1.7. Оперативное планирование водопользования.
Оперативное планирование осуществляют в течение вегетационного периода на каждую последующую декаду, т.к. реальные погодные условия никогда не совпадают с расчетными. Оперативный план учитывает реальный водный баланс каждого поля, конкретное согласование с агротехническими мероприятиями. На основании расчетов устанавливают реальную потребность в воде по каждому полю и формируют заявки на воду, которые передают в управления оросительных систем, что является документом для подачи воды водопользователям.
Сущность оперативного планирования – систематическое поддержание продуктивных влагозапасов в корнеобитаемом слое почвы, которые определяются оптимальной влажностью, обусловленной оптимальной биологической потребностью в воде с/х культур. Установленная опытным путем закономерность изменения во времени оптимальных влагозапасов в корнеобитаемом слое сохраняется независимо от сочетания климатических факторов, за исключением экстремальных условий (бурь, поздних заморозков и т. д.). В этом случае составляют уравнение водного баланса для конкретного поля и определяют его составляющие известными методами.
Для каждой с/х культуры оптимальные влагозапасы в корнеобитаемом слое почвы:
wopt = £wНВ , (1.41)
где £ - коэффициент, характеризующий каждую с/х культуру и фазы ее развития, £<60° ;
wНВ –наименьшая влагоемкость почвы.
Нормы и сроки проведения поливов необходимо рассчитывать так, чтобы поддерживались оптимальные влагозапасы в корнеобитаемом слое.
Лекция 6.
Реализация планов внутрихозяйственного водопользования.
Подготовка к проведению поливов.
Подготовка к поливам – важный цикл в обеспечение качественного полива сельскохозяйственных культур. Все работы, предусмотренные календарным планом эксплуатационных мероприятий по хозяйству, должны быть выполнены своевременно и в необходимых объемах: внутрихозяйственная, оросительная и коллекторно-дренажная сети, гидротехнические сооружения должны быть отремонтированы и подготовлены к пуску воды в каналы, водомерные устройства установлены и подготовлены к работе; мелиоративная техника, необходимое оборудование и инвентарь подготовлены к эксплуатации.
Условия, определяющие четкую организацию труда при поливе, - это эксплуатационная (текущая) планировка орошаемых полей, нарезка временной оросительной и поливной сетей.
Эксплуатационную (текущую) планировку проводят ежегодно для ликвидации свальных гребней, разъемных борозд, остатков временной оросительной сети. Выравнивают поля после уборки сельскохозяйственных культур – во второй половине лета или осенью; повышенная влажность почвы не обеспечивает требуемого качества.
Для планировки полей используют планировщики ДЗ-605; ДЗ-603; П-4;ППА-3,0; ПЛ-5, для выравнивания – ВП-8А; ВП-3,6; ГН -4А; МВ-6,0А; МРП -4,2.
При проведение планировочных работ агрегат движется по диагонально-перекрестной и продольной загонно-беспетлевой схемам.
При диагонально-перекрестной схеме участок обрабатывается в два прохода по взаимно перекрещивающимся диагональным ходам: первый – под углом по направлению к пахоте, второй – перпендикулярно первому. Участок должен быть выравнен и иметь форму квадрата.
При продольной схеме участок разбивают на две полосы шириной не менее 25 м. число проходов по одному следу зависит от наличия неровностей и может составлять 2-4 раза, при перекрытии проходов 20-50см.
Предпосевное выравнивание орошаемых полей проводят ежегодно при подготовке их к посеву сельскохозяйственных культур.
Для подготовки поля к поливу вначале нарезают борозды и полосы, а затем временную оросительную сеть (выводные борозды и временные оросители).
Эксплуатационная оценка, выбор и организация способа полива.
Эксплуатационную оценку способа полива проводят по следующим основным показателям:
обеспечению оптимального увлажнения корнеобитаемого слоя почвы в течение суток и всего вегетационного периода в соответствии с биологическими фазами их развития;
мало интенсивному воздействию процесса орошения на сельскохозяйственные культуры за счет снижения интенсивности водоподачи;
рациональному распределению оросительной воды, полной ликвидации ее потерь на поверхностный сток и глубинную фильтрацию, равномерное распределение ее на поле;
оптимальному сочетанию всего технологического процесса полива с проведение агротехнических мероприятий по выращиванию сельскохозяйственных культур;
сохранению плодородия почвы, нормального мелиоративного состояния орошаемых земель, предотвращению процессов засоления земель;
возможности механизации, автоматизации и телемеханизации полива и распределения воды по оросительной сети;
окупаемости средств и затрат труда на проведение поливов при хорошей рентабельности;
созданию комфортных и жилищных условий для населения;
сохранению окружающей среды.
В практике орошения наиболее часто применяют поверхностные поливы и дождевание, меньше – внутрипочвенное (подпочвенное) и капиллярное.
Поверхностные поливы – это распределение воды самотеком по поверхности почвы по бороздам различной модификации, напуском по полосам, затопление по чекам и ярусам.
Поливные борозды – система параллельных русл малого поперечного сечения, проложенных по поверхности поля с определенным положительным (иногда нулевым) уклоном, обеспечивающим поступательное движение воды от их начала к концу.
Полив по бороздам в зависимости от выращиваемых сельскохозяйственных культур, водопроницаемости почв, уклонов орошаемых массивов осуществляют по сквозным (проточным), тупым (затопляемым) бороздам и по бороздам-щелям. По конструкции борозды могут быть глубокие (18-24 см), средние (15-18 см) и мелкие (10-15 см); на почвах с повышенной водопроницаемостью делают вдавленные борозды.
По бороздам поливают в основном пропашные и частично культуры сплошного сева.
По сквозным (проточным) бороздам осуществляется вегетационные, влагозарядковые и предпосевные поливы. Полив по бороздам с террасами применяют при орошении овощных культур.
По тупым (заполняемым) бороздам, имеющим в концевом створе перемычку, поливают мало уклонные участки (до 0,003) при условии, чтобы перепад геодезических отметок в головном и концевом створах дна борозд не превышал ⅓ их глубины.
Полив по бороздам-щелям рекомендован Б. А. Шумаковым для проведения вегетационных и влагозарядковых поливов, а также при промывке засоленных земель прежде всего на участках, требующих больших поливных норм, и на почвах со слабой водопроницаемостью.
Полив напуском по полосам применяют для культур сплошного сева и влагозарядки при уклонах местности 0,002-0,007.
Затопление применяют при возделывании риса и лиманном орошении, а также при промывных и влагозарядковых поливах и в отдельных случаях при проведении вегетационных поливов.
Дождевание – это высокомеханизированный способ полива, при котором вода на поля попадает в виде искусственного дождя, переходя из состояния водяного тока в состояние воздушной и почвенной влажности без образования на поверхности луж и стока. Дождевание применяют на малоуклонных и безуклонных массивах, особенно на участках с близким залеганием уровня грунтовых вод, на почвах с высокой водопроницаемостью и на просадочных грунтах.
Эксплуатационная оценка способов полива позволяет определить спектр их применения, отрицательные и положительные качества каждого.
Для объективной оценки эффективности способов орошения необходимо знать большое число факторов, поэтому как при проектировании, так и при эксплуатации техники орошения необходим методологический подход.
Так, сельскохозяйственное производство предъявляет комплекс требований к технике орошения, подразделяя их на агробиологические, почвенно-мелиоративные, экологические и организационно-хозяйственные. В свою очередь, использование поливной техники в конкретных природных условиях определяется следующими факторами: климатическими, почвенно-мелиоративными, геоморфологическими, агробиологическими и хозяйственными.
Организация и проведение поверхностных поливов.
Важное условие эффективного использования орошаемых земель – высоко производительный труд специалистов и рабочих. Для повышения производительности труда необходимо произвести следующие организационные мероприятия: сосредоточить поверхностные поливы на одном участке или поле; увязать размеры политой площади с производительностью машин и механизмов, используемых на обработке междурядий после полива; сочетать элементы технологии полива с применением устройств для автоматического распределения воды (сифоны, поливные трубки, однобортные вспомогательные выводные борозды); применять гибкие шланги и поливные агрегаты для полива по бороздам и полосам, а также поливных трубопроводов и шлангов поливных устройств.
Учеными ВНИИГиМА и МГМИ разработан и внедрен метод автоматизации поливов, когда открытые распределительные каналы заменены стационарными подземными транспортирующими трубопроводами с глубиной заложения 1 м, а закрытые распределительные трубопроводы – 0,4-0,6 м с последующим поступлением воды в борозды через отверстия, расположенные через 0,6-0,7 м по длине трубопровода. При этом производительность труда возрастала в 4-5 раз по сравнению с обычными способами полива.
Организация полива дождеванием.
Для орошения дождеванием используют различные дождевальные машины, установки, имеющие разработанные технические условия и технологии их применения. При этом в каждом конкретном случае необходимо организовать и провести запланированный комплекс работ: дождевальные машины должны быть своевременно отремонтированы и в течение вегетационного периода обеспечены соответствующим техническим обслуживанием и уходом, специалистами составлены оперативные календарные графики полива, предусматривающие оптимальную загрузку дождевальных машин и бесперебойную их работу.
Организация капельного орошения.
Сущность капельного орошения заключается в малоинтенсивной подаче оросительной воды из микроводовыпусков – капельниц непосредственно в зону развития корневой системы растений и зависит от конструктивных особенностей системы орошения, выращиваемых сельскохозяйственных культур, наличия производственно ремонтной базы и обеспеченности трудовыми ресурсами.
Применение этого способа перспективно в районах с ограниченными водными ресурсами и на участках с уклоном, а также на крутых склонах.
Организация внутрипочвенного орошения (ВПО).
При ВПО происходит капиллярное увлажнение пахотного слоя почвы за счет поступления воды из увлажнителей, расположенных на глубине 0,4-0,6 м от поверхности, что хорошо обеспечивает аэрацию почвенного слоя и равномерность увлажнения в течение всего вегетационного периода.
Система ВПО включает водозаборное сооружение, насосную станцию, оросительную, увлажнительную и водоотводящую аэрационную сети с соответствующими сооружениями и арматурой на них. ВПО отличается разнообразием технологических схем орошения: регулирования уровня грунтовых вод путем шлюзования или подачи воды в дрены; механизированная подача воды в почву с помощью специальных машин и механизмов с одновременным рыхлением почвы (машинно-инъекционная), траншейно-трубчатая, кротовая внутрипочвенная, очагово-дренажно-вертикальная системы и система с полиэтиленовыми увлажнителями.
Планирование системного водораспределения.
Планирование водораспределения.
Системный план состоит из следующих разделов: ведомости расчетных расходов (уровней) источника орошения и возможных расходов в голове системы; плана забора воды в систему; плана распределения воды по системе; плана эксплуатационных мероприятий. Планирование водораспределения заключается в установлении потребности в воде отдельными хозяйствами (водопользователями) для каждого водовыдела и в целом по системе; в согласовании водопотребления по системе с режимом источника орошения, в определении головных расходов магистральных и межхозяйственных каналов; в разработке мероприятий по повышению КПД каналов, рациональному использованию оросительной воды, поддержанию нормального мелиоративного состояния орошаемых земель.
Для составления плана водораспределения необходимы следующие материалы:
план и подробная схема системы в масштабе 1:25000 или 1: 50000, на которой должны быть указаны все магистральные, межхозяйственные и распределительные каналы до точек выдела воды в хозяйства с технической их характеристикой, указаны границы хозяйства, все узлы распределения и узлы командования, границы эксплуатационных участков, створы балансовой гидрометрии и мелиоративной службы, дороги, линии связи;
внутрихозяйственные планы водопользования;
план и схемы системы с почвенно-мелиоративными характеристиками (почвы, глубина залегания грунтовых вод, рельефные особенности);
декадные расходы (уровни воды) в источнике орошения в месте забора воды в систему;
сведения о фактических потерях воды из магистральных каналов и распределительной сети, привязанные к отдельным узлам системы;
лимиты водозабора системы из источника орошения и подачи воды хозяйствам для характерных лет по стоку реки;
расходы и уровни воды в источнике орошения в створе головного сооружения не менее чем за 10 последних лет, а также с начала текущего гидрологического года;
отчеты по водопользованию в хозяйствах и системе за последние пять лет.
План забора воды в систему составляют, начиная с анализа имеющихся орошаемых земель и их планируемого использования в хозяйствах и административных районах, по специальной формуле для хозяйств, вододелительных узлов, сельскохозяйственных культур и административных районов с определением по декадам вегетационного и осеннее-зимнего периодов и нарастающим итогом физической площади полива, гектарополивов, водопотребления (нетто, брутто), а также среднедекадного расхода воды на орошение (нетто, брутто), которую забирают из водоисточника.
Баланс воды по системе составляют для определения всех ее расходных частей. Прежде всего выделяют объемы подачи воды в точках выдела хозяйствам с подразделением данного объема на нужды орошения, обводнения. Далее определяют суммарную подачу воды нетто из межхозяйственных и магистральных каналов. Этот объем воды предусматривают по следующим пунктам: в точках выдела воды хозяйствам; на подпитывание рек и водохранилищ; на замочку, заполнение и опробование межхозяйственных и магистральных каналов; вынужденные сбросы из межхозяйственных каналов для поддержания уровней воды в реках и других водоисточниках. Зная физическую площадь орошения находят средние поливную и оросительную нормы. Вычисляют потери воды на фильтрацию и испарение в каналах, их КПД с определением расходов брутто.
Календарный план полива составляют по каждой культуре с указанием физической площади и срока ее полива. Указывают проведение влагозарядковых поливов под озимые и яровые, многолетние насаждения. Находят физическую площадь полива всех культур по системе в целом за каждую декаду и нарастающим итогом за вегетацию, колочество проведенных гектарополивов в такой же последовательности.
Лекция 7.
Реализация планов системного водораспределения.
Пуск воды в оросительную систему.
При выполнении системных планов водораспределения выделяют предпусковой, пусковой и поливной периоды.
В предпусковой период подготавливают систему к пуску воды и поливному периоду.
Пусковой период (пуск воды в оросительную систему) – ответственное мероприятие, основные положения которого излагают в приказе по управлению оросительных систем с обязательной информацией хозяйств-водопользователей. Пуск воды в каналы разделяют на два этапа: первый – заполняют каналы межхозяйственных сетей, второй – воду воду подают в хозяйственную сеть. Воду в каналы пускают постепенно, дискретно увеличивая расход от начального до расчетного.
Водооборот – это очередное пользование водой. На оросительных системах его вводят при недостатке воды в водоисточнике и невозможности увязки баланса по системе даже при уменьшении водопотребления культур до 25%.
Наиболее простая и практически выполнимая схема очередного водораспределения – двух- и трехтактный водооборот. Принцип этой схемы заключается в очередной подаче воды на распределительные узлы, которые группируются в две или три очереди. В каждую группу распределительных узлов воду подают пропорционально плановой подаче воды при распределении ее непрерывном потоком. При двухтактном водообороте продолжительность подачи воды каждой очереди составляет 3-5 суток.
Порядок проектирования водооборота следующий.
оросительную систему разбивают на группы эксплуатационных участков, получающих воду в один такт водооборота. При этом должны быть выполнены следующие условия:
максимальная пропускная способность каналов одной группы должна обеспечить пропуск форсированных расходов при водообороте;
расположение участков в группе должно быть компактным;
действующая длина каналов должна быть наименьшей;
расходы воды отдельных групп должны быть по возможности равными.
определяют КПД каналов между участками и вычисляют суммарный расход каждой группы, который должен быть пропорционален расходу участка при непрерывном вододелении.
продолжительность каждого такта водооборота определяют по формулам
Эффективность планового водопользования оценивают системой технико-экономических показателей, которые определяют как для оросительной системы в целом, так и отдельных орошаемых хозяйств и водопользователей и подразделяют на оперативные и итоговые.
Оперативные показатели позволяют систематически оценивать ход планирования водопользования для суток, декад, месяцев.
Итоговые показатели оценивают эффективность водопользования за год с учетом результатов сельскохозяйственного производства. К оперативным показателям относят физическую площадь полива, гектарополивы, водоподачу на орошение, в том числе в расчете на га, КПД оросительной сети η, коэффициент обеспеченности водой культур η вк, коэффициент использования воды на поле η п, общий коэффициент полезного использования оросительной воды η ос , η ох.
Итоговые показатели деятельности производственной единицы за год включает весь перечень оперативных и дополнительно следующие: расчетную и фактическую оросительные нормы; себестоимость водоподачи; себестоимость полезно используемой воды; эффективность использования орошаемого гектара; эффективность использования оросительной воды; срок окупаемости основных фондов.
Себестоимость водоподачи, р/м3,
Себестоимость полезно используемой воды, р/м3,
Эффективность использования орошаемого гектара р/га,
или
Эффективность использования оросительной воды, р/га,
или
Планирование водопользования проводят исходя из условий по возможности забора воды из источника и природно-климатических условий. Принципы планирования формируются по двум вариантам:
Бездефицитный принцип планирования – оптимальные нормы биологической потребности в воде.
Планирование водопользования при наличии дефицита оросительной воды.
Основные задачи (функции) двухуровневой системы управления: текущее планирование водопользования и водораспределения, оптимизация подачи воды.
Задача текущего планирования – планирование внутри хозяйственного водопользования, водораспределение, забор воды.
Задача оперативного планирования – планирование водопользования по хозяйству, комплектование планов полива, координация поливов, возможности транспортировки воды, планирование водопользования, планирование забора воды.
Цель планирования – получение запланированных урожаев, выполнение технологии поливов, минимизация потерь воды.
Существует классификация систем по структуре их действий и реализуемых качеств управления: централизованные системы; централизованные с системой связи непосредственно с хозяйствами; смешанные; децентрализованные системы.
Применение соответствующей системы управления зависит от состояния исходной информации, обеспеченности хозяйств необходимой мелиоративно-технической базой, поставленных целей и задач, наличие необходимой связи.
Лекция 8
Улучшение использования водных ресурсов при водопользовании.