Методики расчета потребности в воде и в удобрениях под программируемый урожай

Практическое занятие № 8. Расчет оросительной нормы

Цель занятия — освоение методики определения естественных запасов влаги в почве и оросительной нормы.

Продолжительность занятия — 2 ч (90 мин).

Материалы и оборудование: рекомендуемая литература.

Рекомендуемая литература:

Васильев, С. М. Технологические средства капельного орошения : учебное пособие / С. М. Васильев, Т. В. Коржова, В. Н. Шкура. — Новочеркасск : РосНИИПМ, 2017. — 200 с.

Безуверов, А. В. Южное плодоводство: почвенная агротехника, удобрение, орошение : учебное пособие / А. В. Безуверов, Т. Н. Дорошенко, Л. Г. Рязанова. — Санк-Петербург : Лань, 2017. — 128 с.

Недвига, В. С. Капельное орошение садов и виноградников в условиях Крыма / В. С. Недвига. — Симферополь, 2012. — 94 с.

Справочник по орошаемому садоводству / под общ. ред. В. И. Сенина. — Киев : Урожай, 1992. — 332 с.

Краткие теоретические сведения

Методика расчета оросительной нормы. В садах семечковых и косточковых пород при поверхностном орошении и дождевании (с увлажнением всей площади питания деревьев) в течение вегетации влажность почвы в зоне интенсивного ее потребления корневой системой деревьев рекомендуется поддерживать на уровне не ниже 70 % наименьшей влагоемкости почвы (НВ). Применение способов полива с локальным характером увлажнения почвогрунта (капельное орошение, подкроновое дождевание) на почвах тяжелого механического состава требует повышения уровня предполивной влажности в садах до 80 % НВ.

Оросительная норма — количество воды, которое необходимо подать на один гектар площади многолетних насаждений за вегетационный период. Оросительная норма является одним из основных элементов поливного режима.

Для расчета оросительной нормы определяют естественный запас влаги в заданном слое почвы и суммарное водопотребление. Если при орошении площадь питания растений увлажняется только частично (полив по бороздам, чашам, чекам, подкроновое дождевание, капельный способ орошения), поливная норма снижается в соответствии с уменьшением увлажняемой площади.

Естественный запас влаги (запас влаги) — количество воды, содержащееся в активном слое почвы глубиной h, м.

Запас влаги W3, м3/га, рассчитывается по формуле

где 100 — переводной коэффициент; h — глубина расчетного активного слоя, м; а — средняя плотность почвы в слое h, т/м3; Wcp — средняя влажность почвы в слое h, % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Расчетный слой почвы hM (м) на площади 1 га (1 га = 10 000 м2) займет объем

Масса объема hM сухой почвы (т) составит

Для удобства некоторых расчетов (например, расхода воды на испарение и транспирацию) запас влаги выражают также в миллиметровом слое воды (1 мм = 10 м3/га). При этом формула запаса влаги (П.3.13) принимает вид

Пример расчета естественных запасов влаги

Определить естественные запасы влаги.

Исходные данные:

  • — активный слой почвы при возделывании яблони — 0,7 м;
  • — плотность почвы — 1,3 т/м3;
  • — влажность почвы — 20 % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Решение

1. Запас влаги W3, м3/га, рассчитаем по формуле (П.3.13)

2. Запас влаги в миллиметровом слое воды определяем по формуле (П.3.16)

Ответ: W3 1820 м3/га — 182 мм.

Определение дефицита водного баланса. Для расчета проектной оросительной нормы требуется определить дефицит водного баланса по исходным данным, представленным в табл. П.3.1.

Таблица П.3.1

Исходные данные

Почва

Культу

ра

Схема посадки, м

Количество капельниц, шт.

Расход капельниц, л/ч

Площадь участка, га

Порог предпо- ливной влажности почвы Хнв, %

Чернозем южный мицеллярно-карбонатный (средний суглинок)

Яблоня

5x3

2

4

27

80

Для капельного орошения дефицит водного баланса, м3/га, рассчитывают по формуле

где у — коэффициент влагообмена; ц — микроклиматическая поправка; Zd — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха, мбар; Кб — биологический коэффициент водопотребления, мм/мбар; К,- — коэффициент испарения почвой, мм/мбар; Ку — доля площади питания дерева, подлежащая увлажнению при капельном способе, или часть площади питания, соответствующая горизонтальной проекции контура увлажнения при локальном орошении, доля ед.; а — коэффициент затенения; ф — доля осадков, попадающих под крону дерева, доля ед. (ф = 0,8); Р — количество атмосферных осадков, мм; Ф — фильтрация воды за пределы достижения ее корневой системой дерева (при капельном орошении Ф = 0), м3/га.

Дефицит водного баланса рассчитывают на острозасушливый год, когда осадки, как правило, незначительны, поэтому вероятность их стока и просачивания за пределы расчетного слоя очень мала. Лишь в некоторых случаях, когда осадки выпадают вслед за поливом, они могут просочиться вглубь и аккумулироваться в слое 100—200 см, в котором всегда имеется резервная емкость; отсюда почти вся вода вновь возвращается в верхние слои по капиллярам или непосредственно поглощается корнями.

Дефициты водного баланса определяют за каждую декаду, затем суммируют и представляют нарастающим итогом от начала до конца периода оптимального водоснабжения растений.

Расчет оросительной нормы может проводиться для года с 95%- ной, 75%-ной или с 50%-ной обеспеченностью года по осадкам. Однако наиболее часто при проектировании орошения расчет проводят для 95%-ной обеспеченности года по осадкам.

Средние значения климатических параметров (среднее за месяц количество осадков) представляют собой сумму среднемесячных значений членов ряда (лет) наблюдений, деленную на их общее число.

Расчет обеспеченности года по осадкам. При проектировании орошения необходимо знать годовое количество осадков обеспеченностью Р ( %), т. е. такое значение осадков, больше которого осадки наблюдались п лет. Для определения обеспеченности осадками в пункте Ар строят кривую обеспеченности осадками. С этой целью с метеорологической станции или поста берут данные по осадкам за продолжительный ряд лет наблюдений (10 лет и более). Чем продолжительнее ряд наблюдений, тем точнее будут определены осадки расчетной обеспеченности. Для построения кривой обеспеченности осадками необходимым и достаточным считается 10-летний ряд наблюдений.

По известному ряду лет наблюдений за осадками, расположенными в убывающем порядке, можно найти порядковый номер года заданной обеспеченности (Р, %).

Расчет обеспеченности осадками выполняют по формуле Г. А. Алексеева

где Р — суммарная вероятность обеспеченности осадками, %; т — порядковый номер члена ряда; п — число лет или число наблюдений в ряду.

По полученным (по формуле (П.3.18)) данным можно построить график обеспеченности осадками для декадных, месячных осадков и осадков за вегетационный период или общий.

Расчет площади увлажнения. В связи с тем, что при капельном орошении увлажняют не всю площадь питания, отведенную для растения, требуется определить долю площади увлажнения.

Доля площади увлажнения под деревом определяется по формуле

где п — число водовыпусков (капельниц) под деревом; oj — площадь, увлажняемая из одного водовыпуска, м2; а — расстояние между деревьями в ряду, м; b — расстояние между рядами деревьев.

Площадь увлажнения одной капельницей зависит от ее расхода и типа почвы (табл. П.3.2)1.

Таблица П.3.2

Площадь увлажнения одной капельницей в зависимости от ее расхода и типа почвы, м2 (В. Н. Сторчоус)

Почвы

Расход капельницы, л/ч

1

2

4

6

8

10

Песчаные

0,15

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

Супесчаные

0,4

0,6

0,8

1,0

1,4

1,9

Средние суглинки

0,6

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

Тяжелые суглинки

0,8

1,0

1,5

2,0

2,4

3,2

Глина

1,0

1,2

1,8

2,4

3,2

4,0

В нашем примере при расходе капельницы 4 л/ч (см. табл. П.3.1) на почвах со средними суглинками площадь увлажнения одной капельницей составляет 1,2 м2.

Доля площади увлажнения двух капельниц под деревом со схемой посадки 5 х 3 м составляет

Коэффициент влагообмена (у) учитывает капиллярный подток и непосредственное использование корнями растений воды из слоев ниже расчетного. Для плодовых культур значение у изменяется в среднем от 1 до 0,3, уменьшаясь с уменьшением доли увлажнения почвы.

Значения коэффициента влагообмена у в зависимости от доли площади увлажнения представлены в табл. П.3.3.

В нашем примере при доле площади увлажнении Ку = 0,16 коэффициент влагообмена у = 0,5.

Микроклиматическая поправка (ц) — показатель уменьшения суммарного испарения в связи с повышением влажности и понижением температуры воздуха на орошаемом массиве (табл. П.3.4).

Коэффициент влагообмена

Показатель

Значение показателя

Доля площади увлажнения Ку

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

Коэффициент влагообмена у

0,3

0,4

0,6

0,8

0,9

Таблица П.3.4

Микроклиматическая поправка

Показатель

Значение показателя

Площадь массива орошения, га

1

10

100

1000

10 000

Микроклиматическая поправка ц

1

0,95

0,92

0,87

0,83

При площади орошаемого участка 27 га величина микроклиматической поправки составляет 0,94.

Биологический коэффициент водопотребленияб) устанавливают в результате специальных экспериментов в соответствующих зонах при традиционных способах полива. Такие коэффициенты для яблоневых садов установлены, в частности, С. А. Яковлевым для ряда районов Украины, И. И. Флюрце для условий Молдавии, Д. П. Се- маш и В. Н. Сторчоусом для условий юга России и Крыма. Для юга России биологические коэффициенты представлены в прил. 14. Как следует из прил. 14, для яблони в зависимости от времени вегетационного периода Кб = 0,18^-0,54.

Коэффициент испарения почвой К, в формуле для расчета физического испарения (мм)

(Xd — сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за расчетный период, мбар) применительно к условиям орошения при дефиците влажности воздуха изменяется в пределах, приведенных в табл. П.3.5.

Таблица П.3.5

Коэффициент испарения почвой К,

Сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха за декаду, мбар

Значение К,

< 65

0,1

66—132

0,09

133—210

0,08

> 210

0,07

Расчет расхода влаги и дефицита водного баланса за декаду.

Подставляем полученные числовые значения в формулу (П.3.17) и производим расчет по каждой декаде.

1. Формула (П.3.17) включает выражение для определения расхода влаги Екап:

По формуле (П.3.21) находим расход влаги за первую декаду апреля:

2. С учетом формулы (П.3.21) выражение (П.3.17) можно представить в виде

Тогда дефицит водного баланса за первую декаду апреля составит

Пример расчета дефицита водного баланса при капельном орошении яблоневого сада приведен в прил. 15.

Определение оросительной нормы. По данным дефицита водного баланса с нарастающим итогом строим график (рис. П.3.4).

П.3.4. Интегральная кривая дефицита водопотребления для яблоневого сада в год 95%-ной водообеспеченности

Рис. П.3.4. Интегральная кривая дефицита водопотребления для яблоневого сада в год 95%-ной водообеспеченности

Таким образом, оросительная норма для яблоневого сада в год 95%-ной водообеспеченности составляет 2300 м3/га.

Задание

Определить естественные запасы влаги, суммарное водопотре- бление и оросительную норму высокоинтенсивного сада яблони при глубине промачивания 0,8 м, плотности почвы 1,26 т/м3, влажности почвы 25 % (массовая доля абсолютно сухой почвы).

Порядок выполнения задания

Задание выполняется индивидуально или группами по два-три человека в следующем порядке.

  • 1. Выполнить задание на основе примеров расчетов, приведенных выше, в параграфе «Краткие теоретические сведения».
  • 2. Оформить отчет о выполненной работе.

Контрольные вопросы

  • 1. Дайте определение термина «оросительная норма».
  • 2. Что понимают под естественным запасом влаги в почве?
  • 3. Дайте определение термина «дефицит водного баланса».
  • 4. Что понимают под площадью увлажнения в саду при капельном орошении?
  • 5. Как трактуется показатель «биологический коэффициент увлажнения»?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >