МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра кадастра

недвижимости и геодезии

ОПД.Ф.07.01 Мелиорация земель

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта

Проектирование режима орошения сельскохозяйственных культур

Для студентов направления 120300 Землеустройство и кадастры

очной и заочной форм обучения

Уфа 2010

УДК 631.67

ББК 40.62

М 47

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета землеустройства и лесного хозяйства (протокол №5 от 11 февраля 2010г.)

Составители: доценты Ишбулатов М.Г., Потапов И.Н.

Рецензент: доцент кафедры природообустройства, строительства и гидравлики Хафизов А.Р.

Ответственный за выпуск: зав.кафедрой кадастра недвижимости и геодезии

доцент Ишбулатов М.Г.

Уфа, БГАУ, кафедра кадастра недвижимости и геодезии

Целью курсового проектирования при изучении дисциплины «Мелиорация земель» является ознакомление с литературой и методикой разработки режима орошения при поливе дождеванием в условиях четырехпольного севооборота.

Для разработки курсового проекта студенты получают индивидуальное задание на проектирование с данными к расчету:

1. Почвы

2. Площадь орошения брутто

3. Состав культур

4. Район проектирования

Оформление курсового проекта выполняется в виде пояснительной записки с приложением листа формата А1, на котором будут изображены интегральные кривые дефицита водного баланса, неукомплектованный и укомплектованный графики поливов сельскохозяйственных культур, а также план закрытой оросительной сети.

Курсовой проект включает следующие разделы:

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОЖДЕВАНИЯ

2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

3. РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

   0. ОРОСИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

   1. Нормы поливов и их количество

   2. Сроки и продолжительность поливов

   3. График поливов культур в севообороте

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Кратко излагаются задачи, решаемые при мелиорации, описывается эффективность мелиоративных мероприятий.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОЖДЕВАНИЯ

Излагается сущность дождевания, его достоинства и недостатки, основные характеристики дождя, виды дождевания и дождевальных оросительных систем.

2 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

2.1 Местонахождение проектируемого участка орошения и принадлежность к природно-климатической зоне РБ.

2.2 Климат. Приводятся данные по продолжительности вегетационного периода, температуре воздуха по месяцам, среднегодовым и месячным осадкам, дефиците влажности воздуха за вегетационный период, ветрам.

2.3 Описывается почвенный покров зоны с характеристикой почвы на участке орошения.

При написании этих разделов можно использовать агроклиматические справочники и климатические очерки данного района и монографии.

3 РАСЧЕТ РЕЖИМА ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТЕ

Совокупность сроков, норм и количества поливов, обеспечивающих необходимый для сельскохозяйственных культур водный режим в почве, составляет режим орошения. Устанавливают его расчетным путем в соответствии с биологическими особенностями растений, климатическими, почвенными и гидрогеологическими условиями орошаемого участка, способом и техникой полива, технологией возделывания культур и т. д.

При разработке режима орошения требуется:

1. рассчитать оросительные нормы;

2. определить поливные нормы и их количество;

3. установить сроки и продолжительность поливов;

4. построить неукомплектованный и укомплектованный графики поливов;

1. Расчет оросительной нормы

Оросительная норма (М_ор) или дефицит водного баланса – это количество воды в м³ на 1 га, которое необходимо дать растениям при поливах за весь вегетационный период, т. е. разница между суммарным водопотреблением и естественными запасами влаги в почве.

Водопотребление сельскохозяйственных культур меняется в течение вегетационного периода. Расход почвенной влаги через транспирацию и испарение с поверхности почвы за вегетационный период составляет суммарное водопотребление (Е).

Оросительную норму можно определить из уравнения водного баланса:

М_ор=Е-Р_ос-W_г-(W_п-W_у)+П, (1)

где Е - суммарное водопотребление, м³/га;

Р_ос – сумма полезных осадков за вегетацию, м³/га;

W_г - количество воды, используемое растениями за счет грунтовых вод, м³/га;

W_п и W_у – запасы почвенной влаги в корнеобитаемом слое, соответственно во время посева и уборки урожая, м³/га;

П – потери воды при поливах и на промывной режим, м³/га. м³/га;

Суммарное водопотребление (м³/га) за период вегетации можно определить по формуле Костякова:

Е = kУ, (2)

где k- коэффициент водопотребления, м³/га;

У – планируемый урожай, ц/га.

Суммарное водопотребление за вегетацию можно также определить по биоклиматическому методу, разработанному А.М. и С.М. Алпатьевыми.

Этот метод основан на эмпирических зависимостях суммарного водопотребления от дефицита влажности воздуха и коэффициента биологической кривой растения. Биологические кривые представляют собой зависимость суммарного водопотребления (Е) от суммы дефицитов влажности воздуха за расчетный период (∑d).

Для орошаемых районов рекомендуют постоянные декадные значения k, пользуясь которыми можно определить Е при условии оптимального увлажнения расчетного слоя почвы:

Е=к∑d, (3)

где Е - суммарное водопотребление, мм;

к - коэффициент биологической кривой, мм/мб;

∑d – сумма дефицитов влажности воздуха, мб.

Биоклиматический коэффициент представляет собой слой воды в мм, расходуемой на испарение почвой и транспирацию растениями при дефиците влажности воздуха в 1 миллибар. Его величина зависит от биологических особенностей культуры, фаз ее развития и климатических условий отдельных природных зон.

Расчет оросительной нормы производится следующим образом:

1) Составляется ведомость расчета дефицита водного баланса с/х культур (приложение 1). Подекадно от посева ( после перехода среднесуточной температуры через 5⁰С) до конца периода водопотребления в зависимости от поливной культуры (таблица 1) устанавливаются по данным наблюдений ближайшей к проектируемому участку метеостанции ( приложение 1 и 2):

d- среднесуточный дефицит влажности воздуха, Мб;

p- сумма осадков, мм;

t- среднемноголетняя декадная температура воздуха, ⁰С.

2) Устанавливается сумма среднесуточных дефицитов влажности по декадам, мб:

∑d = nd (4)

3) Подекадно рассчитывается количество используемых осадков при 75% обеспеченности, мм:

P_o= μP (5)

Где µ - коэффициент использования осадков. Принимается равным для степной зоны 0,6; для лесостепной – 0,7.

Таблица 1 Расчетный период для учета осадков

Культура	Период	Фаза развития культуры, при которой прекращается полив	Глубина активного слоя почвы, см
Яровая пшеница	21/IV-20/VII	Молочная	40
Озимая рожь	1/VIII-10/X	То же	40
Горох	21/IV-30/VI	То же	40
Сахарная свекла	1/V-30/VIII	Окончание новообразования листьев	50
Кормовая свекла	1/V-10/IX	Завершение формирования корнеплода	50
Картофель ранний	1/V-30/VI	Цветение + 10 дней	40
Картофель поздний	1/V-30/VIII	Цветение + 20 дней	40
Огурцы, томаты	1/VI-20/VII	Начало массовых сборов	30
Капуста ранняя	11/V-10/VIII	Реализационная спелость	30
Капуста поздняя	1/VI-10/X	Техническая спелость	30
Лук	1/V-30/VI	За месяц до уборки	20
Морковь	1/V-31/VIII	За месяц до уборки	30
Многолетние травы	21/IV-10/X	Время прекращения вегетации	60
Кукуруза на силос	10/V-1/VIII	За 20 дней до уборки	60

4. Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t◦ = nt◦. (7)

4. Устанавливается подекадная сумма среднесуточных температур воздуха с поправкой на приведение к 12-часовой продолжительности дня; для чего ∑t◦ умножается на поправочные коэффициенты l (таблица 2).

Таблица 2 Значение коэффициента для приведения дня к 12-ти часовой продолжительности(для широты 52-56^о)

Месяцы	Декады	Показатель
1	2	3
Апрель	1	1.11
	2	1.17
	3	1.21
Май	1	1.28
	2	1.35
	3	1.37
Июнь	1	1.43
	2	1.44
	3	1.44
Июль	1	1.43
	2	1.38
	3	1.36
Август	1	1.29
	2	1.26
	3	1.16
Сентябрь	1	1.11
	2	1.04
	3	1.00

4. Определяется сумма температур воздуха с поправкой на длину дня за период водопотребления для каждой культуры нарастающим итогом.

5. Биоклиматический коэффициент (k, мм/мб) в зависимости от суммы температур нарастающим итогом определяется по приложению 6

К₀– коэффициент испарения с незатененной растениями поверхности при осадках более 5 мм равен 0,19 мм/мб.

4. Суммарное испарение за декаду – определяют для периода от посева до всходов по формуле

Е = k₀∑d (мм)

и от всходов до конца водопотребления.

Е = k∑d (8)

4. Устанавливается коэффициент влагообмена, учитывающий, капиллярный подток и непосредственное использование воды корнями растений из слоев, ниже 100см. Для первой четверти вегетации γ принимается равным 1, второй – 0,95, третьей – 0,9, четвертой – 0,85. Для люцерны второго и третьего года жизни – 0,85.

В соответствии с коэффициентом γ рассчитывается Е_γ, мм:

Е_γ= Еγ (9) (9)

4. Определяется расход влаги по декадам с поправкой на климатический коэффициент К_м, мм (таблица 3):

Е_м = ЕγК_м (10)

_{Таблица 3 Значение климатического коэффициента К}м

Зоны		Степная	Лесостепная
Месяцы	Апрель	1.0	1.0
	Май	0.97	1.0
	Июнь	0.95	0.96
	Июль	0.95	0.98
	Август	0.90	0.98
	Сентябрь	0.90	0.96

4. Определяется дефицит водного баланса (ДВБ) по декадам для культур весеннего сева – со времени посева, а для многолетних трав и озимых культур – со времени возобновления вегетации. Для первой декады ДВБ рассчитывается по формуле, мм:

∆Е=Е_м-(Р₀+W_n), (11)

где W_n – продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы:

W_n = 10 h α (β_нач -β_min), (12)

где h- расчетный слой почвы, м ( таблица 1);

α- плотность этого слоя почвы, т/м³ (приложение 5);

β_нач- влажность расчетного слоя почвы в % в начале расчетного периода принимается равной 0,9 от наименьшей влагоемкости (НВ) для ранних культур и 0,8- для поздних;

β_min- минимально допустимая влажность принимается равной 0,65 от НВ для зерновых и 0,70 от НВ – для овощных культур и картофеля.

Для последующих декад ДВБ равен, мм:

∆Е=Е_м-(Р₀+∆W_n), (13)

где ∆W_n- переходящий (неиспользованный) продуктивный запас влаги из предыдущей декады.

В начале вегетационного периода сумма запаса влаги и осадков -(Р₀+∆W_n) могут превышать расход влаги с учетом микроклиматического коэффициента ( Е_м ), т.е. ДВБ будет иметь отрицательный знак.

С периода превышения величины Ем над суммой (Р₀+∆W_n) начинается дефицит в водном балансе, тогда ∆Е=Е_м-Р₀.

Если грунтовые воды Wгр находятся на глубине ближе 3м, то уравнение (13 ) приобретает вид:

∆Е=Ем-(Р₀+∆Wn+ Wгр) , (14)

Wгр=Ем Кг, (15)

где Кг- коэффициент капиллярного подпитывания.

12. С декады, когда ∆Е приобретает положительное значение, до конца периода водопотребления рассчитывается ДВБ нарастающим итогом. Полученная величина переводится в м³/га (1 мм=10 м³/га), округляется до сотен м³ на га преимущественно в большую сторону и является оросительной нормой.

3.2 Расчет нормы поливов и их количества

Поливная норма – это количество воды в м³на 1 га, которое необходимо дать растениям за один полив. Ее величина зависит от вида культуры и фазы ее развития, водно-физических свойств почвы, мощности почвенного слоя, содержания солей в почве, климатических и гидрогеологических условий, способа и техники полива.

Поливная норма m вегетационного полива, м³/га:

m=100hα( β_HB -βmin), (16)

где h- глубина активного слоя почвы, м;

α- объемная масса почвы, т/ м³;

β_HB- влажность почвы при наименьшей влагоемкости, %;

βmin- влажность почвы перед поливом или нижний порог оптимальной влажности почвы, равный γβнв (γ принимается по таблице 4).

Таблица 4 Предполивная влажность в активном слое почвы (в долях от наименьшей влагоемкости)

Культура	Почвы
	Средние и тяжелосуглинистые	Супесчаные
Зерновые	0,70-0,75	0,60-0,65
Овощные	0,75-0,80	0,70-0,75
Кукуруза	0,70-0,75	0,60-0,65
Корнеплоды	0,70-0,75	0,65-0,70
Картофель	0,65-0,75	0,60-0,65
Многолетние травы	0,70	0,60

На засоленных почвах поливные нормы увеличивают на15-30%.

Во избежание снижения влагозапасов в почве ниже критического уровня и в целях облегчения укомплектования графика гидромодуля рекомендуется уменьшить расчетную поливную норму на 10-20% и округлить ее до 50 или 100 м³/га.

Расчеты поливных норм всех культур сводят в таблицу 5.

Таблица 5 Расчет поливных норм

Культура	h, м	α т/м	Влажность почвы		Поливная норма, м3/га		ММор	Кол-во поливов
			βнв, %	βmin, %	расчетная	принятая
1	2	3	4	5	6	7	8	9

Оросительная норма состоит их суммы всех поливов:

М_ор= ∑m (17)

Если нормы поливов одинаковы, то их количество определяется соотношением:

n=M_op/m, (18)

где М_ор- оросительная норма, м³/га;

m- поливная норма, м³/га.

Если поливные нормы не кратны оросительной норме, то необходимо варьировать размерами поливной нормы. В начале вегетации желательно применять меньшие поливные нормы, увеличивая их к концу вегетации. В любом случае сумма поливных норм должна быть равной оросительной норме.

1.3 Сроки и продолжительность поливов

Сроки полива культуры определяют по интегральной кривой дефицита водного баланса (рисунок 1).

Интегральная кривая строится на миллиметровой бумаге. По оси абсцисс откладывают месяцы и декады вегетационного периода, по оси ординат - суммарный дефицит водного баланса в мм в масштабе, чтобы кривая расположилась на одном листе.

Дате первого полива соответствует точка пересечения интегральной кривой с осью абсцисс. От этой точки откладывают по оси ординат норму первого полива в мм. Перпендикуляр, опущенный с точки пересечения горизонтальной линии с интегральной кривой до оси абсцисс, указывает дату второго полива. Даты последующих поливов устанавливаются аналогично. Эти даты являются средними датами поливов.

Согласно А.И. Костякову, длина поливного периода ограничивается отклонением поливной нормы от средних значений не более 10-15%. При этом условии, начало поливного периода наступит тогда, когда дефицит водного баланса будет на 10-15% меньше расчетной поливной нормы, а конец – когда на 10-15% больше. Эти дни устанавливаются также на интегральной кривой дефицита водопотребления аналогично определению средних дат поливов.

Число дней от начала до конца полива является его агротехнически допустимой продолжительностью.

Сроки и продолжительность каждого полива представляются в форме таблицы 6.

Таблица 6 График поливов

Культуры	№№ поливов	Средние даты поливов	Сроки поливов		Агротехнически допустимая продолжительность
			начало	конец
1	2	3	4	5	6

1.4 Режим орошения сельскохозяйственных культур в севообороте.

Режим орошения сельскохозяйственных культур в севообороте характеризует общую, ежегодную потребность в воде по срокам на всей его площади и представляет собой план подачи воды в севооборот. Этот план учитывает не только распределение оросительной воды по культурам по этапам развития, но и определяет потребность в технике и рабочей силе для поливов.

Для составления графика поливов культур в севообороте необходимо рассчитать поливные расходы или гидромодули (удельные расходы) поливов.

Объем воды для каждого полива вычисляют по формуле:

W=Fm, (19)

где F- площадь, занимаемая культурой, га;

m- поливная норма; м³/га.

Общая площадь поливного участка и площадь под каждой культурой определяется самостоятельно студентом исходя из рельефа по данному преподавателем плану земельного участка.

Продолжительность поливного периода, сутки T. вычисляют по формуле:

Т= W/q× t,

где t- продолжительность полива в течение суток (обычно t=16 часа);

q – расход выбранной дождевальной машины, м³/час.

На оси абсцисс откладывают сроки поливов, принимая масштаб 2мм=1 суткам, а на оси ординат – расход дождевальной машины. Затем строят на графике прямоугольники всех поливов культур (высота – поливной расход ( если работают несколько машин, то расходы суммируются, а при работе одной машины поливной расход равен расходу машины, ширина - продолжительность полива). Строить начинают прямоугольники с культуры, которая имеет наибольшее число поливов. Затем - для второй и т.д., если поливы двух или более культур полностью или частично совпадают во времени, то в эти дни поливные расходы суммируют, и прямоугольники частично или полностью надстраивают один над другим. Построив график поливов всех культур, получают неукомплектованный график поливов всех культур севооборота.

По этому графику поливы не проводят, так как требуемые для полива расходы воды очень неравномерны, что экономически невыгодно и технически неприемлемо.

Такой график необходимо укомплектовать, то есть выровнять путем изменения сроков и продолжительности поливов так, чтобы уничтожить пики и заполнить пустоты графика. При укомплектовании графика выполняют следующие условия:

1. Величина поливных норм не изменяется;

2. Смещение сроков полива возможно и вправо (2-3 дня) и влево (3-5 дней), т.к. поливные нормы приняты меньше максимальных на 10-20 %;

3. Продолжительность полива отдельных культур принимают для многолетних трав не больше 10-12 дней, зерновых – 8-10 дней, овощных – 5-7 дней;

4. Межполивные периоды изменяют не более, чем на 3 дня.

По возможности прямоугольники не накладывают друг на друга, а располагают их рядом, то есть в каждый момент времени поливают только одну культуру.

Приложение 1