Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИВНОЙ НОРМЫ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ПОЛИВЕ РАСТЕНИЙ

Изобретение относится к области мелиорации земель и предназначено для определения поливной нормы при капельном орошении растений.

Известен способ определения поливных норм при капельном орошении (Храбров, М.Ю. Расчет распространения влаги в почве при капельном орошении / М.Ю. Храбров // Мелиорация и водное хозяйство. - 1999. - №4. - С. 34-35), включающий получение и использование опытных данных по определению объемной массы расчетного пахотного слоя почвы, влажности слоя при наименьшей влагоемкости, предполивной влажности и глубины увлажнения и расчет поливной нормы:

- для средних и тяжелых почв по формуле:

где m - поливная норма, м³/га; - объем контура увлажнения, формирующегося под капельницей в форме шарового сектора, м³; R_ш.с. - радиус шарового сектора, м; Н - высота шарового слоя (высота увлажняемого контура), м; γ - плотность сложения почвы, т/м³; β_н.в. - влажность почвы, равная наименьшей влагоемкости, % от массы сухой почвы (% МСП); β_п.в. - средняя по увлажняемому слою предполивная влажность, % МСП;

- для легких почв по зависимости:

где Н - высота контура увлажнения в форме усеченного конуса, м; R_у.к. и r_у.к. - радиусы оснований усеченного конуса, м; - объем контура увлажнения в форме усеченного конуса, м³.

Недостатками известного способа определения поливных норм при капельном орошении являются: 1) отсутствие рекомендаций по определению значений R_ш.с., R_у.к. и r_у.к. для широкого спектра почвенных и технологических условий полива, что ограничивает его применение; 2) объемы контура определяются по условно принятой его форме (его очертанию) в виде шарового сектора (усеченного сверху и снизу шара) для тяжелых и средних почв и в виде усеченного конуса для легких почв, что не во всех почвенных условиях реально наблюдается. Указанное обстоятельство не позволяет с необходимой для практики точностью определить поливную норму для различных почвенных и технологических условий полива. Кроме этого, оросительная норма определяется на площадь 1 га, а не на одну капельницу, обеспечивающую формирование контура капельного увлажнения почвы требуемого объема.

Известен способ определения поливных норм при капельном орошении томатов (RU №2204241), принятый за прототип, включающий инструментальное определение объемной массы (плотности сложения) почвы, влажности увлажняемого слоя почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости, предполивной влажности и использование расчетной зависимости для предварительного определения объема водоподачи (поливной нормы) в виде:

где V - объем водоподачи (поливная норма), м³; а - расстояние между капельницами, м; b - ширина полосы увлажнения, м; h - глубина промачиваемого (увлажняемого) слоя, м; α - объемная масса (плотность сложения) почвы, т/м³; k_н - коэффициент, учитывающий степень порозности почвы и водопроницаемости на всей площади орошаемого участка при капельном способе полива; W_HB - средняя влажность активного слоя почвы, соответствующая наименьшей влагоемкости, % МСП; λ - коэффициент предполивной влажности почвы, соответствующий допустимой границе ее иссушения, в долях единицы.

В приведенной зависимости произведение a⋅b⋅h соответствует объему единичного контура капельного увлажнения W_кон, что позволяет записать ее в виде V=W_кон⋅α⋅k_н⋅(W_HB-λ⋅W_HB), т.е. в виде близком к формуле (1).

В заявленном способе предварительно определенная по зависимости (3) величина поливной нормы проверяется постановкой опытных измерений контура увлажнения, формируемого в подкапельном почвенном пространстве, которая при необходимости уточняется (корректируется) изменением значения коэффициента k_н. При экспериментальной проверке соответствия принятых в расчете и опытных параметров контура откалиброванную или эталонную капельницу с инструментально определенными характеристиками размещают на орошаемом участке установленного типа почвы и посредством нее определяют (уточняют) потребный объем водоподачи (предварительно рассчитанную поливную норму). За счет установки эталонной капельницы на орошаемом участке применительно к имеющейся системе водораспределительной сети капельного орошения экспериментально устанавливают зону увлажнения и водоподачу до смыкания орошаемых участков между смежными (рядом расположенными) водовыпусками-капельницами. Экспериментально установленные параметры контура (по b и h) при выдаче предварительно рассчитанной поливной нормы V сопоставляются с принятыми для расчета, и по результатам сопоставления принимается решение по корректировке расчетной зависимости в части использования уточненного значения k_н.

К недостаткам принятого за прототип способа относятся нижеследующие.

1 Условно принятая форма контура увлажнения почвенного пространства в виде параллелепипеда (с размерами a×b×h) не соответствует ее очертаниям, наблюдаемым в реальных условиях. Экспериментально установлено, что распространение влаги в подкапельном почвенном пространстве в плане осуществляется во все стороны от оси капания одинаково, тогда как в принятой «параллелепипедной» форме контура капельного увлажнения почвенного пространства это условие не соблюдается (по ширине полосы удаленность от оси капания составляет 0,3 м, а по длине контура увлажнения - 0,2 м).

2 Несоответствие принятой в патенте формы единичного контура капельного увлажнения почвы реально наблюдаемой, а также несоответствие линейных размеров контура реальным (как плановых, так и высотных) приводит к несоответствию расчетных значений объемов увлажняемого почвенного пространства фактическим, что в свою очередь приводит к несоответствию расчетных поливных норм их требуемым значениям. Наличие фактического несоответствия принятых в расчете параметров контура измеренным в натурных условиях вытекает из описания результатов опытной проверки, что и побудило авторов патента RU №2204241 использовать в последующем (уточняющем) расчете поливной нормы значения k_н=0,5 вместо принятого в предварительном расчете поливной нормы k_н=1,0.

3 При расчетном определении объема водоподачи (поливной нормы) не учитываются такие почвенные характеристики, как содержание в почве глинистых частиц и скорость впитывания воды в почву, влияющие на процессы формирования контуров капельного увлажнения почв, что снижает достоверность определения поливной нормы, обеспечивающей формирование контура увлажнения с требуемыми параметрами и заданной влажностью.

Указанные выше обстоятельства (недостатки) известного способа расчета поливных норм потребовали проведения опытных измерений и корректировки расчетных значений объема водоподачи, что требует дополнительных затрат средств труда и времени.

Задачей изобретения является повышение точности определения (расчета) поливных норм, обеспечивающих формирование единичных контуров капельного увлажнения почв заданной глубины увлажнения с определенным уровнем постполивной влажности внутриконтурного пространства и исключение необходимости ее корректировки по результатам опытной проверки данных предварительного расчета.

Технический результат - обеспечение дозированной подачи поливной воды (поливного раствора), объем (поливная норма) которой позволяет в определенных почвенных и технологических условиях капельного полива сформировать в подкапельном почвенном пространстве единичный контур капельного увлажнения с заданной глубиной увлажнения слоя почвы и с определенным уровнем постполивной влажности внутриконтурного пространства.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом определения поливной нормы при капельном поливе растений, включающем инструментальное определение плотности сложения увлажняемого слоя почвы, наименьшей влагоемкости промачиваемого почвенного слоя, предполивной влажности почвы и расчет поливной нормы, при выдаче которой обеспечивается формирование единичного контура увлажнения с заданной глубиной увлажнения слоя почвы и с требуемым уровнем постполивной влажности, отличающийся тем, что кроме указанных, инструментально определяемых, почвенных параметров предусматривает инструментальное определение среднего по увлажняемому слою почвы содержания глинистых частиц, средней скорости впитывания воды в почву за первый час полива и учитывает влияние инструментально определенных почвенных факторов при расчете поливной нормы на одну капельницу, который производится по зависимости:

где (N_пол)_кап - поливная норма на одну капельницу, м³/кап.; - средняя по глубине увлажняемого слоя плотность сложения почвы, т/м³; h_кон - требуемая глубина контура капельного увлажнения почвы, м; W_г/ч - среднее по увлажняемому слою почвы содержание глинистых частиц, % МСП; W_НВ - влажность увлажняемого слоя, соответствующая наименьшей влагоемкости почвы, % МСП; - средняя скорость впитывания воды в почву за первый час полива, мм/мин; - осредненное по объему контура увлажнения значение влажности почвы в постполивной период в % МСП; - средняя дополивная влажность почвы в пределах увлажняемого почвенного слоя (профиля), % МСП, а последующее проведение опытных измерений для постполивного уточнения предварительно рассчитанной поливной нормы не предусматривается.

Проверка адекватности предлагаемой расчетной зависимости проведена для соответствующих условиям прототипа почвенных и технологических условий капельного полива. Поливная норма для формирования контура увлажнения глубиной h_увл=h_кон=0,5 м с постполивной влажностью дополивной влажностью была определена для почвенных условий - светло-каштановых однородных сильноуплотненных тяжелосуглинистых почв, параметры которых составили: средняя по глубине увлажняемого слоя плотность сложения почвы - наименьшая влагоемкость увлажняемого слоя почвы - МСП; содержание в промачиваемом слое почвы глинистых частиц - МСП; средняя скорость впитывания воды в почву за первый час полива -

Расчет поливной нормы для формирования единичного контура увлажнения с заданной глубиной увлажнения слоя почвы и с требуемым уровнем постполивной влажности для одной капельницы произведен по зависимости (4):

По предварительному расчету, представленному в прототипе, поливная норма на одну капельницу для принятых к расчету технологических условий (h_увл=0,5 м, ) составила 11,3 л/кап. Экспериментально установленное и рекомендуемое после проведения натурных исследований значение поливной нормы на одну капельницу, обеспечивающее формирование контура капельного увлажнения с требуемыми параметрами и приведенное в прототипе, равно 5,62 л/кап. Значение поливной нормы на одну капельницу, полученное в результате определения по предложенному нами способу, равно 5,2 л/кап. и соответствует опытному значению, зафиксированному в прототипе с допустимой точностью 7,5%, что свидетельствует о приемлемости предлагаемого способа, позволяющего получить расчетные значения поливной нормы, соответствующие реальным измеренным значениям без проведения предусмотренной прототипом постопытной коррекции.