CC BY
2МЕЛИОРАЦИЯ, ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО И АГРОФИЗИКА
Научная статья УДК 631.674.6
doi: 10.31774/2712-93 57-2024-14-4-62-80
Обоснование расхода капельницы и определение продолжительности эрозионно безопасного капельного полива южных черноземов
Виктор Николаевич Шкура1, Александр Васильевич Колганов2, Андрей Сергеевич Штанько3
1 2' 3Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация
[email protected], https://orcid.org/0000-0002-4639-6448 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0234-0079 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6699-5245
Аннотация. Цель: исследование эрозионно безопасных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива на примере южных черноземов и разработка методики их обоснования. Материалы и методы. Экспериментальную базу научной работы составили материалы полевых исследований, выполненных на четырех опытных площадках, почвенный покров которых представлен южными черноземами. В качестве факторов влияния рассмотрены: гранулометрический состав, наименьшая влагоемкость, плотность почвы, дополивная и постполивная влажности почвы. В качестве критерия при определении предельных значений расхода капельницы и продолжительности капельного полива принято условие формирования на поверхности почвы лужиц диаметром 0,1 м. Результаты. На первом этапе исследования изучалось влияние почвенных условий и расхода капельницы на глубину контура увлажнения. На втором этапе исследования изучалось влияние почвенных условий и расхода капельницы на величину достоковой продолжительности капельного полива. На третьем этапе было исследовано влияние дополивной влажности почвы на величину допустимого расхода капельницы. В процессе анализа результатов экспериментальных исследований установлено наличие тесной корреляционной связи между эрозионно безопасным значением расхода капельницы и принятыми к рассмотрению факторами влияния и получены описывающие эту связь эмпирические зависимости. Сопоставление рассчитанных по полученным эмпирическим зависимостям значений параметров капельного полива с опытными значениями показало отклонение не более 10 %. Выводы. На основе установленных зависимостей разработана методика определения эрозионно безопасных и соответствующих условиям и параметрам капельного полива значений расхода капельниц и продолжительности капельного полива, теоретическая апробация которой на характерных примерах капельно орошаемых участков показала ее работоспособность и приемлемость для практического применения.
Ключевые слова: капельное орошение, эрозионная безопасность, расход капельницы, продолжительность полива, почвенные условия, дополивная влажность почвы
Для цитирования: Шкура В. Н., Колганов А. В., Штанько А. С. Обоснование расхода капельницы и определение продолжительности эрозионно безопасного капельного полива южных черноземов // Мелиорация и гидротехника. 2024. Т. 14, № 4. С. 62-80. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-4-62-80.
© Шкура В. Н., Колганов А. В., Штанько А. С., 2024
© 0J)
LAND RECLAMATION, WATER MANAGEMENT AND AGROPHYSICS Original article
Justification of drip emitter flow rate and determination of erosion-safe drip irrigation duration of southern chernozems
Viktor N. Shkura1, Aleksandr V. Kolganov2, Andrey S. Shtanko3
1 2 3Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation
[email protected], https://orcid.org/0000-0002-4639-6448 [email protected], https://orcid.org/0000-0003-0234-0079 [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6699-5245
Abstract. Purpose: to study erosion-safe values of emitter flow rate and drip irrigation duration using southern chernozems as an example and to develop a methodology for their justification. Materials and methods. The field research data carried out on four experimental sites with southern chernozems as a soil cover were the experimental base of the scientific work. The following influencing factors were considered: granulometric composition, minimum moisture capacity, soil density, pre-irrigation and post-irrigation soil moisture. The condition of formation of puddles with a diameter of 0.1 m on the soil surface was adopted as a criterion for determining the maximum values of emitter flow rate and drip irrigation duration. Results. The first stage of the study examined the influence of soil conditions and emitter flow rate on the moisture contour depth. The second stage of the study examined the influence of soil conditions and emitter flow rate on the value of the pre-runoff duration of drip irrigation. At the third stage, the influence of pre-irrigation soil moisture on the value of the permissible emitter flow rate was studied. In the process of analyzing the results of experimental studies, the presence of a close correlation between the erosion-safe value of the emitter flow rate and the factors of influence taken into account was determined, and empirical dependencies describing this relationship were obtained. Comparison of the calculated values of the drip irrigation parameters according to the obtained empirical dependencies with the experimental values showed a deviation of no more than 10 %. Conclusions. The technique for determining erosion-safe values of the emitter flow rate and the duration of drip irrigation that correspond to the conditions and parameters of drip irrigation, based on the established dependencies, was developed. Theoretical testing of this technique on typical examples of drip-irrigated areas showed its efficiency and acceptability for practical application.
Keywords: drip irrigation, erosion safety, drip flow rate, irrigation duration, soil conditions, pre-irrigation soil moisture
For citation: Shkura V. N., Kolganov A. V., Shtanko A. S. Justification of drip emitter flow rate and determination of erosion-safe drip irrigation duration of southern chernozems. Land Reclamation and Hydraulic Engineering. 2024;14(4):62-80. (In Russ.). https://doi.org/ 10.31774/2712-9357-2024-14-4-62-80.
Введение. Технология капельного орошения земель предусматривает подачу поливной воды или поливного раствора из расположенных на поверхности земли капельных водовыпусков (капельниц) в определенные точки увлажняемого почвенного пространства. В процессе капельного полива в почвенном пространстве формируется контур увлажненной поч-
вы, который характеризуется определенными, зависящими от условий проведения полива геометрическими и влажностными параметрами [1-4]. В центральной части контура формируется очаг или ядро контура с влажностью, равной полной влагоемкости или превышающей ее, а на поверхности почвы образуется лужица [5-8]. При превышении интенсивности водоподачи над впитывающей способностью почвы размеры лужицы могут достигать 20-30 см и более, вода из них (при наличии уклона или локальных понижений) начинает перемещаться по поверхности орошаемого участка, что приводит к оттоку поливной воды и проявлению эрозионных процессов. В результате указанных негативных процессов в корнеобитае-мом подкапельном почвенном пространстве не достигаются требуемые геометрические и влажностные параметры зон увлажнения почвы. Указанные негативные проявления имеют место при не соответствующей условиям капельного полива производительности (расходе) капельницы qKan, л/ч, или неприемлемой продолжительности капельного полива iKan, ч [9-11]. Для предотвращения указанных негативных явлений необходимо установить эрозионно безопасные (предельные бесстоковые) значения расхода капельницы и продолжительности капельного полива для различных сочетаний почвенных и технологических условий и на их основе разработать соответствующую методику их обоснования, что и предопределено целью настоящего исследования.
Материалы и методы. Экспериментальную базу научной работы составили материалы полевых исследований, выполненных на четырех опытных площадках, почвенный покров которых представлен легко-, средне- и тяжелосуглинистыми, а также легкоглинистыми южными черноземами, основные и рассматриваемые в качестве факторов влияния на исследуемый процесс характеристики которых приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Почвенные условия опытных площадок Table 1 - Soil conditions of experimental sites
№ площадки Расположение Почвенный параметр
W, % МСП Whb , % МСП Р д/п, % МСП Рп/п , % МСП У об , т/м3
1 Шолоховский район, СПК «Тихий Дон» 30,9 21,3 14,5 19,2 1,34
2 Красносулинский район, п. Донлесхоз 37,5 23,0 15,6 20,7 1,32
3 Октябрьский район, п. Персиановский 52,5 27,0 18,4 24,3 1,28
4 г. Новочеркасск, п. Ключевой 71,1 31,3 21,3 28,2 1,26
В качестве определяющих почвенных характеристик приняты средние по метровому почвенному слою значения: содержания в почве физической глины в процентах от массы сухой почвы - Щ, % МСП; наименьшей влагоемкости почвы - Щв, % МСП; дополивной и послеполивной влажности почвы - Рд/п и , % МСП, и плотности почвы - уоб, т/м3.
Технологические параметры капельного полива определялись задачами исследования и характеризуются производительностью (расходом) капельных водовыпусков - дкап, л/ч, изменяющейся от 1,75 до 3,00 л/ч при продолжительности полива ?кап от 0,5 до 26,0 ч и норме водоподачи Жв/п от 2,0 до 50,0 л/кап., принимаемых с учетом расхода капельниц и гранулометрических и водно-физических характеристик почв.
При проведении почвенных изысканий и определении вышеуказанных характеристик почвы применялись общепринятые и апробированные методики [12]. При решении ряда задач исследования использовались авторские методические подходы [13-15], существо отличительных позиций которых дано в изложении материалов трехэтапного исследования.
Результаты и обсуждение. На первом этапе исследования изучалось влияние почвенных условий (соотношения Щ /Щв) и расхода капельницы дкш на глубину контура увлажнения - йкон, м. При постановке опытов
норма водоподачи принимается с учетом значений почвенных характеристик W, WHB , Уоб и глубины контура hOH, составляющей 0,5-1,1 м.
Глубина контура увлажнения устанавливалась отбором почвенных проб по линии капания (оси контура) через каждые 0,1 м по глубине с последующим определением уровня их влажности. Величина заглубленно-сти оконтуривающей изоплеты устанавливалась при равенстве значений Ра. = Рд/п, где fih - влажность почвы на определенной фиксируемой глубине h. Отбор проб осуществлялся в постполивной период продолжительностью: 18 ч на легкосуглинистой почве (W = 30,9 % МСП), 24 ч на среднесу-глинистой почве (Wr = 37,5 % МСП), 28 ч на тяжелосуглинистой почве (W = 52,5 % МСП) и 34 ч на легкоглинистой почве (Wr = 71,1 % МСП). Продолжительность послеполивного периода до отбора проб почвы принята с учетом продолжительности стадий развития контура капельного увлажнения после завершения полива [15].
Данные определения опытных значений hK0H для соответствующих почвенных и технологических условий капельного полива (расход капельницы - дкап, продолжительность полива - ?кап, объем водоподачи одной капельницы - NKan) и результаты расчета hK0H по установленным эмпирическим зависимостям приведены в таблице 2 и проиллюстрированы на рисунке 1.
Таблица 2 - Результаты сопоставления опытных и расчетных значений глубины контура увлажнения почвы Лкон
Table 2 - Results of comparison of experimental and calculated values of the soil moisture contour depth AKOH
Показатель № опытной площадки
1 2 3 4
1 2 3 4 5
WT, % МСП 30,90 37,50 52,50 71,10
WHB, % МСП 21,30 23,00 27,00 31,30
Wr/WHB 1,45 1,63 1,94 2,27
Продолжение таблицы 2 Table 2 continued
1 2 3 4 5
Чкап = 3,00 Л/ч
t Ч 3,40 2,50 1,90 -
Жкап, л/кап. 10,2 7,5 5,7 -
(^кон)опыт, м 0,78 0,64 0,49 -
(^кон) расчет^ м 0,84 0,67 0,47 0,34
Отклонение, % -8,30 -4,49 4,04 -
Чкап = 2,75 л/ч
t Ч кап 9,60 5,20 3,70 -
Жкап, л/кап. 26,4 14,3 10,2
(^кон )оп^1Т, м 1,06 0,80 0,61
(^кон) расчет м 1,01 0,80 0,56 0,41
Отклонение, % 5,16 0,51 8,27 -
Чкап = 2,50 л/ч
t ч кап - 11,10 4,80 4,60
Жкап, л/кап. - 27,8 12,0 11,5
(^кон )оп^1т, м - 1,00 0,65 0,54
(^кон) расчет, м 1,22 0,96 0,68 0,50
Отклонение, % - 3,70 -4,17 8,13
Чкап = 2,25 Л/Ч
t ч кап - 16,70 12,10 8,80
Жкап, л/кап. - 37,6 27,2 19,8
(^кон )оп^1т, м - 1,13 0,86 0,66
(^кон) расчет м 1,50 1,19 0,84 0,61
Отклонение, % - -5,21 2,80 7,20
Чкап = 2,00 л/ч
t ч кап - - 21,20 16,8
Жкап, л/кап. - - 42,4 33,6
(^кон )оп^1т, м - - 1,02 0,80
(^кон) расчет м 1,90 1,50 1,06 0,78
Отклонение, % - - -3,72 3,10
Чкап = 1,75 л/ч
t Ч кап j - - - 29,30
Жкап, л/кап. - - - 51,3
(^кон )оп^1Т, м - - - 0,95
Продолжение таблицы 2 Table 2 continued
1 2 3 4 5
(^кон) расчет' м 2,48 1,97 1,38 1,01
Отклонение, % - - - -6,58
1,20 1.10 1,00 0.90 0.80
1 0,70
g
с
0,60 0.50 0,40 0,30
\ \ \ ч ч ч > % \ ч ч
■ S N Ч N Ч ч + N /у * •г
Ч V -- А > \ V \ < \ S =у\ i N £ % --- ч •
Ч Ч 4 ц % щ s S s . -L-
♦ % Т
ч п чз ■ . X
9 щ - -- А
h = кон '4,0-1 V 9ш * V Л HB щ J 2 я 7
" - - ь
1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00 2,10 2,20 2,30
WJ
♦ опыт при расходе 3,0 л/ч А опыт при расходе 2,5 Л'Ч + опыт при расходе 2,0 л/ч
■ опыт при расходе 2,75 л/ч X опыт при расходе 2,25 л/ч • опыт при расходе 1,75 л/ч
Рисунок 1 - Графическое сопоставление опытных и расчетных глубин контура капельного увлажнения почвы Figure 1 - Graphic comparison of experimental and calculated depths of soil drip moisture contour
На втором этапе исследования изучалось влияние почвенных условий (по Wr) и расхода капельницы qKan на величину достоковой продолжительности капельного полива ¿каппред. В качестве критерия прекращения
полива принято образование лужицы диаметром 0,1 м. Опытные данные по этому этапу приведены в таблице 3, а графическое представление функциональной связи iKan = f (Wr, qKan) проиллюстрировано рисунком 2.
Таблица 3 - Сопоставление опытных и расчетных значений предельной продолжительности полива ¿каппред
Table 3 - Comparison of experimental and calculated values of maximum
irrigation duration ¿кап,пред
Показатель № опытной площадки
1 2 3 4
WT, % МСП 30,90 37,50 52,50 71,10
Чкап = 3,00 л/ч
Жкап, л/кап. 34,5 20,1 5,4 -
(/кап)опыт, ч 11,5 6,7 1,8 -
(/кап ) расчет, 4 11,71 6,52 1,77 0,32
Отклонение, % -1,80 2,70 1,64 -
Чкап = 2,75 л/ч
Жкап, л/кап. 52,3 30,3 6,9
(/кап )опыт, ч 19,0 11,0 2,5 -
(/кап ) расчет, 4 18,09 10,07 2,74 0,49
Отклонение, % 4,80 8,44 -9,42 -
Чкап = 2,50 л/ч
Жкап, л/кап. 67,5 42,5 11,3 2,1
(/кап )опыт, ч 27,0 17,0 4,5 0,85
(/кап ) расчет, ч 29,13 16,22 4,41 0,80
Отклонение, % -7,89 4,58 2,10 6,33
Чкап = 2,25 л/ч
Жкап, л/кап. - 59,0 17,3 3,15
(/кап )опыт, ч - 26,2 7,7 1,4
(/кап ) расчет, ч 49,33 27,47 7,46 1,35
Отклонение, % - -4,85 3,10 3,69
Чкап = 2,00 л/ч
Жкап, л/кап. - - 28,4 5,0
(/кап )опыт, ч - - 14,2 2,5
(/кап ) расчет, ч 88,90 49,50 13,44 2,43
Отклонение, % - - 5,32 2,81
Чкап = 1,75 л/ч
Жкап, л/кап. - - 43,8 8,6
(/кап )опыт, ч - - 25,0 4,9
(/кап ) расчет, ч 173,32 96,51 26,21 4,74
Отклонение, % - - -4,85 3,32
30,00 25,00 20,00
p-1
J 15,00 10,00 5,00 0,00
30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00
WT, % МСП
Рисунок 2 - Графическое сопоставление опытных и расчетных значений достоковой продолжительности капельного полива
Figure 2 - Graphic comparison of experimental and calculated values of the pre-runoff duration of drip irrigation
Определенное влияние на процесс формирования и размеры лужицы, а следовательно и на величину допустимого (предельного) расхода капельницы Чкаппред, оказывает дополивная влажность почвы. Для количественной оценки этого фактора влияния на третьем этапе исследования на площадке в п. Персиановский со значениями почвенных характеристик W = 52,5 % МСП, WHB = 27,0 % МСП был поставлен соответствующий эксперимент. Подача поливной воды осуществлялась капельницей с расходом Чкап = 2,25 л/ч. Значения дополивной влажности почвы Рд/п в опытах
регулировались дополнительными поливами и составляли: 14,6; 15,7; 18,4; 20,0 и 21,1 % МСП. В процессе эксперимента фиксировалась продолжительность капельного полива до достижения размера лужицы со средним
диаметром 0,1 м. Зафиксированные значения принимались в качестве предельной продолжительности полива ¿каппред и представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Опытные данные по определению предельной
продолжительности капельного полива при различном уровне дополивной влажности почвы Table 4 - Experimental data on determining the maximum duration of drip irrigation at different levels of pre-irrigation soil moisture
Показатель Значение показателя
Жкап, л/кап. 42,8 28,8 14,4 8,8 5,6
Рд/п, % МСП 14,6 16,7 18,4 20,0 21,1
Рд/п / Рнв 0,54 0,62 0,68 0,74 0,78
t ч кап,пред> 19,0 12,8 6,4 3,9 2,5
Рнв - влажность почвы, соответствующая наименьшей влагоемкости, % МСП.
Функциональная связь ¿кап,пред = /(Рд/п / РНВ) и приведенные в таблице 4 опытные значения Рд/п / Рнв и ¿к ед, ч, аппроксимируются зависимостью:
¿кап,пред = 56,58 - 70,92 -Рд/п / Рнв . В результате дисперсионно-регрессионного анализа опытных данных установлена эмпирическая зависимость для определения предельных значений расходов капельниц чкаппр ед, л/ч, учитывающая влияние уровня
дополивной влажности почвы Рд/п, имеющая вид:
4кап,пред = 4,2 - / ' (¿кап / 12,0)0,1 -
где = 0,7 - (Рнв / Рд/п - 1,0)-01'^г / ^НВ - коэффициент, учитывающий уровень дополивной влажности почвы, опытные значения которого для условий эксперимента приведены в таблице 5, а характер функциональной связи = /(Жг / Жнв; Рид / Рд/п ) проиллюстрирован рисунком 3;
¿кап - продолжительность капельного полива, ч. Установленные виды функциональных связей между основными факторами влияния и предельными значениями <7кап пред и ¿кап пред положены
в основу нижеследующей авторской методики подбора расхода капельниц и установления продолжительности капельного полива, исключающих поверхностный сток поливной воды и образование на поверхности земли лужиц диаметром более 0,1 м.
Таблица 5 - Влажностные показатели условий капельного полива и опытные значения коэффициента кдр
Table 5 - Humidity indicators for drip irrigation conditions and experimental values of the coefficient km
Показатель Значение показателя
Рд/п, % МСП 14,6 16,7 18,4 20,0 21,1
Рнв/ Р д/п 1,85 1,61 1,47 1,35 1,28
(kA3 )опыт 0,68 0,79 0,81 0,84 0,94
(kA3 ) расчет 0,72 0,77 0,81 0,86 0,90
0,95
0,90
0.85
CQ_ £
0,80
0,75
0,70
0,65
♦ \
♦
= 0 ,7-(РнJ
*
1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90
PhB t Рд/п
Рисунок 3 - Опытные данные и график функциональной связи
= f (W / WHB; рнв / рд/п)
Figure 3 - Experimental data and functional relationship graph
^ = f (W / Whb ; Рнв / Рд/п )
Предлагаемая методика предусматривает последовательное выполнение нижеследующих технологических операций.
1 Установление исходных почвенных характеристик и заданных технологических параметров капельного полива. В качестве таких параметров рассматриваются нижеследующие:
1.1 почвенные характеристики: Wr, WHB в % МСП; уоб, т/м3;
1.2 технологические параметры: hyBJ1 = hOH, м; Рд/п и , % МСП.
2 Определяется предварительное значение расхода капельницы (^каппр), приемлемое для почвенных условий капельного полива (Wr, WHB)
и обеспечивающее увлажнение почвы до заданной глубины h (формирование контура увлажнения почвы глубиной hKOH), по зависимости, л/ч:
/ \ 4,0 * /1 \
(^кап,прЛ _ 777 I, • (1)
"г -л]^увл
3 Рассчитывается величина нормы водоподачи (, обеспечивающая в определенных почвенных (по " и "нв) и технологических (по (д^ппрЛ) условиях капельного полива формирование контура увлажнения с глубиной промачивания почвы ^увл = , по зависимости, л/кап.:
(^ка„,„р), = 1,12 - к„„ - у„б * йу„3 - (0,670+ 0,0095- " + 0,0345- "нв)2 х
- ((?_), / 2,0)°,2'"г'"нв - (Кг/"нв)0,8 - (1,0 - р ,,/Рнв- (Рп, - Рд,), где кпот = 1,01...1,04 - коэффициент, учитывающий потери воды на испарение во время полива.
4 Для установленных (^кап,пр), и (дкаппр), определяется предварительное значение продолжительности капельного полива по соотношению, ч:
)1 /(^кап,пр )1 •
5 Устанавливаются соответствующие почвенным характеристикам и технологическим параметрам капельного полива предельные (достоковые) значения расхода капельницы по зависимостям, л/ч:
(q
(^'кап,пред)1 4,2
кап,пред
/ Л 1,42
'WL
V Whb у
Л 8,30 - W0,43 )i =-x
W 0,08 г
12
ч 0,2
кап,пр/ 1 у
X
f(t ) Л0Д
v кап,пр/ 1
12
x 0,7
г Л-0,1-Гг / Whb
Pm - 1,0
V P д/п у/
(3)
Из двух полученных значений ^предХ и (4к"ап,пред)1 ДЛЯ ДаЛьнейшего
учета и анализа принимается наименьшая величина предельно допустимого расхоДа капельницы (^кап,пред)1 .
6 Принятое в качестве оценочного критерия (дкаппр ед) сопоставляется с предварительно рассчитанным по зависимости (1) значением (дкаппр)!.
6.1 Если в результате сопоставления (<7кап,пр)1 = 0,95..Л0 (^кап,пред)1 , то
его значение принимается за окончательное.
6 2 Если (9кап,пр )1 > (4кап,предХ или (9кап,пр )1 < (4кап,предХ , принимается
новое значение расхода (дкаппр )2 = 0,93...0,98 (дкап,пред)1 и расчетные операции по пп. 3-5 повторяются при уточненном значении (дкаппр)2 с определением: (^кап,пр )2, (^кап,пр )2, ^пред^ , ^пред^ и (^кап,пред)2 и п°слЗДуЮ-Щим соПоставлением значений (^кап,пр )2 и (^кап,пред)2 .
7 При выполнении условия (^кап,пр)2 = 0,95~.1,0 (^кап,пред)2 расчет завершается и принимаются расчетные значения (4кап,пр )2 , (^кап,пр )2 и (^кап,пр )2 .
8 При несоблюдении указанного в п. 7 условия возможен третий итерационный подход к определению значений (^кап,пр )3 , (^кап,пр )3 и №ап,пр )3 .
9 Принятое значение расхода капельницы дкап сопоставляется со значением расхода индустриально изготавливаемых капельниц, капельных лент или трубок. При необходимости производится корректировка расхода капельницы или корректировка напора воды в капельном водоводе с последующим уточнением значений ¿кап и ^кап по пп. 3-5 методики.
Примеры расчета технологических параметров qKan, iKan и NKan для характерных, приведенных в таблице 6 сочетаний почвенных и технологических условий капельного полива показаны ниже.
Таблица 6 - Исходные почвенные и технологические условия (параметры) капельного полива
Table 6 - Initial soil and technological conditions (parameters) of drip irrigation
Показатель Вариант
А Б В Г Д Е
WT, % МСП 25,10 37,50 47,40 57,80 65,60 70,2
WHB, % МСП 19,10 23,00 26,00 26,50 30,20 29,8
Рд/П, % МСП 11,46 14,95 18,20 18,55 22,65 20,90
рп/п, % МСП 19,10 21,85 24,70 25,18 27,18 28,30
Yоб, т/м3 1,38 1,32 1,26 1,32 1,33 1,29
^ м 1,20 0,95 0,80 0,70 0,70 0,60
Результаты выполненного по пп. 2-5 методики расчета приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Результаты первого этапа расчета по позициям 1-5 методики
Table 7 - Results of the first stage of calculating for positions 1-5 of the methodology
Показатель Вариант
А Б В Г Д Е
(4кап,пр)l, л/ч 2,78 2,52 2,45 2,19 2,20 2,19
( ^п,пр )1, л/кап- 54,27 32,95 21,35 17,34 13,12 15,01
(^кап,пр )1, ч 19,52 13,08 8,71 7,92 5,96 6,85
ап,пред)1, л/ч 3,02 2,61 2,38 2,02 1,86 1,65
(^1сап,пред)1, л/ч 3,06 2,64 2,34 1,76 1,71 1,47
(^кап,пред)1, л/ч 3,02 2,61 2,34 1,76 1,71 1,47
Приведенные в таблице 7 результаты расчета для определения предварительно принимаемых (дкап,пр X и предельных значений (^кап,пред)1 позволяют отметить нижеследующее.
Предварительно рассчитанные по зависимости (1) значения (дкаппр)!
в разной степени отличаются от предельных, определенных по формулам (2) и (3) Значений (<7Кап,пред)1 и (<7Кап,пред)l . Указанное обстоятельство
в соответствии с подп. 6.2 методики предопределило целесообразность принятия новых значений расхода капельницы (qKannp)2, приведенных в строке 1 таблицы 8, и проведения повторного уточняющего расчета в соответствии с подп. 6.2 методики, результаты которого также приведены в таблице 8.
Таблица 8 - Результаты второго (уточняющего) этапа расчета параметров капельного полива
Table 8 - Results of the second (clarifying) stage for calculating drip irrigation parameters
№ строки Показатель Вариант
А Б В Г Д Е
1 (^кап,пр )2 , л/ч 3,00 2,58 2,30 1,72 1,67 1,41
2 (^кап,пр )2 , л/кап. 55,37 33,22 20,85 15,60 11,65 12,21
3 (/кап,пр )2 , ч 18,45 12,86 9,08 9,07 6,96 8,64
4 (^кап,пред)2, л/ч 3,05 2,62 2,36 1,97 1,80 1,58
5 (^к;ап,пред)2, л/ч 3,06 2,64 2,34 1,72 1,67 1,41
6 (^кап,пред)2 , л/ч 3,05 2,62 2,34 1,72 1,67 1,41
7 ^кап, л/ч 3,00 2,58 2,30 1,72 1,67 1,41
Судя по приведенным в таблице 8 данным, в результате расчета необходимое по п. 6 методики условие дкап,пр = 0,95...1,0 дкап,пред соблюдается,
что позволяет завершить расчет с целью определения соответствующих заданным условиям капельного полива расходов капельницы дкап.
При проведении практических расчетов полученные значения дкап округляются до стандартных значений индустриально изготавливаемых капельниц, капельных трубок или лент. Выводы
1 Производительность (расход) капельницы дкап, л/ч, продолжительность капельного полива ?кап, ч, и единовременно выдаваемая норма водо-
подачи на одну капельницу NKan, л/кап., при которых исключается стека-ние поливной воды по поверхности участка в результате формирования над очагом контура увлажнения крупноразмерных лужиц, определяются факторами влияния, в качестве которых рассмотрены почвенные характеристики (содержание в почве физической глины (глинистых частиц) -W, % МСП, наименьшая влагоемкость почвы - WHB, % МСП, и плотность почвы - уоб, т/м3) и технологические параметры полива (глубина увлажняемого слоя - hyBл, м, дополивная и постполивная влажность увлажняемого почвенного пространства - Рд/п и Р^п, % МСП).
2 В качестве критерия для определения бесстокового (предельного) расхода капельницы q принят расход, при котором в процессе полива
на поверхности земли образуется лужица диаметром не более 0,1 м.
3 В результате экспериментальных исследований установлены эмпирические зависимости вида 4кап = Д^увл; W; WHB) и 4кап = f(Wr I WHB;
Рд/п; Рп/п; tKan) для широкого спектра значений факторов влияния (Wr = = 25,0...71,0 % МСП; = 19,0...31,0 % МСП; Рд/П = 0,9...1,0 рнв; ¿уВЛ = = 0,5...1,2 м и = 2,0...30,0 ч).
4 На основе установленных зависимостей разработана методика определения эрозионно безопасных и соответствующих условиям и параметрам капельного полива значений расхода капельниц, теоретическая апробация которой на характерных примерах капельно орошаемых участков показала ее работоспособность и приемлемость для практического применения.
Список источников
1. Ахмедов А. Д., Галиуллина Е. Ю. Контуры увлажнения почвы при капельном орошении // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2012. № 3. С. 183-188. EDN: PCXLGR.
2. Храбров М. Ю., Губин В. К., Колесова Н. Г. Определение технологических параметров систем капельного орошения // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2016. № 1(61). С. 132-136. EDN: VRCUDB.
3. Лытов М. H. Особенности применения дифференцированных режимов водо-обеспечения при капельном способе орошения // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2020. № 2(78). С. 54-60. EDN: MFVCOF.
4. Расчет поливных норм при капельном орошении в условия сухостепного Заволжья / Н. А. Пронько, В. В. Корсак, Ю. Ю. Каднова, М. Ю. Филиппова, О. А. Баклу-шина // Основы рационального природопользования: материалы VI Нац. конф. с меж-дунар. участием. Саратов, 2020. С. 55-59. EDN: WUNUUA.
5. Особенности режима орошения и определения конуса промачивания при капельном орошении / В. И. Булгаков, И. А. Костоварова, С. А. Гжибовский, С. А. Гру-шин // Вестник мелиоративной науки. 2021. № 3. С. 67-75. EDN: XHCTNR.
6. Рогачев А. Ф., Мелихова Е. В. Компьютерное моделирование и параметризация в среде MathCAD контуров увлажнения при капельном орошении // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 4(64). С. 367-378. https:doi.org/10.32786/2071-9485-2021-04-37. EDN: VBOPAO.
7. Modeling moisture redistribution of drip irrigation systems by soil and system parameters: regression-based approaches / B. Karimi, N. Karimi, J. Shiri, H. Sanikhani // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2022. Vol. 36. P. 157-172. https:doi.org/ 10.1007/s00477-021 -02031 -y. EDN: NCNOCX.
8. Фоменко Т. Г., Попова В. П. Формирование контуров увлажнения почвы при локальных малообъемных способах орошения плодовых насаждений // Мелиорация и водное хозяйство. 2016. № 4. С. 22-28. EDN: WKGRSV.
9. Ясониди О. Е. Капельное орошение. Новочеркасск: Лик, 2011. 322 с. EDN: QLCBEP.
10. Modeling moisture bulb distribution on sloping lands: Numerical and regression-based approaches / S. Solat, F. Alinazari, E. Maroufpoor, J. Shiri, B. Karimi // Journal of Hydrology. 2021. Vol. 601. 126835. https:doi.org/10.1016/jjhydrol.2021.126835.
11. Мелихова Е. В. Моделирование и обоснование ресурсосберегающих параметров капельного орошения при возделывании корнеплодов: монография. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2017. 112 с. EDN: ZHVNIP.
12. Руководство по контролю и регулированию почвенного плодородия орошаемых земель / В. Н. Щедрин, Г. Т. Балакай, Л. М. Докучаева, Р. Е. Юркова, О. Ю. Ша-лашова, Г. И. Табала; под ред. В. Н. Щедрина. Новочеркасск: РосНИИПМ, 2017. 137 с. EDN: XXFRBZ.
13. Штанько А. С., Шкура В. Н. Геометрия локальных контуров капельного увлажнения почвы, формирующихся в южных черноземах // Мелиорация и гидротехника [Электронный ресурс]. 2022. Т. 12, № 3. С. 123-140. URL: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1297 (дата обращения: 15.08.2024). https:doi.org/10.31774/2712-9357-2022-12-3-123-140. EDN: PTMNJY.
14. Шкура В. Н., Штанько А. С. Геометрия контуров капельного увлажнения почв // Мелиорация и гидротехника [Электронный ресурс]. 2023. Т. 13, № 2. С. 55-74. URL: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1355 (дата обращения: 15.08.2024). https:doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-2-55-74. EDN: ZQRYEJ.
15. Шкура В. Н., Масный Р. С., Штанько А. С. Системы капельного орошения садов: науч.-практ. изд. М.: Росинформагротех, 2023. 300 с.
References
1. Akhmedov A.D., Galiullina E.Yu., 2012. Kontury uvlazhneniya pochvy pri kapel'nom oroshenii [Soil moisture contours under drip irrigation]. Izvestiya Nizhnevolzh-skogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie [Proceedings of Lower Volga Agro-University Complex: Science and Higher Education], no. 3, pp. 183-188, EDN: PCXLGR. (In Russian).
2. Khrabrov M.Yu., Gubin V.K., Kolesova N.G., 2016. Opredelenie tekhnolog-icheskikh parametrov sistem kapel'nogo orosheniya [Determination of technological parameters of drip irrigation systems]. Puti povysheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya [Ways of Increasing the Efficiency of Irrigated Agriculture], no. 1(61), pp. 132-136, EDN: VRCUDB. (In Russian).
3. Lytov M.N., 2020. Osobennosti primeneniya differentsirovannykh rezhimov vo-doobespecheniya pri kapel'nom sposobe orosheniya [Features of differentiated water supply modes application with drip irrigation method]. Puti povysheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya [Ways of Increasing the Efficiency of Irrigated Agriculture], no. 2(78), pp. 54-60, EDN: MFVCOF. (In Russian).
4. Pronko N.A., Korsak V.V., Kadnova Yu.Yu., Filippova M.Yu., Baklushina O.A., 2020. Raschetpolivnykh norm pri kapel'nom oroshenii v usloviyakh sukhostepnogo Zavolzh'ya [Calculation of irrigation rates for drip irrigation in the dry-steppe of the Trans-Volga region]. Osnovy ratsional'nogo prirodopol'zovaniya: materialy VI Nats. konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Fundamentals of Rational Nature Management: Proc. of the VI National Conference with international participation]. Saratov, pp. 55-59, EDN: WUNUUA. (In Russian).
5. Bulgakov V.I., Kostovarova I.A., Gzhibovsky S.A., Grushin S.A., 2021. Osobennosti rezhima orosheniya i opredeleniya konusa promachivaniya pri kapel'nom oroshenii [Features of irrigation rate and determination of the wetting cone during drip irrigation]. Vest-nik meliorativnoy nauki [Bulletin of Reclamation Science], no. 3, pp. 67-75, EDN: XHCTNR. (In Russian).
6. Rogachev A.F., Melikhova E.V., 2021. Komp'yuternoe modelirovanie i parametri-za-tsiya v srede MathCAD konturov uvlazhneniya pri kapel'nom oroshenii [Computer modeling and parameterization in the MathCAD environment of humidification contours during drip irrigation]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professional'noe obrazovanie [Proceedings of Lower Volga Agro-University Complex: Science and Higher Education], no. 4(64), pp. 367-378, https:doi.org/10.32786/2071-9485-2021-04-37, EDN: VBOPAO. (In Russian).
7. Karimi B., Karimi N., Shiri J., Sanikhani H., 2022. Modeling moisture redistribution of drip irrigation systems by soil and system parameters: regression-based approaches. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, vol. 36, pp. 157-172, https:doi.org/ 10.1007/s00477-021 -02031 -y, EDN: NCNOCX.
8. Fomenko T.G., Popova V.P., 2016. Formirovanie konturov uvlazhneniyapochvy pri lokal'nykh maloob"emnykh sposobakh orosheniya plodovykh nasazhdeniy [The formation of soil moistening contours under local low-capacity methods of irrigation of fruit orchards]. Meli-oratsiya i vodnoe khozyaystvo [Land Reclamation and Water Management], no. 4, pp. 22-28, EDN: WKGRSV. (In Russian).
9. Yasonidi O.E., 2011. Kapel'noe oroshenie [Drip Irrigation]. Novocherkassk, Lik Publ., 322 p., EDN: QLCBEP. (In Russian).
10. Solat S., Alinazari F., Maroufpoor E., Shiri J., Karimi B., 2021. Modeling moisture bulb distribution on sloping lands: Numerical and regression-based approaches. Journal of Hydrology, vol. 601, 126835, https:doi.org/10.1016/jjhydrol.2021.126835.
11. Melikhova E.V., 2017. Modelirovanie i obosnovanie resursosberegayushchikh parametrov kapel'nogo orosheniya pri vozdelyvanii korneplodov: monografiya [Modeling and Substantiation of Resource-Saving Parameters of Drip Irrigation in Root Crops Cultivation: monograph]. Volgograd, Volgograd State Agrarian University, 112 p., EDN: ZHVNIP. (In Russian).
12. Shchedrin V.N., Balakay G.T., Dokuchaeva L.M., Yurkova R.E., Shalashova O.Yu., Tabala G.I., 2017. Rukovodstvo po kontrolyu i regulirovaniyu pochvennogo plodorodiya oroshaemykh zemel' [Guidelines for Monitoring and Regulation of Soil Fertility of Irrigated Lands]. Novocherkassk, RosNIIPM, 137 p., EDN: XXFRBZ. (In Russian).
13. Shtanko A.S., Shkura V.N., 2022. [Geometry of drip soil moisture local contours formed in southern chernozems]. Melioratsiya i gidrotekhnika, vol. 12, no. 3, pp. 123-140, available: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1297 [accessed 15.08.2024], https:doi.org/10.31774/ 2712-9357-2022-12-3-123-140, EDN: PTMNJY. (In Russian).
14. Shkura V.N., Shtanko A.S., 2023. [Geometry of drip soil moisture contours]. Melioratsiya igidrotekhnika, vol. 13, no. 2, pp. 55-74, available: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1355 [accessed 15.08.2024], https:doi.org/10.31774/2712-9357-2023-13-2-55-74, EDN: ZQRYEJ. (In Russian).
15. Shkura V.N., Masny R.S., Shtanko A.S., 2023. Sistemy kapel'nogo orosheniya sa-dov: nauchno-prakticheskoe izdanie [Drip Irrigation Systems for Gardens: scientific and practical ed.]. Moscow, Rosinformagrotech Publ., 300 p. (In Russian).
Информация об авторах
В. Н. Шкура - ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук, профессор, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация, [email protected], ORCID: 0000-0002-4639-6448; А. В. Колганов - главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация, [email protected], ORCID: 0000-0003-0234-0079; А. С. Штанько - ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация, [email protected], ORCID: 0000-0002-6699-5245.
Information about the authors
V. N. Shkura - Leading Researcher, Candidate of Technical Sciences, Professor, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation, [email protected], ORCID: 0000-0002-4639-6448;
A. V. Kolganov - Chief Researcher, Doctor of Technical Sciences, Professor, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation, [email protected], ORCID: 0000-0003-0234-0079;
A. S. Shtanko - Leading Researcher, Candidate of Technical Sciences, Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation, [email protected], ORCID: 0000-0002-6699-5245.
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Все авторы в равной степени несут ответственность за нарушения в сфере этики научных публикаций.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. All authors are equally responsible for ethical violations in scientific publications.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 21.06.2024; одобрена после рецензирования 07.08.2024; принята к публикации 14.08.2024.
The article was submitted 21.06.2024; approved after reviewing 07.08.2024; accepted for publication 14.08.2024.
