Глава 6. Хозяйственный план регулирования водного режима.

6.1 Расчет динамики влажности почвы.

Для регулирования водного режима на системах двустороннего действия составляют хозяйственный план управления влажностью почвы.

На основе почвенной карты, схемы осушительно – оросительной сети, водно – физических свойств почв, схемы севооборотов, метеорологических условий, данных о колебании уровня грунтовых вод (УГВ) составляется ведомость водного режима по декадам на весь период вегетации. На текущий год ведомость рассчитывают для года 50% обеспеченности, в наше случае это 1968 год.

При составлении ведомости величину расчетного слоя почвы выписывают по декадам. Величина расчетного слоя почвы определяется глубиной распространения основной массы корней растений. У культур, имеющих одинаковый период вегетации, эта величина различается мало. Поэтому все культуры по срокам вегетации объединяют в три группы.

1. Группа. Ранние – период вегетации 80 – 90 дней (зернобобовые, капуста ранняя, картофель ранний и т. д.).

2. Группа. Средние – период вегетации 100 – 110 дней (картофель поздний, капуста средняя, кукуруза на силос и др.).

3. Группа. Поздние – период вегетации 120 – 130 дней (капуста поздняя, морковь, свекла, многолетние травы и др.).

Согласно заданию курсовой работы мы производим расчет ведомости водного баланса по второй группе культур.

Ниже будет приведены расчеты по второй (1) и третей (3) декаде мая.

Температуру воздуха, количество осадков и глубина грунтовых вод по декадам каждого месяца выписывается из справочной литературы и заносится в соответствующие графы таблицы 7.

При составлении ведомости водного баланса рассчитываем по слоям запасы влаги, соответствующие почвенно – гидрологическим константам.

Расчет ведут по следующим формулам:

При составлении ведомости водного баланса рассчитывают по слоям запасы влаги, соответствующие почвенно-гидрологическим константам.

Расчет ведут по формулам:

ПВ = П (%)  h; ВЗ = ВЗ (%) h; ППВ = ППВ (%) h, где

ПВ, ВЗ и ППВ – запасы влаги при полной влагоемкости, влажности завядания и предельно-полевой влагоемкости, м³/га;

П (%), ВЗ (%), ППВ (%) – значения порозности, влажности завядания и предельно-полевой влагоемкости в процентах к объему почвы;

h – расчетный слой, см.

ПВ_0-10 = 83.4 * 10 = 834 м³/га

ПВ_10-20 = 834 + 83,3* 10 = 1667 м³/га

ПВ_20-30 = 1667 + 79,9* 10 = 2466 м³/га

ПВ_30-40 = 2466 + 82,3* 10 = 3289 м³/га

ПВ_40-50 = 3289 + 80,3* 10 = 4092 м³/га

ПВ_50-60 = 4092 + 78,0* 10 = 4872 м³/га

ПВ_60-70 = 4872 + 73,4* 10 = 5606 м³/га

ВЗ_0-10 = 37  10 = 370 м³/га

ВЗ_0-20 =370 + 40.8 * 10= 778 м³/га

ВЗ_0-30 = 778 + 38.0 * 10=1158 м³/га

ВЗ_0-40 = 1158+ 26.8 * 10=1426 м³/га

ВЗ_0-50 = 1426 + 26 * 10 = 1686 м³/га

ПВ_0-60 = 1686 + 24.8 * 10 = 1934 м³/га

ПВ_0-60 = 1934 + 21,2* 10 = 2146 м³/га

ППВ_0-10 = 71.4  10 =714 м³/га

ППВ_10-20 = 714 + 71.2 * 10 =1426 м³/га

ППВ_0-30 = 1426 + 64 * 10= 2066м³/га

ППВ_0-40 = 2066+ 65 * 10 = 2716 м³/га

ППВ_0-50 = 2716 + 62.5 * 10 = 3341 м³/га

ППВ_0-60 = 3341 + 66 * 10 = 4001 м³/га

ППВ_0-70 = 4001 +60,6 * 10 = 4607 м³/га

Величина нижнего оптимального предела влажности (НОП) определяется по формуле:

Величина нижнего оптимального предела влажности (НОП) определяется по формуле:

За величину верхнего оптимального предела влажности (ВОП) принимают величину ППВ.

Динамику влажности почвы устанавливают по декадам на основе баланса влаги в корнеобитаемом слое почвы с учетом возделываемых культур, свойств почвы, режима грунтовых вод, осадков, температуры воздуха и водопотребления.

W_k = W_н + ∆W + P + E_г – E, где

Wk, Wн – запасы воды в расчетном слое почвы на конец и начало декады, м³/га;

∆W – запас влаги в слое прироста корневой системы растений, м³/га;

Р – используемые атмосферные осадки, м³/га.

Е_г – подпитывание корнеобитаемого слоя почвы грунтовыми водами, м³/га;

Е – водопотребление (транспирация растениями влаги и испарения с поверхности почвы), м³/га.

Запас влаги в слое прироста корневой системы (∆W, м³/га) определяется по формуле:

, где

∆ПВ – полевая влагоемкость слоя прироста корневой системы, м3/га;

ВЗ – средняя пористость и средняя влажность завядания, процент к объему почвы в соответствующем слое. Принимаем, что = 0,83

У – расстояние от уровня грунтовых вод (УГВ) до середины слоя роста корневой системы за расчетный период, м;

, где

h_kc – глубина проникновения корней растений, м;

Н – максимальная высота капиллярного поднятия, м.(0,75-1,4)берем Н=1

Для слоя 0 – 10 см ∆W = 0, поскольку ∆ПВ = 0.

= 0,35

= 0,25

= 0,55

= 0,45

= 0,35

= 0,25

=659

=711

=607

=636

Используемые атмосферные осадки (Р, м³/га) вычисляют по формуле:

Р = 0,7  10  О_с , где

0,7 – коэффициент использования осадков;

О_с – общее количество осадков, выпавших за декаду, мм.

10 – переводной коэффициент из мм в м³/га.

Р_{май (I)} = 0,7* 10* 2,6 = 18,2м³/га

Р_{май (II)} = 0,7* 10* 6,7 = 46,9м³/га

Р_{май (III)} = 0,7* 10* 25,8 = 180,6м³/га

Р_{июнь (I)} = 0,7* 10* 10,8= 75,6м³/га

Р_{июнь (II)} = 0,7*10* 22,9 = 160,3м³/га

Р_{июнь (III)} = 0,7* 10 *18,6 = 130,2 м³/га

Р_{июль (I)} = 0,7* 10* 130,5 = 913,5 м³/га

Р_{июль (II)} = 0,7* 10* 31,6 =221,2 м³/га

Р_{июль (III)} = 0,7*10* 3,5 =24,5 м³/га.

Р_{август (I)} = 0,7* 10* 14,4= 100,8м³/га

Р_{август (II)} = 0,7* 10* 30,5 = 213,5м³/га

Р_{август (III)} = 0,7* 10* 17,4 = 121,8м³/га

Р_{август (I)} = 0,7  10  10,5 = 73,5м³/га

Р_{август (II)} = 0,7* 10* 9,1 = 63,7м³/га

Подпитывание корнеобитаемого слоя почвы грунтовыми водами (Е_г, м³/га) рассчитывают по формуле:

Е_г = Е_о  , где

Е_о – максимально возможное испарение с поверхности почвы и растений, м³/га;

Е_о = К_и  t  10, где

t – средняя температура воздуха за декаду, ⁰С

10 – количество дней в декаде.

h = УГВ - , где

h_p.c – глубина расчетного слоя, м;

УГВ – уровень грунтовых вод, м.

h_0-10 = 0,6 - = 0,55 м

h_0-20 = 0,6 - = 0,5 м

h_0-30 = 1,0 - = 0,85 м

h_0-40 = 1,0 - = 0,8 м

h_0-50 = 1.0 - = 0,75 м

h_0-60 = 1,0 - = 0,7 м

= 0,75м

Н – максимальная высота капиллярного поднятия, м.

Модуль испарения (К_и) при расчете испаряемости вводят для условий, когда влажность почвы равна ПВ. При этом К_и = 2,5 м³/га на 1⁰С. Отсюда испаряемость рассчитывается по формуле:

Е_о = 2,5* 10* t

Е_{о май (I)} = 2,5* 10*7,5 =187,5м³/га

Е_{о май (II)} = 2,5*10*9,7 = 242,5м³/га

Е_{о май (III)} = 2,5* 10*11,6= 290м³/га

Е_{о июнь (I)} = 2,5* 10*14,4 = 360м³/га

Е_{о июнь (II)} = 2,5* 10 *15,4 =385м³/га

Е_{о июнь (III)} = 2,5* 10*20,1= 502,5м³/га

Е_{о июль (I)} = 2,5  10  14,1= 352,5м³/га

Е_{о июль (II)} = 2,5* 10*19,2 = 480 м³/га

Е_{о июль (III)} = 2,5 *10*17,1 = 427,5м³/га

Е_{о август (I)} = 2,5*10*20,2 =505 м³/га

Е_{о август (II)} = 2,5* 10* 16,3 =407,5 м³/га

Е_{о август (III)} = 2,5* 10* 11,9=297,5 м³/га

Е_{о сентябрь (I)} = 2,5* 10*15,4 = 385 м³/га

Е_{о сентябрь (II)} = 2,5* 10*10 = 250 м³/га

Водопотребление (Е м³/га) определяется по формуле:

Е = К_и х10х t, где

t – средняя температура воздуха за декаду, ⁰С;

К_и – модуль испарения при оптимальной влажности почвы (К_и = 2,2 м³/га);

10 – количество дней в декаде.

Е _{май (I)} = 2,2х 10 х7,5 =165м³/га

Е _{май (II)} = 2,2х 10х9,7= 213,4м³/га

Е _{май (III)} = 2,2х 10х11,6 = 255,2м³/га

Е _{июнь (I)} = 2,2х 10 х 14,4= 316,8м³/га

Е _{июнь (II)} = 2,2х 10 х15,4 =338,8м³/га

Е _{июнь (III)} = 2,2х 10х20,1= 442,2 м³/га

Е _{июль (I)} = 2,2х 10х 14,1= 310,2м³/га

Е _{июль (II)} = 2,2х10 х 19,2 = 422,4 м³/га

Е _{июль (III)} = 2,2х 10х 17,1= 376,2м³/га

Е _{август (I)} = 2,2 х10х20,2 =444,4 м³/га

Е _{август (II)} = 2,2х 10х 16,3 =358,6 м³/га

Е _{август (III)} = 2,2х 10х 11,9=261,8 м³/га

Е _{сентябрь (I)} = 2,2х 10 х15,4 =338,8 м³/га

Е _{сентябрь (II)} = 2,2х 10х 10 = 220м³/га

Запасы влаги на начало первой декады вегетации обычно принимают равным ППВ. Влажность в конце первой декады рассчитывают из уравнения водного баланса.

Для определения запаса влаги на начало следующей декады необходимо установить наличие избытка или недостатка влаги в конце предыдущей декады. Для этого влажность на конец предыдущей декады сопоставляют с верхним (ВОП) и нижним (НОП) оптимальными пределами за ту же декаду. При этом может быть 3 случая:

1. Wk>ППВ, т. е. влажность в расчетном слое в конце декады больше ППВ. Избыток влаги должен быть отведен дренажной сетью. Величину избытка воды определяют по формуле:

И = Wk – ППВ

Влажность на начало следующей расчетной декады принимают равной ППВ.

1. ППВ>Wk>НОП, т. е. влажность в расчетном слое в конце декады находится в оптимальных пределах. В этом случае влажность на начало следующей расчетной декады принимают равной влажности на конец предыдущей декады.

2. Wk<НОП, т. е. влажность в расчетном слое к концу декады оказалась меньше нижнего предела оптимальной влажности. Недостаток влаги определяется по формуле:

Н = НОП – Wk

Максимальная норма увлажнение определяется по выражению:

m_max = ППВ – W_k .

Влажность на начало следующей расчетной декады определяется по формуле:

И = Wk – ППВ

Влажность на начало следующей расчетной декады принимают равной ППВ.

1. ППВ>Wk>НОП, т. е. влажность в расчетном слое в конце декады находится в оптимальных пределах. В этом случае влажность на начало следующей расчетной декады принимают равной влажности на конец предыдущей декады.

2. Wk<НОП, т. е. влажность в расчетном слое к концу декады оказалась меньше нижнего предела оптимальной влажности. Недостаток влаги определяется по формуле:

Н = НОП – Wk

Максимальная норма увлажнение определяется по выражению:

m_max = ППВ – W_k .

Влажность на начало следующей расчетной декады определяется по формуле:

W_н = W_k + m

W_{k май (I)} = 714 + 0 + 18,2 + 125,6 – 165 = 693м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k май (II)} = 693 + 702 + 46,9 + 169,8 – 213,4 = 1398 м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k май (III)} = 1398 + 711 + 180,6 + 214,6 – 255,2 = 2177м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 2177 – 2066 = 111 м³/га

W_{k июнь (I)} = 2716 + 607 + 75,6 + 162 – 316,8 = 3244 м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 3244 - 2716 = 528 м³/га

W_{k июнь (II)} = 3341 + 636+ 160,3 + 192,5 – 338,8= 3991м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 3991 – 3341= 650 м³/га

W_{k июнь (III)} = 4001 + 657 + 130,2 + 276,4 – 442,2 = 4134 м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 4622 – 4001 = 621м³/га

W_{k июль (I)} = 4607 + 618 + 913,5 + 208,0 – 310,2 = 6037 м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 6037 – 4607= 1430 м³/га

W_{k июль (II)} = 4607 + 0 + 221,2 + 238,2 – 422,4 = 4689 м³/га (Wk>ППВ)

Избыток влаги И = 4689 – 4607= 82 м³/га

W_{k июль (III)} = 4607 + 0 + 24,5 + 252,2 – 376,2 = 4508м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k август (I)} = 4508 + 0 + 100,8+ 298,0 – 444,4 = 4462м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k август (II)} = 4462 + 0 + 213,5+ 240,4 – 358,6 = 4557м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k август (III)} = 4557 + 0 + 121,8+ 175,5 – 261,8= 4593м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k сентябрь (I)} = 4593 + 0 + 73,5+ 227,2 – 338,8 = 4555м³/га (ППВ>Wk НОП)

W_{k сентябрь (II)} = 4555 + 0 + 63,7+ 147,5 – 220 = 4546м³/га (ППВ>Wk НОП)

Таблица 7 Ведомость водного режима для 1968 года.

Месяцы	Декады	Температура воздуха (tC)	Осадки (О), мм	Глубина грунтовых вод (УГВ), м	Расчетный слой (hкс), см	Водные свойства почвы						Приход и расход воды									Запасы влаги в расчетном слое					Баланс влаги в расчетном слое					Норма увлажнения,м^3/га
						ПВ	ВЗ	ППВ	Нижний предел опт. влажности почвы (НОП)		Запас влаги в слое прироста корневой системы растений (W)		Используемые осадки (Р), м^3/га		Подпитывание грунтовыми водами корнеобитаемого слоя почвы (Ег), м^3/га		Водопотребление (Е), м^3/га
																													Приятая (m)			Максимальная (mmax)
																			На начало декады (Wн), м^3/га			На конец декады (Wк), м^3/га		Избыток (И)			Недостаток (Н)
3 группа. Поздние культуры (капуста поздн., морковь стол., свекла стол., кормовая и другие). Почвы торф.
Май	1	7,5	2,6	0,6	10	834	370	714	542	0				18,2		125,6		165		714			693,0		-			-		-			-
	2	9,7	6,7	0,6	20	1667	778	1426	1102	702				46,9		169,8		213,4		693			1398		-			-		-			-
	3	11,6	25,8	0,6	30	2466	1158	2066	1612	711				180,6		214,6		255,2		1398			2177		111			-		-			-
Июнь	1	14,4	10,8	1,0	40	3289	1426	2716	2066	607				75,6		162		316,8		2716			3244		528			-		-			-
	2	15,4	22,9	1,0	50	4092	1686	3341	2716	636				160,3		192,5		338,8		3341			3991		650			-		-			-
	3	20,1	18,6	1,0	60	4872	1934	4001	3341	657				130,2		276,4		442,2		4001			4622		621			-		-			-
Июль	1	14,1	130,5	1,1	70	5606	2146	4607	4001	618				913,5		208,0		310,2		4607			6037		1430			-		-			-
	2	19,2	31,6	1,1	70	5606	2146	4607	4607	0				221,2		283,2		422,4		4607			4689		82			-		-			-
	3	17,1	3,5	1,1	70	5606	2146	4607	4607	0				24,5		252,2		376,2		4607			4508		-			-		-			-
Август	1	20,2	14,4	1,0	70	5606	2146	4607	4607	0				100,8		298,0		444,4		4508			4462		-			-		-			-
	2	16,3	30,5	1,0	70	5606	2146	4607	4607	0				213,5		240,4		358,6		4462			4557		-			-		-			-
	3	11,9	17,4	1,0	70	5606	2146	4607	4607	0				121,8		175,5		261,8		4557			4593		-			-		-			-
Сентябрь	1	15,4	10,5	0,9	70	5606	2146	4607	4607	0				73,5		227,2		338,8		4593			4555		-			-		-			-
	2	10,0	9,1	0,9	70	5606	2146	4607	4607	0				63,7		147,5		220		4555			4546		-			-		-			-

6.2 Сроки и нормы полива и сброса избыточных вод.

Основные сроки и нормы увлажнения на текущий год выписывают из ведомости водного режима в таблицу 8 для каждого поля севооборота.

Количество полей, вид культуры и ее площадь выбирается в зависимости от группы культур по расчету ведомости водного режима. В нашем случае полей будет – 3, из которых на поле №1 будут возделывать капусту позднюю, на поле №2 – морковь, а на поле №3 – свеклу. Площадь каждого поля будет составлять 46 га. Сроки увлажнения и сброса, а также поливная норма (mн) в м³/га выписывается из справочной литературы и заносится в соответствующие графы таблицы 8.

Ниже будет приведены расчеты второй (2) декаде мая.

Далее рассчитывают норму полива, расход воды и время увлажнения, а также нормы расхода и время сброса избыточных вод.

Норму полива брутто (m_δ, м³/га) рассчитывают по формуле:

m_δ = mн / ŋ, где

ŋ – коэффициент использования воды на поле; ŋ = 0,9

m_{δ (1)} = 100/0,9 = 111 м³/га

Время полива поля одной дождевальной машиной (t_у, сут) определяют по формуле:

T_у = (m_δ х ω_H) / (3.6 х Q_M х T х ŋ_M), где

m_δ – поливная норма брутто, м³/га

ω_н – площадь поля нетто, га

Q_M – расход дождевальной машины, л/с; Q_M = 120 л/с

ŋ_м – коэффициент использования рабочего времени машиной за сутки.

ŋ_м = 0,81.

Т – число часов работы дождевальной машины в течение суток, Т = 16 ч.

t₁ = (111 х 100)/(3,6 х 120 х 16 х 0,81) = 1 сут

Расход воды на полив одного поля (из характеристики машины) равен 120 л/га.

Норма сброса воды из расчетного слоя почвы принимают равными избыткам, показанным в ведомости водного режима.

Время сброса воды (t_с, сут) определяют по формуле:

t_c = (m_c х ω) / (86.4 х g_max), где

m_c – норма сброса, м₃/га

g_max - максимальный модуль дренажного стока, л/с га; g_max = 0,232 л/с га

ω = 1 га

t_{c (3)} = (111 х 1)/(86,4 х 0,232) = 6 сут

Расход на сброс избыточных вод (Qс, л/с) определяют по формуле:

Qс = (m_c х ω_δ) / (86,4 х t_c), где

ω_δ – площадь поля брутто, га; ω_δ = ω_н = 46 га.

Q_{с (1)} = (111 х 46)/(86,4 х 6 ) = 10 л/с

Расчеты производим по всем декадам каждого месяца аналогично второй декаде мая и первой декады июля. Число машин рассчитывают исходя из того, сколько полей орошается в данную декаду. Например, в 1 декаду июня орошается 3 поля, значит необходимо три машины. Полученные результаты заносим в таблицу 8.

Таблица 8 Сроки, нормы увлажнения и сброса избыточных вод на полях овоще-кормового севооборота.

№ полей с/о	Культура	Сроки увлажнения и сброса	Способы увлажнения и осушения	Нормы увлажнения, м^3/га		Время увлажнения t, сутки	Расход на увлажнение Q, л/сек.	Норма сброса mc, м^3/га	Время сброса избыточных вод tc, сут.	Расход на сброс G, л/сек
				mн	mб
1	Капуста ранняя	21-31 мая	увлажнение дождевание для осушения закрытый горизонтальный дренаж.	100	111	1	89	111	6	10
		1-10 июня		400	444	4	89	528	27	10
		11-20 июля		400	444	4	89	82	5	9
		21-30 июля		350	389	4	78	-	-	-
		21-31 августа		500	556	5	89	-	-	-
		11-20 сентября		300	333	3	89	-	-	-
2	Морковь	1-10 июня		400	444	4	89	528	27	10
		11-20 июля		400	444	4	89	82	5	9
		21-30 июля		350	389	4	78	-	-	-
		21-31 августа		500	556	5	89	-	-	-
3	Свекла	1-10 июня		400	444	4	89	528	27	10
		11-20 июля		400	444	4	89	82	5	9
		21-30 июля		350	389	4	78
		21-31 августа		500	556	5	89

6.3. Составление оперативного плана регулирования водного режима почвы

На осушительных системах двустороннего действия оперативный план регулирования водного режима разрабатывают на весенний и летний периоды. Для разработки оперативного плана необходимо иметь: схему осушительно – оросительной сети, план размещения культур, сроки и нормы полива.

Оперативный план регулирования водного режима составляют в виде календарного графика. В нем показывают красными чернилами сроки полива каждого поля, а синими чернилами – сбросные расходы, сроки и нормы отвода избыточных вод.

При составлении оперативного плана принимают, что все машины поливают одно поле.

Для определения количества машин, необходимых для полива за расчетную декаду, используют следующую формулу:

n = ∑t / 10, где

∑t – сумма дней для полива всех культур в расчетной декаде.

n = (1) / 10 = 1

Запись , расположенная в третьей декаде мая таблицы 9, означает, что поливная норма брутто 111 м³/га, полив будет проводиться 21 мая одной машиной расход на увлажнение 89 л/с.

Таблица 9 Оперативный план регулирования водного режима на участке.

№п оля

Культура, S 65 га

Способы увл-я и осушения

Способ регулирования водного режима

Нормы, сроки, расходы на увлажнение и сброс

май

июнь

июль

август

сентябрь

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

I

Капуста поздняя

увлажнение дождевание для осушения закрытый горизонтальный дренаж

Увлажнение

Сброс

II

морковь

Увлажнение

Сброс

II

свекла

Увлажнение

Сброс