3 kurs lekcii

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА 1»


Кафедра мелиорации, водоснабжения и геодезии

Черемисинов А.Ю.
ЧАСТЬ 2
МЕЛИОРАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ
Курс лекций


Разрушенный агроландшафт в Центральном Черноземье. Апрель, 2000 г.

Воронеж 2011




СОДЕРЖАНИЕ

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕЛИОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ....
3

2 ОСНОВЫ ГИДРОЛОГИИ .
6

3 РОЛЬ ПОЧВ В МЕЛИОРАЦИИ ...
8

4 ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ ..
9

5 РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР .....
12

6. ОРОСИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ
15

7 ОРОСИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ .
24

8 ОСУШИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ....
28

9 ОСУШИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ...
32

10 ИСТОЧНИКИ ВОДЫ. МЕСТНЫЙ СТОК.....
41




























Если наличие какого-либо из факторов необходимых для развития растений и поддержания высокого плодородия почвы не обеспечивается в силу естественных природных условий, оно должно быть обеспечено человеком путем соответствующего изменения этих условий, что достигается или восполнением недостающих факторов роста, или устранением причин, вызывающих их недостаток.
А.Н. Костяков - основоположник мелиоративной науки



1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕЛИОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ

1.1 Предмет, объект и классификация мелиораций

Известно, что земля постоянно нуждается в улучшении. Российский крестьянин испокон века борется с засухами и суховеями, с болотами и наводнениями, с наступающими на пашню кустарниками и лесом, с кислотностью и засоленностью почвы, водной и ветровой эрозией, приводит в порядок неудобные, малопригодные и деградирующие земли. Вся история России – это борьба с последствиями неурожаев и голодом. Многовековой опыт показал, что простого приспособления к природным условиям недостаточно, необходимы «земельные улучшения» (так в XIX веке называли мелиорацию).
Слово "мелиорация" происходит от латинского "melioratia" - улучшение.
Сельскохозяйственная мелиорация - это комплекс технических, организационно-хозяйственных мероприятий, направленных на улучшение неблагоприятных природных условий и повышение плодородия почв с целью получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур.
Предметом сельскохозяйственной мелиорации является целенаправленная деятельность человека (мелиоративные воздействия), направленная на улучшение или сохранение потребительских свойств окружающей природной среды.
Объектом мелиорации являются компоненты окружающей природной среды, связанные с выращиванием сельскохозяйственных культур. Это: почва, почвенное плодородие, вода, водные объекты, воздух и воздушная среда, микроклимат, ландшафт.
К мелиоративным воздействиям относятся: изменения, восстановления, регулирование тех или иных характеристик объектов мелиораций в пределах их экологических ограничений.
Классификация мелиораций. Сегодня нет единой классификации мелиораций, так как ухудшение экологии в результате человеческой деятельности требует все новых видов улучшения. Академик РАСХН Б.С.Маслов приводит более 80 видов только земельных улучшений. Профессор В.Н.Шкура насчитывает более 400 видов мелиораций. Федеральный закон "О мелиорации земель" дает следующую классификацию мелиораций, табл.1.1:
Таблица 1.1 - Типы и виды мелиорации земель
Типы
Виды
Задачи

Гидромелиорация
(водная мелиорация)
Оросительная,
осушительная,
обводнение
и т.д.
Улучшение засушливых, переувлажненных и др. земель путем регулирования водного, воздушного, теплового и др. режимов почв

Агролесомелиорация
Противоэрозионная, полезащитная и т.д.
Улучшение земель посредством почвозащитных, водорегулирующих и иных свойств защитных лесных насаждений

Культуртехническая
Расчистка земель, планировка и т.д.
Первичная обработка почвы

Химическая
Известкование, гипсование почв и т.д.
Улучшение химических свойств почв

Сельскохозяйственная мелиорация улучшает водный режим почв, а также тесно связанные с ним режимы воздушный, тепловой и питательный, создавая при этом благоприятные условия для роста и развития культурных растений. За счет этого повышается урожайность культур. Все виды мелиораций влияют на микроклимат мелиорируемых площадей, водно-солевой состав почвы и другие компоненты окружающей среды.
Наибольшей эффективности мелиорация достигает при комплексном применении, когда сочетаются 2, 3 и более видов мелиораций. При этом необходим высокий уровень агротехники и общей культуры земледелия. Мелиорация повышает в 2-3 раза продуктивность сельскохозяйственных угодий, сохраняет и улучшает окружающую среду и преобразует экономику целых регионов.
С позиций экологии сельскохозяйственные мелиорации рассматриваются как геоэкотехническая система. В целом это сложная, целостная и взаимосвязанная экосистема, функционирующая и управляемая человеком в с-х целях.
Задачи сельскохозяйственной мелиорации - повышение продуктивности и устойчивости земледелия, обеспечение гарантированного производства сельскохозяйственной продукции на основе сохранения и повышения плодородия земель, а также создания необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель и формирования рациональной структуры земельных угодий.
Мелиорация тесно связана с науками: гидравликой, гидрологией, метеорологией, почвоведением, растениеводством и др.
Мелиорации обладают длительным и продолжительным эффектом, они прочно и коренным образом улучшают природные условия произрастания сельскохозяйственных культур и сохраняют свое действие в течение многих лет. Долголетие - это основной признак отличающий мелиорации от других сельскохозяйственных мероприятий. Поэтому, мелиорации относятся к разряду капитальных мероприятий. Сельскохозяйственные мелиорации дополняются мероприятиями по охране природы и рациональному использованию мелиорируемых земель.

1.2. Потребность в мелиорации по климатическим зонам

Климатические зоны. Рассмотрим основные климатические зоны, передвигаясь с севера на юг европейской части России, и распределение по ним основных характеристик климата (ФАР, сумму температур воздуха и сумму осадков за вегетационный период, суммарное испарение с сельскохозяйственных полей, рис.1.2).
Влажная мерзлотная зона (тундра и тайга). В этой зоне в минимуме находится температура. Невысокое испарение, даже и при небольшом количестве осадков, обусловливает избыток воды в почве и ее заболачивание. Заболачиванию и неудовлетворительному тепловому режиму способствует наличие вечной мерзлоты. Благоприятным обстоятельством для ряда растений является значительная продолжительность дня летом. Многие культурные растения относятся к группе растений длинного дня, т.е. они требуют продолжительного освещения.

Тепловые
Водные
Водные
Водные
Водные

Водные
Лесомелиорации

Лесомелиорации
Тепловые

13 EMBED MSGraph.Chart.8 \s 1415
Почвы
Глеевые, подзолы
Дерново-подзолистые
Черноземы оподзоленные. выщелоченные
Черноземы обыкновенные, южные; каштановые
Светло-каштановые, серобурые

Горизонт гумуса, см
8
55
89
55
8


Рис. 1.2. Климатические зоны, их потребность в мелиорациях

Мелиорации в этой зоне направлены на улучшение теплового режима и аэрации почв. Водные мелиорации по сравнению с тепловыми имеют второстепенное значение. Улучшение водного режима здесь будет достигнуто в результате тепловых мелиораций.
В зоне избыточного увлажнения (лесная зона) требуется удалить избыток влаги интенсификацией испарения и стока. Повышение испарения может быть достигнуто увеличением площади под растениями, имеющими высокую испаряющую способность. Осушение избыточно увлажненных территорий производится проведением инженерных мероприятий (осушение и пр.). Неумеренная рубка, лесные пожары сдвигают границу тундры на юг за счет лесной зоны. Необходимо облесение этих участков. Повышение транспирации в таежной зоне благоприятно сказывается на влагообороте соседних, менее обеспеченных влагой зон. Осушенные болота и заболоченные почвы требуют ряда специфических приемов возделывания сельскохозяйственных растений, которые объединяются под термином «культуры болот» и являются характерными для рассматриваемой зоны.
Переменно влажная зона (лесостепная) отличается неустойчивым увлажнением и в известной мере является промежуточной между зонами избыточно влажной и полусухой, поэтому и мелиоративные мероприятия, необходимые в переменно влажной зоне, отличаются некоторой пестротой. Наряду с мероприятиями по удалению избытка влаги (осушением) здесь могут иметь место и оросительные мероприятия, особенно для наиболее ценных технических культур.
Полусухая зона (степная). Основным мероприятием в этой зоне является борьба с недостатком влаги. Мероприятия по сбережению атмосферных осадков во многих случаях уже оказываются недостаточными, приходится прибегать к орошению. Лесоразведение целесообразно в форме полезащитного, полосного, лесоразведение массивами - в отдельных случаях при облесении водоразделов. Большое значение, особенно в южной части зоны, имеет мелиорация засоленных почв (солонцов и в несколько меньшей степени солончаков). Существенное значение имеют меры борьбы с эрозией и дефляцией.
Сухая зона (пустынная). В этой зоне еще больше, чем в предыдущей, возрастает роль орошения.
На рис. видна граница, разделяющая зону, где осадки преобладают над испарением, и зону, где испарение преобладает над осадками. Эти две зоны имеют названия:
гумидная зона (избыточно влажная), где основное назначение мелиорации – удаление избыточных почвенно-грунтовых вод путем осушения с помощью осушительных и осушительно-увлажнительных систем;
аридная зона, где растения страдают от недостатка влаги в почве. Здесь применяют орошение с помощью оросительных систем. В пустынных, полупустынных и степных районах, где развито животноводство, проводят обводнение пастбищ.
Оценка потребности в мелиорации. Потребность в различных видах мелиорации в любой климатической зоне может быть определена через различные оценочные климатические показатели (табл. 1.2).
Таблица 1.2 - Показатели увлажнения территории
Авторы
Зависимости

Г.Т. Селянинов
ГТК = 10
·Pв/
·t

Н.Н. Иванов
К =
·P/
·E

М.И. Будыко
К = R/L
·P

А.Н.Костяков
К = (1-()P/E

Д.И. Шашко
Md =
·P/
·d

где
·P - сумма осадков за год, мм;

·Pв- сумма осадков за период вегетации, мм;

·t - сумма температур за период вегетации,°С;

·d - сумма дефицитов влажности воздуха за год;
R - радиационный баланс за год;
L - скрытая теплота испарения;
( - коэффициент стока;
E - водопотребление сельскохозяйственных культур, мм.

Исследования кафедры мелиорации ВГАУ (А.Ю. Черемисинов, 1986) позволили дать оценку территории Центрального Черноземья по условиям влагообеспеченности и потребности в гидромелиорациях (табл. 1.3).
Таблица 1.3 - Потребность в гидромелиорациях в ЦЧР
Области
Орошение
Агромероприятия
Достаточное естествен. увлажн.
Осушение


постоянное
периодическое




Тамбовская
24
40
25
10
1

Липецкая
12
37
34
16
1

Курская
7
22
36
30
5

Белгородская
28
38
24
10
-

Воронежская
35
35
21
8
1

Среднее по ЦЧЗ
22
34
27
16
1

Из таблицы видно, что потребность в гидромелиорациях для областей крайне неравномерна.
2 ОСНОВЫ ГИДРОЛОГИИ

2.1. Влагооборот и водный баланс территории

Природная вода под влиянием солнечной радиации и силы тяжести совершает непрерывный круговорот (влагооборот) между гидросферой, литосферой и атмосферой.
Водяной пар поступает в атмосферу путем испарения с поверхности воды и земли, а также транспирации растениями. Затем пар конденсируется образуя облака и туманы. Вода, в жидком или твердом состоянии выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на поверхность земли, называется осадками. Осадки выпадают в виде дождя, снега, града, инея, изморози. Выпавшие осадки частично вновь испаряются, частично образуют временные и постоянные водотоки и водоемы, частично профильтровываются через почву в толщу зоны аэрации и накопляют подземные воды.
Совокупность водоемов и водотоков (в том числе болот и других водных объектов) в пределах какой - либо территории называется гидрографической сетью.
Различают следующие виды круговорота:
Мировой, когда водяной пар, испарившийся с поверхности океанов и морей переносится на материки, выпадает в виде атмосферных осадков и возвращается в океан стоком.
Внутриконтинентальный ( местный ) круговорот, когда вода испаряется с поверхности суши и вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков. Чем интенсивнее местный влагооборот, тем влажней климат данной территории.
Водный баланс – это соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранный интервал времени для рассматриваемой территории. В пределах геологической эпохи количество воды постоянно (вода не прибывает и не убывает)
Р = Е + S,
где Р - осадки всех видов; S – сток; Е – испарение.
Сток – количество воды, стекающее с водосбора (поверхностный по водосбору, подземный – внутри толщи земли) за определенное время. Выражается объемом, модулем и слоем стока.
Водные балансы различных территорий приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1 - Водные балансы различных территорий
Регионы
Площадь, тыс. км2
Элементы водного баланса



Р, км3
S, км3
E, км3
P, мм
S, мм
E, мм

Российская Федерация
16905
9553
3977
5676
571
235
336

Центральное Черноземье
167,7
105
16,7
88,3
627
100
527

Воронежская область
52,4
31,4
3,75
27,6
600
72,0
528


Для агроэкосистем уравнение водного баланса имеет вид (рис. 2.2). Поливная вода (М) является мелиоративным воздействием на агроэкосистему для подержания почвенной влаги (W) на необходимом уровне, наиболее оптимальном для роста растений.










Приход воды
Расход воды

P + M + U = Eи + Eт + U + W + S

Осадки
Поливная вода
Подпитывание водами
Испарение из почвы
Транспирация растением
Инфильтрация в нижние слои
Влагозапасы в почве
Сток

Рис. 2.1. Схема водного баланса

Таким образом, искусственно за счет управления изменяется соотношение между составляющими водного баланса.
Средний многолетний годовой водный баланс почв количественно характеризует тип водного режима.

3 РОЛЬ ПОЧВ В МЕЛИОРАЦИИ

3.1 Водный режим почв и его типы

Водный режим почв - это изменения во времени общего и послойного содержания влаги в почве. Он зависит от климатических, почвенных, гидрологических, хозяйственных, агротехнических и других условий. Вместе с тем, водный режим почвы оказывает влияние на все остальные режимы: воздушный, тепловой, питательный, солевой и др. Он поддается типизации.
В зависимости от соотношения приходящих осадков и расходуемого испарения различают 6 типов водного режима почв:
1.Мерзлотный тип водного режима наблюдается там, где распространена многолетняя мерзлота. Характеризуется постепенным оттаиванием почвы сверху вниз, над мерзлым слоем образуется водоносный горизонт–мерзлотная почвенная верховодка. Содержащаяся в ней влага расходуется на испарение. Осенью почва сверху замерзает, причем мерзлота смыкается с вечномерзлотным слоем. Мерзлотный тип встречается в таежно-лесной зоне.
2. Промывной тип водного режима отмечается в областях, где средняя годовая сумма осадков превышает среднюю годовую испаряемость. При этом режиме характерно ежегодное (одно- или многократное) сквозное промачивание почвенно-грунтовой толщи до грунтовых вод (преимущественно весной, во время снеготаяния).
Промывной тип характерен для таежно-лесной зоны, где средняя годовая сумма осадков превышает среднюю годовую испаряемость и почва ежегодно (преимущественно весной) во время снеготаяния промывается до грунтовых вод.
3. Периодически промывной тип водного режима наблюдается в областях, где средняя годовая сумма осадков приблизительно равна средней испаряемости. Для него характерно неежегодное сквозное промывание почвенно-грунтовой толщи (обычно однократное).
Периодически промывной тип встречается в лесостепной зоне на серых лесных почвах, черноземах оподзоленных и выщелоченных. Промывание толщи почв происходит периодически.
4. Непромывной тип водного режима распространен там, где средняя годовая сумма осадков существенно меньше средней испаряемости. Почва не промачивается до грунтовых вод, на некоторой глубине формируется мертвый горизонт с постоянностью, близкой к влажности завядания растений. Промывание почвенной толщи происходит лишь на некоторую глубину (1 - 2 м), ниже залегает непромачиваемый слой с постоянной низкой влажностью. Промываемый горизонт к осени обычно иссушается до влажности завядания.
Этот тип водного режима распространен в степной и пустынно-степной зонах. Непромывной тип водного режима характерен для черноземов степей, каштановых и бурых почв, сероземов.
5. Выпотной тип водного режима создается в областях, где годовая испаряемость значительно превышает годовую сумму осадков и близко к дневной поверхности подходят грунтовые воды. В связи с этим здесь грунтовые воды поднимаются к поверхности и частично испаряются. Если грунтовые воды засоленные, неизбежно засоление почвенной толщи солями, которые содержатся в грунтовых водах.
6. Деструктивно-выпотной тип водного режима близок к выпотно-му, но грунтовые воды и их капиллярная кайма залегают глубже. Расход воды из них идет путем потребления влаги из капиллярной каймы корнями растений.
Типы водного режима в значительной степени зависят от растительности, обусловливающей испарение значительной части влаги из почвы, рельефа, влияющего на перераспределение атмосферных осадков на поверхности почвы, и механического состава материнских пород, от которых зависит водопроницаемость и влагоемкость.

3.2 Водные свойства почв

Воды зоны аэрации (содержащиеся в почве) изучают наиболее тщательно, так как все мелиоративные мероприятия направлены на управление водным режимом именно в этой зоне. При помощи гидромелиорации регулируют влажность корнеобитаемого слоя почвы, добиваясь оптимальной для роста и развития данной сельскохозяйственной культуры.
Подвижность почвенной влаги положена в основу выделения ее категорий и форм. Различают следующие категории почвенной влаги:
кристаллизационную,
2) твердую (лед),
3) парообразную,
прочносвязанную,
рыхлосвязанную,
свободную.
Величины влажности, при которых происходят более или менее резкие изменения подвижности почвенной влаги, называются почвенно-гидрологическими константами (ПГК). Выделяют следующие основные почвенно-гидрологические константы:
Максимальная гигроскопичность (МГ) – влажность, включающая прочносвязанную влагу и часть рыхлосвязанной.
Влажность завядания (ВЗ), которая зависит не только от характера почвы, но и от вида растения. Эта величина характеризует физиологическую доступность почвенной влаги. Обычно ВЗ=(1,2-1,7)МГ.
Влагоемкость характеризует способность почвы удерживать влагу. Различают несколько видов влагоемкости, основными из которых являются наименьшая, капиллярная и полная.
Наименьшая влагоемкость (НВ) (предельно полевая влагоемкость ППВ)– это наибольшее количество влаги, которое почва может удержать после стекания гравитационной воды в подвешенном состоянии (без влияния капиллярной воды). При наименьшей влагоемкости в почве содержится максимальное количество воды, доступной для растений, так как водой заполнено 50–70 % пор почвы.
Полная влагоемкость (ПВ)– наибольшее количество влаги, которое может находиться в почве.
Капиллярная влагоемкость (KB) – количество влаги, удерживаемое почвой в капиллярной кайме.
Влагоемкость почвы зависит от механического состава, содержания гумуса и структуры. Суглинистые и глинистые почвы имеют наибольшую влагоемкость по сравнению с почвами супесчаными и песчаными. Почвы, богатые гумусом, структурные, способны удерживать влаги больше, чем бесструктурные и слабогумусированные. Сельскохозяйственные культуры неодинаково требовательны к содержанию влаги в почве. Наилучшие условия для роста зерновых культур создаются при влажности почвы 30– 50 %, для зерновых, бобовых–50–60, корнеплодов и технических культур – 60–70, луговых трав – 80–90 % полной влагоемкости.
Запасы воды в почве(W, м3/ га), используемые растением за вегетацию из активного слоя почвы (h), определяются по формуле
W=h·d·(НВ((нач - (кон)
где h - глубина активного слоя почвы; d - объемная масса, т/м3;
(нв - наименьшая влагоемкость, %; (нач, (кон - уровни увлажнения в начале и конце периода, %.

4 ВОДНЫЙ РЕЖИМ РАСТЕНИЙ
4.1 Требования растений к водно-воздушному режиму

1. В период вегетации растение потребляет огромное количество воды (99,8%) на транспирацию (испарение воды через листовую поверхность) и только 0,2% – на построение своих органов. Вода поступает из почвы в растение через его корневую систему. В растении идет постоянный ток воды от корней к листьям. Поэтому в почве всегда должен быть достаточный запас продуктивной влаги. Для удовлетворения этого требования влажность почвы должна быть всегда близка к НВ.
2. Вместе с водой в почве должен быть и кислород, который непрерывно расходуется на дыхание корней растений и аэробных бактерий, на окислительные процессы, происходящие в почве. Огромное количество аэробных бактерий разлагают органические вещества в почве на минеральные соединения, необходимые для питания растений. Таким образом, необходим постоянный приток воздуха в почву.
3. Водный, воздушный и пищевой режимы почвы взаимосвязаны и наиболее благоприятны для растений тогда, когда в почве все капиллярные поры заполнены водой, а некапиллярные поры заняты воздухом. Но из почвы вода постоянно расходуется на испарение с поверхности и транспирацию, поэтому соотношение в почве воды и воздуха постоянно меняется. Но влажность почвы в условиях орошения не должна опускаться ниже минимально допустимой (табл. 4.1), при которой начинает замедляться накопление растительной массы.
Таблица 4.1 - Минимально допустимая влажность почвы, % НВ
Культура
Для незасоленных почв
Для слабозасоленных почв


тяжелых
легких
тяжелых
легких

Многолетние травы
70–75
65-70
75–80
70–75

Зерновые
65–70
60–65
70–75
65-70

Кукуруза
65–70
60–65
75–80
70–75

Корнеплоды
70–75
65–70
75–80
70–75

Картофель
65–75
60–70
75–80
70–75

Овощные культуры
75–80
70–75
80–85
75–80

Примечание. Легкие почвы - супесчаные, легкосуглинистые; тяжелые – среднесуглинистые, тяжелосуглинистые и глинистые.
Чем тяжелее почва, тем больший процент воды недоступен для растения и тем меньше воздуха в почве остается после полива. В песчаных, супесчаных и суглинистых почвах за верхний предел влажности обычно принимают НВ, при которой объем воздуха в них вполне достаточен для нормального развития и роста всех культур.
4. Каждое растение предъявляет требования к температурному режиму почвы и воздуха. На прохождение каждой стадии развития растению требуется определенная сумма среднесуточных температур при наличии в полной мере других факторов жизни. Повышение температуры почвы задерживает рост корней, уменьшает растворимость кислорода в воде и в итоге снижает урожай. Поэтому условия внешней среды должны соответствовать биологии развития растений.

4.2 Водопотребление сельскохозяйственных культур

Получение высоких гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур возможно при большом водопотреблении сельскохозяйственных культур.
Водопотребление (Е) (эвапотранспирация, суммарное испарение) - количество воды, используемое сельскохозяйственной культурой для получения планируемого урожая.
Водопотребление поля, занятого сельскохозяйственной культурой, расходуется на транспирацию (Ет) и испарение почвы (Еп)
Е = Ет+Еп
На испарение с поверхности почвы действуют только факторы внешней среды, а транспирация обусловливается взаимным влиянием внешних и внутренних факторов растений. Определить доли транспирации Ет и испарения почвы Еп в водопотреблении сложно, поэтому их обычно определяют как единое целое.
Водопотребление находится в прямой зависимости от климатических, гидрогеологических и хозяйственных условий, биологических особенностей культуры, ее урожайности, способа гидромелиорации и играет важную роль в формировании водного баланса поля, являясь основной расходной статьей баланса.
Существуют следующие методы определения водопотребления:
методы непосредственных полевых измерений;
расчетные методы;
эмпирические зависимости.
Метод водного баланса (МВБ) основан на уравнении водного баланса поля. Он дает достаточно надежные данные и применяется в случае глубокого (5-10 м) залегания уровня грунтовых вод. Тогда влагообменом между грунтовыми и почвенными водами можно пренебречь. Этим методом можно вычислять декадное и месячное водопотребление растений для однородных почв с погрешностью 10-12%, а для неоднородных около 15%. Недостаток этого метода - в его трудоемкости и не оперативности. Он дает лишь осредненную величину водопотребления, не выявляя его зависимости от других факторов.
Разновидности МВБ – методы испарителей и лизиметров. Метод испарителей базируется на использовании цилиндрических сосудов высотой 1-1,5 м и площадью поперечного сечения 500... 3000 см2 с водонепроницаемыми дном и стенками; предназначен для определения водопотребления из расчетного слоя почвы. В сосуды помещают почвенные монолиты. Испарители применяют на орошаемых массивах с глубоким (5-10 м) залеганием грунтовых вод, так как в этом случае исключается вертикальный влагообмен в почве.
Метод лизиметров в отличие от метода испарителей учитывает вертикальный влагообмен в монолите. Лизиметр представляет собой сосуд круглого или прямоугольного сечения высотой 1-2,5 м и площадью поперечного сечения от 100 см2 – для зерновых культур, до 10000 см2 – для хлопчатника. В лизиметрах автоматически поддерживается расчетная глубина грунтовых вод.
Недостаток метода водного баланса заключается в том, что он не выявляет зависимости Е от теплоэнергетических, метеорологических и других факторов жизни растений. Этих недостатков позволяет избежать метод теплового баланса (МТБ).
Метод теплового баланса основан на использовании уравнений теплового баланса поверхности земли с учетом тепло- и водообмена в приземном слое воздуха. Он позволяет получать величины за короткие отрезки времени и в сочетании с методом водного баланса удобен для изучения водопотребления.
Радиационный баланс R непосредственно измеряют в полевых условиях на актинометрических станциях или теплобалансовых установках при помощи балансомеров. При расчете используют данные о температуре почвы, которую периодически замеряют на разных глубинах. Турбулентный поток тепла Р находят с учетом разности температур, влажности воздуха и скорости ветра на поверхности почвы и на высоте 2м.
МТБ в настоящее время принят за эталонный при измерении водопотребления сельскохозяйственных культур.
Эмпирические методы основаны на установлении корреляционных зависимостей между испарением и одним или группой метеорологических показателей.
Впервые формулу для определения водопотребления предложил А. Н. Костяков
Е=КУ,
где К – коэффициент водопотребления, м3/т;
У – планируемая урожайность, т/га.
О потреблении и эффективности использования воды растениями судят по коэффициенту водопотребления.
Коэффициентом водопотребления называют количество воды, м3, расходуемое на испарение с поверхности почвы и транспирацию для образования 1 т товарной продукции (зерна, хлопка-сырца, плодов, фруктов, клубней картофеля, сена). Этот коэффициент определяется из уравнения:
Величина коэффициента водопотребления одной и той же культуры колеблется в больших пределах; минимальное значение получается при благоприятном сочетании всех факторов жизни растений, при нарушении этого сочетания он увеличивается. В производственных условиях, чем выше плодородие почвы и агротехника возделывания культуры в хозяйстве, тем выше урожай, тем ниже эти коэффициенты, и наоборот. Получить его достоверные значения для всех районов практически очень трудно. Из-за отсутствия соответствующих коэффициентов этим методом нельзя определить величину водопотребления в засушливые годы, а также в отдельные периоды (фазы) развития растений.
Поэтому в последние годы широкое распространение получил биоклиматический метод А.М. и С.М. Алпатьевых:
В таблице 4.2 приведены расчетные формулы, имеющие следующие обозначения:
Таблица.4.2 - Расчетные методы определения водопотребления (Е)
Методы, автор
Вид зависимости

Теплового баланса
Е = (R - B - P')/ L

Водного баланса
Е = P + M + Wп + Wгр

А.Н. Костякова
Е = Кв У

Н.Н. Иванов
Е = 0,0018(100 - f)(25 + t)2

А.М. Алпатьев
Е = Кб
·d

Л. Тюрк
Е = 0,13(t+50) t/(t+15)

L - скрытая теплота испарения;
R - радиационный баланс;
B - тепло, идущее на нагревание почвы;
Р' - турбулентный поток;
У - планируемая урожайность сельскохозяйственных культур;
М - оросительная норма;
Wп - количество воды, используемое растением из почвы;
Wгр - подпитывание грунтовыми водами;
Р - осадки за расчетный период;

·t - сумма среднесуточных температур;

·d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха;
f - среднесуточная относительная влажность воздуха;
Кб - биоклиматический коэффициент;
Кв – коэффициент водопотребления.
Ни один из рассмотренных выше методов не может считаться универсальным. Каждый из них пригоден лишь для конкретных природо-хозяйственных условий, для которых получены эмпирические коэффициенты, входящие в эти зависимости или сами зависимости.
Многолетние исследования кафедры мелиорации ВГАУ (А.Ю. Черемисинов, И.П. Землянухин, С.П. Бурлакин, Н.А. Черемисинова) .показали, что для условий ЦЧР наиболее применим биоклиматический метод.

5 РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

5.1 Режим орошения
Режим орошения – это совокупность оросительной и поливных норм, числа и сроков поливов.
При проектировании режима орошения определяют водопотребление (суммарное испарение), оросительные и поливные нормы, сроки и число поливов каждой культуры севооборота, составляют график гидромодуля и согласовывают режим орошения с режимом водоисточника.
Режим орошения должен обеспечивать в почве оптимальный водный, воздушный и связанный с ними питательный и тепловой режимы, не допускать подъема грунтовых вод и засоления почвы.
Режим орошения зависит от характера сельскохозяйственных растений, метеорологических условий года, свойств почвы, организационно - хозяйственных условий.



5.2 Оросительная и поливная нормы
Определение оросительной нормы. Для получения дополнительной продукции растениеводства и покрытия дефицита водного баланса агроэкосистемы, необходимо дополнительное количество воды - оросительная норма.
Оросительной нормой (М) называется количество воды, подаваемое при орошении за весь оросительный период на 1 га орошаемой площади.
Ее величину можно определить по методу балансовых расчетов (обозначения в формулах см. на стр. 28):
М = КвУ - ( Р + W + Wгр), м3/га.
Полученные результаты округляются до целого числа, кратного 100. Для условий ЦЧР оросительные нормы колеблются как по годам, так и по культурам - от 800 до 3000 м3/га.
Сумма оросительных норм за вегетацию составит потребность в воде на орошение из водоисточника.
Поливная норма - количество воды, подаваемое на 1 га за один полив. Измеряется в м3/га или мм.
Определяется по формуле:
m=100hd((нв-(o), м3/га
где h – расчетный (активный) слой почвы, м;
d – объемный вес расчетного слоя почвы, т/м3;
( - влажность расчетного слоя почвы после полива (% от НВ);
(o - нижняя граница оптимального увлажнения, % зависит от культуры и мехсостава почвы.
Величины поливных норм принимаются кратными «50» и на черноземах колеблются от 300 до 550 м3/га
Сумма поливных норм для одной культуры за вегетационный период составляет оросительную норму М = (m.
Величина поливных норм при поливе дождеванием рекомендуется для освежительных поливов 50 – 100 м3/га, посадочных и послепосевных– 100–150, вегетационных–300–600 м3/га.
Нормы влагозарядковых поливов при глубоком залегании грунтовых вод принимают для легких и средних почв от 1000 до 1500 м3/га и для тяжелых почв– 1500– 2000 м3/га.
Все поливные нормы проверяются как эрозионно допустимые.
Число поливов. При одинаковых величинах поливных норм число поливов равно:
N = M/m,
где М – оросительная норма, м3/га; m– поливная норма, м3/га.
Сроки полива назначают такие, при которых получаются наиболее высокие урожаи, то есть сроки полива должны обеспечить оптимальный водный режим почвы для каждой культуры в конкретных условиях их выращивания.
В течение вегетации потребность растений в воде различна. У каждого из них есть определенные фазы развития, которые являются критическими по водопотреблению, когда растения очень чувствительны к дефицитам воды .
Поэтому в течение вегетации поливов должно быть несколько и их сроки устанавливаются разными методами: по фазам вегетации растений, изменению величины почвенной влажности, по дефициту водного баланса, расчетными методами.
В хозяйствах ЦЧР оптимальная продолжительность поливов для овощных культур 4-5 суток, зерновых 5-8, трав 5-7.

5.3 Графики оросительного гидромодуля
Графики гидромодуля. Режим орошения одной культуры можно представить в виде графика гидромодуля.
Гидромодуль - количество воды (удельный расход), подаваемое на единицу площади севооборота в единицу времени при орошении (q).
q=(m/86,4 t, л/с га,

где ( - доля площади культуры в севообороте, m - поливная норма, м3/га; t - продолжительность полива, сут.
На графике площадь каждого прямоугольника представляет собой объем воды, которую подают на один полив всей площади, занимаемой культурой в севообороте. На графике также видны начало и конец каждого полива и межполивные периоды.
Если на таком графике начертить режим орошения всех культур севооборотного участка, то получится неукомплектованный график режима орошения культур севооборота.
По неукомплектованному графику гидромодуля сельскохозяйственные культуры не поливают в следующих случаях:
требуемые для полива расходы воды очень неравномерны;
строительство оросительной системы на максимальный расход по неукомплектованному графику гидромодуля ведет к значительному увеличению строительных работ и капитальных вложений, к удорожанию эксплуатации и ухудшению мелиоративного состояния орошаемых земель;
в соответствии с колебанием ординат гидромодуля должно изменяться число поливальщиков, дождевальных машин и пропашных агрегатов для своевременной послеполивной культивации.
Таким образом, полив по неукомплектованному графику экономически невыгоден и технически неприемлем. Если его выровнять путем заполнения понижений и удаления пик, то получится укомплектованный график режима орошения культур (график полива).


Рис. 5.1 График гидромодуля: а – неукомплектованный, б, в – укомплектованный; 1– озимая пшеница, 2 – яровая пшеница, 3 – кукуруза, 4 – пожнивная кукуруза, 5 – люцерна 1-го года жизни, 6 – люцерна 2-го и 3-го года жизни

Укомплектованный график гидромодуля. Расчетный гидромодуль получают путем укомплектования (выравнивания) графика гидромодуля. Для этого сокращают или удлиняют поливные периоды и передвигают сроки полива сельскохозяйственных культур так, чтобы уничтожить пики на графике и заполнить пробелы. Ординаты графика выравнивают с учетом предельных сроков полива орошаемых культур, режима источника орошения, техники полива и плана сельскохозяйственных работ. Если расходы водоисточника оказываются недостаточными, то прибегают к его регулированию или пересматривают севооборот для уменьшения водопотребления.
При укомплектовании графика выполняют следующие условия:
величина поливных норм не изменяется;
смещение сроков полива возможно и вправо и влево, так как поливные нормы приняты меньше максимальных на 10–20%.
При незначительном смещении сроков полива (1– 3 дня) величины поливных норм остаются без изменения, следовательно, и площади прямоугольников на графике не изменяются. Максимальное смещение сроков полива вправо ограничивается максимальной поливной нормой, влево–минимальной, технически допустимой нормой.

6 ОРОСИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ
6.1 Основные сведения об орошении
Орошение (ирригация) – это искусственное увлажнение почвы для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Из 1,5 млрд. га возделываемых во всем мире земель:
40% - в зоне засушливого климата и орошение удваивает сельхозпродукцию,
15% - в зоне полуаридного климата, где орошение утраивает объем продукции за счет повышения урожайности и расширения посевных площадей.
45 % расположены в аридной пустынной зоне, где без орошения земледелие невозможно.
Рост орошаемых площадей в мире опережает темпы роста численности населения, см. рис.
Расчеты ФАО показывают, что орошаемая площадь в мире может быть увеличена до 3 раз.
Орошаемое земледелие, занимая чуть более 16 % всех обрабатываемых в мире земель, дает 2/3 мирового урожая риса, значительную часть хлопка, овощей, кормов и др.
Рост орошаемых площадей в мире несколько опережает темпы роста численности населения, рис. 6.1

Рис. 6.1. Рост орошаемых площадей в мире

По условию ведения сельского хозяйства Россия относится к странам с пониженной биологической продуктивностью. Вся западная Европа, кроме Норвегии и Финляндии, превосходят ее по биологической продуктивности. В полупустынной зоне России интенсивное ведение сельского хозяйства невозможно без орошения. Благодаря орошению засушливые районы стали цветущими оазисами, снабжая нашу страну хлопком, рисом, фруктами и другими культурами.
Степная зона отличается недостаточным количеством осадков и сильной изменчивостью их во времени; поэтому урожаи сельскохозяйственных культур сильно колеблются. Орошение, дополняя естественные осадки, позволяет получать ежегодно высокие урожаи зерновых, технических и кормовых культур, овощей, в 3-5 раз выше, чем на неорошаемых землях.




6.2 Классификация поливов
По времени проведения все поливы делят на две группы:
Вегетационные - поливы, проводимые в период вегетации поливаемой культуры.
Невегетационные - поливы, которые проводят на поле, еще не занятом сельскохозяйственной культурой.
1. Из вегетационных поливов выделяют поливы посадочные, подсадочные, подпитывающие, освежительные, увлажнительные.
Посадочный полив проводят во время посадки рассады, чем обеспечивается ее приживаемость.
Подсадочный полив проводят после посадки рассады, чем обеспечивается укоренение ранее высаженной рассады и приживаемость вновь подсаженной.
Подпитывающий (послепосевной) полив проводят вслед за посевом, с тем чтобы обеспечить своевременные и дружные всходы сельскохозяйственных культур, посеянных (посаженных) семенами.
Освежительный - полив нормой 50–100 мз/гa, проводимый при суховее или в жаркое время для понижения температуры воздуха и повышения его относительной влажности. Тургор у растений повышается, растения легче переносят воздушную засуху, в результате чего повышается урожай. Освежительные поливы применяют для овощных культур и сахарной свеклы.
2. Невегетационные поливы по назначению делят на промывочные, провокационные, предпосевные и влагозарядковые, предпахотные и др.
Промывочные - поливы, которыми удаляют из почвы (промывают вниз) излишне вредные для растений соли.
Провокационные - поливы, которыми увлажняется верхний слой почвы, чтобы спровоцировать всходы сорняков. Взошедшие сорняки уничтожают боронованием, культивацией, ядохимикатами. Провокационные поливы применяют обычно на засоренных полях перед летним посевом проса, кукурузы, летней посадкой картофеля, перед посадкой рассады поздней капусты и других поздних культур.
Предпосевные - поливы, которые проводят перед посевом сельскохозяйственных культур для обеспечения своевременных и дружных их всходов.
Влагозарядковый - полив в допосевной период – осенью, зимой, ранней весной, а также летом (под повторные культуры) – для создания запасов влаги в 1,5–2-метровом слое почвы. В засушливых районах страны влагозарядковые поливы эффективны для всех культур, но особенно для озимой пшеницы в степной зоне.
Во всех случаях влагозарядковые поливы уменьшают количество вегетационных поливов и тем самым снижают потребность в затратах труда на них, уменьшают напряженность в работе оросительных систем в первую половину вегетационного периода.
6. 3 Способы орошения
Способ поливов - это комплекс мероприятий на поле для подачи и распределения воды, увлажнения почвы.
Различают пять способов полива: поверхностный, дождевание, мелкодисперсное дождевание (увлажнение), внутрипочвенное и подземное орошение (рис. 6.2).

Рис.5. Классификация способов орошения:
а – поверхностный; б – дождевание; в – мелкодисперсное (аэрозольное) дождевание; г – внутрипочвенное орошение; д – подземное орошение (субирригация); 1– приземный слой воздуха; 2 – корнеобитаемый слой почвы; 3 – уровень грунтовых вод; 4 – водоупор

1. Поверхностный способ орошения является самым древним и наиболее распространенным. При поверхностном поливе почва увлажняется путем поглощения воды, подаваемой на поверхность орошаемого поля сплошным слоем или в виде отдельных струй. Этот способ орошения имеет четыре разновидности: по бороздам, по полосам, сплошным затоплением, выборочным затоплением (рис. 6.3).
1.2. При поливе по бороздам вода движется по нарезанным по полю углублениям (бороздам) не по всей поверхности, а только в междурядьях, при этом под слоем воды находится лишь 20-30% поверхности почвы. Увлажнение почвы между бороздами происходит путем рассасывания воды по капиллярам.

Рис. 6.3. Классификация поверхностных способов полива:
а - сплошное затопление; б - напуск по полосам; в - полив по бороздам; г - выборочное затопление

1.2. При поливе по полосам вода движется тонким слоем по поверхности выровненных длинных участков (полос) и в процессе движения впитывается в почву.
1.3. При поливе сплошным затоплением небольшой участок поля - чек, огражденный по периметру валиком, - затопляют водой, которая, находясь в состоянии покоя, просачивается в почву, увлажняя ее.
1.4. При поливе выборочным затоплением водой затапливают небольшие участки у отдельных растений, например плодовых деревьев.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Рис. 6.4
1. полив по бороздам,
2.полив по полосам,
.3 полив сплошным затоплением.


2. Дождевание способ полива, когда вода распределяется над поверхностью поля в виде дождя специальными машинами или агрегатами. Особенности дождевания: увлажняется почва, растения и приземный слой воздуха; глубина увлажнения почвы меньше, чем при поверхностном поливе; возможны частые поливы малыми нормами для равномерного увлажнение почвы.
3. Мелкодисперсное (аэрозольное) увлажнение способ орошения, сущность которого состоит в распылении поливной воды в виде мельчайших капелек, покрывающих растения. Его особенности: снижение транспирации влаги растениями; создание оптимального микроклимата вокруг растений; устранение влияния атмосферной засухи; сохранение структуры почвы.
4. Внутрипочвенное орошение осуществляется путем введения воды в пахотный слой почвы. Уменьшает испарение с поверхности почвы; сохраняет структуру почвы; поддерживает определенную глубину увлажнения почвы; обеспечивает непрерывное водоснабжение растений.
5. Подземное орошение представляет собой увлажнение активного слоя почвы путем искусственного подъема и поддержания уровня пресных грунтовых вод. Его особенностями являются: возможность использования только при безуклонном рельефе; воздействие ограничивается только почвенно-грунтовым слоем; не оказывает влияния на микроклимат поля; используется только на незасоленных с хорошими капиллярными свойствами почвогрунтах.
6.4 Техника орошения сельскохозяйственных культур
Каждому способу орошения соответствует определенная техника орошения, технология полива и устройство оросительной сети.
Техника орошения - способ переведения подаваемой воды из состояния водяного тока в оросительной сети в состояние почвенной влажности на орошаемых полях, нужной для растений.
Техника орошения должна:
осуществлять требуемый поливной режим с минимальной затратой оросительной воды, с максимальным КПД, без потерь на просачивание в глубокие слои, на испарение и сбросы:
равномерно распределять воду по полю и создавать в почве требуемую влажность;
обеспечивать высокую производительность труда, механизацию и автоматизацию полива;
не препятствовать механизации полевых работ; повышать плодородие, поддерживать комковатую структуру почвы и не допускать эрозии.
К технике орошения относят:
при поверхностном поливе - каналы, оросители, распределительные и поливные трубопроводы, валики, борозды, полосы, чеки и сооружения, необходимые для подачи, учета и сброса воды; к элементам техники поверхностного полива относят также расходы воды и длину поливной сети (борозд, полос, чеков) и др.;
при дождевании - оросительную сеть на полях, дождевальные машины, установки, аппараты и другое оборудование для полива;
при подпочвенном орошении – трубы или оросители на полях, различные увлажнители в почве, регулирующие устройства для подачи воды в увлажнители и сброса ее из них и др.;
при капельном орошении – различное оборудование для осуществления полива.
6.5 Дождевание сельскохозяйственных культур
При поливе дождеванием оросительная вода специальными дождевальными устройствами разбрызгивается под напором в воздух и падает на поверхность почвы и растений в виде искусственного дождя.
В настоящее время дождеванием поливают более 70 % орошаемых площадей. Преимущества этого способа орошения – высокий уровень механизации и автоматизации процесса полива, возможность проведения поливов на полях со сложным микрорельефом.
Устройства для полива дождеванием подразделяют на дождевальные машины, дождевальные установки и дождевальные агрегаты.
Дождевальные машины имеют самоходные опоры и могут передвигаться по полю под действием механической, электрической энергии или энергии воды в напорных трубопроводах.
Дождевальные установки не имеют самоходных опор, их перемещают по полю вручную или с помощью средств механизации.
Для образования капель дождя машины и установки оборудуют специальными дождевальными насадками и аппаратами (рис. 8).

а б
Рис. 6.5 Дефлекторная насадка для кругового полива:
1 – корпус; 2 - планка; 3 – отверстие; 4 –дефлектор; 5 – штифт
Двухсопловый среднеструйный дождевальный аппарат кругового действия (а) и трехсопловый дальнеструйный (концевой) дождевальный аппарат ДМ «Фрегат» (б)

Дождевание по сравнению с другими способами полива обладает следующими основными преимуществами: полив механизирован, затраты ручного труда сведены к минимуму; структура почвы при соответствующем качестве дождя не нарушается; поливная норма более точно регулируется в соответствии с периодами развития растений и мелиоративным состоянием земель; увлажняется не только почва, но и растения и приземный слой воздуха, что благоприятно сказывается на физиологических процессах в растениях; нет необходимости в значительных объемах планировочных работ; возможно внесение вместе с поливной водой удобрений и ядохимикатов; высоки уровень автоматизации процесса полива и коэффициенты земельного использования площади и полезного действия оросительной сети.
Основные недостатки дождевания: необходимо большое количество механической энергии для создания требуемого напора; большая металлоемкость дождевальной техники и ее несовершенство; зависимость качества полива от силы ветра.
Классификация дождевальных устройств
По способу перемещения и создаваемому напору дождевальные устройства подразделяют на дождевальные агрегаты, машины и установки.
Дождевальные агрегаты состоят из самоходной опоры и насосного агрегата, смонтированного в комплексе с дождевальным устройством.
Дождевальные машины состоят из самоходных опор, на которых смонтированы дождевальные устройства. Напор для них создает насосная станция.
Дождевальные установки не имеют самоходных опор. Вода к дождевальным устройствам подается по напорной оросительной сети насосными станциями.
По создаваемому напору дождевальные устройства могут быть низконапорными (до 30 м), средненапорными (30-50 м) и высоконапорными (50-60 м).
В зависимости от конструкции и технических особенностей дождевальных аппаратов различают три типа дождевальных устройств: короткоструйные, среднеструйные и дальнеструйные.
Короткоструйные дождевальные машины
К короткоструйным относятся дождевальные агрегаты ДДА-100М.
Дождевальные агрегаты ДДА-100М и ДДА-100МА предназначены для орошения овощных, кормовых, зерновых и технических культур и трав на участках с уклоном не более 0,003, могут быть использованы и для внесения удобрений (с поливной водой). Они смонтированы на тракторах ДТ-75М и ДТ-54А. Расход воды, подаваемой на поля ДДА-100МА, составляет 130 л/с, а ДДА-100М - 100 л/с.

Среднеструйные дождевальные машины и установки
К среднеструйным относятся дождевальный колесный трубопровод «Волжанка», дождевальные машины «Фрегат», «Днепр» и др.
Дождевальное устройство ДКШ-64 «Волжанка» состоит из двух водопроводящих трубопроводов (крыльев) диаметром 130 мм и длиной по 395,6 м, монтируемых из отдельных звеньев труб длиной по 12,6 м. На каждом трубопроводе жестко закреплены 34 металлических колеса диаметром 191 см и через 12,6 м установлены 32 среднеструйных дождевальных аппарата кругового действия с диаметром сопла 8 мм. Расход воды каждого аппарата 0,9-1,0 л/с при напоре у гидранта 30-40 м.
Дождевальная машина «Фрегат» представляет собой движущийся по кругу водопроводящий трубопровод переменного диаметра (178 и 152 мм), установленный на А-образных опорах-тележках. Трубопровод оснащен среднеструйными дождевальными аппаратами кругового действия. Вода в него поступает под напором (46-66 м) из гидрантов закрытой оросительной сети.
Под действием этого напора специальный механизм приводит в движение опорные тележки. В зависимости от выпускаемой модификации ДМ «Фрегат» (ДМУ-А и ДМУ-Б) число опорных тележек составляет 7-20, длина трубопровода - 199-572 м, забираемый расход воды - 20-90 л/с, средняя интенсивность дождя - 0,17-0,31 мм/мин, площадь, поливаемая с одной позиции, - 16-111 га. Поливную норму (100-1200 м3/га и более) регулируют изменением времени полного оборота.
Водопроводящий трубопровод установлен на высоте 2,2 м. Поэтому ДМ «Фрегат» может поливать высокостебельные культуры.
Общий уклон поля для этой машины не должен превышать 0,08, местный уклон (между опорными тележками) – 0,22. Модель ДМУ-А имеет гибкие вставки на трубопроводе, поэтому ее можно использовать и при более сложном микрорельефе.
Дождевальная машина ДФ-120 «Днепр» – фронтального действия, состоит из водопроводящего трубопровода длиной 448 м, установленного на 17 опорных тележках на высоте 2,1 м от поверхности земли.
Вода в него поступает из гидрантов закрытой оросительной сети. Расстояние между оросителями - 920 м, между гидрантами - 54 м. Напор воды у гидранта - 45 м, расход подаваемой воды - 120 л/с.
Опорные тележки имеют электрический привод и находятся на расстоянии 27 м одна от другой. В местах их расположения на трубопроводе установлены фермы-открылки длиной 13,5 м, на концах которых размещены дождевальные аппараты «Роса-3». Полив проводится позиционно (рис. 4.20). С одной позиции поливается площадь 2,5 га (460 на 54 м).
Дождевальной машиной ДФ-120 «Днепр» можно поливать зерновые, овощные, технические, ягодные культуры, многолетние травы и др.
Дальнеструйные дождевальные машины
К дальнеструйным относятся дождевальные машины ДДН-70 и ДДН-100 (рис.). Их конструкции и принцип работы аналогичны. Все оборудование смонтировано на специальной раме, навешиваемой на трактор. Привод насоса и вращение дождевального аппарата осуществляется через редуктор от вала отбора мощности трактора.
Полив проводится позиционно по кругу или сектору. Дождевальный аппарат вращается вокруг вертикальной оси, совершая один оборот за 4-5 мин. Вода забирается из открытых каналов или гидрантов закрытой оросительной сети.
Размер поля в направлении, поперечном оросителям, должен быть кратен расстоянию между ними (100-120 м). Крайние оросители нарезают от границ поля на расстоянии, равном половине расстояния между оросителями.
Схемы полива ДДН-70 и ДДН-100 приведены на рис. 14.

Рис. 14. Схемы полива дальнеструйными машинами ДДН-70 и ДДН-100:
а–по кругу; б–по сектору; 1–ороситель (временный ороситель или трубопровод); 2 – временная полевая дорога; 3 – граница поля; l – расстояние между оросителями; l1 – расстояние между позициями дождевальных машин; заштрихована площадь полива с одной позиции с учетом перекрытия дождем

Максимально допустимые расстояния между позициями дождевальных машин на оросителе и между оросителями зависят от схемы размещения стоянок на позициях. Длину оросителей принимают 500-1000 м, уклон i < 0,002. Площадь полива за сезон для ДДН-70 составляет 60-70 га ДДН-100 – 90-100 га.
Достоинства дальнеструйных дождевальных машин ДДН-70 и ДДН-100 - компактность, высокая маневренность, малая металлоемкость. Их используют для полива овощных, кормовых, технических культур, садов, лесопитомников, лугов.
6.6. Внутрипочвенное орошение
Внутрипочвенный способ полива позволяет вводить оросительную воду с некоторой глубины непосредственно в корнеобитаемый слой. При этом пахотный горизонт увлажняется за счет капиллярных сил и механизма внутрипочвенного испарения-конденсации, а поверхность почвы практически не смачивается. В трубчатых системах внутрипочвенного орошения (рис. 15) вода распределяется по полю посредством трубок-увлажнителей (перфорированных, пористых или с очаговыми увлажнителями), которые располагают через 1-3 м на глубине 0,4-0,6 м (ниже пахотного горизонта).
Рис. 15. Схема системы внутрипочвенного орошения (продольная):
1 – водоисточник; 2 – насосная станция; 3 – очистные сооружения; 4 – распределительный трубопровод; 5 – оросительный трубопровод; 6 – колодец-стояк: 7 - водоотводный аэрационный трубопровод; 8 – колодец-переключатель; 9 – увлажнительные трубопроводы

Длина трубок-увлажнителей может достигать 100-200 м и более. Если в качестве увлажнителей использовать гибкие перфорированные полиэтиленовые трубы диаметром 20-40 мм, то возможно применение бестраншейного трубоукладчика, рабочим органом которого служит нож, прорезающий щель на глубину 0,45-0,6 м.



6.7. Капельный полив
При капельном способе полива оросительная вода по густо разветвленным трубопроводам через специальные микроводовыпуски (капельницы) подается малыми расходами (каплями) в корнеобитаемую зону растений. Системы капельного орошения могут быть непрерывного и порционного действия.

Рис. 6.6 Принципиальная схема системы капельного орошения:
1 – водозаборный узел; 2 – напорообразующий узел; 3 – головная задвижка; 4 – фильтр; 5 – водомерное устройство; 6 – манометр; 7 – устройство для приготовления и подачи в трубопроводную сеть удобрений; 8 – каналы связи; 9 – магистральный трубопровод; 10 – распределительный трубопровод; 11 – дистанционно управляемая задвижка; 12 – поливные трубопроводы; 13 – капельницы; 14 – датчик необходимости полива; 15–пульт управления

Подводящий трубопровод может проходить на поверхности земли и в грунте.
Во избежание засорения капельниц и отверстий в микропористых трубах систему оборудуют сетчатыми фильтрами.
Диаметр отверстий капельниц до 2 мм. Расход воды - 0,9 - 10 л/ч. Конструкция их различна.
При расходе воды 3,8 л/ч расстояние между капельницами составляет 1 м, длина поливного трубопровода – 40 м, диаметр – 12 мм. При расходе 10 л/ч и тех же расстояниях и длине диаметр трубопровода равен 16 мм.
Достоинства: локальное увлажнение воды только в зоне размещения корневой системы, сухие междурядья позволяют беспрепятственно проводить механизированные работы, значительная экономия воды, простота эксплуатации.
Недостатки: засоряемость капельниц, высокие капитальные вложения, что делает экономически целесообразным применение систем капельного орошения лишь для полива высокодоходных многолетних насаждений на крутых склонах при дефиците водных ресурсов.
6.7. Лиманное орошение
Лиманное орошение - способ увлажнения почвы путем задержания и использования вод местного стока. Территорию окружают с низовых сторон валами или дамбами, что создает условия для затопления ее весенними талыми водами. После достаточного увлажнения почвы лимана и отложения содержащихся в воде илистых частиц лишняя вода сбрасывается через устроенные в дамбах водовыпуски.
Достоинства лиманного орошения: простота и дешевизна устройства по сравнению с регулярным орошением, доступность источника орошения и возможность орошать повышенные, даже водораздельные площади, большое гидрологическое действие – поглощение поверхностного стока, превращение его в грунтовые водные токи, уменьшение половодья и усиление меженного питания рек, снижение эрозионных процессов, улучшение солевого режима почв.
Недостатки: полив возможен только один раз весной – в период прохождения паводков, по площади лимана почва увлажняется неравномерно, площадь затопления по годам резко колеблется, в зависимости от объема паводковых вод.
Лиманы могут быть одноярусными (простыми) и ярусными. По глубине затопления их разделяют на мелководные (до 0,3 м) и глубоководные (более 0,3 м).
Площади, отводимые под лиманное орошение, должны иметь небольшой уклон – до 0,005. Наилучшие условия складываются при уклоне до 0,001: при постройке невысоких земляных валов образуются лиманы большой площади.
Мелководные лиманы обеспечивают более равномерное увлажнение почвы по сравнению с глубоководными и эффективнее используют паводковую воду.
На ярусных лиманах у подошвы верхнего вала держится минимальный слой воды – 6-10 см, у нижнего - максимальный.
Ширина лимана 100-700 м. Длину (вдоль горизонталей) в целях облегчения работ по распределению воды, наполнению и опорожнению лимана берут не более 600 м. Очень длинные лиманы распределительными валами делят на секторы.

Рис. 6.7 Схемы лиманов:
а–ярусные с пропуском паводка по пойме; б–ярусные в пойме реки; в– проточные; г–простые; д–ярусные в котловане; е–ярусные с питанием из водохранилища; ж – ярусные с питанием из канала; з – лиманы-чеки; и – мелководные ярусные; 1 – водоудерживающие валы; 2 – распределительные и струенаправляющие валы; 3 – плотина; 4 – насосная станция; 5 – естественные водоотходы; 6 – водовыпуски; 7 – водоспуски; К – канал; K1 – распределительный канал; В – водоспускной канал; В1 – водослив; а1, а2, а3 – соответственно 1, 2 и 3-й ярусы

Высоту водоудерживающих валов на мелководных лиманах назначают из расчета, чтобы наивысший уровень воды в лимане был на 10-20 см ниже гребня вала, обычно она составляет 0,5-0,8 м. Ширину гребня берут не менее 0,5 м, а при насыпке валов бульдозерами доводят до 2,2 м. При такой ширине гребня возможны механизированная насыпка вала и тщательное послойное уплотнение грунта на полную высоту. Валы должны быть проходимыми для сельскохозяйственных машин, с крутизной откосов 1:4 или 1:5. Откосы их укрепляют травами.
Валы глубоководных лиманов имеют значительную высоту (2 м и более). Место их расположения намечают с помощью геодезических инструментов (теодолита и нивелира). Земляные работы выполняют грейдерами, бульдозерами, тракторными плугами с удлиненными отвалами. Перед насыпкой по трассе валов растительный слой снимают на глубину 30-40 см и потом используют для насыпки (10-15 см) по их гребню и откосам.
7 ОРОСИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
7.1. Состав и классификация оросительных систем
Оросительные системы должны обеспечивать: регулирование водного и воздушного режимов почвы в соответствии с потребностями выращиваемых культур; высокую производительность труда на поливе, экономное использование поливной воды, энергии и ресурсов; возможность широкой механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства; полное полезное использование земельной территории; высокую надежность и удобство эксплуатации с применением автоматизации и телеуправления; минимум затрат на строительство и эксплуатацию системы; санитарно-гигиенические требования.
Современная оросительная система состоит из следующих элементов:
источника орошения,
водозаборного узла,
магистрального канала (трубопровода),
распределительных и участковых каналов или трубопроводов,
сооружений на сети,
временной оросительной и дренажно-сбросной сетей,
средств связи, автоматических устройств получения, передачи и обработки информации для управления работой системы.
гидрометрической и дорожной сетей,
лесополос.
Состав элементов оросительной системы, их расположение, конструкция сети зависят от природно-хозяйственных условий территории орошения, характеристики источника орошения, площади орошения и ее конфигурации и может изменяться в каждом конкретном случае.
Классификация оросительных систем.
1. По устройству проводящей сети оросительные системы подразделяют на открытые, закрытые и комбинированные.
2. По геоморфологическим условиям района расположения оросительные системы классифицируют на предгорные, долинные и дельтовые. Наиболее сложные условия эксплуатации наблюдаются на дельтовых системах, характеризующихся сложным рельефом, близким залеганием минерализованных грунтовых вод, что связано со строительством дренажа и промывкой засоленных почв.
3. По сельскохозяйственному назначению оросительные системы делят на зернокормовые, плодоовощные, хлопковые и рисовые. Рисовые системы расположены в основном в низовьях Волги, Кубани, Нижнего Поволжья, на Дальнем Востоке. Зернокормовые оросительные системы сооружают в зонах гарантированного производства зерна на Северном Кавказе, в Поволжье. Плодоовощные системы занимают незначительную площадь в вблизи крупных городов.
4. По способу забора воды различают оросительные системы самотечные (вода поступает в систему самотеком) и с механическим водоподъемом (воду из источника подают насосные станции). Последний тип систем хотя и более дорогостоящий, но обеспечивает более высокую гарантию забора необходимого объема воды.
5. Оросительные системы с применением дождевальных устройств по степени капитальности отдельных элементов подразделяют на стационарные, полустационарные и передвижные.
7.2. Конструкция оросительных систем
Конструкция оросительной системы зависит от природных условий района и задач увлажнения сельскохозяйственных культур.
В засушливой зоне и зоне недостаточного увлажнения орошаются все возделываемые культуры за исключением сравнительно небольших богарных участков. Здесь оросительные системы стационарного типа имеют большую площадь, современную оросительную сеть, коллекторно-дренажная сеть обязательна. Такие системы обслуживают несколько хозяйств, обеспечивая получение высоких и гарантированных урожаев различных сельскохозяйственных культур.
В зоне неустойчивого увлажнения оросительные системы имеют ряд особенностей. Здесь орошение является дополнением к естественным осадкам. Орошаются отдельные участки, которые составляют лишь некоторую часть посевной площади, оросительная и дренажная сети характеризуются большой разветвленностью и значительной протяженностью холостой части. Чаще всего здесь сооружают оросительные системы полустационарного, а иногда и передвижного типа.
Выбор конструкции системы зависит от рельефа местности. При сложном рельефе обычно проектируют трубчатые оросительные системы с закрытой коллекторно-дренажной сетью.
Конструкция оросительной системы зависит и от источника орошения, его расположения по отношению к орошаемой площади. Тип водоисточника определяет конструкцию водозаборного сооружения, протяженность магистрального канала, необходимость в отстойнике. Для повышения водообеспеченности оросительной системы создают регулирующие водохранилища.
В состав оросительных систем необходимо включать рыбозащитные и рыбопропускные сооружения: сетки с рыбоотводами, рыбоходы, рыбоподъемники, рыбопропускные шлюзы.
На современном этапе особое внимание уделяют рациональному использованию природных ресурсов. Местоположение, границу и конструкцию оросительной системы определяют с учетом полного использования территории под орошение и ориентации хозяйств, их количества, размеров севооборотных участков. Современные оросительные системы должны обеспечивать применение наиболее прогрессивных высокопроизводительных способов и техники полива.
7.3. Водозаборные сооружения
Водозаборные сооружения забирают воду в оросительную систему из водоисточника. Они должны:
обеспечивать бесперебойную подачу воды в соответствии с планом водопользования на системе, независимо от водоисточника;
не допускать попадания из водоисточника в систему песчаных донных наносов и ограничивать поступление взвешенных;
предохранять систему от поступления избыточных вод во время паводков, а также плавающих тел, льда, шуги;
быть долговечными, надежными и безопасными в эксплуатации;
иметь водомерные устройства для учета забираемой воды.
Водозаборные сооружения – самотечные и механические.
1. Самотечные водозаборы, могут быть:
1) бесплотинные водозаборы (рис. 18), которые сооружают в том случае, если самотечная подача воды в систему возможна при естественных уровнях и расходах в реке без их регулирования;


Рис. 7.1. Схемы бесплотинных водозаборных узлов:
а – неошлюзованный без отстойника; б – отшлюзованный без отстойника; в – с головным шлюзом-регулятором в начале отстойника и шлюзом-регулятором с донными промывными отверстиями в конце отстойника; 1 – головной шлюз-регулятор; 2 – отстойник; 3 – шлюз-регулятор с донными промывными отверстиями; 4 – сбросной канал

1) плотинные – когда естественные уровни воды в реке не позволяют подавать воду в систему самотеком и самотечную подачу воды обеспечивает водоподъемная плотина. Плотинные водозаборы наиболее распространены.
Тип и конструкцию водозабора принимают с учетом многих факторов: топографических и геологических условий, гидрологического режима реки, количества наносов и др.
Для предотвращения заиления каналов оросительной системы водозаборы оборудуют отстойниками. Отстойник выполняют в виде бассейна с большой площадью поперечного сечения. Благодаря малой скорости течения воды в нем наносы осаждаются, потом их удаляют из отстойника (механической очисткой или гидравлической промывкой).
2. Механические водозаборы позволяют орошать земли, расположенные значительно выше водоисточника. Насосную станцию, забирающую воду из источника орошения, называют головной, или 1-го подъема. При большой высоте подъема, кроме головной, сооружают несколько последовательно расположенных насосных станции (2-го, 3-го подъема и т. д.) – перекачивающих. Забирают воду из открытых каналов и подают по закрытой сети к дождевальным машинам подкачивающие насосные станции.
Насосные станции могут быть стационарными, плавучими и передвижными (рис. 19).
Стационарные насосные станции оборудуют центробежными и осевыми насосами. Для привода насосов в действие используют электрические двигатели, реже – внутреннего сгорания.

Рис. 7.2. Схемы плавучих и передвижных насосных станций:
а – плавучая с многосекционным плавучим соединительным трубопроводом; б – передвижная СНП 50/80; в– передвижная СНП 500/10

Плавучие насосные станции применяют в тех случаях, когда строительство стационарных технически трудно осуществимо или экономически нецелесообразно: при больших колебаниях уровней воды (более 5 м) в водоисточнике, неустойчивых берегах, подверженных размыву, и др. Они представляют собой плавучий корпус из металла или железобетона, внутри которого установлены насосы, двигатели, всасывающие и напорные коммуникации и различное вспомогательное оборудование. Вода поступает на берег по соединительным трубопроводам.
Для орошения небольших участков используют передвижные насосные станции. Их монтируют на рамах и прицепах, имеющих колеса или полозья. Привод насосов – от вала отбора мощности трактора, на который навешивается насосная станция, или от дизельных и электрических двигателей, смонтированных вместе с насосами.
7.4. Оросительная сеть
Оросительную сеть по выполняемым функциям делят на проводящую и регулирующую.
Проводящая сеть транспортирует воду от источника орошения к орошаемой территории и включает крупные постоянные магистральные каналы или трубопроводы. Чтобы канал или трубопровод мог оросить большую площадь, его выполняют по командным, то есть более высоким, отметкам территории.
К регулирующей сети относятся мелкие временные каналы, поливная сеть (поливные борозды, полосы, чеки, внутрипочвенные увлажнители, которыми поливная вода распределяется по полю) и поливные трубопроводы. Регулирующую сеть можно устраивать из закрытых и открытых быстроразборных трубопроводов.
7.5. Водосбросная и дренажная сети
Водосбросную и дренажную сети создают для защиты от затопления и заболачивания и возможного засоления почвогрунтов на орошаемой территории. В сочетании с оросительной она обеспечивает двустороннее регулирование водного режима почв.
К водосбросной и дренажной сети относятся:
каналы оградительной сети – нагорные, нагорно-ловчие и ловчие, которые не допускают поступления поверхностных и подземных вод на орошаемый участок;
водосбросный канал, или коллектор, прокладываемый по самым низким отметкам орошаемой территории и отводящий сбросные и дренажные воды с орошаемого массива;
мелкая водосбросная сеть – поливная карта, чек, площадка, устраиваемые на мелких участках.
7.6. Дороги и лесополосы на орошаемых землях
Дороги на орошаемых землях подразделяют на межхозяйственные, внутрихозяйственные, полевые и эксплуатационные.
Межхозяйственные дороги служат для связи хозяйств между собой и райцентром, железнодорожными станциями и др.
Внутрихозяйственные дороги служат для соединения центра хозяйства с фермами, бригадами, станами либо связывают указанные объекты между собой.
Полевые дороги обеспечивают подъезд к каждому полю севооборота и к ближайшим межхозяйственным дорогам.
Эксплуатационные дороги предназначены для обслуживания, содержания и ремонта каналов и сооружений на мелиоративной сети.
Дороги проектируют вдоль постоянных каналов, распределительных и полевых трубопроводов, а также вдоль поливных участков по верхней или нижней их стороне.
Ширина земляного полотна хозяйственных дорог - 6,5 м, полевых и эксплуатационных - 5,0 м; кюветы имеют трапецеидальное и треугольное сечение. В местах пересечения дорог с распределительными и магистральными каналами строят мосты или трубчатые переезды, ширина проезжей части которых 5 м.
Лесополосы проектируют для снижения скорости ветра, испарения с поверхности полей воды, ослабления действия суховеев, уменьшения зарастания каналов. Их создают из высокорастущих пород деревьев с высоким подлеском продуваемой конструкции. Располагают вдоль оросительных водосборно-сбросных и дренажных каналов, постоянных дорог, по границам водоемов, полей севооборота.
Расстояние между основными лесополосами принимают с учетом дальности действия полос (равным 20-30-кратной высоте деревьев), требований механизации полива и обработки почвы. Это расстояние – 500-900 м.
8 ОСУШИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ
8.1. Понятие об осушительных мелиорациях
В зоне избыточного и достаточного увлажнения мелиорация почв заключается в устранении избыточной их увлажненности, т.е. снижении влагосодержания корнеобитаемого слоя.
Осушительные мелиорации - комплекс мероприятий, направленный на улучшение сельскохозяйственных угодий, преобразование переувлажненных земель в плодородные, на которых можно получать высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур.
8.2. Виды земель, требующих осушения
Общая площадь земель, нуждающихся в осушительной мелиорации, составляет 200-220 млн га, из них около 92 млн га – земли сельскохозяйственного использования. Переувлажненные сельскохозяйственные земли включают 12,4 млн га пашен и залежей, 18,8 млн га частично заболоченных сенокосов и пастбищ и 59,8 млн га болот.
Наиболее крупная территория в Нечерноземной зоне – Мещерская низменность (Московская, Рязанская и Владимирская области). Осушение в этих районах проводятся с I860-1880 годов.
В Западной Сибири наиболее крупный объект осушения – Барабинская низменность общей площадью 11,7 млн га. Общий мелиоративный фонд Западной Сибири оценивается в 33 млн га преимущественно болот и заболоченных земель.
Большие площади земель нуждаются в осушительных мелиорациях и на Дальнем Востоке. Мелиоративный фонд этого региона изучен пока недостаточно.
Главная причина избыточного увлажнения сельскохозяйственных земель – превышение количества выпадающих атмосферных осадков над расходом влаги на суммарное испарение (с поверхности почвы и водных объектов, транспирация растений). Вследствие этого при отсутствии условий для быстрого отвода воды (пересеченный рельеф, водопроницаемые подпочвенные горизонты грунта и др.) всегда возникает избыток увлажнения верхних слоев почвы.
Переувлажненные земли делятся на три основных типа: болота, заболоченные земли и минеральные земли. Они различаются но мощности торфяного слоя.
Если мощность торфяных отложений превышает 30 см, то почва называется болотом.
При глубине торфа менее 30 см почву относят к заболоченной земле.
При полном отсутствии торфяного покрова на поверхности почв

Приложенные файлы

  • doc 19135592
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий