CC BY
8УДК 631.674.6
А. С. Штанько, Ю. Ю. Глущенко, О. В. Воронов
Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ АППРОКСИМАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗОПЛЕТ ЛОКАЛЬНЫХ КОНТУРОВ УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ПОЛИВЕ
Целью исследования является количественная оценка имеющих место отклонений при аппроксимации локальных контуров капельного увлажнения почв. Фактические контуры капельного увлажнения (построенные по опытным данным) в разной степени ассиметричны. Получение описывающих их зависимостей не может быть осуществлено без аппроксимации фактически фиксируемых контурных линий по данным измерений уровней влажности почв во внутриконтурном и законтурном пространстве. При аппроксимации такие контуры приводят к симметричному относительно оси капельницы виду. В процессе исследования точность аппроксимации изоплет контура увлажнения определялась по результатам сопоставления значений радиусов контуров левой и правой части со средним их значением. При проведении аналитического исследования использовались материалы и данные, приведенные в известных публикациях. В результате исследований установлено, что отклонения граничных контурных линий и внутриконтурных изоплет от вертикальной оси симметрии изменяются в диапазоне от 0 до 15 и более процентов от среднего значения радиусов контуров и в некоторых случаях достигают 50 %. Имеющие место значительные отклонения в значениях левого и правого, по отношению к оси капания, радиусов не имеет объяснений в большей части рассмотренных работ, как не имеет объяснений и оценок высокая степень асимметричности фактических контуров увлажнения в других. Указанное обстоятельство и осреднение приведенных в статье результатов аналитического исследования позволяет рекомендовать для практического применения допустимую погрешность аппроксимации изоплет локальных контуров капельного увлажнения на уровне 12 %. Локальные контуры увлажнения, аппроксимированные с погрешностью 12 и менее процентов, могут рассматриваться как качественно идентичные, так и количественно подобные натурным (фактическим) локальным контурам капельного увлажнения почв.
Ключевые слова: капельное орошение, поливная норма, локальный контур увлажнения, изоплета, аппроксимация, допустимое отклонение.
A. S. Shtanko, Yu. Yu. Glushchenko, O. V. Voronov
Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation
ACCURACY EVALUATION OF APPROXIMATION OF ISOPLETHS POSITION OF LOCAL MOISTURE COUNTOURS UNDER DRIP IRRIGATION
The aim of the study is the quantification of deviations that occur at local contours approximation of drip soil moistening. The actual contours of drip moistening (made by test data) are asymmetric to varying degrees. The derivation of the dependencies describing them can't be carried out without approximation of the actually recorded contour lines by data measuring soil moisture levels in the in-loop and contour spaces. By approximation, such
contours bring to a symmetric mode about the trickier axis. In the course of investigation, the accuracy of the isopleths approximation of the moisture contour was determined by the results of comparing the values of the left and right parts contours radii with their mean value. In conducting the analytical study, materials and data given in well-known publications were used. As a result of the research it was found out that the deviations of the boundary contour lines and the in-loop isopleths from the vertical symmetry axis vary in the range from 0 to 15 and more percent of the mean value of the contours radii and in some cases reach 50 %. The significant deviations in the left and right radii values in relation to the dripping axis do not have explanations in most of the considered studies, so as the high degree of actual moisture contours asymmetry in others. This circumstance and averaging of the analytical study results presented in the article make it possible to recommend the tolerance of isopleths approximation of the local drip moistening contours at the level of 12 % for practical use. Local moisture contours, approximated with an error of 12 or less percent, can be considered both qualitatively and quantitatively identical to the actual (local) contours of soil drip irrigation.
Key words: drip irrigation, irrigation rate, local moisture contour, isopleth, approximation, acceptable deviation.
Введение. Одной из задач проектирования и эффективного использования систем и технологий капельного орошения является определение пространственного положения и размеров формирующихся в почвенном пространстве контуров увлажнения [1]. Ее решение сводится к фиксации и статистической аппроксимации фактического и последующему определению расчетного положения поверхности контуров при различных уровнях влажности почвы, а точнее, координат оконтуривающих их линий (изоплет). Под аппроксимацией локальных контуров капельного увлажнения понимается приведение их фактических форм (очертаний) к принятой (типовой, модельной) симметричной относительно оси капания форме.
Линии в продольных по глубине сечениях контуров увлажнения с одинаковым уровнем влажности (изоплеты), координаты которых получены по результатам натурных замеров и последующей аппроксимацией (в соответствии с расчетной моделью их формы), вычерчиваются в ортогональной координатной сетке, характеризуемой глубиной - (йкон)h, отсчитываемой от поверхности земли и радиусом контура - (гкон , определяемым отклонением граничной линии контура или изоплеты с определенным уровнем влажности от вертикали (обычно от линии капания). Пример сечения аппроксимированного локального контура капельного увлажнения вертикальной плоскостью приведен на рисунке 1.
Г' М 0,4 0,3 0.2 0,1 0.1 0,2 0,3 0,4 Г'
виз/п - уровень влажности изоплеты; в нв - уровень влажности наименьшей влагоемкости
Рисунок 1 - Схема аппроксимированного вертикального профиля локального контура увлажнения, формируемого в почво-грунтовом пространстве, представленном почвами тяжелого гранулометрического состава при капельном поливе
В реальных условиях граничные линии, очерчивающие положение контуров увлажнения и внутриконтурные линии влажности, в разной степени отличаются от положения их аппроксимированных изоплет. Накопленный опыт изучения локальных контуров капельного увлажнения почвы позволяет отметить нижеследующие особенности их формирования [2]:
- в изотропных (однородных) почвенных условиях формируются достаточно симметричные и формоподобные (сходные по форме) схемы контуров капельного увлажнения почвы по глубине и в плане внезависимости от величин уровней влажности очерчивающих их изоплет, размеров поливной нормы, времени замеров их очертаний в постполивной период. В этих условиях наблюдаемые отклонения координатных точек контуров от аппроксимирующего их положения носят локальный характер, а их количественные значения определяются степенью однородности почвенного субстрата и зависят от условий и качества проведения измерений и других случайных факторов;
- в разной мере на изотропных почвенных условиях и на уклонных участках каплевания формируются в различной степени асимметричные, а в ряде случаев трудно аппроксимируемые формы контуров увлажнения почвы;
- на характер формы (очертания) контуров увлажнения и положение внутриконтурных изоплет влияет наличие различных почвенных включений, характер взрыхленности почвенного покрова, локальные отличия в до-поливной влажности определенных слоев и зон увлажненного почвенного пространства, наличие крото- и корнероин, полостей и других факторов.
При определении значений (объемов) поливных норм, обеспечивающих увлажнение определенной (заданной) глубины почвенного профиля, необходимо знание объемов контуров увлажнения, формируемых в почвенном пространстве при определенных условиях капельного полива. Для расчета объемных показателей контуров необходимо знание положения (очертания) ограничивающих их поверхностей или изоплет. Получение соответствующих описывающих их зависимостей не может быть осуществлено без аппроксимации фактически фиксируемых контурных линий по данным измерений уровней влажности почв во внутриконтурном и законтурном пространстве [3].
Отметим, что рядом специалистов («капельщиков») приняты и используются различные подходы к аппроксимации фактически (опытным путем) устанавливаемых координат совокупности точек в предконтурном и внутриконтурном почвенном пространстве. При этом очерчиваются разные по форме (соответствующие принятой схеме аппроксимации) очертания контуров с разным положением как оконтуривающих, так и внутри-контурных изоплет. Реализованные и реализуемые специалистами различные подходы к аппроксимации положения контурных изоплет осуществлялись и продолжают осуществляться без необходимой оценки точности камеральной обработки опытного материала и последующей аппроксимации
форм контуров увлажнения. Между тем опыт измерений и последующих аппроксимаций и фиксации положения контуров увлажнения показал наличие значительных отклонений аппроксимированных контуров от «натуры» как в формах внешних и внутри контурных линий, так и в значениях их координат. В связи с этим целью данного аналитического исследования является количественная оценка имеющих место отклонений при аппроксимации локальных контуров капельного увлажнения почв.
Материалы и методы. При проведении исследований были использованы параметры фактических контуров капельного орошения, зафиксированных О. Н. Карпенко, Н. О. Кохно, Д. О. Завадским, В. И. Торбовским, О. Е. Ясониди, В. С. Бочарниковым, А. М. Олейником и М. К. Гаджиевым
Фактические контуры капельного увлажнения (построенные по опытным данным) по указанным выше причинам в разной степени ассиметрич-ны. При аппроксимации такие контуры приводят к симметричному относительно оси капельницы виду. При этом аппроксимированные изоплеты проводятся по точкам с координатами, соответствующими среднему значению координат фактических точек. При таком подходе точность аппроксимации изоплет контура увлажнения можно определить по результатам сопоставления значений радиусов контуров левой глев и правой гпр части
со средним их значением г . Значения радиусов глев и гпр были нами обработаны по слоям с шагом = 0,1 (к{ - глубина слоя, м; йкон - глубина контура, м), а результаты их камеральной обработки приведены в таблицах 1-9. В результате обработки получены отклонения радиусов контуров Дгкон в процентах от среднего их значения по каждому примеру аппроксимации фактических данных. Далее было проведено осреднение отклонений по каждому примеру и по всему массиву полученных отклонений.
Результаты и обсуждение. Известны примеры очерчивания граничных линий контуров увлажнения и внутриконтурного расположения изо-
плет с разным уровнем влажности почвы (в процентах от уровня наименьшей влагоемкости), выполненные О. Н. Карпенко для нижеследующих условий формирования локальных контуров увлажнения: в тепличном почвогрунте (субстрате), сформированном на основе тяжелосуглинистой почвы в смеси с навозом в соотношении 4 : 1; при поливе капельницами с расходом - = 3,9; 7,2 и 10,1 л/ч поливной нормой - = 4,53; 5,53; 8,31 л на капельницу [4, 5]. Пример выбранного к анализу локального контура увлажнения почвогрунта приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Контур капельного увлажнения тепличного почвогрунта при поливной норме = 8,31 л/м2, измеренного О. Н. Карпенко через 48 ч после завершения капельного полива
Оценка точности аппроксимированных контурных линий по контуру, приведенному на рисунке 2, сделана по данным сопоставления значений радиусов контуров в левой и правой их части для оконтуривающей изоплеты, уровень влажности которой Риз/п соответствует 65 % от уровня влажности наименьшей влагоемкости Рнв, и внутриконтурных изоплет (при уровнях влажшети - Рш/П =0,70РНВ; рш/п = 0,80(3^ и рш/п = 0,9фнв). Результаты сопоставления значений глев и г по представленному на рисунке 2 контуру увлажнения приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты аналитической обработки очертаний изоплет локального контура увлажнения, построенного по первичным данным О. Н. Карпенко
^Асон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
При в из/п = 0,65Р НВ
Глев , м 0,300 0,330 0,370 0,390 0,400 0,4 0,385 0,370 0,310 0,220
V м 0,310 0,360 0,400 0,410 0,410 0,4 0,380 0,360 0,310 0,230
гср, м 0,305 0,345 0,385 0,400 0,405 0,4 0,382 0,365 0,310 0,225
Дгкон, % 1,6 4,3 3,9 2,5 1,2 0,0 0,6 1,4 0,0 2,2
При Р из/п = 0,7р НВ
Глев , м 0,240 0,270 0,300 0,320 0,335 0,330 0,325 0,300 0,270 0,190
Гпр, м 0,270 0,300 0,330 0,350 0,360 0,345 0,320 0,285 0,240 0,140
Гср, м 0,255 0,285 0,315 0,335 0,347 0,337 0,322 0,292 0,255 0,165
Дгкон, % 5,9 5,3 4,8 4,5 3,5 2,1 0,6 2,7 5,9 15,2
При Р из/п = 0,8Р НВ
Глев , м 0,180 0,200 0,220 0,230 0,250 0,265 0,240 0,210 0,170 0,120
Гпр, м 0,200 0,220 0,255 0,270 0,295 0,300 0,280 0,250 0,205 0,130
Гср, м 0,190 0,210 0,237 0,250 0,272 0,282 0,260 0,230 0,182 0,125
ДГкон, % 5,3 4,8 7,2 8,0 8,1 6,0 7,7 8,7 6,6 4,0
При Р из/п = 0,9Р НВ
Глев , м 0,130 0,140 0,145 0,150 0,150 0,145 0,135 0,100 0,100 0,050
Гпр, м 0,145 0,165 0,175 0,180 0,190 0,190 0,180 0,170 0,130 0,060
Гср, м 0,137 0,147 0,160 0,165 0,170 0,167 0,157 0,145 0,115 0,055
ДГкон, % 5,1 4,8 9,4 9,1 11,8 13,2 14,0 17,2 13,0 9,1
Судя по приведенным в таблице 1 данным по определению процентных отклонений Дгкон значений радиусов Глев и гпр от среднего значения г ,
которое соответствует аппроксимированной изоплете, можно заключить, что отклонение координат аппроксимированных изоплет от фактических изменяется в пределах от 0,0 до 17,2 % и в среднем по анализируемому массиву данных составляет 10 %. С указанной погрешностью аппроксимации рассмотренного контура формы расположения внутриконтурных изо-плет с разным уровнем влажности могут рассматриваться как качественно идентичные, так и количественно подобные и соответствующие форме ограничивающей весь контур поверхности.
Известны данные первичных измерений локальных контуров увлажнения, формирующихся в тепличных почвогрунтах, сформированных на основе южных карбонатных тяжелосуглинистых черноземов с внесением 20 % по объему перегноя, последующей перепашкой слоя 0-35 см и его трехкратным фрезерованием, приведенные Н. О. Кохно [6, 7]. Результаты их камеральной обработки приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Данные камеральной обработки первичных
измерений и аппроксимаций радиусов контуров капельного увлажнения, приведенных Н. О. Кохно, для тепличных почвогрунтов
к/к ,11 / ' 'кон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
При дк = 6 л/ч и ¿п/п = 3,0 ч ( N = 18 л), где ?п/п - время после полива
Глев , м 0,170 0,470 0,465 0,460 0,455 0,440 0,400 0,370 0,340 0,300
V м 0,430 0,375 0,340 0,320 0,295 0,280 0,270 0,260 0,240 0,170
гср, м 0,450 0,422 0,402 0,390 0,375 0,360 0,335 0,315 0,290 0,235
Чон, % 4,4 11,1 15,4 18,0 21,3 22,2 19,4 17,5 17,2 27,7
При дк = 6 л/ч и ?п/п = 5,0 ч ( N = 30 л)
Глев , м 0,530 0,350 0,525 0,500 0,480 0,470 0,445 0,420 0,385 0,330
V м 0,480 0,460 0,430 0,420 0,395 0,370 0,345 0,325 0,270 0,200
гср, м 0,500 0,495 0,478 0,460 0,438 0,420 0,395 0,372 0,328 0,265
Чон, % 4,0 7,0 10,0 8,7 9,8 11,9 12,7 12,6 17,7 24,5
При дк = 6 л/ч и *„/п = 1,0 ч ( N = 6 л)
Глев , м 0,270 0,270 0,270 0,265 0,260 0,245 0,230 0,225 0,185 0,130
V м 0,315 0,310 0,305 0,305 0,295 0,290 0,275 0,255 0,230 0,170
Гср, м 0,292 0,290 0,288 0,285 0,278 0,268 0,252 0,240 0,208 0,150
Чон, % 7,5 6,9 6,2 7,0 6,5 8,6 8,7 6,2 11,1 13,3
Судя по данным таблицы 2, средние значения отклонения значений глев и г от средней величины составляет 12,5 %. Отметим, что в соответствии с примерами других приведенных Н. О. Кохно контуров, наряду с высокой сходимостью значений относительных координат очертаний контуров - [(Гкон)м/Гкон ]лев и [[(ГконХАон]пр , полученных при рЭЖОТ прОДолжИтельности полива капельницами одинаковой производительности, имеются примеры относительно высоких отклонений их значений от средней вели-
чины (достигающих 24,5 и 27,7 % отклонения от среднего значения).
Отмеченное выше характерно и для других исследований. Примером тому являются приведенные Д. О. Завадским первичные данные по очертаниям контуров капельного увлажнения почвогрунтового пространства, формирующихся в глинистых черноземах центральной зоны Краснодарского края. Обработанные данные по трем контурам увлажнения в относительных координатах [ (гкон)ы/гкон ] и к{/ккон приведены в таблице 3 [8]. Таблица 3 - Данные по относительным координатам контуров
увлажнения, полученным при обработке их очертаний, приведенных Д. О. Завадским*
^Аон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
(гкон ) ы! Гкон 0,329 0,490 0,635 0,802 0,938 1,00 1,00 0,917 0,802 0,552
при Ып = 80 л
(гкон ) Ы1 Гкон 0,337 0,362 0,521 0,658 0,806 0,932 1,00 0,986 0,866 0,630
при N = 56 л
Среднее зна- 0,333 0,426 0,578 0,730 0,877 0,966 1,00 0,952 0,834 0,591
чение
(гкон ) Ы1 Гкон
Отклонения 1,2 15,0 9,9 9,9 8,1 3,5 0,0 3,7 3,8 6,6
от среднего, %
Судя по приведенным в таблице 3 данным камеральной обработки, использование осредненных координат аппроксимированных Д. О. Завадским очертаний локальных контуров капельного увлажнения возможно при уровне точности аппроксимации их положения, составляющем 6,2 % (при максимальном отклонении значение (гкон )ы/гкон от средней его величины достигает 15 %).
В таблицах 4 и 5 приведены результаты нашей камеральной обработки: контуры капельного увлажнения южных суглинистых черноземов, замеренные и аппроксимированные В. И. Торбовским [9].
* - При Ып = 28 л и увлажнении только (взрыхленного) поверхностного почвенного слоя ( Нвзн < 0,55 м) значение (гкон )йг/гкон существенно отличается от приведенных в таблице 3.
Таблица 4 - Данные камеральной обработки координат очертания контура увлажнения по первичным данным В. И. Торбовского для суглинистых южных черноземов с замером контура через сутки после полива (при = 6,3 л/ч; ¿в/п = 3,36 ч, где ¿в/п - продолжительность
водоподачи; = 21,2 л; ккон = 0,65 м)
н /н "г/ ''кон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
'лев, м 0,240 0,265 0,285 0,285 0,290 0,285 0,270 0,240 0,180 0,105
V м 0,220 0,260 0,275 0,280 0,310 0,300 0,285 0,260 0,200 0,110
rср, м 0,230 0,262 0,280 0,282 0,300 0,292 0,277 0,250 0,190 0,107
Чон, % 4,3 1,0 1,8 0,9 3,3 2,7 2,7 4,0 5,3 1,9
Таблица 5 - Данные камеральной обработки очертания контура по первичной информации В. И. Торбовского для суглинистых южных черноземов при = 31,9 л
с замером контура через сутки после полива (= 8,4 л/ч;
'в/п = 3,79 ч; ¿кон = 0,8 м)
Нг/Нкон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Глев , м 0,190 0,290 0,340 0,375 0,385 0,380 0,375 0,360 0,325 0,250
rпр, м 0,220 0,290 0,370 0,380 0,375 0,370 0,340 0,330 0,310 0,225
rср, м 0,205 0,290 0,355 0,378 0,380 0,375 0,3575 0,345 0,318 0,238
Агкон, % 7,3 0,0 4,2 0,7 1,3 1,3 0,7 4,3 2,4 5,3
Судя по данным таблиц 4 и 5, отклонение координат оконтуриваю-щих линий, полученных и аппроксимированных В. И. Торбовским по факту ассиметричных контуров увлажнения от средних их значений, составляет 2,8 % и не превышает 7,3 %.
Известны данные по форме и размерам аппроксимированных контуров капельного увлажнения, приведенные в работе О. Е. Ясониди, формирующихся в условиях открытого и защищенного грунта с высокой степенью симметричности их формы [10, 11]. Результаты нашей камеральной обработки локальных контуров увлажнения почвы, приведенных в работе О. Е. Ясониди, даны в таблице 6.
Наряду с обработанными и «глубоко» аппроксимированными О. Е. Ясониди контурами увлажнения с относительно малыми отклонени-
ями их координат (1,8 %), в монографии О. Е. Ясониди приведен асимметричный контур капельного увлажнения, построенный по данным полевых экспериментальных измерений, результаты нашей камеральной обработки которого приведены в таблице 7 [11]. Таблица 6 - Данные камеральной обработки первично
аппроксимированных О. Е. Ясониди ассиметричных контуров увлажнения почвы
к/к "л! 'кон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
При дк = 5,2 л/ч и гп/п = 9,15 ч ( N = 47,6 л); Рш/п =Рн + 5 %, где Рн - дополивная влажность почвы)
'лев, м 0,570 0,740 0,850 0,880 0,930 0,880 0,840 0,720 0,600 0,370
V м 0,570 0,720 0,840 0,920 0,950 0,920 0,840 0,750 0,600 0,400
rср, м 0,570 0,730 0,845 0,900 0,940 0,900 0,840 0,735 0,600 0,385
Чон, % 0,0 1,4 0,6 2,2 1,1 2,2 0,0 2,0 0,0 3,9
При дк = 5,2 л/ч и ^п = 9,15 ч ( ^ = 47,6 л); Рш/П = 0,8Рнв
Глев , м 0,440 0,580 0,660 0,680 0,690 0,680 0,640 0,600 0,500 0,380
V м 0,430 0,570 0,640 0,680 0,720 0,690 0,660 0,600 0,520 0,400
rср, м 0,435 0,575 0,650 0,680 0,705 0,685 0,650 0,600 0,510 0,390
Чон, % 1,2 0,9 1,5 0,0 2,1 0,7 1,5 0,0 2,0 2,6
Защищенный грунт дк = 1,19 л/ч
Глев , м 0,360 0,400 0,450 0,460 0,470 0,465 0,430 0,390 0,315 0,240
V м 0,420 0,440 0,460 0,480 0,490 0,480 0,440 0,400 0,320 0,220
rср, м 0,390 0,420 0,455 0,470 0,480 0,477 0,435 0,395 0,318 0,230
^кон, % 7,7 4,8 1,1 2,1 2,1 2,5 1,2 1,3 1,8 4,3
Таблица 7 - Результаты камеральной обработки параметров контура капельного увлажнения почвы, зафиксированного О. Е. Ясониди [11]
к /к "л/ 'кон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
По видимой оконтуривающей линии при Риз/п =Рн
Глев , м 0,40 0,48 0,60 0,62 0,59 0,55 0,48 0,42 0,33 0,17
V м 0,48 0,61 0,77 0,79 0,74 0,67 0,60 0,54 0,45 0,37
^ м 0,44 0,545 0,685 0,705 0,665 0,61 0,54 0,48 0,39 0,27
Чон, % 9,1 11,9 12,4 12,1 11,3 9,8 11,1 12,5 15,4 37,0
По линии, соответствующей границе контура при Риз/п = 0,8Р НВ
Глев , м 0,27 0,39 0,54 0,60 0,58 0,40 0,40 0,24 0,14 0,04
Продолжение таблицы 7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
V м 0,38 0,52 0,68 0,75 0,67 0,58 0,56 0,47 0,37 0,35
rcр, м 0,325 0,455 0,61 0,675 0,625 0,490 0,480 0,355 0,255 0,195
Чон, % 16,9 14,3 11,5 11,1 7,2 18,4 16,7 32,4 45,1 79,5
При изоплете, соответствующей Риз/п =1,0Р НВ
Глев , м 0,15 0,18 0,23 0,25 0,25 0,24 0,21 0,18 0,15 0,07
V м 0,20 0,29 0,40 0,41 0,42 0,40 0,35 0,27 0,20 0,17
rcр, м 0,175 0,235 0,315 0,330 0,335 0,320 0,280 0,225 0,175 0,120
Чон, % 14,3 23,4 26,9 24,2 25,4 25,0 25,0 20,0 14,3 41,6
В соответствии с приведенными в таблице 7 данными, отметим нижеследующее:
1 Локальный контур увлажнения, зафиксированный через 24 ч после завершения капельного полива имеет высокую степень асимметричности (в нижней его части) при отсутствии уклона местности в плоскости сечения.
2 По причине фактической асимметричности контура отдельные отклонения положения его граничных (оконтуривающих) линий от средней величины значительно превышают 10%-ный уровень точности при средней погрешности аппроксимации положения изоплеты, составляющей 21,2 %.
Рассматривая данные по измерениям и аппроксимации контуров увлажнения, приведенные в работах О. Е. Ясониди (таблицы 6 и 7), в совокупности отметим, что осредненная погрешность составляет 11,5 %.
Известны данные, полученные В. С. Бочарниковым и др., по определению и аппроксимации локальных контуров капельного увлажнения, формирующихся в различных почвенных условиях (открытого и защищенного грунта) при каплевании микроводовыпусками с расходом в 1,2 и 2,0 л/ч и подачей поливных норм в диапазоне их изменения от = 2,9 л до = 25,8 л на одну капельницу, для разных уровней влажности вне- и внутриконтурного почвогрунтового пространства [12, 13]. Результаты камеральной обработки первичных данных по контурам увлажнения почвы, приведенным в работах вышеназванных ученых, представлены в таблице 8.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(26), 2017 г., [69-86] Таблица 8 - Результаты камеральной обработки анализа положения
оконтуривающих изоплет локальных контуров капельного увлажнения по первичной информации В. С. Бочарникова и др.
Кг/Ккон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Открытый грунт Жг/ч = 21,2 % МСП; дк = 2 л/ч; = 9,64 ч; рн = 0,8рНВ, где Жг/ч - объем глинистых частиц; МСП - масса сухой почвы
'лев , м 0,210 0,270 0,305 0,340 0,370 0,380 0,375 0,340 0,270 0,180
V м 0,220 0,260 0,295 0,330 0,350 0,375 0,360 0,330 0,275 0,180
^ м 0,215 0,265 0,300 0,335 0,360 0,378 0,368 0,335 0,270 0,180
^кон, % 2,3 1,9 1,7 1,5 2,8 0,8 2,7 1,5 0,7 0,0
Защищенный грунт Жг/ч = 48,6 % МСП; дк = 1,3 л/ч; tпlп = 4,4 ч; Рн = 0,8РНВ
Глев , м 0,270 0,320 0,360 0,380 0,390 0,380 0,360 0,320 0,270 0,190
V м 0,270 0,310 0,340 0,360 0,380 0,370 0,340 0,300 0,260 0,180
rcр, м 0,270 0,315 0,350 0,370 0,385 0,375 0,350 0,310 0,265 0,185
АГкон, % 0,0 1,6 2,9 2,7 1,3 1,3 9,9 3,2 1,9 2,7
В связи с приведенными в таблице 8 данными, отметим относительно малую погрешность отклонений граничных линий локальных асимметричных контуров увлажнения и отсутствие в работах М. П. Мещерякова, А. С. Овчинникова, В. С. Бочарникова данных по точности (погрешности) их аппроксимации по результатам экспериментальных измерений [12, 13].
Известны также контуры капельного увлажнения почвы, зафиксированные А. М. Олейником и М. К. Гаджиевым в тяжелосуглинистых черноземах [14]. Результаты нашей камеральной обработки двух наиболее характерных локальных контуров приведены в таблице 9. Таблица 9 - Результаты камеральной обработки асимметричных
локальных контуров капельного увлажнения почвы, приведенных А. М. Олейником и М. К. Гаджиевым [14]
Кг/Ккон 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Риз/п = 0,7Рнв; Ккон = 0,8 м
Глев , м 0,240 0,380 0,460 0,470 0,460 0,400 0,350 0,270 0,200 0,090
rпр, м 0,370 0,460 0,530 0,550 0,540 0,470 0,420 0,380 0,350 0,280
rср, м 0,305 0,420 0,495 0,510 0,500 0,435 0,385 0,315 0,275 0,185
Чон, % 21,3 9,5 7,1 7,8 8,0 8,0 9,1 14,3 27,3 51,4
Продолжение таблицы 9
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Риз/п = 0,8РНВ ; ^кон = 0,8 м
'лев , м 0,200 0,270 0,390 0,370 0,400 0,380 0,320 0,250 0,200 0,100
rпр, м 0,320 0,380 0,430 0,430 0,430 0,42 0,400 0,300 0,250 0,170
rср, м 0,280 0,325 0,380 0,400 0,415 0,400 0,360 0,275 0,225 0,135
Чон, % 28,6 16,9 13,2 7,5 3,6 5,0 11,1 9,1 11,1 25,9
Риз/п = 0,9РНВ ; \он = 0,8 м
Глев , м 0,170 0,210 0,250 0,280 0,290 0,290 0,270 0,260 0,220 0,180
rпр, м 0,210 0,250 0,320 0,370 0,400 0,400 0,360 0,280 0,200 0,160
rср, м 0,190 0,230 0,285 0,325 0,345 0,345 0,315 0,270 0,210 0,170
Чон, % 10,5 8,7 12,3 13,8 15,9 15,9 14,3 3,7 4,8 5,9
Риз/п = 0,7Рнв; ^кон = 1,0 м
Глев , м 0,580 0,610 0,670 0,680 0,680 0,660 0,600 0,550 0,450 0,330
rпр, м 0,520 0,580 0,640 0,630 0,600 0,570 0,460 0,370 0,270 0,170
rср, м 0,540 0,595 0,655 0,655 0,640 0,615 0,530 0,410 0,360 0,250
^кон, % 3,7 2,5 2,3 3,8 6,2 7,3 13,2 9,8 22,8 32,0
Риз/п = 0,8РНВ ; ^кон = 1,0 м
Глев , м 0,480 0,520 0,590 0,640 0,640 0,600 0,570 0,540 0,380 0,280
rпр, м 0,400 0,520 0,590 0,600 0,580 0,500 0,450 0,370 0,260 0,140
rср, м 0,440 0,520 0,590 0,620 0,610 0,550 0,510 0,455 0,320 0,210
Чон, % 9,1 0,0 0,0 3,2 4,9 9,1 11,8 18,7 18,8 3,3
Риз/п = 0,9РНВ ; \он = 1,0 м
Глев , м 0,350 0,370 0,400 0,420 0,440 0,460 0,430 0,400 0,320 0,180
rпр, м 0,200 0,260 0,330 0,390 0,410 0,400 0,370 0,300 0,200 0,150
rср, м 0,275 0,315 0,365 0,405 0,425 0,440 0,400 0,350 0,260 0,175
Чон, % 27,3 17,5 9,6 3,7 3,5 9,1 7,5 14,3 23,0 14,3
Результаты камеральной обработки параметров локальных контуров капельного орошения, представленные в таблице 9, показывают, что отклонение аппроксимированных А. М. Олейником и М. К. Гаджиевым изо-плет от зафиксированных изменяется от 0,0 до 51,4 % и в среднем составляет 11,8 %.
В целом по всем приведенным примерам аппроксимации фактических контуров капельного увлажнения (таблицы 1-9) среднее отклонение радиусов контуров увлажнения составляет 12 %. По нашему мнению, дан-
ную величину можно принять как допустимую погрешность аппроксимации, так как более точные результаты не позволяют получить приведенные выше особенности формирования контуров капельного увлажнения.
Выводы.
1 Точность аппроксимации граничных контурных линий и внутри-контурных изоплет является одной из определяющих характеристик, необходимых для нахождения геометрических (их формы, линейных, площадных и объемных) параметров локальных контуров увлажнения, формирующихся в почвогрунтовом пространстве при капельном поливе. Рассмотрение и анализ ряда известных работ в этой области показали, что известные исследователи капельной технологии полива не уделяли этому вопросу должного внимания. В известных публикациях и материалах диссертационных исследований приводятся преимущественно не фактически замеренные координаты оконтуривающих изоплет, а аппроксимированные с разной степенью точности контурные линии, без указания погрешностей измерений и аппроксимации.
2 Выполненная камеральная обработка замеренных (фактических) и аппроксимированных локальных контуров капельного увлажнения позволила установить, что отклонения граничных контурных линий и внутри-контурных изоплет от вертикальной оси симметрии изменяются в диапазоне от 0 до 15 и более процентов от среднего значения радиусов контуров. Имеющие место значительные отклонения в значениях левого и правого, по отношению к оси капания, радиусов не находят объяснений в большей части рассмотренных работ, как не имеет объяснений и оценок высокая степень асимметричности фактических контуров увлажнения в других. Указанное обстоятельство и осреднение приведенных в статье результатов аналитического исследования позволяет рекомендовать для практического применения допустимую погрешность аппроксимации изоплет контуров капельного увлажнения на уровне 12 %. Локальные контуры увлажнения, ап-
проксимированные с погрешностью 12 и менее процентов, могут рассматриваться, как качественно идентичные, так и количественно подобные натурным (фактическим) локальным контурам капельного увлажнения почв.
Список использованных источников
1 Щедрин, В. Н. Оросительные системы России: от поколения к поколению: монография / В. Н. Щедрин, А. В. Колганов, С. М. Васильев, А. А. Чураев. - В 2 ч. - Новочеркасск: Геликон, 2013. - 590 с.
2 Шкура, В. Н. Капельное орошение яблони: монография / В. Н. Шкура, Д. Л. Обу-махов, А. Н. Рыжаков; под ред. В. Н. Шкуры. - Новочеркасск: Лик, 2014. - 310 с.
3 Шкура, В. Н. Расчетный метод определения параметров контура увлажнения при подземно-капельном орошении / В. Н. Шкура, Д. Л. Обумахов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2014. - № 4(16). -С. 25-36. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec294-field6.pdf.
4 Карпенко, О. Н. Капельное орошение и агротехника возделывания роз в теплице / О. Н. Карпенко // Труды ЦКРНИИГиМ. Проблемы агротехники и мелиорации. -Днепропетровск, 1989. - С. 71.
5 Карпенко, О. Н. Капельное орошение роз в теплицах: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Карпенко Ольга Николаевна. - Новочеркасск, 1989. - 22 с.
6 Кохно, Н. О. Техника и режим капельного орошения роз в теплицах: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Кохно Наталья Олеговна. - Новочеркасск, 2008. - 24 с.
7 Кохно, Н. О. Орошение розы в теплице / Н. О. Кохно, М. В. Карпенко // Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства Юга России: сб. науч. статей науч.-практ. конф. / ФГБОУ ВПО «НГМА». - Новочеркасск, 2003. - С. 69-74.
8 Завадский, Д. О. Капельное орошение молодого яблоневого сада и виноградников в условиях центральной зоны Краснодарского края: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Завадский Дмитрий Олегович. - Новочеркасск, 1991. - 28 с.
9 Торбовский, В. И. Режим и техника капельного орошения малины: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Торбовский Василий Иванович. - Новочеркасск, 1992. - 24 с.
10 Ясониди, О. Е. Капельное орошение на Северном Кавказе / О. Е. Ясониди, Д. П. Гостищев // Вопросы мелиорации. - 2003. - № 5-6. - С. 19-26.
11 Ясониди, О. Е. Капельное орошение: монография / О. Е. Ясониди. - Новочеркасск: Лик, 2011. -322 с.
12 Овчинников, А. С. Методика расчета и обоснование параметров контура увлажнения в условиях открытого и закрытого грунта / А. С. Овчинников, В. С. Бочар-ников, М. П. Мещеряков. - Природообустройство. - 2012. - № 5. - С. 16-19.
13 Бочарников, В. С. Научно-экспериментальное обоснование повышения эффективности технологических средств локального орошения в овощеводстве открытого и закрытого грунта: автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 06.01.02 / Бочарников Виктор Сергеевич. - Волгоград, 2016. - 39 с.
14 Олейник, А. М. Характер формирования контуров увлажнения почвы при капельном орошении / А. М. Олейник, М. К. Гаджиев // Режимы орошения и водопотребле-ние сельскохозяйственных культур на Северном Кавказе: сб. науч. трудов ЮжНИИГиМ. -Новочеркасск, 1984. - С. 129-133.
References
1 Shchedrin V.N., Kolganov A.V., Vasiliev S.M., Churaev A.A., 2013. Orositelnyye sis-
temy Rossii: otpokoleniya kpokoleniyu: monografiya [Irrigation systems in Russia: from generation to generation: monograph]. 2 vol., Novocherkassk, Helikon Publ., 590 p. (In Russian).
2 Shkura V.N., Obumakhov D.L., Ryzhakov A.N., 2014. Kapelnoye orosheniye ya-bloni: monografiya [Drip irrigation of apple: monograph]. Novocherkassk, Lick Publ., 310 p. (In Russian).
3 Shkura V.N., Obumakhov D.L., 2014. Raschetnyy metod opredeleniya parametrov kontura uvlazhneniya pri podzemno-kapelnom oroshenii [Method for calculating parameters of moisture contour under subsurface drip irrigation]. Nauchnyy Zhurnal Rossiyskogo NII Problem Melioratsii [Scientific Journal of Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems]. no. 4(16), pp. 25-36, available: http: rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/ udb13-rec294-field6.pdf (In Russian).
4 Karpenko O.N., 1989. Kapelnoye orosheniye i agrotekhnika vozdelyvaniya roz v tep-litse [Drip irrigation and agrotechnics of roses cultivation in greeenhouses]. Trudy TsKRNII-GiM. Problemy agrotekhniki i melioratsii [Proceed. of the Central Research Institute of Cytology and Genetics. Problems of agricultural technology and land improvement]. Dnepropetrovsk, 71 p. (In Russian).
5 Karpenko O.N., 1989. Kapelnoye orosheniye i agrotekhnika vozdelyvaniya roz v tep-litsakh. Aftoreferat dis. kand. tekh. nauk [Drip irrigation of roses in greenhouses. Abstract cand. tech. diss.]. Novocherkassk, 22 p. (In Russian).
6 Kokhno N.O., 2008. Tekhnika i rezhim kapelnogo orosheniya roz v teplitzakh. Aftoreferat dis. kand. tekh. nauk [Technique and drip irrigation mode of roses in greenhouses. Abstract of cand. tech. diss.]. Novocherkassk, 24 p. (In Russian).
7 Kokhno N.O., Karpenko M.V., 2003. Orosheniye rozy v teplitse [Rose irrigation in a greenhouse]. Aktualnyye problemy melioratsii i vodnogo khozyaystva Yuga Rossii: sb. nauch. statey nauch.-prakt. konf. FGBOU VPO «NGMA» [Actual problems of land reclamation and water management in the South of Russia: proc. of scientific-practical conf. FGBOU HPE "NGMA"]. Novocherkassk, pp. 69-74. (In Russian).
8 Zavadsky D.O., 1991. Kapelnoye orosheniye molodogo yablonevogo sada i vinogradnikov v usloviyakh tsentralnoy zony Krasnodarskogo kraya. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [The drip irrigation of the young apple orchard and vineyards in central zone of Krasnodar Territory. Abstract of cand. tech. sc. diss.]. Novocherkassk, 28 p. (In Russian).
9 Torbovsky V.I., 1992. Rezhim i tekhnika kapelnogo orosheniya maliny. Avtoref. dis. kand. tekhn. nauk [The regime and technique of drip irrigation of raspberries. Abstract of cand. tech. sc. diss.]. Novocherkassk, 24 p. (In Russian).
10 Yasonidi O.Ye., Gostishchev D.P., 2003. Kapelnoye orosheniye na Severnom Kavkaze [Drip irrigation in the North Caucasus]. Voprosy melioratsii [Problems of Land Improvement], no. 5-6, pp. 19-26. (In Russian).
11 Yasonidi O.Ye., 2011. Kapelnoe oroshenie: monografiya [Drip irrigation: monograph]. Novocherkassk, Lick Publ., 322 p. (In Russian).
12 Ovchinnikov A.S., Bocharnikov V.S., Meshcheryakov M.P., 2012. Metodika rascheta i obosnovaniye parametrov kontura uvlazhneniya v usloviyakh otkrytogo i zakrytogo grunta [The calculation method and substantiation of the moisture contour parameters under the conditions of open and protected ground]. Prirodoobustroystvo [Environmental Engineering]. no. 5, pp.16-19. (In Russian).
13 Bocharnikov V.S., 2016. Nauchno-eksperimentalnoye obosnovaniye povysheniya effektivnosti tekhnologicheskikh sredstv lokalnogo orosheniya v ovoshchevodstve otkrytogo i zakrytogo grunta. Avtoref. dis. d-ra tekhn. nauk [Scientific and experimental substantiation of increasing the efficiency of technological means of local irrigation in open and protected ground vegetable growing. Abstract of dr. techn. sc. diss.]. Volgograd, 39 p. (In Russian).
14 Oleynik A.M., Gadzhiev M.K., 1984. Kharakter formirovaniya konturov uvlazhneniya pochvy pri kapelnom oroshenii [The nature of soil moisture contours formation dur-
ing drip irrigation]. Rezhimy orosheniya i vodopotrebleniye selskokhozyaystvennykh kultur na Severnom Kavkaze: sb. nauch. trudov YuzhNIIGiM [Irrigation regimes and water consumption of crops in the North Caucasus: proc. of Southern Russian Research Institute of Land Reclamation problems]. Novocherkassk, pp. 129-133. (In Russian).
Штанько Андрей Сергеевич
Ученая степень: кандидат технических наук Должность: ведущий научный сотрудник
Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Shtanko Andrei Sergeevich
Degree: Candidate of Technical Sciences Position: Leading Researcher
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
Глущенко Юлия Юрьевна
Должность: инженер-исследователь
Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Glushchenko Yulia Yuryevna
Position: Research engineer
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
Воронов Олег Владимирович
Должность: аспирант
Место учебы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Voronov Oleg Vladimirovich
Position: graduate student
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
