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, (3.1.1)

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, (3.1.2)

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.

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 k, 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 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 :

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. (3.1.4)

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

P_o= μP, (3.1.5)

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

4. Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t◦ = nt◦. (3.1.7)

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

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

4. 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.

4. Суммарное испарение за декаду – определяют для периода от посева до всходов Е = k₀∑d (мм) и от всходов до конца водопотребления.

Е = k∑d. (3.1.8)

4. 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. Для люцерны второго и третьего года жизни – 0,85.

В соответствии с коэффициентом γ рассчитывается, мм:

Е_γ= Еγ. (3.1.9)

4. Определяется расход влаги по декадам с поправкой на климатический коэффициент К_м, мм:

Е_м = ЕγК_м . (3.1.10)

4. 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), (3.1.11)

где W_n – продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы:

W_n = 10 h α (β_нач -β_min), (3.1.12)

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.

Для последующих декад ДВБ равен, мм:

∆Е=Е_м-(Р₀+∆W_n), (3.1.13)

где ∆W_n- переходящий (неиспользованный) продуктивный запас влаги из предыдущей декады.

Расчет для многолетних трав:

W_n=10*0,6*1,14*(25,6-20,8)=32,83мм

ΔΕ₁=31,5-(6,12-32,83)=-7,45мм

ΔΕ₂=25,67-(5,10-7,45)=28,02мм

Так как мы получили положительные значения дефицита водного баланса, в последующих декадах расчёт следует производить по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

ΔΕ₃ =32,44-6,12=26,32мм

ΔΕ₄ =46,61-6,63=39,98мм

ΔΕ₅=36,60-8,16=28,44мм

ΔΕ₆=35,34-8,67=26,67мм

ΔΕ₇=42,57-9,69=32,88мм

ΔΕ₈=27,55-10,2=17,35мм

ΔΕ₉₌32,26-10,71=21,55мм

ΔΕ₁₀=34,72-9,69=25,03мм

ΔΕ₁₁=26,73-9,18=17,55мм

ΔΕ₁₂=23,33-7,65=15,68мм

ΔΕ₁₃=24,46-7,14=17,32мм

ΔΕ₁₄=19,12-7,65=11,47мм

ΔΕ₁₅=14,82-5,1=9,72мм

ΔΕ₁₆=14,15-8,67=5,48мм

Расчет для овса:

W_n=10*0,3*1,06(31,5-22,75)=27,82мм

ΔΕ₁=17,01-(6,12+27,82)=-16,93мм

ΔΕ₂=20,17-(5,10-16,73)=32,00мм

далее расчет ведем по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

ΔΕ₃=26,54-6,12=20,42мм

ΔΕ₄=37,47-6,63=30,84мм

ΔΕ₅=33,09-8,16=24,93мм

ΔΕ₆=35,34-8,67=26,67мм

ΔΕ₇=29,72-9,69=20,03мм

ΔΕ₈=16,39-10,2=6,19мм

ΔΕ₉=16,79-10,71=6,08мм

Расчет для картофеля(позднего):

W_n=10*0,2*1,06*(31,5-22,75)=18,55мм

ΔΕ₂=16,5-(5,10+18,55)=-7,15мм

ΔΕ₃=26,54+(6,12-7,15)=27,57мм

далее расчет ведем по формуле ΔΕ=Ε_м-Ρ₀

ΔΕ₄=36,74-6,63=30,11мм

ΔΕ₅=32,38-8,16=24,22мм

ΔΕ₆=37,75-8,67=29,08мм

ΔΕ₇=35,34-9,69=25,65мм

ΔΕ₈=22,46-10,2=12,26мм

ΔΕ₉=20,41-10,71=9,7мм

ΔΕ₁₀=16,70-9,69=7,01мм

ΔΕ₁₁=14,35-9,18=5,17мм

ΔΕ₁₂=11,48-7,65=3,83мм

ΔΕ₁₃=11,99-7,14=4,85мм

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.

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

∆Е=Ем-(Р₀+∆Wn+ Wгр) , (3.1.14)

Wгр=Ем Кг, (3.1.15)

где Кг- коэффициент капиллярного подпитывания.

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 на га преимущественно в большую сторону и является оросительной нормой.

Ведомость расчёта дефицита водного баланса многолетних трав, овса и картофеля(позднего) находится в таблице 1.