Орошение

Оросительные сельскохозяйственные мелиорации представляют собой систему организационно-хозяйственных и технических мероприятий для коренного улучшения неблагоприятных природных (почвенных, климатических, гидрологических) условий мелиорируемых территорий путём направленного изменения и регулирования водного и связанного с ним воздушного, питательного и теплового режимов их в целях прогрессивного повышения плодородия почв и обеспечения высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Орошение земель эффективно только в сочетании с соответствующей системой агротехнических мероприятий. В состав оросительной системы входят земельная территория, источник орошения, оросительная, коллекторно-дренажная и сбросная сеть каналов или закрытых трубопроводов, водозаборные, водораспределительные и измерительные гидросооружения, вертикальные дрены, дороги, линии связи и электропередачи. По способу забора воды из источника орошения оросительные системы делятся на самотечные и с машинным водоподъёмом.

Орошение — один из видов водных мелиораций в зонах недостаточного и неустойчивого естественного увлажнения, направленный на предотвращение почвенной и частично атмосферной засух путём покрытия дефицита влажности. Основное назначение орошения: получение гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур независимо от складывающихся погодных условий за счёт управления водным и связанными с ним воздушным, тепловым, солевым, микробиологическим и питательным режимами в почве. Применяют орошение также для промывки почв, борьбы с атмосферной засухой, как средство против заморозков, для внесения с поливной водой минеральных и органических удобрений, а также химических средств защиты растений от болезней и вредителей.

Способ орошения — искусственный приём перевода воды из состояния тока по поверхности почвы и по водоводам в качественно новое состояние почвенной и воздушной влажности. Способ орошения характеризуется контактами воды с растением, почвой и приземным слоем воздуха, протекающими при этом физическими и физиологическими процессами, длительностью и интенсивностью направленного воздействия на растение и среду. Классификация способов и технологий орошения основывается на группе признаков, характеризующих с достаточной полнотой принципиальные отличительные особенности процесса полива и механизма его воздействия на растение и среду (почва — приземной слой воздуха). Главные из этих признаков — характер и механизм перевода воды из состояния водного тока в состояние почвенной и воздушной влажности; степень локальности контактов воды и почвы; длительность и непрерывность процесса орошения; интенсивность водоподачи и степень её соответствия интенсивности водопотребления растениями. В настоящее время применяют три основных способа орошения: поверхностный полив, дождевание и микроорошение (капельное и внутрипочвенное).

Поверхностный способ орошения: когда вода, перемещаясь по поверхности почвы, увлажняет её под воздействием гравитационных и капиллярных сил

По степени приближения интенсивности водоподачи к интенсивности водопотребления поверхностный полив является асинхронным, так как интенсивность водоподачи больше мгновенной и среднесуточной интенсивности водопотребления. Существует несколько видов поверхностного полива: по бороздам, напуском по полосам, затоплением чеков. Каждый вид поверхностного полива имеет различные способы организации и технологии его осуществления. Технологии полива непрерывно совершенствуются. Степень совершенства технологий и технических средств полива должна оцениваться в составе оросительной системы и комплексной технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

Полив — однократное искусственное увлажнение почвы и приземного слоя атмосферы.

Технология полива — последовательность операций процесса водораспределения, осуществляемых по определённой схеме; используемые технические средства и параметры техники полива.

Техника полива — используемые технические средства, приёмы проведения полива (постоянной, переменной струёй, дискретным способом) и параметры элементов техники полива (длина борозд, ширина междурядий, расходы в голове борозд, время полива).

Поливная техника — технические средства (машины, механизмы и орудия) для проведения полива.

Оптимальные элементы техники полива — для конкретного поливного участка используется такое сочетание расхода в борозду и времени полива, которое обеспечивает заданные условия оптимизации. Такими условиями могут быть: наибольший КПД полива, наибольшая расчётная урожайность, наибольший условный чистый доход и другие условия, минимизирующие затраты оросительной воды на единицу сельскохозяйственной продукции. Задача назначения оптимальных величин элементов техники полива решается дополняющими друг друга методами: теоретический расчёт (на математической модели полива), полевой опыт и пробный полив.

Оросительная норма — количество воды, которое подаётся на гектар орошаемой площади за вегетационный период, измеряемое в м3/га или мм слоя воды. Определяют её как разницу между суммарным водопотреблением (эвапотранспирацией) культуры и её природной водообеспеченностью. Обычно оросительную норму принимают равной дефициту суммарного водопотребления культуры за вегетационный период. Оросительную норму в зависимости от биоклиматического характера её внутрисезонного распределения подают на поле частями в виде поливных норм, которые рассчитывают с учётом биологических требований растений и сохранения почвенного плодородия.

Биологическая норма водопотребления культуры — равна эвапотранспирации нормально развивающейся культуры при оптимальных почвенных условиях, включая достаточное количество воды и удобрений и при данных условиях её произрастания достигающей потенциальной продуктивности.

Поливная норма — количество воды, которое подают на поле за один полив, измеряется в м3/га или мм слоя воды. В общем случае величина поливной нормы зависит от водно-физических свойств почвы, степени её иссушения к моменту полива, необходимой глубины промачивания, способа и технологии полива. При бороздковом поливе поливную норму устанавливают исходя из условия доведения влажности в расчётном слое почвы до наименьшей влагоёмкости. В связи с тем, что при проведении полива часть воды расходуется на испарение, этот объём воды должен быть также учтён. Сроки полива и продолжительность межполивных периодов устанавливают в соответствии с внутри сезонным распределением оросительной нормы и размеров поливных норм.

Поливной участок — часть территории орошаемого поля, внутри которого отсутствует сеть постоянных каналов, обособленно проводят поливы и механизированные обработки, а также все механизированные работы по подготовке его площади к поливам. Размеры поливных участков должны позволять качественно и своевременно проводить все работы поливного цикла (нарезка сети, полив, послеполивная обработка) в сжатые агротехнически допустимые сроки, то есть в 7-8 дней, не ограничивать производительность тракторных агрегатов, для чего длина гона должна, как правило, превышать 300-400 м и общая площадь участка по возможности быть кратной сменной их производительности; давать возможность размещать лесные полосы по границам участка с учётом эффективности их ветроснижающего действия; расстояние между лесополосами не должно превышать 25-и кратной их высоты.

Поливные борозды — система параллельных русл малого поперечного сечения, проложенных по поверхности поля с определённым положительным (иногда нулевым) уклоном, обеспечивающим поступательное движение воды от их начала к концу. Размер и форма поперечного сечения поливных борозд при механизированном их устройстве зависят от бороздоформирующего орудия (окучника, бороздореза), физико-механических свойств почв и ширины междурядья возделываемых пропашных культур. Борозды, имеющие в концевом створе перемычку, называют тупыми (глухими). Направление поливных борозд по отношению к основному уклону местности выбирают с учётом обеспечения качественного проведения поливов и возможности механизированных обработок пропашных культур. Поливные борозды желательно нарезать вдоль склона местности. В этом случае уменьшается возможность перелива воды через гребни борозд.

Элементы техники полива по бороздам: длина поливных борозд, размер и форма их поперечного сечения, ширина междурядья, расход воды в поливную борозду, продолжительность полива.

Предельный расход поливной струи ограничивается при повышенных уклонах допустимой величиной поливной эрозии почвы, а на малых уклонах — недопущением наполнения борозд более 2/3 их глубины (от гребня до дна).

Уклон дна русла — синус угла наклона к горизонту линии дна безнапорного потока.

Живое сечение — поверхность, проведённая нормально к линиям тока воды в борозде и ограниченная размерами поливной струи.

Смоченный периметр — длина соприкасания жидкости с поверхностью борозды в данном живом сечении.

Коэффициент, учитывающий неравномерность впитывания по смоченному периметру — определяет изменение интенсивности впитывания при различных соотношениях ширины уреза воды в борозде и глубины потока.

Гидравлический радиус — параметр живого сечения потока, равный отношению площади живого сечения к длине смоченного периметра.

Ширина уреза воды в борозде — ширина живого сечения потока поверху.

Глубина подпора — наибольшая за время проведения полива глубина воды в борозде непосредственно перед перегораживающей стенкой.

Продолжительность полива определяется временем, необходимым для внесения заданной поливной нормы и складывается из продолжительности добегания и продолжительности дополнительной подачи воды.

Время добегания — время от начала пуска воды в борозду до достижения потоком заданного створа или конца борозды.

Время доувлажнения — разница между временем полива и временем добегания до заданного створа или до конца борозды.

Продолжительность спада — время стекания воды через заданный створ или конец борозды после прекращения подачи воды в голове борозды.

Время образования подпора в конце борозды — время от момента добегания воды до конца борозды и до образования наибольшей глубины подпора.

Межполивной период — промежуток времени между двумя следующими один за другим поливами. Сроки полива и продолжительность межполивных периодов устанавливают в соответствии с внутри сезонным распределением оросительной нормы и с учётом размеров поливных норм.

Качество выполненного технологического процесса полива оценивают: по степени приближения фактической поливной нормы к заданной, равномерности увлажнения почвы по длине борозд, наличию и величине перелива воды через гребень борозд, размыву ложа борозд, наличию потерь воды на сброс и глубинную фильтрацию. Для расхода поливной струи ограничивающими факторами являются эрозия почвы при повышенных уклонах и переполнение борозд при малых уклонах их дна. Предельная длина борозды определяется предельным расходом поливной струи. Задача назначения оптимальных величин элементов техники полива, как правило, решается дополняющими друг друга методами: теоретический расчёт, полевой опыт, пробный полив.

Коэффициент полезного использования воды на поле — отношение биологической нормы водопотребления культуры и фактических затрат воды на полив.

КПД техники полива — отношение объёма увеличения влажности корнеобитаемого слоя почвы за время полива к поданному объёму воды.

Потери воды при поливе по бороздам — это то количество воды, которое подаётся на поле, но не попадает в активный (корнеобитаемый) слой почвы и не используется растениями. Потери складываются из непроизводительного испарения, глубинной фильтрации и сброса воды в конце борозды. Все виды потерь нежелательны, но не все из них являются безвозвратными.

К безвозвратным потерям воды при орошении относится непроизводительное испарение. Эти потери возникают в период проведения полива и в первые 3-5 дней после его окончания из-за повышенного, приближающегося к испаряемости водопотребления.

Потери на глубинную фильтрацию — проникновение впитавшейся воды в почву ниже корнеобитаемого слоя. В отдельных природных условиях (однородное строение почвогрунтовой толщи при близком залегании грунтовых вод) глубинное просачивание даже способствует аккумулированию влаги, которая затем эффективно используется растениями. В случае устойчиво глубокого залегания грунтовых вод (автоморфные условия) глубинная фильтрация является потерями оросительной воды. В зависимости от природной обстановки эта вода частично выклинивается в сбросные водотоки и используется для повторного орошения. В некоторых случаях значительная часть её расходуется непродуктивно на испарение с днища и откосов логов, транспирацию сорной и дикой растительностью. Для определения потерь на глубинную фильтрацию используются эмпирические зависимости, параметры которых определены для основных категорий почвогрунтов.

Непроизводительное испарение — повышенное испарение во время проведения полива, определяемое как разница между испаряемостью и биологической нормой водопотребления культуры.

Поверхностный сброс — объём воды, сброшенный в конце борозды после добега.

Необходимая доля промывной составляющей — увеличение оросительной водоподачи при использовании минерализованной поливной воды, а также при поливе в условиях близкого (менее 3-х м) залегания минерализованных грунтовых вод.

Поливная норма брутто — объём притока воды в борозду за время полива.

Объём впитывания — объём впитавшейся в пределах борозды воды за время проведения полива и до окончания спада.

Объём наполнения борозды — объём воды, содержащийся в борозде в какой либо момент времени в продолжении полива. Коэффициент к объёму наполнения определяет отношение фактического (или расчётного) объёма наполнения к фиктивному объёму. определяемому как произведение площади живого сечения потока в голове борозды на её длину.

Равномерность распределения воды на поле — отношение среднего слоя воды впитавшейся на конечном участке борозды к среднему слою, впитавшемуся на начальном ее участке.

Площадь впитывания — смоченная поверхность борозды во время полива. Коэффициент к площади определяет отношение фактической (или расчётной) площади впитывания к фиктивной площади, определяемой как произведение смоченного периметра в голове борозды на её длину.

Коэффициент в формуле добега — учитывает накопление воды в борозде и изменение скорости впитывания.

Расчётная глубина грунтовых вод — определяется как средняя между исходным её положением и поднявшимся после полива уровнем.

Коэффициенты коррекции — коэффициенты, используемые в математической модели полива для приведения предварительных значений параметров, определяющих: интенсивность впитывания, объём глубинного сброса, коэффициент в формуле добега, потенциальную урожайность и непроизводительное испарение к соответствующим их значениям, определённым по результатам полевых исследований.

Относительные потери урожая — определяются путём вычисления коэффициента снижения потенциальной урожайности. Этот коэффициент является функцией отношения фактической оросительной нормы к биологической норме. Определение коэффициента должно производится по нескольким участкам поливной борозды.