,16^oC

∑∑tl=2164,16+230,91=2395,07^oC

∑∑tl=2395,07+205,38=2600,45^oC

∑∑tl=2600,45+185,02=2785,47^oC

∑∑tl=2785,47+137,64=2923,11^oC

∑∑tl=2923,11+108,16=3031,27

∑∑tl=3031,27+84=3115,27

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+271,7=1010,27 ^oC

∑∑tl=1010,27+264,96=1275,23^oC

∑∑tl=1275,23+282,74=1557,97^oC

∑∑tl=1557,97+230,91=1788,88^oC

∑∑tl=1788,88+205,38=1994,26^oC

Для моркови:

∑∑tl=139,52 ^oC

∑∑tl=139,52+170,1=309,62^oC

∑∑tl=309,62+215,5=525,12^oC

∑∑tl=525,12+227,37=752,49 ^oC

∑∑tl=752,49+247,68=1000,17^oC

∑∑tl=1000,17+263,52=1263,69^oC

∑∑tl=1263,69+271,7=1535,39^oC

∑∑tl=1535,39+264,96=1800,35^o C

∑∑tl=1800,35+282,74=2083,09 ^o C

∑∑tl=2083,09+230,91=2314 ^o C

∑∑tl=2314+205,38=2519,38 ^o C

∑∑tl=2519,38+185,02=2704,4 ^o C

6. 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.

7. 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 многолнтних трав: моркови : помидоры:

Е =0,50·70=35 мм Е=0,23·70=16,1мм Е=0,30·80=24мм

Е =0,42·70=29,4 мм Е =0,33·79=26,07мм Е=0,36·97=34,92мм

Е =0,44·79=34,76 мм Е=0,39·113,3=44,19мм Е=0,46·92=42,32мм

Е =0,52·113,3=58,92 мм Е=0,46·80=36,8мм Е=0,53·87=46,11мм

Е =0,52·80=41,6 мм Е=0,53·97=51,41мм Е=0,52·86=44,72мм

Е =0,44·97=42,68мм Е=0,52·92=47,84мм Е=0,45·92,4=41,58мм

Е =0,53·92=48,76мм Е=0,45·87=39,15мм Е =0,40·85=34 мм

Е =0,43·87=37,41мм Е =0,39·86=33,54 мм Е =0,38·79=30,02, мм

Е =0,47·86=40,42 мм Е =0,37·92,4=34,19 мм

Е =0,52·92,4=48,05 мм Е =0,35·85=29,75 мм

Е =0,42·85=35,7 мм Е =0,35·79=27,65мм

Е =0,48·79=37,92 мм Е =0,33·77=25,41 мм

Е =0,49·77=37,73 мм

Е =0,51·63=32,13 мм

Е =0,51·48=24,48мм

Е=0,51·41=20,91

8. 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 многолетних твав: моркови: помидора:

Е_γ =1·35=35 мм Е_γ=1·16,1=16,1мм Е_γ=1·24=24мм

Е_γ =1·29,4=29,4 мм Е_γ =1·26,07=26,07мм Е_γ=1·34,92=34,92мм

Е_γ =1·34,76=34,76 мм Е_γ=1·44,19=44,19мм Е_γ=0,95 ∙ 42,32=40,20мм

Е_γ =1·58,92=58,92мм Е_γ=0,95·36,8=36,8мм Е_γ=0,95·46,11=43,80мм

Е_γ =0,95·41,6=39,52мм Е_γ=0,95·51,41=48,84мм Е_γ=0,95·44,72=40,25мм

Е_γ =0,95·42,68=40,55мм Е_γ=0,95·47,84=45,45мм Е_γ=0,9·41,58=37,42мм

Е_γ =0,95·48,76=46,32мм Е_γ=0,9·39,15=35,24мм Е_γ=0,85 ∙34=28,9мм

Е_γ =0,95·37,41=35,54мм Е_γ=0,9·33,54=30,19мм Е_γ=0,85·30,02=25,52 мм

Е_γ =0,9·40,42=36,38мм Е_γ=0,9·34,19=30,77мм

Е_γ =0,9·48,05=43,52мм Е_γ=0,85·29,75=25,29мм

Е_γ =0,9·35,7=32,13мм Е_γ=0,85·27,65=23,50мм

Е_γ =0,9·37,92=34,13мм Е_γ=0,85·25,41=21,6 мм

Е_γ =0,85·37,73=32,07мм

Е_γ =0,85·32,13=27,31 мм

Е_γ =0,85·24,48=20,81мм

Е_γ =0,85·20,91=17,77мм

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

Е_М=Е_γK, (3.1.10)

Мн.травы: морковь: помидоры:

E_μ=35·1=35 мм E_μ=16,1·1=16,1 мм E_μ=24·0,96=23,04мм E_μ=29,4·1=29,4мм E_μ=26,07·1=26,0 мм E_μ=34,92·0,96=33,52 мм E_μ=34,76·1=34,76мм E_μ=44,19·1=44,19 мм E_μ=40,20·0,96=38,59мм E_μ=58,92·1=58,92мм E_μ=34,96·0,96=33,56 мм E_μ=43,80·0,98=42,92 мм E_μ=39,52·0,96=37,94 м E_μ=48,84·0,96=46,89 мм E_μ=40,25·0,98=39,45мм E_μ=40,55·0,96=38,93мм E_μ=45,45·0,96=43,63мм E_μ=37,42·0,98=36,67 мм E_μ=46,32·0,96=44,47 мм E_μ=35,24·0,98=34,54 мм E_μ=28,9·0,98=28,32 мм E_μ=35,54·0,98=34,83мм E_μ=30,19·0,98=29,59 мм E_μ=25,52·0,98=25,01 мм E_μ=36,38·0,98=35,65 мм E_μ=30,77·0,98=30,15 мм E_μ=43,25·0,98=42,39 мм E_μ=25,29·0,98=24,78мм E_μ=32,13·0,98=31,49 мм E_μ=23,50·0,98=23,03 мм E_μ=34,13·0,98=33,45 мм E_μ=21,6·0,98=21,17 мм E_μ=32,07·0,98=31,43 мм E_μ=27,31·0,96=26,22 мм E_μ=20,81·0,96=19,98 мм E_μ=17,77·0,96=17,06 мм

10. 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:

∆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.

Многолетние травы:

W_n=10·1·1,37·(19,76-17,29)=33,84мм

ΔЕ=35-(4,77+33,84)=-3,61 мм

ΔЕ=29,4-(7,95-3,61)=25,06 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=34,76-7,95=26,81 мм

ΔЕ=58,92-8,48=50,44 мм

ΔЕ=37,94-8,48=29,46мм

ΔЕ=38,93-8,48=30,45 мм

ΔЕ=44,47-10,07=34,4 мм

ΔЕ=34,83-11,13=23,7 мм

ΔЕ=35,65-12,72=22,93 мм

ΔЕ=42,39-12,72=29,67 мм

ΔЕ=31,49-7,42=24,07 мм

ΔЕ=33,45-8,48=24,97 мм

ΔЕ=31,43-7,95=23,48 мм

ΔЕ=26,22-7,42=18,8 мм

ΔЕ=19,98-6,89=13,09 мм

ΔЕ=17,06-8,48=8,58 мм

Для помидор:

W_n=10·0,4·1,18·(20,8-18,2)=12,27мм

ΔЕ=23,04-(8,48+12,27)= 2,29 мм

ΔЕ=33,52-8,48=25,04 мм

ΔЕ=38,59-10,07=28,52 мм

ΔЕ=42,92-11,13=31,79 мм

ΔЕ=39,45-12,72=26,73 мм

ΔЕ=36,67-12,72=23,95 мм

ΔЕ=28,32-7,42=20,9 мм

ΔЕ=25,01-8,48=16,53 мм

Для моркови:

W_n=10·0,5·1,24·(20,48-17,92)=15,87мм

ΔЕ=16,1-(7,95+15,87)= -7,72 мм

ΔЕ=26,07-(7,95-7,72)= 25,84 мм

ΔЕ=44,19-8,48=35,71 мм

ΔЕ=33,56-8,48=25,08 мм

ΔЕ=46,89-8,48=38,41 мм

ΔЕ=43,63-10,07=33,56мм

ΔЕ=34,54-11,13=23,41мм

ΔЕ=29,59-12,72=16,87мм

ΔЕ=30,15-12,72=17,43

ΔЕ=24,78-7,42=17,36

ΔЕ=23,03-8,48=14,55

ΔЕ=21,17-7,95=13,22