Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды - файл 1.doc


Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды
скачать (8441.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc8442kb.15.12.2011 23:08скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...



^ 9. Статистическое обоснование оросительных мелиораций

Орошение земель является мощным средством повышение их качества, так как при правильной строго дозированной подаче поливных вод растет урожайность, идет накопление гумуса и рост плодородия почвы. Это способствует усилению других важных природосберегающих функций почвы: стокообразующей, барьерной, средообразующей.

Однако неправильный режим орошения, особенно переполивы почвы имеют негативные последствия: излишнюю промываемость и обеднение почвы, подтопление территории, возможно вторичное засоление земель при подъеме уровней минерализованных грунтовых вод. При перерасходе поливных вод уменьшается водность рек, возникает потребность в искусственном дренировании земель, появляется проблема отвода часто соленых дренажных вод. Поэтому оптимизация режима орошения имеет важное природоохранное значение, способствует поддержанию качества земель на высоком уровне.

^ 9.1. Расчет водопотребления при орошении

Под режимом орошения понимаются объемы и сроки подачи воды растениям. Он должен:

обеспечивать потребности растений в воде во все фазы их развития;

способствовать наилучшему сочетанию водного, воздушного, теплового, пищевого и солевого режимов в корнеобитаемом слое почвы и приземном слое воздуха, т.е. получению высокого урожая возделываемых культур;

способствовать повышению плодородия почв, не допускать их переувлажнения, заболачивания, засоления, размыва;

не оказывать неблагоприятного влияния на прилегающие земли и водные объекты.

Иными словами, режим орошения должен обеспечивать благоприятный мелиоративный режим территории, назначать его надо, соблюдая принципы природообустройства.

На режим орошения растений влияют природные, биологические, хозяйственные, экономические факторы. К природным факторам относятся климатические, почвенные, гидрогеологические условия, вид источника орошения, качество поливной воды. Биологическими факторами являются вид растений, их сорт, качество семян. К хозяйственным, мелиоративным, экономическим факторам относятся уровень агротехники, оснащенность хозяйства, наличие трудовых ресурсов и их квалификация, тип оросительной сети, способ и техника полива, производительность труда на поливе, капитальные и эксплуатационные затраты на осуществление намеченного режима. Режим орошения является основой для проектирования оросительных систем.

Климатические условия значительно изменяются по годам, следовательно, и режимы орошения растений в разные годы будут различными.

При составлении проектов оросительных систем режимы орошения разрабатывают для лет различной обеспеченности дефицита атмосферного увлажнения D, т. е. разности между потенциальной эвапотранспирацией (испаряемостью) E0 и количеством атмосферных осадков Ос: D = E0Ос.

Примерные величины осадков теплого периода, испаряемости, среднемноголетнего дефицита атмосферного увлажнения D , коэффициента увлажнения Kу=Ос/Е0, меженнего стока рек, годового стока и стока весеннего половодья для Европейской части России приведены на рис.2…8.

Для сухих лет потребуются б'ольшие объемы оросительной воды, соответственно оросительная система для подачи этой воды будет дороже, зато прибавка урожая от орошения будет больше и наоборот. Для выбора расчетного года проводят технико-экономическое сравнение вариантов проекта оросительной системы, составленных для различных лет. Более высокая обеспеченность орошения экономически целесообразна для влаголюбивых и ценных культур.

Режим орошения для условий расчетного года называется проектным. В период эксплуатации оросительной системы изменения климатических, мелиоративных, хозяйственных условий учитывают в эксплуатационных режимах орошения, которые составляют при сезонном и оперативном планировании водопользования на предстоящий сезон, декаду, неделю.

Основой для разработки режимов орошения является величина суммарного водопотребления выращиваемых культур. Суммарным водопотреблением (суммарным испарением, эвапотранспирацией) называют количество воды, расходуемое на транспирацию растениями и испарение почвой за расчетный период. Эта величина измеряется в м3/га или в мм слоя воды за период вегетации, месяц, декаду, неделю, сутки. В различных условиях и для разных культур суммарное водопотребление составляет 250…1000 мм за вегетацию.


Рис. 2. Карта осадков теплого периода, мм



Рис. 3. Карта испаряемости за теплый период (по Н.Н. Иванову), мм



Рис. 4. Карта дефицита увлажнения за теплый период, мм



Рис. 5. Карта коэффициента увлажнения за теплый период



Рис. 6. Карта меженнего стока рек, мм



Рис. 7. Карта годового стока рек, мм



Рис. 8. Карта стока весеннего половодья, мм

Суммарное водопотребление зависит от метеорологических условий, вида и фазы развития растений, состояния почвы, ее затененности листьями, уровня агротехники, обеспеченности элементами питания, степени оптимальности водного, теплового, солевого, воздушного режимов. С улучшением условий произрастания растения используют воду более экономно. Показателем продуктивности использования воды растениями служит коэффициент водопотребления, т. е. количество воды, затраченное на транспирацию растениями и испарение почвой для образования единицы массы основной продукции. Он изменяется в широких пределах – 10...100 мм/т. При повышении плодородия почвы и улучшении агротехники суммарное водопотребление растет медленнее, чем урожай. Увеличение урожайности за счет повышения обеспеченности растений водой возможно лишь до определенного предела, дальше для повышения продуктивности земель требуется новый уровень агротехники и плодородия почвы. Так, при увеличении урожайности овощей в 2,9...3,2 раза суммарное водопотребление возрастает лишь на 17...25 %, а коэффициент водопотребления уменьшается в 2,4...2,7 раза.

Суммарное водопотребление определяют несколькими методами (полевыми, аналоговыми, расчетными), ориентировочные его значения можно найти в справочниках [9].

В общем виде суммарное водопотребление растения связано с потенциальной эвапотранспирацией или испаряемостью Е0, т. е. когда растение развивается в самых благоприятных условиях водообеспечения и когда остальные факторы и условия его жизни и развития находятся в оптимуме (обеспеченность питательными веществами, температура почвы; агротехника, глубина грунтовых вод, степень засоления и загрязнения не ограничивают развитие растения). В этом случае потенциальное водопотребление растения зависит от вида возделываемых растений (площади листовой поверхности и др.), учитываемого так называемым биологическим коэффициентом КБ, а также от размеров орошаемого участка. При малых его размерах создается так называемый оазисный эффект, учитываемый микроклиматическим коэффициентом КМ, т. е. рост транспирации за счет наличия иссушенного воздуха на соседних неорошаемых землях:

(31)

Величина биологического коэффициента растения зависит от его развития, которое ставится в зависимость от накопления суточных сумм температур воздуха (так называемые «биологические часы»), а также от природной увлажненности географических зон (см. табл. 12 по данным Н.Н. Данильченко).

Табл. 12. Средние за вегетацию биологические коэффициенты и требуемая сумма температур воздуха (по Н.В. Данильченко)

^ Лесная зона

Кбиол

Сум. темп.

Степная зона

Кбиол

Сум. темп.

Озимые колосовые (пшеница, рожь)

0.87

1500

Озимые колосовые (пшеница, рожь)

0.91

1300

Яровая пшеница

0.93

1500

Яровая пшеница

0.83

1500

Кукуруза, подсолнечник (на силос)

0.95

2100

Кукуруза на зерно

0.87

2100

Картофель поздний

0.91

1900

Картофель поздний

0.85

1900

Кормовые корнеплоды (свекла)

0.91

1900

Сахарная свекла

0.90

2900

Капуста ранняя

1.01

1500

Пожнивная кукуруза

0.76

1300

Капуста поздняя

1.00

1900

Капуста поздняя

0.96

2300

Овощные (огурцы, лук, морковь,

столовая свекла)

0.97

1700

Овощные (томаты, столовая свекла и др.)

0.94

2100

Люцерна прошлых лет

0.97

2100

Подпокровная люцерна

0.77

1300

Орошаемые пастбища

0.94

2100

Люцерна прошлых лет

0.91

2900

 

 




Орошаемые пастбища

0.92

2900

 

 




 

 




^ Лесостепная зона

Кбиол

Сум. темп.

Полупустынная зона

Кбиол

Сум. темп.

Озимые колосовые (пшеница, рожь)

0.92

1500

Озимые колосовые (пшеница, рожь)

0.87

1300

Яровая пшеница

0.92

1500

Яровая пшеница

0.80

1500

Кукуруза, подсолнечник (на силос)

0.93

2100

Кукуруза на зерно

0.83

2100

Картофель поздний

0.87

1900

Картофель поздний

0.81

1900

Кормовые корнеплоды (свекла)

0.88

1900

Сахарная свекла

0.89

2700

Капуста ранняя

0.99

1500

Пожнивная кукуруза

0.83

1700

Капуста поздняя

0.98

2200

Капуста поздняя

0.92

2300

Овощные (огурцы, лук, морковь, столовая свекла)

0.84

1700

Овощные (томаты, столовая свекла и др.)

0.91

2100

Люцерна прошлых лет

0.95

2300

Подпокровная люцерна

0.78

1500

Орошаемые пастбища

0.94

2300

Люцерна прошлых лет

0.90

2900

 

 




Орошаемые пастбища

0.92

2900


Временн΄ая динамика биологического коэффициента зависит от фазы развития растения, а для кормовых трав увязывается с циклами скашивания или стравливания (поедания) скотом на культурных орошаемых пастбищах. Сопоставив динамику накопления сумм температур воздуха с величинами биологического коэффициента, можно построить временн΄ой график потенциального водопотребления, необходимый для расчета дат полива.

Продолжительность вегетации может быть оценена по накоплению сумм температур воздуха (рис. 9) и табл.5.

Рис. 9. Сумма температур от начала водопотребления, 0С

Величины микроклиматического коэффициента КМ не существенно отличаются от единицы, за исключением больших (свыше 1000 га орошаемых участков в остро засушливой зоне, т.е. с коэффициентом увлажнения территории Ку <0,3. Конкретные величины микроклиматического коэффициента можно взять из справочника [9].

Для расчета потенциального водопотребления растения в зарубежной литературе предлагается формулы Х.Л. Пенмана, Л. Тюрка, Х.Ф. Блейни и В.Д. Криддла, однако они не рекомендуются для районов орошения России с ее особенностями климатических условий без коррекции входящих в формулы эмпирических коэффициентов. Наиболее подходящей для расчета испаряемости является многократно проверенная формула Н. Н. Иванова

, (32)

где ^ E0 – испаряемость за вегетационный период; мм; i – номер декады вегетации; n – число декад; Ti и аi– среднедекадная температура (оС) и относительная влажность воздуха (%).

Надо обязательно учесть редукцию транспирации при изменении влажности почвы в корнеобитаемом слое почвы. Такая зависимость совершенно необходима при оптимизации режима орошения, главным образом направленная на сокращение поливов при незначительном снижении продуктивности растений. Без этой зависимости невозможно количественно выполнить технико-экономическое сравнение вариантов с различной степенью недоподачи или переподачи поливной воды, минимизировать промываемость почвы вертикальными потоками влаги, тем самым, уменьшить объемы дренажного стока, сократить потребность в дренаже и загрязнение рек дренажным стоком.

Зависимость для оценки снижения водопотребления растениями εw при отклонении средней в корнеобитаемом слое почвы влажности от оптимальной имеет вид (А.И. Голованов):

(33)

где ^ Eф – фактическое водопотребление (эвапотранспирация) при отклонении влажности почвы в корнеобитаемом слое от оптимальной Eф = εw ;



Рис. 10. Пример снижения водопотребления – 1 и относительной урожайности – 2 растений при отклонении средней влажности в корнеобитаемом слое от оптимальной (при пористости 0,52; влажности завядания 0,143; оптимальной объемной влажности ωопт =0,256 и, соответственно, относительной оптимальной влажности wопт= (0,256 – 0,143)/(0,5- 0,143)=0,299.

w – относительная доступная влажность в корнеобитаемом слое почвы:

w = (ω – ВЗ)/(p –ВЗ); (34)

ω – средняя объемная влажность почвы; p – пористость почвы в этом слое; ВЗ – влажность завядания, примерно равная 1,3…1.5 максимальной гигроскопичности почвы; ωopt – оптимальная для конкретной культуры влажность. На рис. 10 приведен график зависимости (33).

На этом же рисунке показана зависимость относительной продуктивности (урожайности) растений также при отклонении влажности в корнеобитаемом слое почвы от оптимальной (см. ниже).

^ 9.2. Расчет урожайности при мелиорации

Потенциальная урожайность конкретной культуры при всех оптимальных условиях и агротехнике может быть определена по формуле

U0 = ηKурQф/(qКсв) (35)

где η – коэффициент полезного использования ФАР (колеблется от 0,02 до 0,03, в зависимости от сорта); ^ Кур – коэффициент, определяющий долю хозяйственно ценной части (урожая) в сухой биомассе; Qф – количество ФАР за вегетацию, приближенно равняется 52 % от суммарной солнечной радиации за этот же период, КДж/га; Kсв – доля сухого вещества в урожае зерна 0,86; картофеля, корнеплодов и силоса 0,3; сена 0,83; у полуперепревшего навоза 0,25; q – количество ФАР для продуцирования 1 кг сухой биомассы.

Значения коэффициентов, входящих в формулу (35), для некоторых культур приведены в таблице 13.

Табл. 13. Распределение биомассы сельскохозяйственных культур (Левин Ф.И.)

Культура

Урожай (основная продукция)

Побочная продукция (солома, ботва)

Посту- пление в почву

Вся био-

масса

Поступление в почву, доля урожая

Затраты ФАР

на 1 кг биомасссы,

Кдж

Минимум ФАР для получения урожая, КДж/см2

Доля от всей сухой биомассы

Озима рожь

Озимая пшеница

Яровая пшеница

Ячмень

Овес

Просо

Кукуруза на зерно

Горох

Гречиха

Подсолнечник

Картофель

Сахарная свекла

Кормовые корнеплоды

Овощи

Силосные (без куку-рузы)

Кукуруза на силос

Однолетние травы (вика, горох +овес)

Многолетние травы

0,243

0,250

0,268

0,291

0,276

0,239

0,223

0,300

0,231

0,197

0,793

0,817

0,848
0,835

0,829
0,847

0,379
0,377

0,426

0,391

0,347

0,333

0,359

0,422

0,446

0,381

0,407

0,415

0,104

0,109

0,082
0,100

0,0
0,0

0,0
0,0

0,331

0,359

0,384

0,376

0,365

0,339

0,332

0,319

0,362

0,389

0,104

0,074

0,069
0,064

0,171
0,153

0,621
0,623

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0
1,0

1,0
1,0

1,0
1,0

1,364

1,433

1,431

1,293

1,325

1,416

1,489

1,061

1,570

1,974

0,131

0,091

0,081
0,077

0,207
0,180

1,640
1,656

18860

18860

19300

19300

19350

19700

18450

19000

19360

17500

18000

18650

16120
16000

16050
16050

16000
17000

160…170

160…170

150…168

145…156

141…160



133…213







141…156

165…179

150…160
150…160

120…125
125…150

122…126
130…140

В среднем

0,612

0,175

0,213

1,0

0,349

18000




Показатели зональной тепловлагообеспеченности приведены в табл. 14 и 15.

В общем виде урожайность должна учитывать главные факторы роста и развития растений и ее можно представить в виде (24).
Табл. 14. Зональная тепло- и влагообеспеченность Европейской части России, средние годовые значения

Природные

зоны

Осад-

ки, мм

Радиаци-

онный

баланс,

КДж/см2

ФАР,

КДж/см2

Индекс

сухости

Испа-

рение,

мм

Речной сток, мм

Испаря-

емость,

мм

Коэффи-циент увлажне-ния

Тундра

Средняя тайга

Южная тайга

Широколист-

венная

Лесостепь

Степь

Сухая степь

Полупустыня

Пустыня

500

625

650

625
600

550

400

300

150

75

110

130

140
150

170

200

210

230

125

165

185

195
205

225

255

270

290

0,66

0,78

0,88

0,99
1,11

1,37

2,21

3,10

6,78

270

376

422

432
437

438

365

288

149

230

249

228

193
163

112

35

12

1

343

443

496

521
545

593

661

683

726

1,46

1,41

1,31

1,20
1,10

0,93

0,60

0,44

0.21

Табл. 15. Зональная тепло- и влагообеспеченность Западной Сибири, средние годовые значения

Природные

зоны

Осад-

ки, мм

Радиаци-

онный

баланс,

КДж/см2

ФАР,

КДж/см2

Индекс

сухости

Испа-

рение,

мм

Речной сток, мм

Испаря-

емость,

мм

Коэффи-циент увлажне-ния

Тундра

Северная тайга

Средняя тайга

Южная тайга

Северная лесо-

степь

Южная лесостепь

Колочна и типич-

ная степь

Сухая степь

375

475

525

500

405
375

325
250

38

57

80

105

130
143

170
180

90

110

135

160

185
200

225
235

0,45

0,67

0,94

1,24

1,53
1,69

2,01
2,11

149

259

353

383

336
321

291
226

226

216

172

117

69
54

34
24

217

285

358

429

496
528

593
614

1,73

1,67

1,47

1,16

0,82
0,71

0,55
0,41


На рис. 11 приведена карта распределения солнечной радиации на Европейской части России. (Карта Родиона)

В табл.16 приведены параметры для оценки урожайности яровой пшеницы по фазам развития для обыкновенных черноземов с пористостью 0,52; ППВ = 0,6 пористости; максимальной гигроскопичностью 0,11; влажностью завядания 0,143.
Табл. 16. Параметры для оценки урожайности яровой пшеницы по фазам развития (В.В. Шабанов,[13])

Фазы развития

Декады

α

wopt

ωopt

γ

ωmin=

0,5wopt

ωmin=

0,7wopt

ωmin=

0,8wopt

Выход в трубку


Колошение
Цветение

Налив зерна

Созревание


1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,02

0,07

0,10

0,13

0,18

0,25

0,17

0,06

0,02

0,42

0,40

0,38

0,35

0,26

0,22

0.35

0,27

0,23

0,97

0,94

0,92

0,88

0,77

0,72

0,88

0,78

0,74

1,18

1,37

1,58

2,22

4,48

7,15

8,00

3,88

1,31

0,71

0,70

0,69

0,67

0,62

0,59

0,67

0,62

0,64

0,81

0,80

0,78

0,75

0,68

0,64

0,75

0,69

0,65

0,86

0,85

0,83

0,80

0,71

0,67

0,80

0,72

0,68

В среднем за вегетацию с учетом вклада декады







0,30

0,82

4,33

0,64

0,71

0,75

Примечания к табл.9: 1.Значения влажности даны для 0,5 м слоя почвы; ωopt, доли ППВ, подсчитана по формуле (28); ωmin – предполивная влажность, соответствующая 0,5; 0,7; 0,8 оптимальной относительной влажности wopt, доли ППВ.

2. Ориентировочно, средние за вегетацию значения коэффициента чувствительности растения  для других зерновых, корнеплодов, картофеля 5,6…5,7; для овощей, капусты – 5,3; трав – 6; хлопчатника – 5,4.

3. Значение относительной оптимальной влажности wopt вычисляют по оптимальной влажности почвы для конкретной культуры в конкретном регионе с учетом водно-физических свойств почв (формула (28)).

Надо обратить внимание на то, что требования растения к увлажнению почвы существенно отличаются в разные фазы его развития. Так, в фазу цветения почва должна быть суше, а при наливе зерна – влажнее. В фазу цветения растение более чувствительно к отклонению влажности почвы от оптимальной, значение коэффициента γ в это время велико, также как и в фазу налива зерна.

Суммарное водопотребление в богарных условиях – это саморегулируемая величина, обеспечивается за счет природных факторов - запасов почвенной влаги, осадков, подпитывания грунтовыми водами. При недостаточности естественного увлажнения и иссушения почвы суммарное водопотребление может заметно снижаться, приводя к снижению продуктивности (урожайности) возделываемых сельскохозяйственных культур. Эти из зависимости можно выявить из уравнения водного баланса корнеобитаемого слоя hкос за вегетационный период:

Wср = Wнач + 0,75(ОсЕф + g), мм, (36)

где Wср средние за вегетацию влагозапасы, мм; Wнач – влагозапасы, образующиеся в корнеобитаемом слое почвы hкос при снеготаянии или в результате влагозарядковых поливов на начало вегетации; для культур весеннего сева и посадки начальная влажность ωнач ≈ (0,85...0,95) ППВ, а для многолетних трав и насаждений∙равны ППВ; при этом Wнач = 1000hкос ωнач., мм.

Запасы влаги, соответствующие предельной полевой влагоемкости (ППВ), определяются полевыми изысканиями или ориентировочно могут быть приняты в зависимости от механического состава почвы. Для слоя 1 м они составляют в песчаных и супесчаных почвах 120...200 мм, в среднесуглинистых – 210...280 мм, в тяжелосуглинистых и глинистых – 290...360 мм, можно также ориентировочно считать ППВ = (0,55…0,75) пористости; Ос – сумма атмосферных осадков за вегетацию, мм; Еф = εw – фактическая эвапотранспирация за вегетацию, сложившейся при влажности ω в корненобитаемом слое, мм; g – водообмен с подстилающими слоями, мм.

^ 9.3. Расчет водообмена в почве

Под водообменом понимают вертикальные потоки влаги между корнеобитаемым слоем почвы и подстилающими его слоями, в данном пособии восходящие потоки влаги обозначены как положительные (капиллярное подпитывание), а нисходящие (промываемость почвы) – как отрицательные.

Водообмен играет решающую роль в почвообразовательном процессе, определяет нагрузку на грунтовые воды, в том числе и химическую, формирует количество и состав дренажных вод, загрязнение рек. От водообмена зависит размер оросительных норм. При большой промываемости почва обедняется питательными веществами, илистой фракцией; в гумидной зоне формируются бедные подзолистые почвы, в умеренной – солоди; но почва при этом освобождается от избыточной влаги (осушается); а в аридной зоне засоленные почвы освобождаются от избытка солей. Восходящие токи влаги способствуют увлажнению почвы, иногда – к заболачиванию, уменьшают потребность в орошении, но при минерализованных грунтовых водах приводят к засолению почв.

Водообмен в полевых условиях устанавливается путем трудоемких лизиметрических наблюдений, которые не просто перенести в другие почвенно-климатические условия.

Водообмен зависит от множества факторов: водно-физических свойств почв – пористости, максимальной гигроскопичности, высоты капиллярного подпитывания, предельной полевой влагоемкости. Особо надо обратить внимание на способ определения коэффициента фильтрации верхних слоев почвы, так как движение воды в неполностью насыщенной почве происходит только по порам микроагрегатов; крупные поры, трещины при этом не задействуются, условно такой коэффициент фильтрации называют матричным. Поэтому при расчете водообмена определять коэффициент фильтрации наливом на площадки или в кольца нельзя, так как он при этом во многом определяется проницаемостью крупных пор и трещин, т.е. его величина существенно завышается. Надо при изысканиях организовывать опытное дождевание разной интенсивности и по времени начала поверхностного стока tCТ (или образования луж на поверхности почвы) вычислять величину матричного коэффициента фильтрации, используя для этого формулу А.И. Голованова:

, (37)

где , (38)

начальный капиллярный напор , (39)

расчетная влажность почвы , (40)

расчетный коэффициент влагопроводности , (41)

расчетный коэффициент влагоемкости, (42)

m – пористость; ωМ – максимальная гигроскопичность; ω0 – начальная влажность почвы; hk – высота капиллярного подъема, м; μ – эмпирический коэффициент, принят равным 1, kМ - матричный коэффициент фильтрации, м/сут; q – интенсивность дождевания, м/сут

На рис. 12 приведена номограмма для оценки так называемого «базового» водообмена, т.е. на фоне глубоких грунтовых вод (>3…4 м), при величине матричного коэффициента фильтрации (т.е. без учета макропор, червороин, трещин и т.п.), равного 0,15 м/сут и при длительности вегетационного периода Твег равном 130 суток, цифры у кривых означают относительные величины предполивной влажности :

. (43)

На рис. 12 водообмен поставлен в зависимость от дефицита увлажнения культуры за вегетационный период Дк =КБ Е0Ос, который отличается от дефицита атмосферного увлажнения, в котором не учтены биологические особенности возделываемой культуры: Д = Е0Ос.

Направление и величина водообмена существенно зависят от глубины уровня грунтовых вод. В качестве примера на рис. 13 приведена номограмма для величин «базового» водообмена в зависимости от приведенной глубины грунтовых вод при дефиците атмосферного увлажнения 400 мм за теплый период и при разной предполивной влажности.



Рис. 12. Номограмма для расчета «базового» водообмена


Относительная глубина грунтовых вод

Рис. 13. Базовый водообмен при дефиците увлажнения 400 мм, мм/сут (kM = 0,15 м/сут, продолжительность вегетационного периода Твег=130 сут), цифры у кривых – относительные значения предполивной влажности

Зависимость водообмена от глубины грунтовых вод описывается примерной зависимостью

(44)

где - максимальный положительный водообмен, т.е. скорость капиллярного подпитывания, мм/сут, зависящая от дефицита атмосферного увлажнения Д;– минимальный нисходящий водообмен при глубоких грунтовых водах, снимается с номограмм 12 и 13; коэффициент .

Из рис. 13 видно, что кривые пересекают линию с нулевым водообменном на разной глубине в зависимости от капиллярных свойств грунтов и предполивной влажности.

При расчете номограмм принято, что относительной предполивной влажности примерно соответствуют следующие величины влажности в долях от предельной полевой влагоемкости (ППВ):

доли ППВ

0,250 0,615

0,275 0,645

0,300 0,675

0,325 0,710

0,350 0,740

Переход к другой величине матричного коэффициента фильтрации осуществляется по формуле (45):

, (45)

где kМ – среднее значение матричного коэффициента фильтрации во всей зоне аэрации.

Влияние на водообмен продолжительности вегетации, отличной от 130 сут, Tвег учитывается формулой

, (46)

Оба эти фактора – коэффициент фильтрации и продолжительность вегетации можно учесть, соединив формулы (45) и (46):

. (47)

Водообмен за год отличается от водообмена за вегетационный период:

. (48)

В богарных условиях естественный водообмен можно оценить по данным местного стока в межень (табл. 17).или по карте на рис.6.

Табл. 17. Среднемноголетние величины местного годового слоя стока, стока весеннего половодья и межени (по Картам изолиний стока 1986 г.)

Природная зона

Местоположение

Норма годового местного речного стока, мм

Норма стока весеннего половодья, мм

Норма меженнего стока, мм

Лесостепь

Степь
Сухая степь

Полупустыня

Тула

Орел

Курск

Воронеж

Саратов

Ставрополь

Котельниково

Палласовка

175

158

126

114

57

57

32

16

95

86

70

60

38

8

15

10

80

72

56

54

19

49

17

6

Отметим, что приведенная здесь норма меженнего стока соответствует осредненному подземному питанию местных рек со всех элементов водосбора. Водообмен на возвышенных фациях будет несколько большим. Обращает на себя отчетливая зональность подземного питания, которая в полупустыни практически отсутствует, а в Центре Европейской части России, в лесостепной зоне она увеличивается. Очевидно, что орошение всегда приводит к росту приходной статьи водного баланса, т.к. его целью является увеличение влажности почвы до нужного уровня, и поэтому при орошении водообмен обязательно превысит бытовой (табл. 18).

Табл. 18. Зависимость промываемости почвы от дефицита атмосферного увлажнения

Дефицит атмосферного увлажнения, мм

Водообмен при орошении, мм

Водообмен без орошения, мм

За вегегацию (130 сут)

За год

За год

150

200

250

400

550

700

–96

–81

–56

–32

–22

–14

–138

–136

–135

–86

–58

–42

–74

–68

–65

–16

–11

–7

С юга на север значительно увеличивается доля оросительной нормы, идущая на промываемость почвы, т. е. бесполезная трата поливной воды, приводящая к тому же и к известным экологическим проблемам.

Водообмен во многом зависит от поддерживаемой в корнеобитаемой зоне влажности, которой можно управлять, назначая порог предполивной влажности (табл. 19).

Табл. 19. Базовые значения среднемноголетних оросительных норм в зависимости от дефицита естественной увлажненности территории за теплый период (>50C) и предполивной влажности на фоне глубоких грунтовых вод

Дефицит естественного увлажнения, за теплый период,

мм

Оросительная норма, мм, при предполивной влажности в долях ППВ

Промываемость за вегетацию и за год (курсив), мм

Доля промываемости в оросительной норме

0,650

0,675

0,700

0,735

0,650

0,675

0,700

0,735

0,650

0,675

0,700

0,735

150
200
250
400
550
700

194
217
262
338
432
532

230
263
303
384
478
576

283
306
354
430
524
622

337
362
405
485
582
678

78

148

71

136

56

135

32

86

22

58

14

42

98

167

83

157

73

146

58

120

43

87

32

68

128

216

121

211

112

196

91

158

72

124

60

101

173

262

164

256

154

248

132

207

118

177

102

151

0,40
0,33
0,21
0,09
0,05
0,03

0,43
0,32
0,24
0.15
0,09
0,06

0,45
0,34
0,32
0,21
0,14
0,10

0,51
0,45
0,38
0,27
0,20
0,16

Из этой таблицы видно, что на юге Московской области при дефиците атмосферного увлажнения около 150 мм за теплый период даже при низком пороге предполивной влажности до 40% оросительной воды бесполезно просачивается вниз. Отсюда следует практический вывод, что в зоне серых лесных и подзолистых почв (изначально сформировавшихся при промывном водном режиме) орошать возвышенные хорошо промываемые фации бесполезно, орошение в этих зонах целесообразно проводить на фоне неглубоких грунтовых вод, например, в поймах рек, что обычно и практикуется.

^ 9.4. Оценка урожайности в богарных условиях

При оценке инвестиционных проектов в мелиорацию [Методика…] требуется рассмотреть альтернативные варианты: без мелиорации и с мелиорацией. Их подмена ситуациями до мелиорации и после мелиорации неправомерна, так как ставит их в разные условия по уровню развития земледелии, агротехники, экономики и проч. Рассмотрим в качестве примера выращивание яровой пшеницы в условиях Воронежской обл. в современных богарных условиях и в условиях орошения.

В табл. 20 приведены погодные условия 20-ти летнего вегетационного периода длительностью 90 суток для яровой пшеницы и 180 суток – для люцерны. Средний за вегетацию биологический коэффициент для яровой пшеницы принят равным 0,83, люцерны – 0,91.
Табл. 20. Сводные данные о погодных условиях (м.ст. Воронеж)

Годы

Яровая пшеница, 110 суток

Люцерна, 180 суток

Осадки

Кб*Е

Дефицит

Осадки

Кб*Е

Дефицит

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985
1   2   3   4   5   6



Скачать файл (8441.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru