3 Определение размеров и конфигурации поля

Площадь поля определяется по последним трем цифрам зачетной книжки, а соотношение сторон прямоугольной формы по последним двум цифрам. Для примера возьмем вариант 67. Значит площадь составляет 67 га, а соотношение сторон 6:7.

Обозначим стороны через a и b: a=6x, b=7x

6x*7x=670000

42

=1594,24

x = 126,3 м

Отсюда находим длины сторон: a=6*126,3=757,8=758 м;

b=7*126,3=884,1=884 м.

Находим отметки вершин поля: зная, что перепад от уровня воды в источнике орошения до нижней точки поля определяется как сумма относительной отметки уровня воды в источнике орошения (в нашем случае она равна 100,0м), последней цифры зачетки и единицы. Таким образом, отметка нижней точки будет равна:

Д=100,0+1+7=108 м

В=108,67м.

Оставшиеся точки поля А и С находятся по высоте между точками В и Д, поэтому принимаем их равными 108,12 и 108,48 м соответственно.

По полученным расстояниям строим на формате А3 в масштабе 1:10000 орошаемый участок, указываем на нем длины поля, расстояние до источника орошения, ширину водоема, сечение горизонталей 0,25 м.

4 РАСЧЕТ РЕЖИМА ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТЕ

Совокупность сроков, норм и количества поливов, обеспечивающих необходимый для сельскохозяйственных культур водный режим в почве, составляет режим орошения. Устанавливают его расчетным путем в соответствии с биологическими особенностями растений, климатическими, почвенными и гидрогеологическими условиями орошаемого участка, способом и техникой полива, технологией возделывания культур и т. д.

При разработке режима орошения требуется:

1. рассчитать оросительные нормы;

2. определить поливные нормы и их количество;

3. установить сроки и продолжительность поливов;

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, м³/га;

Расчет оросительной нормы производится следующим образом:

1) Составляется ведомость расчета дефицита водного баланса с/х культур (приложение 1). 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 (приложение 1 и 2):

Р- сумма осадков за декаду, мм;

t- среднемноголетняя декадная температура воздуха, ⁰С.

2) Устанавливается сумма среднесуточных температур воздуха за период вегетации, ⁰С:

∑ t = В* t, (4)

где В - продолжительность вегетационного периода, сут

Таблица 1 Расчетный период для учета осадков

Культура	Период	Фаза развития культуры, при которой прекращается полив	Глубина активного слоя почвы, см
Яровая пшеница	21/IV-20/VII	Молочная	40
Озимая рожь	1/VIII-10/X	То же	40
Горох	21/IV-30/VI	То же	40
Сахарная свекла	1/V-30/VIII	Окончание новообразования листьев	50
Кормовая свекла	1/V-10/IX	Завершение формирования корнеплода	50
Картофель ранний	1/V-30/VI	Цветение + 10 дней	40
Картофель поздний	1/V-30/VIII	Цветение + 20 дней	40
Огурцы, томаты	1/VI-20/VII	Начало массовых сборов	30
Капуста ранняя	11/V-10/VIII	Реализационная спелость	30
Капуста поздняя	1/VI-10/X	Техническая спелость	30
Лук	1/V-30/VI	За месяц до уборки	20
Морковь	1/V-31/VIII	За месяц до уборки	30
Многолетние травы	21/IV-10/X	Время прекращения вегетации	60
Кукуруза на силос	10/V-1/VIII	За 20 дней до уборки	60

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

P_o= μP, (5)

где µ - коэффициент использования осадков. Принимается равным для степной зоны 0,7; для лесостепной – 0,8.

4) Рассчитывается суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур за вегетацию по формуле И. А. Шарова:

Е =2*∑ t + 4В, м3/га (6)

Ввиду того, что водопотребление сельскохозяйственной культуры в течение вегетации происходит неравномерно необходимо распределить эту величину подекадно в соответствии с приложением 6.

5) Определяются продуктивные запасы влаги на начало (W_н) и конец декады (W_к) в расчетном слое почвы.

Прежде всего определяются продуктивные влагозапасы на момент посева или посадки с/х культуры:

W_n = 100 h α (β_нач -β_min), м³ /га (7)

где h- расчетный слой почвы, м (таблица 1);

α- плотность этого слоя почвы, т/м³ (приложение 5);

β_нач- влажность расчетного слоя почвы в % в начале расчетного периода принимается равной 1,0 от наименьшей влагоемкости (НВ) для многолетних трав, 0,9 от НВ для ранних культур и 0,8 от НВ - для поздних культур;

β_min- минимально допустимая влажность принимается равной 0,65 от НВ для зерновых и 0,70 от НВ – для овощных культур и картофеля(табл.2). НВ определяется в соответствии с приложением 5.

6) Затем определяется величина почвенных влагозапасов на конец декады:

W_{к =} W_н – Е + P_o, м³ /га (8)

Почвенные влагозапасы на конец текущей декады являются переходящими на начало следующей декады. Для следующей декады расчет почвенных влагозапасов проводится аналогично в соответствии с формулой 8.

Если грунтовые воды Wгр находятся на глубине ближе 3м, то учитывается подпитывание расчетного слоя почвы из грунтовых вод.

Wгр=Ем Кг, м³ /га (9)

где Кг- коэффициент капиллярного подпитывания. Количество грунтовых вод, используемых растениями зависит от глубины их залегания и капиллярных свойств почвы и агрофона (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость Кг от УГВ, почв и агрофона

Глубина залегания пресных грунтовых вод,	Легкие по механическому составу почвы				Тяжелые по механическому составу почвы
	Агрофон
	поверхность без растительности	культуры с корневой системой			поверхность без растительности	культуры с корневой системой
		до 0,6 м	до 1 м	более 1 м		до 0,6 м	до 1 м	более 1 м
0,5	0,45	0,85	1,0	1,0	0,55	0,75	0,95	1,0
1,0	0,15	0,40	0,55	0,90	0,25	0,35	0,50	0,95
1,5	-	0,15	0,25	0,55	0,05	0,20	0,30	0,65
2,0	-	-	0,10	0,30	-	0,05	0,15	0,10
2,5	-	-	-	0,15	-	-	0,05	0,25
3,0	-	-	-	0,05	-	-	-	0,10

В этом случае величина почвенных влагозапасов на конец декады определится по формуле:

W_к = W_н – Е + P_o + Wгр, м³ /га (10)

Расчет почвенных влагозапасов проводится до тех пор, пока их величина на конец очередной декады будет отрицательной. С этого момента продуктивные влагозапасы в расчетном слое почвы исчерпаны и наступает дефицит водного баланса (ДВБ).

7) Дефицит водного баланса рассчитывается по формуле:

ДВБ ₌ Е - P_o - Wгр, м³ /га (11)

8) С декады, когда ДВБ приобретает положительное значение, до конца периода водопотребления ДВБ рассчитывается с нарастающим итогом. Полученная величина округляется до сотен м³/ га преимущественно в большую сторону и является оросительной нормой.

4.2 Расчет поливной нормы и количества поливов

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=100*h*α*( β_HB -βmin), (12)

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 (γ принимается по таблице 3)

На засоленных почвах поливные нормы увеличивают на15-30%.

Во избежание снижения влагозапасов в почве ниже критического уровня рекомендуется уменьшить расчетную поливную норму на 10-20% и округлить ее до 50 или 100 м³/га.

Расчеты поливных норм всех культур сводят в таблицу 3.

Таблица 3 Предполивная влажность в активном слое почвы (в долях от наименьшей влагоемкости)

Культура	Почвы
	Средние и тяжелосуглинистые	Супесчаные
Зерновые	0,70-0,75	0,60-0,65
Овощные	0,75-0,80	0,70-0,75
Кукуруза	0,70-0,75	0,60-0,65
Подсолнечник	0,70-0,75	0,60-0,65
Корнеплоды	0,70-0,75	0,65-0,70
Картофель	0,65-0,75	0,60-0,65
Многолетние травы	0,70	0,60

Далее проводим расчет поливных норм: вычисляем поливную норму, оросительную норму и находим необходимое количество поливов на вегетационный период сельскохозяйственной культуры. Все расчеты показаны на примере варианта 67. По итогам расчетов, заполняем таблицу Расчет поливных норм (Таблица 4).

Таблица 4 Расчет поливных норм

№ полива	h, м	α т/м	Влажность почвы		Поливная норма, м3/га		ММор	Кол-во поливов
			βнв, %	βmin, %	расчетная	принятая
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	416	6
2	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	440
3	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	489
4	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	489
5	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	538
6	0,5	1,2	0,85	0,7	504	489	563
Мор=∑m							2935

Оросительная норма состоит из суммы всех поливов:

М_ор= ∑m (13)

Если нормы поливов одинаковы, то их количество определяется соотношением:

n=M_op/m, (14)

где М_ор- оросительная норма, м³/га;

m- поливная норма, м³/га.

Если поливные нормы не кратны оросительной норме, то необходимо варьировать размерами поливной нормы. В начале вегетации желательно применять меньшие поливные нормы, увеличивая их к концу вегетации. В любом случае сумма поливных норм должна быть равной оросительной норме.

4.3 Сроки и продолжительность поливов

Сроки полива культуры определяют по интегральной кривой дефицита водного баланса (рисунок 1).

Интегральная кривая строится на миллиметровой бумаге. По оси абсцисс откладывают месяцы и декады вегетационного периода, по оси ординат - суммарный дефицит водного баланса в мм в масштабе, чтобы кривая расположилась на одном листе.

Рисунок 1 Интегральная кривая дефицита водопотребления и сроки проведения поливов картофеля

Дате первого полива соответствует точка пересечения интегральной кривой с осью абсцисс. От этой точки откладывают по оси ординат норму первого полива в мм. Перпендикуляр, опущенный с точки пересечения горизонтальной линии с интегральной кривой до оси абсцисс, указывает дату второго полива. Даты последующих поливов устанавливаются аналогично. Эти даты являются средними датами поливов.

Согласно А.И. Костякову, длина поливного периода ограничивается отклонением поливной нормы от средних значений не более 10-15%. При этом условии, начало поливного периода наступит тогда, когда дефицит водного баланса будет на 10-15% меньше расчетной поливной нормы, а конец – когда на 10-15% больше. Эти дни устанавливаются также на интегральной кривой дефицита водопотребления аналогично определению средних дат поливов.

Число дней от начала до конца полива является его агротехнически допустимой продолжительностью. Для влаголюбивых культур сдвиг сроков полива вправо или влево допускается на 2-3, менее влаголюбивые – на 5-6 суток.

Во всех случаях продолжительность поливов отдельных культур рекомендуется принимать не более следующих величин: озимые зерновые, люцерна – 6, яровые зерновые, кукуруза, корнеплоды – 5, картофель – 4-5 и овощные – 3-4 суток.

Сроки и продолжительность каждого полива представляются в форме таблицы 5.

Таблица 5 График поливов

Культуры	№№ поливов	Средние даты поливов	Сроки поливов		Агротехнически допустимая продолжительность
			начало	конец
1	2	3	4	5	6
Картофель	1	4.06	1.06-7.06		6 суток
	2	29.06	26.06-1.06
	3	9.07	6.07-12.07
	4	18.07	15.07-21.07
	5	26.07	23.07-29.07
	6	7.08	4.08-10.08

4.4. Определение качества оросительной воды

Для определения качества оросительной воды, необходимо выполнить следующие расчеты:

Таблица 6 Результаты исследований

Район	Ед. изм.	Лаб.	Сух. ост., мг/л	pH, мг/л	CO3, мг/ экв	HCO, мг/ экв	CL, мг/ экв	SO4 мг/ экв	Сумма		Ca, мг/ экв	Mg, мг/ экв	Na мг/ экв	Ka мг/ экв	Сумма
									Ан	Кат					Ан.	Кат
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Учалинский Район н/з «Урал», пруд	мг/экв мг/л	212	166	8,16	0,6 16,8 14,8	2,9 175,7 69,0	0,1 5,3 2,4	1,7 82,8 23,3	4,2	2,6	2,3 46,1 54,8	0,3 3,6 7,1	1,6 36,8 38,1	0	218,2	314,5

По данным определяем качество воды по преобладающему аниону или катиону.

1. По величине общей минерализации пригодность оросительных вод оценивается: Мₒ= ∑nᵢ

2. Определяется содержание Сl/Na, Ca/Mg

3. Ирригационный коэффициент Стеблера представляет собой столб воды в дюймах, содержащий столько щелочи, сколько необходимо для того, чтобы почва глубиной 1,2 м стала непригодной для большинства культурных растений. Рассчитывается по следующей зависимости:

а) при [Na] - [Cl] ≤ 0;

б) при 0 < [Na] - [Cl] < [SO4]; K=288/[Na+4Cl]

в) при [Na] - [Cl] - [SO4] > 0.

4. Опасность содового засоления определяется по разности содержания в оросительной воде карбонат и бикарбонат-ионов и суммы магния и кальция:

Na HCO₃=[ (CO₃+ HCO₃)-(Ca+Mg)]

5. Качество оросительной воды по возможности осолонцевания почвы определяется через соотношение ионов натрия и калия к сумме всех катионов:

K= ((Na+K)/ (Ca+Mg+K+Na)) *100

6. Качество оросительной воды по соответствию катионов кальция, натрия и магния:

а) при Мₒ< 1,0 г/дм3 К=Na/(Ca+Mg)

7. Расчет пригодности оросительной воды по возможности осолонцевания почв:

KC<(Ca+Mg)/Na

8. Возможность вторичного осолонцевания почв оценивается по зависимости:

SAR=Na / √ (Ca+Mg)/2

По результатам вычислений определяется тип воды по преобладающим анионам и катионам, величина которых больше 25% от суммарного содержания; делаются выводы о качестве оросительной воды, производится оценка ирригационного качества оросительной воды.

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАКРЫТОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СЕТИ, ПОДБОР ДОЖДЕВАЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И НАСОСНО - СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.1 Подбор дождевальной техники

ДОЖДЕВАЛЬНАЯ МАШИНА «ФРЕГАТ»

Дождевальная машина «Фрегат» предназначена для полива большинства сельскохозяйственных культур, лугов и пастбищ. Она представляет собой движущийся по кругу поливной многоопорный трубопровод с расположенными на нем дождевальными аппаратами. Трубопровод установлен на самоходных тележках на высоте 2,2 м от поверхности земли. Дождевальная машина «Фрегат» выпускается в нескольких модификациях, отличающихся длиной трубопровода и количеством тележек (табл. 7).

Таблица 7 Технические характеристики модификаций

дождевальной машины «Фрегат»

Модификация машины «Фрегат»	Число тележек	Длина, м	Расход воды, л/с	Давление на входе, МПа	Средняя интенсивность дождя, мм/мин	Максимальная площадь полива, га
ДМУ-А199-28	7	199	28	0,47	0,22	15,8
ДМУ-А229-32	8	228,7	32	0,48	0,22	20,2
ДМУ-А253-38	9	253,4	38	0,50	0,24	24,4
ДМУ-А283-45	10	283	45	0,51	0,25	29,8
ДМУ-А308-55	11	308	55	0,54	0,27	34,8
ДМУ-А337-65	12	337	65	0,59	0,29	41,3
ДМУ-А362-50	13	362	50	0,54	0,21	47,1
ДМУ-А392-50	14	392	50	0,55	0,20	54,6
ДМУ-А417-55	15	417	55	0,57	0,21	61,2
ДМУ-Б463-90	16	463	90	0,63	0,29	74,9
ДМУ-Б488-90	17	488	90	0,64	0,27	82,6
ДМУ-Б518-90	18	518	90	0,64	0,26	92,5
ДМУ-Б542-90	19	542	90	0,65	0,25	102,2
ДМУ-Б572-90	20	572	90	0,66	0,24	113,0

Для обеспечения равномерного полива площади машина оборудована среднеструйными дождевальными аппаратами, кругового действия 4-х типоразмеров и одним концевым аппаратом. Концевой аппарат работает по сектору и обеспечивает полив части площади по углам участка.

Характеристика дождевальных аппаратов машины «Фрегат» приведены в таблице 8.

Таблица 8 Техническая характеристика дождевальных машин «Фрегат»

Параметры	Типоразмеры
	№ 1	№ 2	№ 3	3 4	Концевой двухсопловый
Расход воды, л/сек	0,09…0,57	0,28…1,00	0,82…2,75	2,16…3,90	2,80…5,80
Радиус полива, м	11…13	13…17	16…24	20…30	25…30

Скорость движения машины, а, следовательно, и поливная норма устанавливается по последней тележке, где имеется кран регулятор, управляющий поступлением воды в гидроцилиндр. Восемь положений стрелки крана-регулятора соответствуют 7 скоростям движения и остановки машины (табл. 9).

Таблица 9 Скорость движения и поливная норма различных модификаций машины «Фрегат», изменяемые краном-регулятором

Положение стрелки крана-регулятора	ДМ-335		ДМ-365		ДМ-394		ДМ-424		ДМ-454
	Скорость движения, об/сут	Поливная норма, м3/га	Скорость движения, об/сут	Поливная норма, м3/га	Скорость движения, об/сут	Поливная норма, м3/га	Скорость движения, об/сут	Поливная норма, м3/га	Скорость движения, об/сут	Поливная норма, м3/га
Включение машины	0,65	180	0,59	200	0,54	220	0,50	270	0,47	250
А	0,62	190	0,57	210	0,52	230	0,48	250	0,45	260
Б	0,54	220	0,49	240	0,45	270	0,42	280	0,39	300
В	0,47	250	0,43	280	0,39	310	0,37	330	0,34	340
Г	0,20	410	0,26	450	0,24	500	0,23	530	0,21	550
Д	0,15	880	0,14	850	0,13	820	0,12	1000	0,11	1060
Е	0,19	610	0,18	660	0,16	740	0,15	800	0,14	839
Остановка машины	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0