книги из ГПНТБ / Дунин-Барковский Л.В. Физико-географические основы проектирования оросительных систем (районирование и водный баланс орошаемой территории)

Если источником тепла, необходимого для испарения, является сама вода, то ее поверхность охлаждается ниже точки росы и испарение прекращается. Поэтому испаре­ ние может происходить лишь при условии постоянного получения энергии извне.

Солнце, как известно, является единственным источ­ ником энергии для испарения—-транспирации. Однако на испарение — транспирацию расходуется не вся солнеч­ ная энергия, а только ее поглощенная часть. Раститель­ ный покров может отражать до 25% солнечной энергии.

В зависимости от температуры поверхность земли зна­ чительную часть поглощенной радиации излучает обрат­ но (зачастую 10—15% от поглощенной радиации).

После уменьшения за счет потерь в результате отра­ жения и обратного излучения оставшаяся часть, извест­ ная под названием остаточной радиации, делится на три части — одна нагревает почву, другая воздух (в резуль­ тате соприкосновения с почвой) и третья используется на испарение — транспирацию.

Многочисленные полевые исследования, методика ко­ торых хорошо разработана как у нас (Будаговскнй и Са­ вина, 1956), так и за рубежом (Blomgren, 1955), показы­ вают, что при высокой влажности почв более 80% тепло­ вой энергии, получаемой в виде остаточной радиации, идет на испарение—транспирацию. При сухой почве ис­ парение значительно уменьшается, большая часть оста­ точной радиации идет на нагревание воздуха и лишь не­ значительная часть расходуется на испарение.

Для определения испарения — транспирации в насто­ ящее время широко применяется метод теплового балан­ са, уравнение которого для суши имеет вид:

R = L E + P ,.......................................(9)

где: R — остаточная радиация или радиационный баланс;

1915 г., в упрощенном виде использовался лишь для опре­ деления испарения с открытой водной поверхности. При­ менение этого метода для определения испарения — транспирации, зависящей от влажности почв, долгое вре­ мя считалось нереальным. Лишь после того, как было введено понятие потенциального испарения — транспира- -

156

ции, или испаряемости, стало возможным более широкое применение этого метода (Скворцов, 1928). Когда влаж­ ность почв становится меньше полевой влагоемкости, до­ ля остаточной радиации, используемой на испарение — транспирацию уменьшается пропорционально снижению влажности почвы, что позволяет определять испарение — транспирацию при разных значениях влажности почвы.

Различным видам растительности соответствует опре­ деленная степень испаряемости, так как они имеют раз­ личное альбедо. Альбедо изменяется в довольно широких пределах от 0,25 для трав и сельскохозяйственных куль­ тур и до 0,10 для хвойных деревьев (Будыко, 1956).

Для определения всех источников испарения — транс­ пирации проводятся балансовые градиентные наблюде­ ния, которые состоят в измерении остаточной радиации R, температуры, влажности воздуха и скорости ветра, а также температуры почвы на поверхности и разных глу­ бинах. Методика такого рода измерений хорошо разра ботана (Будаговский, 1956).

Наблюдения над испарением — транспирацией в настоящее время проводятся Институтом географии Акаде­ мии наук СССР в орошаемых районах Средней Азии. Предполагается, что на основе полевых данных по испа­ ряемости различных видов растительного покрова и в ре­ зультате обработки метеорологических данных можно бу­ дет получить величины испарения — транспирации рас­ четом.

В практике США считается более надежным опреде­ ление испарения транспирации путем сравнения кли­ матических данных с данными наблюдений по лизимет­ рам. Было установлено, что размер потенциального испа­ рения — транспирации, или испаряемости, зависит от температуры и продолжительности светового дня. В ре­ зультате статистической обработки данных получена формула, позволяющая определять испаряемость в лю­ бой точке по ее географическим координатам и данным о температуре. По своей простоте и точности эта формула имеет значительные преимущества перед другими эмпи­ рическими формулами (Tomlinson, 1953).

В настоящее время в США ведутся исследования для получения физически обоснованных зависимостей, но формулы, основанные на таких зависимостях, пока еще не выведены.

157

Размеры испаряемости по формуле Блейни и Криддла Бюро погоды США определило для 3500 метеостанций; на основе этих вычислений составлена карта испаряемо­ сти. Размер водопотребления изменяется от 440 мм в гор­ ных районах Запада до 1500 мм на пустынных участках Аризоны и Южной Калифорнии, на востоке — от 530 мм на границе с Канадой до 1200 мм во Флориде и Южном Техасе. Испарение — транспирация с поверхности болот одинакова для большинства районов США. В зимние ме­ сяцы на заболоченных равнинах Мексиканского залива испарение — транспирация имеет незначительную вели­ чину, а на юге Флориды составляет 50 мм в месяц. В ию­ ле испарение достигает 125 и даже 175 мм.

Поскольку формула Блейни—Криддла выведена на основе статистической обработки материалов наблюде­ ний за размерами испарения — транспирации в лизимет­ рах площадью 4 м2 на Североамериканском континенте (от Аляски до Мексики), возник вопрос о допустимости ее применения в других районах, в частности, в районах Восточного полушария. С этой целью были проведены расчеты водопотребителей по формуле Блейни—Криддла и произведено сравнение с фактическими данными по Египту (Selim, El Oraby, 1957), Бирме, а также по неко­ торым районам Средней Азии (Гипроводхоз, 1957) и по Народной Республике Албании (Гипроводхоз, 1958). Во всех случаях расхождения между расчетными и фактиче­ скими данными были невелики и не превышали 3—5%. Это подтверждает возможность повсеместного пользова­ ния формулой Блейни—Криддла для определения разме­ ров водопотребления культурной растительности. Пред­ варительныерасчеты размеров водопотребления естест­ венной растительности по одному из участков Зеравшаиской долины (Калачев, 1958) и по Камышкурганскому массиву на севере Таджикской ССР (Страннолюбская, 1958) также подтвердили достаточную точность этих расчетов по сравнению с данными фактических наблю­ дений.

На первый взгляд кажется, что определение испаре­ ния— транспирации по эмпирическим формулам (в ко­ торых учитывается лишь температура, географическое положение и растительный покров) чрезвычайно прими­ тивно и не может претендовать на достаточную точность. Тем не менее есть основания считать, что эта простая,

158

эмпирически выведенная зависимость отражает действи­ тельную картину изменения испарения — транспирации. Это вытекает из основного теоретического положения физической географии о том, что физико-географические условия данной территории земной поверхности опреде­ ляются условиями обмена энергии или тепловым балан­ сом, выразителем которого, в свою очередь, является вод­ ный баланс (Григорьев, 1956).

Действительно, поскольку основным источником энер­ гии для процесса испарения — транспирации является остаточная солнечная радиация, а последняя в свою оче­ редь зависит от степени поглощения ее поверхностью (т. е. интенсивности и времени поступления солнечной энергии или продолжительности светового дня и альбедо, изменяющегося в зависимости от степени развития и ви­ да растительного покрова), физическая связь между раз­ мером испарения — транспирации и этими элементами становится очевидной. Температура воздуха, являющаяся функцией остаточной солнечной радиации, расходующей­ ся на испарение и нагревание почвы и воздушных масс,

содной стороны, и функцией условий обмена этих масс—-

сдругой, также должна служить показателем интенсив­ ности обмена энергии данной территории, будучи связана генетически с тепловым и водным балансом.

Глубокое изучение зависимости отдельных элементов теплового баланса, проведенное в Государственной гео­ физической обсерватории имени А. И. Воейкова (Будыко, 1956), показало, что размер испаряемости (испаре­ ния— транспирации) с поверхности суши имеет наибо­ лее выраженную линейную связь с суммой температур. Поэтому, по мнению М. И. Будыко, «...из эмпирических методов определения испаряемости большого внимания заслуживают расчеты годовых величин испаряемости по суммам температур. Эти расчеты очень просты и для ши­ рокого диапазона климатических условий — от тундровой до экваториальной зоны дают результаты, довольно близ­ кие к расчетам по радиационному балансу». Приведен­ ная выше эмпирическая зависимость Блейни и Криддла, включающая, кроме суммы температур, еще продолжи­ тельность светового дня и эмпирический коэффициент, зависящий от рода культур, по-видимому, должна давать еще более близкие результаты к расчетам по радиацион­ ному балансу.

159

Из сказанного следует, что формула Блейни—Крид- дла выражает не случайную эмпирическую зависимость, а в известной степени также отражает и физическую сущность явления. Дальнейшее усовершенствование этой зависимости, по-видимому, должно быть направлено на уточнение влияния влажности почв и растительного по­ крова на разных стадиях развития растений и при раз­ личной густоте стояния1.

Вы в о д ы

1.Существующие методы определения оросительной способности источников орошения, основанные на русло­

вом балансе, не отражают действительной картины изме­ нения стока рек под влиянием забора воды на орошение.

2.Практика разработки водохозяйственных схем и фактические наблюдения за изменением стока обнаружи­ вают значительные расхождения между проектными и фактическими данными1.2

3.Правильное решение вопроса об изменении стока под влиянием забора воды на орошение может быть по­

лучено на основе анализа уравнения водного баланса с учетом физико-географических условий, в которых фор­ мируются составляющие водного баланса.

4. Для водного баланса орошаемой территории осо­ бенно большое значение имеют гидрегеологические усло­ вия и растительный покров, но известную роль также иг­ рает и циркуляция влаги в атмосфере.

5. В определенных гидрогеологических условиях вода, теряющаяся в каналах, полностью возвращается в реку.

1 Методика районирования растительного покрова по размерам транспирации разработана И. Н. Бейдеман (1950).

2 Такое положение имеет место в бассейне р. Сыр-Дарьи, где за­ бор воды на орошеяие значительных площадей не сопровождался уменьшением стока реки по данным гидрометрических постов, распо­ ложенных ниже водозабора; в отдельные маловодные годы даже произошло увеличение стока. В бассейнах рек Зеравшан и Ангрен сокращение площади посевов риса в верхней части долины не только не способствовало развитию орошения в низовьях за счет экономии воды, но привело к значительному сокращению стока.

Данные зарубежной практики, в частности США, также показывают, что забор воды «а орошение в различных физико-географиче­ ских условиях влияет да сток по-разному.

ШО

Прок Возвращения профильтровавшейся воды в ирриюционных системах в зависимости от природных условий варьирует от 1—2 до 20 лет и более.

6. Роль транспирации растительного покрова очень велика. Для многих речных бассейнов пустынной зоны транспирация составляет 85—95% выпадающего в их пределах количества осадков. В ряде случаев естествен­ ная растительность потребляет значительно больше воды, чем культурная; поэтому после орошения вода, расходо­ вавшаяся естественной растительностью, может возвра­ щаться в реку и таким образом существенно увеличивать водные ресурсы.

7.Правильная методика установления водного балан­ са должна включать изучение условий формирования и выклинивания возвратных вод с учетом водопотребления культурной и естественной растительности. Определение проектных размеров водопотребления культурной расти­ тельности может быть значительно упрощено.

8.Определение водопотребления естественной расти­ тельности имеет также большое значение при установле­ нии потерь на испарение с поверхности водохранилищ,

которые, как правило, определяются без учета водопот­ ребления естественной растительности и резко завыша­ ются.

9. Анализ элементов водного баланса показывает, что борьба с потерями на фильтрацию на ирригационных си­ стемах во многих случаях является частной технико-эко­ номической задачей, так как нередко эти потери возвра­ щаются в источники орошения в виде дополнительных вод.

i 1-903

Л И Т Ё P A T У РА

Карл Маркс, Капитал, т. III. М., Госполитиздат_ 1949. Контрольные цифры развития народного хозяйства СССР на

1959—1965 годы, «Правда», 8 фёвраля 1959 года.

А л е к с а н д р о в И. Г. Орошение новых земель в Ташкентском районе, М., ТЭС, 1923.

А н т и п о в-К а р а т а е в И. Н. Предисловие к кн. Торн Д. и Петерсон X. «Орошаемые земли». М„ Изд. иностранной лит., 1952.

А с к о ч е н с к и й А. Н. Некоторые итоги и задачи водохозяйст­ венного проектирования и строительства. «Гидротехника и мелиора­ ция», 1956, № 1.

Ас к о ч е н с к и й А. Н. Предисловие к кн. Гулати Н, Д. «Оро­

некоторых растений в условиях полупустынного климата. Докл. Ака­

издат, 1945,

тельного покрова. «Метеорология и гидрология», № 8, 1956.

Б у д а г о в с к и й А. И. Отчет Ферганского климатологического

В а в и л о в Н. И. и Б у к и н и ч Д. Д. Земледельческий Афгани­ стан. Л., Всесоюзный институт прикладной ботаники и новых куль­ тур при СНК СССР и Гос. ин-т опыт, агрономии НКЗ'РСФСР, 1929.

В и л ь я м с В. Р. Травопольная система земледелия на орошае­

Га-ража М. С. Режим орошения сельхозкультур в Горно-Ба- дахшанской автономной области. 1956 (рукопись).

Г е р а с и м о в И. П. О почвенно-климатических фациях равнин

162

К а л а ч е в Н. С. К вопросу обводнения пустыни Бет Пак-Дала.

внутри растений. Труды бот. станции 1929. В его юн. «Избранные со­ чинения». М., Изд-во Акад. наук СССР, 1951.

К о в д а В. А. Происхождение и режим засоленных почв, т. 2. Л., Изд. Акад. наук СССР, 1947.

К о р ж е н е в с к и й Н. Л. Очерки физической географии Турке­ стана. Ташкент, 1925.

К о с т я к о в А. Н. Основные элементы расчета оросительных систем и их изучение. М. (Типо-лит. Кушнерова), 1919.

Ко с т я к о в А . Н. Основы мелиорации. М., 1927.

К о с т я к о в А. Н. Основы мелиорации. М., Сельхозгиз, 1951. К о р ж и н с к и й С. Очерк Рошана и Шугнана с сельскохозяй­

ственной точки зрения. СПБ, 1898.

Крыло в М. М. К вопросу о принципах и методике гидрогео­ логического районирования Узбекистана. Изв. Акад. наук Узбекской ССР, 1950.

Крылов Н. В. К теории и практике комплексных географиче­ ских исследований для сельского хозяйства. Изв. Всесоюзн. геогр. о-ва, вып. 1, 1955.

К у з н е ц о в Н. И. Предварительная записка к подсчетам сто­ ка р. Сыр-Дарьи. ГГИ, 1954 (рукопись).

Л е г о с т а е в В. М. и Ко нько в Б. К. Мелиоративное райо­ нирование Средней Азии. Ташкент. 1953.

Л о Кай-фу. Проект природного районирования Китая. Изв. ,\кад. 1наук. СССР. Серия геогр., № 2, 1956.

Ля п и ч е в П. А. Методика регулирования речного стока. Гос­ издат по строительству и архитектуре, 1955.

Ма в л я н о в Г. А. Распространение генетических типов лесса и лессовидных пород Узбекистана и их просадочность. Труды Лабора­ тории гидрогеологических проблем им. акад. Саваренского, 1949, т. II.

Ма к е е в П. С. Основные этапы развития речных долин бассей­ на Арала на равнинной части Средней Азии, 1941 (диссертация, ар­ хив Ин-та географии АН СССР).

М а к с и м о в е . П. Записки по курсу орошения. СПБ, 1914.

Ма к с и м о в Н. А. Развитие учения о водном режиме и засу­ хоустойчивости растений от Тимирязева до наших дней. М.-Л., Изд-

во Акад. наук СССР, 1944.

Ми л ь к о в Ф. Н, Основные вопросы ландшафтного районирова ния юга Русской равнины. Изв. Всесоюз. геогр. о-ва, вып. 5. 1955.

Му с ли Н. Водная проблема Сирии. М., Изд. иностранной лит., 1954.

М и р к и н С. Л. Предварительный отчет о полевых исследова­ ниях гидротехнического отряда Арало-Каспийской экспедиции. Архив СОПС АН СССР. 1952.

Мо л ч а н о в Л. А. Изменяется ли климат Средней Азии, «Соц. наука и техника». 1933. № 3.

Ни к о л а е в и др. Почвы Вахшской додины. Сталинабад, Гос.

изд. Таджикской ССР, 1947.

О п р ы ш к о К. Я. Отчет об инженерно-геологических исследо-

164

ваниях по трассе Зеравшанского канала. 1947. Архив Среднеазиат­ ского геологического управления.

По с л а в с к и й В. В. Опыт ирригации в Индии. Гидротехника и мелиорация, № 1, 1956.

П р е о б р а ж е н с к и й Т. Н. Суммарное водопотребление ра­ стений в зоне Каракумского канала. 1953. Архив Московского ин­ ститута инженеров водного хозяйства.

Проектное задание переустройства оросительных систем в Пар-

роль в борьбе с засолением. Сборник «Дренаж орошаемых земель». Изд. АН СССР, М. 1958.

Р о г о в с к а я Н. В. Методика гидрогеологических и инженерно­ геологических исследований на массивах орошения, М. Госгеолтехиздат, 1956

Р и з е н к а м п ф Г. К. Основы ирригации. Т. I, Л., 1925.

Ск в о р ц о в А . А. К вопросу о климате оазиса и пустыни и не­ которых особенностях их теплового баланса. Труды по с.-х. метео­ рологии, 1928.

Схема использования водных ресурсов р. Сыр-Дарьи. 1940. Ар­ хив Средазгипроводхлопка.

Схема использования водных ресурсов бассейна р. Чу, 1951. Ар­ хив Средазгипроводхлопка.

Схема использования водных ресурсов бассейна р. Сыр-Дарьи. 1952. Архив Средазгипроводхлопка.

Схема использования водных ресурсов бассейна р. Кашкадарьи. 1953. Архив Средазгипроводхлопка.

Схема использования водных ресурсов бассейна р. Аму-Дарьи, 1954. Архив Средазгипроводхлопка.

Схема использования водных ресурсов бассейна р. Зеравшан. 1954. Архив Средазгипроводхлопка.

Ст а н к е в и ч В. С. О режиме орошения зерновых, овощных и кормовых культур на Памире. 1955. Архив Гипроводхоза МСХ СССР.

С я Ц з а н ь-ч у н ь. Природные условия и сельское хозяйство Тибета. Реферат. Жури. География, № 3, 1956.

Т о л с т о в С. П. Древний Хорезм, М., «Полиграфкнига», 1948. Торн и Пе т е рс о н . Орошаемые земли. М., Изд. иностр. Лит..

1952.

Тромбаче в С. П. Упадок Туркестанской ирригации. Хлопко­ вое дело, № 11—12, 1922.

Т р о м б а ч е в С. П. Орошение и осушение М,—Ташкент, ОГИЗ Средне-Азиат. отд. 1932.

Ф е д о р о в Б. В. Агро-мелиоративное районирование зоны овошенш. Средней Азии. Ташкент. Изд. Акад. наук Узбекской ССР, 1953.

165