Организация рационального использования водных ресурсов с применением площадей периодического орошения для условий Ростовской области

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(01), 2011 г.

УДК 631.67«5»:631.675.004.14

О. В. Воеводин, А. Л. Кожанов

ОРГАНИЗАЦИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛОЩАДЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ОРОШЕНИЯ ДЛЯ УСЛОВИЙ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

В статье приводится схема рационального применения неиспользованных лимитов оросительной воды на площадях периодического орошения, процесс организации периодического орошения, методика расчета площади периодического орошения, а также экспресс-определение площади периодического орошения от обеспеченности дефицита водного баланса и средневзвешенной оросительной нормы севооборота для условий Ростовской области, варианты устройств системы периодического орошения.

Ключевые слова: периодичность, орошение, лимит, дефицит, площадь, организация, оросительная норма.

O. V. Voevodin, A. L. Kozhanov

ORGANIZATION OF THE RATIONAL USE OF WATER RESOURCES ON PERIODIC IRRIGATION AREA FOR ROSTOV REGION

CONDITIONS

The scheme of the rational use of unused limits of irrigation water on periodic irrigation area; the organization of periodic irrigation process; calculating the periodic irrigation area method; as well as the express determination of periodic irrigation area and availability of water balance deficit and the average weighted irrigating norm of crop rotation for Rostov region conditions; different variations of periodic irrigation system are presented in the article.

Keywords: periodicity, irrigation, the limit, the deficit, the area, organization, the irrigating norm.

В настоящее время в ФГНУ «РосНИИПМ» ведется поиск, разработка и адаптация перспективных направлений, отвечающих современным требованиям сельскохозяйственного производства на орошаемых землях.

Действующий в орошаемом земледелии подход, направленный на стабильную работу сельхозпроизводств в годы 25 % обеспеченности дефицита водного баланса, не всегда отвечает эффективному природопользованию. Конечно, стабильность не потеряется в годы с меньшими значениями обеспеченности осадками, однако возникает момент, при котором оросительная вода транспортируется и сбрасывается все в больших объемах, не принося никакого положительного эффекта. Более того, в дос-

таточно влажные годы возможен простой оросительной техники у сельхозпроизводителей, что при современных экономических условиях тоже не совсем положительный факт. Данные негативные явления требуют совершенствования процессов, связанных с разработкой новых подходов и принципов оптимизации использования водных ресурсов и средств орошения. Одним из путей, призванных решать вышеперечисленные проблемы, может стать внедрение системы периодического орошения дополнительных площадей [1].

Другой проблемой является организация полива площадей периодического орошения во влажные годы с разной обеспеченностью дефицита водного баланса. При обеспеченности дефицита водного баланса более 25 % (влажный год) образуются неиспользованные лимиты оросительной воды, увеличиваются сроки простоя дождевальной техники и обслуживающего персонала. Основными факторами, влияющими на получение неиспользованных лимитов воды на регулярных площадях орошения в годы обеспеченностью дефицита водного баланса более 25 %, являются метеоусловия (температура воздуха, влажность воздуха, атмосферные осадки и др.) и контроль состояния площадей орошения. Контроль состояния должен проводиться как на площадях регулярного, так и на выделенных площадях периодического орошения. Он включает в себя отслеживание за следующими показателями: состоянием почв (влажность и запасы влаги в почве); выбором сельскохозяйственных культур для основных площадей и площадей периодического орошения; сроком посева сельскохозяйственных культур; фазами развития во времени; мощностью корневой системы, а также за испарением влаги из почвы и эвапотранспирацией (испарение с поверхности почвы и влаги с поверхности листьев). Схема рационального применения неиспользованных лимитов воды представлена на рисунке 1.

В связи с тем, что в Ростовской области постоянно происходит периодическая смена сухих и влажных периодов, появляется необходимость

разработки модели процесса принятия решений (ППР) для организации периодического орошения.

Метеоусловия Температура, влажность воздуха, атмосферные осадки

Контроль состояния

V Ж

V

Регулярные площади орошения Площади периодического орошения

Почвенные условия Влажность почвы Почвенные условия Влажность почвы

Запасы влаги в почве Неиспользованный^ Запасы влаги в почве

С.-х. культуры Наименование Сроки посева Фазы развития во времени Мощность корневой системы С.-х. культура Наименование Сроки посева Фазы развития во времени Мощность корневой системы

Испарение, эвапотранспирация Испарение, эвапотранспирация

4^

Совмещенная технология орошения Состав операций технологии орошения

Результат: Рациональное использование материальных ресурсов

Рисунок 1 - Схема рационального применения неиспользованных лимитов воды на площадях периодического орошения

Модель процесса принятия решений при организации поливов площадей периодического орошения записывается в виде:

М =< Я0, Т, Q, £, А, В, Y, f, К, Г >,

где £ 0 - проблемная ситуация;

Т - время для принятия решения;

Q - другие ресурсы, необходимые для принятия решения;

£ - множество альтернативных ситуаций, которые доопределяют

3

проблемную ситуацию £ 0;

А - множество целей, влияющих на ППР;

В - множество ограничений;

У - множество альтернативных решений; f - функция предпочтения ЛПР;

К - множество критериев выбора наилучшего решения;

У * - оптимальное решение.

Условно последовательность процесса организации систем периодического орошения (СПО) можно разделить на шесть блоков:

- рассчитать площадь периодического орошения;

- выбрать участок под периодическое орошение;

- выбрать схемы орошения и состав оборудования;

- рассчитать технические характеристики СПО;

- выбрать технологии перемещения и монтажа СПО;

- произвести стоимостную оценку системы орошения.

С одной стороны, для определения возможной площади периодического орошения нужно знать тот объем воды, который освобождается на площадях регулярного орошения, в результате уменьшения оросительных норм в относительно влажные годы, а с другой - средневзвешенную оросительную норму с.-х. культур на площади дополнительного орошения [1].

Объем избыточных вод на 1 га площади регулярного орошения в год обеспеченности дефицита водного баланса более 25 % определяем по разности:

АМР = М25 -Мр,

св св св 5

где АМрв - объем избыточных вод на 1 га площади регулярного орошения в расчетный год обеспеченности дефицита водного баланса, м /га;

МсРв - средневзвешенная оросительная норма в расчетный год обеспеченности дефицита водного баланса, м3/га.

Суммарная величина уменьшения расхода воды со всей площади регулярного орошения в средние и в средневлажные годы равняется:

Vе =АМР • £ ,

св р ?

где Бр - площадь регулярного орошения, га.

Площадь дополнительного орошения (Бд) определяем по формуле:

Vе •л

Мр

д

где Мр - оросительная норма культуры на участке дополнительного орошения или средневзвешенная оросительная норма на участке дополнительного орошения, рассчитываемая таким же образом, что и для площади регулярного орошения в расчетный год обеспеченности дефицита водного баланса, м3/га;

ц - проектируемый коэффициент полезного действия оросительной сети (0,7-0,8).

Для наглядного представления зависимости процента площади дополнительного орошения от обеспеченности дефицита водного баланса и средневзвешенной оросительной нормы севооборота для условий Ростовской области построили поверхности откликов, представленные на рисунке 2, и вывели математические зависимости, представленные ниже:

а) П = -1144,43 + 8,17• Р + 813,83-М + 0,087• Р2 -6,79• Р- М -100,37• М2;

У 5 5 5 св ? ? св ? св ’

б) П = -10516793+ 8,3426- Р+0,732- Мсв + 0,0663- Р2 - 5,94- Р - Мсв - 99,56- М2св;

в) П = -1853,73 +12,87 - Р +1324,41-М + 0,147 - Р2-11,2 - Р -М - 200,41-М2;

У 5 5 5 св 7 5 св 5 св 5

г) П = -720,21+6,4512-Р+486,82-М + 0,0345-Р2 -3,82-Р-М -67,14-М2,

У 5 5 5 св 5 5 св 5 св “

где П - процент от основной площади орошения, %;

Р - обеспеченность года, %;

Мрсв - средневзвешенная оросительная норма севооборота, м3/га.

а) культура на дополнительной площади -кукуруза на зерно

1.0 °/

б) культура на дополнительной площади -кормовая свекла

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(01), 2011 г.

/.

в) культура на дополнительной площади - г) культура на дополнительной площади -

озимая пшеница соя на зерно

Рисунок 2 - Графики зависимости процента площади дополнительного орошения от обеспеченности дефицита водного баланса и средневзвешенной оросительной нормы севооборота для условий Ростовской области

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 1(01), 2011 г.

Таким образом, на основании анализа полученных трехмерных диаграмм зависимости процента площади дополнительного орошения от обеспеченности дефицита водного баланса и средневзвешенной оросительной нормы севооборота, получены математические зависимости, которые позволяют оперативно рассчитывать дополнительную площадь орошения для условий Центральной орошаемой зоны Ростовской области.

После определения возможной дополнительной площади периодического орошения необходимо выбрать участок пригодный для таких условий с возможными схемами периодического орошения, зависящих от расположения дополнительных площадей.

При выборе участка под периодическое орошение необходимо учитывать уровень состояния почв, почвенные характеристики участка под периодическое орошение, расположение участка относительно площади регулярного орошения. Для выбора схем периодического орошения необходимо учитывать: парк средств орошения в хозяйстве; площадь дополнительного орошения и его конфигурацию; состав культур на площади регулярного и дополнительного орошения; рельеф местности; способ забора воды: из открытого канала или от гидранта напорной сети. Согласно этим условиям выбираем способ орошения:

- поверхностный полив по бороздам, полосам;

- полив дождеванием.

Система периодического орошения включает в себя мобильное оросительное оборудование, состоящее из передвижных насосных станций и водопроводящих разборных трубопроводов; средства для орошения, которые не являются стационарными и могут перемещаться. Для дополнительных площадей орошения целесообразно использовать средства для орошения, отличающиеся своей мобильностью, к которым можно отнести дождевальные машины типа ДДН-70, ДДА-100 МА, различные дождевальные машины барабанного типа, а также поливные машины, применяемые для

поверхностного полива и др.

При расчете технических характеристик системы периодического орошения необходимо провести гидравлический расчет трубопроводов для подобранных дождевальных устройств и выбрать передвижную насосную станцию или гидрант напорной сети. Гидравлический расчет проводят по алгоритму, используя известные зависимости [2].

Выбор варианта перемещения мобильного оросительного оборудования системы периодического орошения зависит от рельефа местности, положения площади дополнительного орошения и затрат на проведение операций перемещения (погрузка, разгрузка, прямолинейное перемещение).

Для перемещения мобильного оросительного трубопровода со склада или с площади регулярного орошения до дополнительно орошаемого массива, в зависимости от материала труб и их диаметра, можно использовать следующие технологии перемещения:

- прямолинейное перемещение секциями со склада или поля к месту монтажа на дополнительно орошаемом участке трактором-буксировщиком;

- перемещением к месту монтажа отдельными трубами при помощи самосвалов с погрузкой и выгрузкой труб вручную или с использованием различных стреловых кранов, талей и других погрузочных приспособлений.

Для перемещения мобильного оросительного оборудования в процессе полива площадей дополнительного орошения при периодическом орошении наиболее удачна схема прямолинейных перемещений секциями трубопровода в сочетании с их крупногрупповым использованием. При этой схеме сводятся к минимуму потери урожая от заминания растений тракторами-буксировщиками и самими трубопроводами (2-3 %).

Для выбора монтажа трубопровода системы периодического орошения составляем матрицу вариантов устройств системы периодического орошения для различных материалов труб. В данном случае матрицей опи-

сывается 216 вариантов устройств системы периодического орошения: 3 (подача воды) х 3 (материал трубы) х 3 (тип соединения х 2 (способ забора воды) х 2 (наличие пруда-накопителя) х 2 (способ полива) = 216, варианты анализируются и выбираются необходимые. В случае неприемлемого технического решения (подача воды самотечная и материал трубы) такое решение исключается.

Стоимость перемещения и монтажа различных вариантов системы периодического орошения определяем с помощью программного обеспечения Smeta Wizard или подобных, по объемам работ по каждой технологической операции монтажа и выбираем наиболее выгодный вариант.

Таким образом, использование данного подхода к процессу организации периодического орошения в условиях Ростовской области позволит наиболее рационально использовать водные ресурсы и эффективно применять средства для орошения в хозяйствах, минимизировав простои оросительной и поливной техники и увеличив отбор невостребованной воды из магистрального канала, а также улучшить и сохранить потребительские свойства агроландшафта. Этому будет способствовать применение полуста-ционарных и мобильных оросительных систем, эксплуатация которых сводит к минимуму техногенную нагрузку на орошаемый участок.

Список использованных источников

1 Щедрин, В. Н. Как восстановить и сохранить природное плодородие черноземов / В. Н. Щедрин, Н. П. Бредихин, Н. Н. Бредихин // Мелиорация и водное хозяйство. - 1998. - № 2. - С. 33-35.

2 Периодическое орошение сельскохозяйственных культур на дополнительных площадях в зоне оросительно-обводнительных систем: временные метод. рекомендации / под ред. Г. А. Гарюгина, О. К. Баженова, Л. Н. Макаренко. - Ставрополь, 1983. - 26 с.

3 Провести исследования и разработать рекомендации по реконструк-

ции внутрихозяйственной оросительной сети с использованием мобильного оросительного оборудования: отчет о НИР (заключ.): 2.6 / ФГНУ

«РосНИИПМ»; рук.: Сенчуков Г. А. - Новочеркасск, 2007. - 96 с. - Исполн.: Штанько А. С., Олейник Р. А., Болотова Н. Ю. - № ГР 01200801030. -Инв. № 02200800210.