ДОКТОР ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК
Лекция 4.
Рекомендации по уточнению расчетов параметров бороздкового полива на территории РУз.
Рекомендации СНиП 2.06.03-85 “Мелиоративные системы и сооружения” относятся лишь к выбору двух элементов техники бороздкового полива постоянным расходом [1].
В Республике Узбекистан принят новый СниП (КМК 2.06.03 - 97 [2], который основан на рекомендациях Н.Т.Лактаева [3] и отличается от них по отдельным позициям в пределах 5%.
В указанных документах каких-либо обоснований для предлагаемых элементов и методик для их расчета не дается и пользователю (проектировщику) приходится принимать их на веру.
Несмотря на то, что теорией бороздкового полива занимались такие известные ученые, как А.Н.Костяков, С.М.Кривовяз, А.Н.Ляпин, Н.Т.Лактаев, Е.Г.Тугуши, В.Ф.Носенко, Л.Б.Бунетян, Н.Вырлев, Р.Е.Хортон и др, - выработать единой методики расчета элементов техники полива до сих пор не удалось.
Объяснение этому следует искать, прежде всего в том, что до настоящего времени не найдены аналитические связи между водопроницаемостью почв и технологией водоподачи. Показанная выше градация почв по водопроницаемости согласно [4] рекомендуется принимать следующие скорости впитывания.
Таблица 1. Градация почв по водопроницаемости
Водопроницаемость
Градация
Скорость впитывания, мм/час (К1)
Сильная
А
15
Повышенная
Б
8
Средняя
В
4.5
Пониженная
Г
2.5
Слабая
Д
1,5
Поскольку скорость впитывания не является величиной постоянной, а меняется со временем, то для ее определения А.Н.Костяков предложил зависимость:
Kt = K1/ta (1)
где K1 - объем воды, впитавшейся в первую единицу времени. То есть, при t = 1 час - Kt = K1. (Эти значения K1 и показаны в табл. 1);
t - время впитывания;
a - почвенный параметр, зависящий от исходной влажности почвы, её структуры, параметров борозды и т.д.
Эти значения скоростей [4] определены для бороздкового полива методом пробных поливов по бороздам.
Однако, указанный параметр (K1) не может служить почвенной характеристикой потому что: во-первых, не оговорено, для каких междурядий он рекомендуется; во-вторых, при какой исходной влажности почвы он получен; и в-третьих, при каких расходах в борозду он получен. И таких вопросов вполне достаточно, чтобы отказаться от возможности принятия его в качестве характеристики водопроницаемости. Более того, параметр K1 для полива затоплением будет совсем другой. Будет он меняться и от напора (высоты слоя, залитого над почвой).
Некоторые из этих вопросов рассмотрены Н.Т.Лактаевым, который ввел понятие стандартных параметров впитывания [2]. При этом для определения скорости впитывания он использовал двухзвенную формулу:
Kt = K1/ta +Куст = Куст [(в/ ta )+1] (2)
где: в = К1/Куст (рис.1);
Куст -установившаяся скорость впитывания.
Рис. 1. Кривая впитывания и параметры, характеризующие её.
Из рис. 1 видно, что параметры впитывания, которыми часто пользуются в расчетах элементов техники полива, - различны. Связь между этими параметрами можно выразить используя более простую зависимость А.Н.Костякова [3]:
Kt = K1/ta=Кo (1-a)/ ta = Ксp (1-a) = Куст* ta (3)
где: Ко - средняя скорость за первый час впитывания;
Кср - средняя скорость впитывания за t часов.
K1 = Кo (1-a) = Kt *ta = Ксp (1-a) * ta = Куст* t2a (4)
Кo = K1/(1-a) = Kt *ta/ (1-a) = Ксp * ta = Куст* t2a/ (1-a) (5)
Куст = Kt /ta = К1 / t2a = Ко (1-a)/ t 2a = Ксp (1-a)/ ta (6)
Кср = K1/(1-a)* ta = Kо /ta = Куст *ta / (1-a) = Kt / (1-a) (7)
При этом надо помнить, что любой из параметров справедлив только для конкретных условий. Например, если поменяется расход в борозду, то поменяется и определяемая скорость впитывания. Но поскольку расход выбирается, исходя либо из неразмываемых скоростей потока, либо из условий непереливания воды через гребни борозд, то в практике поливов расходы могут быть самые различные и, следовательно, для одних и тех же условий различными будут и скорости впитывания.
В практике длина борозды принимается той, которая сложилась, исходя из рельефных и хозяйственных условий.. Принять длину борозды в соответствии с рекомендациями [1], [2] возможно разве что при проектировании орошаемых участков на новых землях. Естественно, что от выбора длины борозды при заданном расходе в конкретных условиях будет зависеть время полива, а, следовательно, и средняя скорость перевода оросительной воды в почвенную влагу.
Оптимизировать элементы техники полива пытались многие авторы. В Узбекистане этому вопросу посвящены работы А.Н.Ляпина, М.Д.Челюканова, С.М.Кривовяза, Н.Т.Лактаева. Последняя работа считается основополагающей и по настоящее время используется во всех проектных институтах Узбекистана. Рекомендации Н.Т.Лактаева представлены в виде таблицы с перечнем элементов полива в привязке к почвам (А....Д) и уклонам (1...5). Анализ рекомендуемых им элементов показан в таблице 2, из которой можно сделать выводы:
- Для всех почв (А...Д)
норма полива нетто рассчитывалась по формуле А.Н.Костякова для метрового
слоя (строка 6).
- m н = 100 g Н(ППВ-НДП),
м3/га (8)
где: g - объемная масса почвы;
- ППВ - предельная полевая
влагоемкость, в % от ВСП;
- НДП - нижний допустимый
предел влажности, равный 70% ППВ.
- Время добега (tд) (строка 7) в рекомендациях изменяется в широком диапазоне, увеличиваясь от почв А к Г в среднем от 2,5 до 16,7 часов.
- То же можно сказать и об общем времени полива (Т).
- Оно увеличивается от 3,8
до 39,8 часов.
- Относительное время полива
- tд/Т (строка 12), напротив, снижается от почв А к Г.
Принцип оптимизации элементов бороздкового полива основан на подборе таких сочетаний элементов, при которых получались максимальные КПД. Естественно, что такой объем расчетов под силу выполнить лишь электронной машине, что и было сделано Н.Т.Лактаевым и математиками института кибернетики АН Узбекистана. Результаты этой работы и показаны в таблице 2.
Как видно (строка 14), максимальные значения КПД для почв типа А (в среднем) не превысили значения 0,63. Наиболее высокие (из максимальных) они получились для почв В. Здесь КПД = 0,75, то есть, это предел, выше которого современный бороздковый полив не позволяет подняться.
Сразу отметим, что приведенные значения КПД несколько завышены, поскольку предполагалось, что полив (особенно на малых уклонах) ведется по тупым бороздам (подпертым в конце борозды земляной перемычкой). В практике современных хозяйственных поливов подпора, как правило, нет, и полив ведется по проточным бороздам. Поверхностный сброс (строка15-16) в среднем составил 10% (или в долях - 0,1), варьируя от 5,9 до 13,9%.
Глубинный же сброс (строка 17-18) составил соответственно в среднем 24% (0,24), варьируя от 3,4% до 45,8%.
Испарение в среднем составило 2%. Расход в борозду варьировал от 0,05 л/с до 1.5 л/с, а длины борозды от 40 м до 550 м.
Показатель равномерности полива в рекомендациях не показан. Но его легко подсчитать, используя уравнение:
Кр = t / T (9)
где: t - время сброса;
T - общее время полива.
Он изменялся от 0,26 до 0,67, составив в среднем значение 0,46. Поскольку рекомендуемые параметры КПД, поверхностного и глубинного сброса приводятся без каких-либо аналитических обоснований, то есть смысл рассмотреть теорию безразмерных параметров [5], показывающую возможную взаимосвязь между ними.
Напомним, что под безразмерными параметрами бороздкового полива подразумеваются следующие величины (рис.2):
1. Относительное время полива
Уо = tд /Т (10)
где: tд - время добегания, час
Т - общее время полива, час.
2. Равномерность полива по длине поля
Кр= mк/ mн (11)
где: mк - норма, впитавшаяся в конце борозды, м3/га;
mн - норма, впитавшаяся в начале борозды, м3/га;
3. Коэффициент полезного действия бороздкового полива (КПД = h )
М нетто Sн
h = ------------------ = ------- (12)
М брутто S
Рис.2 Эпюра увлажнения по длине борозды.
Фактическая эпюра увлажнения будет иметь не треугольную, а несколько иную форму. В зависимости от водно-физических свойств почвы и технологии полива, параметр (a), характеризующий крутизну нижней линии эпюры (пунктирная кривая), будет различен. Теоретически он может изменяться от 0 до 1. Фактически значения площадей (S, Sн, Sп, Sг), огибаемых параболой определяется путем решения дифференциальных уравнений [5]. Однако для ориентировочной оценки можно обойтись более простым решением., заменив параболу прямой.
В самом деле, площадь (Sн) можно определить из выражения:
Sн = mк * lд = mк (Vо tдa) (13)
где: lд - длина борозды (lд=Vо*tдa);
Vо - начальная скорость струи в борозде;
tд - время добегания до конца борозды.
Площадь (S) из выражения:
S = 1/2 mн *T = 1/2 mн (Vo *Ta) (14)
Тогда КПД определится уравнением:
mк (Vo *tдa)
h = ---------------------------- = 2 К р * Уоa (15)
1/2 mн *(Vo *Ta)Из уравнения (15) по известному КПД можно определить равномерность увлажнения вдоль струи:
Кр = h / Уоa (16)
Величину поверхностного сброса будет характеризовать уравнение:
hпов = Sп /S = 1/2 mк (L-lд)/1/2 mн *L = mк (L-lд)/ mн *L= Кр(1- lд/L) (17)
Выразив lд и L через tд и Т, получим:
hпов = Кр(1-Уоa) (18)
Величину глубинного сброса определим из выражения:
hглуб = Sг /S = 1/2 (mн - mк) * lд /1/2 mн *L = (1- Кр) Уоa (19)
Полученные уравнения позволяют приблизительно оценить равномерность увлажнения по длине борозды, если известно относительное время полива Уо и КПД.
Поскольку значения КПД для рекомендуемых СНИП технологий полива [1] в различных природных условиях приводятся в качестве оптимальных, то, воспользовавшись ими, определим значения коэффициента равномерности.
Для этого построим зависимость по уравнению (16), (рис.3), задавшись значением Уо: 0,25, 0,5, 0,7, 0,9 и значением a: 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 (табл.3).
Таблица 3 Расчетные значения параметров Кр, hпов и hглуб
Кр =h / 2Уоa
hпов= Кр(1-Уоa) / hглуб= Уоa(1- Кр)
a = 0,2
a = 0,2
Уо
0,9
0,7
0,5
0,25
Уо
0,9
0,7
0,5
0,25
Уоa
0,98
0,93
0,87
0,76
Уоa
0,98
0,93
0,87
0,76
h=0,9
0,46
0,48
0,51
0,59
h
0,46
0,48
0,51
0,59
h=0,7
0,36
0,39
0,4
0,47
hпов
0,009
0,031
0,067
0,14
h=0,5
0,26
0,27
0,29
0,33
hглуб
0,53
0,48
0,42
0,21
a = 0,4
a = 0,4
Уоa
0,96
0,87
0,76
0,57
Уоa
0,96
0,87
0,76
0,57
h=0,9
0,47
0,54
0,59
0,78
h
0,47
0,54
0,59
0,78
h=0,7
0,36
0,40
0,46
0,61
hпов
0,019
0,054
0,14
0,033
h=0,5
0,26
0,29
0,33
0,43
hглуб
0,51
0,4
0,31
0,125
a = 0,6
a = 0,6
Уоa
0,94
0,81
0,66
0,44
Уоa
0,94
0,81
0,66
0,44
h=0,9
0,48
0,56
0,68
1,00
h
0,48
0,56
0,68
1,00
h=0,7
0,37
0,43
0,53
0,80
hпов
0,03
0,11
0,16
0,56
h=0,5
0,27
0,31
0,38
0,57
hглуб
049
0,36
0,21
0
a = 0,8
a = 0,8
Уоa
0,92
0,75
0,57
0,33
Уоa
0,92
0,75
0,57
0,33
h=0,9
0,49
0,6
0,78
1,36
h
0,49
0,60
0,78
-
h=0,7
0,38
0,47
0,61
1,00
hпов
0,039
0,14
0,33
0,9
h=0,5
0,27
0,33
0,43
0,76
hглуб
0,47
0,3
0,12
-
Аналогично по уравнениям (18, 19) построим графические зависимости (рис.4).
Сделав выписку из значений Уо и КПД, рекомендуемых элементов техники полива для различных природных условий [1], определим значения Кр, hп, hг, a, используя рисунки 3,4. (см.табл.3 и рис. 5).
Анализ их показывает, что рекомендуемые [1] значения относительно времени полива Уо не связаны какой-либо зависимостью ни с водопроницаемостью почв (А...Г), ни с уклонами (1...5), и варьируют от 0,27 до 0,83. Среднее значение Уо определялись величиной 0,55. Это значит, что 45% от общего времени полива вода, подаваемая на поле, идет в сброс.
В среднем КПД полива для почв А...Г составил 0.7, варьируя от 0,52 до 0,8. Это говорит о том, что в корнеобитаемом слое задерживается не более 80% поданной воды. В сброс же уходит не менее 20%, а в худшем случае до 48%.
Коэффициент равномерности увлажнения поля вдоль борозды меняется от 0,26 до 0,67. В среднем величина его составила 0,45. При этом наблюдается тенденция повышения равномерности от легких почв к тяжелым. Значения параметра a по графикам (рис.4) определить достаточно сложно, поскольку зоны равных Уо перекрываются при различных a. Тем не менее, приблизительные их значения можно определить. Как видим, этот параметр изменяется от 0,3 до 0,6 и в среднем составляет - 0,45.
Значение поверхностного сброса (hп) в среднем составляет 12%, увеличиваясь по мере утяжеления почв от 8 до 20%. Глубинный сброс, наоборот, снижался от 29 до 10%. То есть, на легких почвах он выше. В среднем он составил 18%.
Таким образом, предложенный расчетно-аналитический анализ позволяет дать оценку равномерности полива для всех, рекомендуемых [1] сочетаний элементов техники бороздкового полива, чего до настоящего времени никто не делал. Полученные результаты отличаются от результатов, рекомендованных Н.Т.Лактаевым. И ими легче пользоваться, поскольку предложенный метод нагляден и дает возможность установить связь между безразмерными параметрами. Если рассмотреть не треугольную, а параболическую эпюру увлажнения, то получим более сложные зависимости, вывод которых дается в работе [5, 6].
Там связь между КПД=hн и Кр определяется зависимостью:
hн= Крa/1-a (1-Кр)/(1-a) = Кр a/1-a (20)
Анализ этой зависимости (показанный на рис.6) говорит о том, что при a= 0,5 максимальные значения КПД и Кр совпадают и равны 0,5. При меньших значениях a,- КПД может быть выше (теоретически, до 1). Однако, при этом отношении времени добегания tд к времени полива Т, должно приближаться к нулю (см. рис.7), где Уо=tд/Т.
Такое возможно только в том случае, если время полива стремится к бесконечности, или время добегания - к нулю. Последнее же возможно только при поливе дождеванием, когда нет никакого времени добегания или при использовании поливной техники, работающей в движении. (вода в орошаемую точку подается моментально, а фронт увлажнения перемещается равномерно машиной.) Во всех остальных случаях, где для распространения фронта промачивания требуется время, ожидать равномерного увлажнения не стоит.
Из выражения (20) следует также, что одновременно повышать КПД и Кр (например при a =0,5) возможно только до значения, равного 0,5. Если же возникает желание повысить один из этих параметров выше 0,5, то надо себе четко представить, что другой при этом начнет снижаться. Исключения следует ожидать лишь в случаях полива переменным расходом и полива путем дискретной водоподачи. Для проточных же борозд целесообразнее повышать Кр за счет снижения КПД, поскольку вода в настоящее время бесплатна и экономия воды не дает прибыли.
Зависимость между величиной поверхностного сброса hп и равномерностью полива Кр определяется зависимостью (рис.8):
hп = Крa/1-a (21)
А между глубинным сбросом hг и Кр - зависимостью (рис.9):
hг = [(1-Крa/1-a) - a (1- Кр1/1-a)]/(1-a) (22)
При a =0,5 значения глубинного и поверхностного стока будут равны 0,25.
По мере увеличения a, глубинный сброс будет расти, а поверхностный снижается. Увеличить КПД бороздкового полива можно только путем снижения Уо, а, следовательно, и a, численно равного Кр. И это возможно, как уже говорилось, путем сокращения длины борозды (путем приближения ее к размеру точки). Но это будет уже либо капельный полив, либо дождевание.
Таким образом, и данные Н.Т.Лактаева и наши теоретические выводы говорят о том, что при существующей практике, даже при оптимальном сочетании элементов техники полива, равномерность полива по длине борозды не превышает значения 0,5-0,4. В таких же пределах находится и равномерность распределения расхода по ширине поля. Первую можно повысить за счет снижения КПД, и это иллюстрируют наши теоретические изыскания (рис. 6). Вторую - за счет применения поливных машин с автоматическим регулированием расхода по ширине поля, о чем уже говорилось. При этом, естественно, потребуется пересмотреть рекомендации по обоснованию оптимальных элементов бороздкового полива и учесть описанные выше теоретические недоработки, допущенные в расчетах, предложенных [1,2,3].
Из изложенного следует неутешительный вывод, что даже теоретически, без применения механизмов, арматуры и новых технологий полива повысить КПД ручного бороздкового полива не удастся.
Фактическая эпюра увлажнения будет иметь не треугольную, а несколько иную форму. В зависимости от водно-физических свойств почвы и технологии полива, параметр (a), характеризующий крутизну нижней линии эпюры (пунктирная кривая), будет различен. Теоретически он может изменяться от 0 до 1. Фактически значения площадей (S, Sн, Sп, Sг), огибаемых параболой определяется путем решения дифференциальных уравнений [5]. Однако для ориентировочной оценки можно обойтись более простым решением., заменив параболу прямой.
В самом деле, площадь (Sн) можно определить из выражения:
Sн = mк * lд = mк (Vо tдa) (13)
где: lд - длина борозды (lд=Vо*tдa);
Vо - начальная скорость струи в борозде;
tд - время добегания до конца борозды.
Площадь (S) из выражения:
S = 1/2 mн *T = 1/2 mн (Vo *Ta) (14)
Тогда КПД определится уравнением:
mк (Vo *tдa)
h = ---------------------------- = 2 К р * Уоa (15)
1/2 mн *(Vo *Ta)Из уравнения (15) по известному КПД можно определить равномерность увлажнения вдоль струи:
Кр = h / 2Уоa (16)
Величину поверхностного сброса будет характеризовать уравнение:
hпов = Sп /S = 1/2 mк (L-lд)/1/2 mн *L = mк (L-lд)/ mн *L= Кр(1- lд/L) (17)
Выразив lд и L через tд и Т, получим:
hпов = Кр(1-Уоa) (18)
Величину глубинного сброса определим из выражения:
hглуб = Sг /S = 1/2 (mн - mк) * lд /1/2 mн *L = (1- Кр) Уоa (19)
Полученные уравнения позволяют приблизительно оценить равномерность увлажнения по длине борозды, если известно относительное время полива Уо и КПД.
Поскольку значения КПД для рекомендуемых СНИП технологий полива [1] в различных природных условиях приводятся в качестве оптимальных, то, воспользовавшись ими, определим значения коэффициента равномерности.
Для этого построим зависимость по уравнению (16), (рис.3), задавшись значением Уо: 0.25, 0,5, 0,7, 0,9 и значением a: 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 (табл.3).Таблица 3. Расчетные значения параметров Кр, hпов и hглуб
Кр =h / 2Уоa
hпов= Кр(1-Уоa) / hглуб= Уоa(1- Кр)
a = 0,2
a = 0,2
Уо
0,9
0,7
0,5
0,25
Уо
0,9
0,7
0,5
0,25
Уоa
0,98
0,93
0,87
0,76
Уоa
0,98
0,93
0,87
0,76
h=0,9
0,46
0,48
0,51
0,59
h
0,46
0,48
0,51
0,59
h=0,7
0,36
0,39
0,4
0,47
hпов
0,009
0,031
0,067
0,14
h=0,5
0,26
0,27
0,29
0,33
hглуб
0,53
0,48
0,42
0,21
a = 0,4
a = 0,4
Уоa
0,96
0,87
0,76
0,57
Уоa
0,96
0,87
0,76
0,57
h=0,9
0,47
0,54
0,59
0,78
h
0,47
0,54
0,59
0,78
h=0,7
0,36
0,40
0,46
0,61
hпов
0,019
0,054
0,14
0,033
h=0,5
0,26
0,29
0,33
0,43
hглуб
0,51
0,4
0,31
0,125
a = 0,6
a = 0,6
Уоa
0,94
0,81
0,66
0,44
Уоa
0,94
0,81
0,66
0,44
h=0,9
0,48
0,56
0,68
1,00
h
0,48
0,56
0,68
1,00
h=0,7
0,37
0,43
0,53
0,80
hпов
0,03
0,11
0,16
0,56
h=0,5
0,27
0,31
0,38
0,57
hглуб
049
0,36
0,21
0
a = 0,8
a = 0,8
Уоa
0,92
0,75
0,57
0,33
Уоa
0,92
0,75
0,57
0,33
h=0,9
0,49
0,6
0,78
1,36
h
0,49
0,60
0,78
-
h=0,7
0,38
0,47
0,61
1,00
hпов
0,039
0,14
0,33
0,9
h=0,5
0,27
0,33
0,43
0,76
hглуб
0,47
0,3
0,12
-
Аналогично по уравнениям (18, 19) построим графические зависимости (рис.4).
Сделав выписку из значений Уо и КПД, рекомендуемых элементов техники полива для различных природных условий [1], определим значения Кр, hп, hг, a, используя рисунки 3,4. (см.табл.3 и рис. 5).
Анализ их показывает, что рекомендуемые [1] значения относительно времени полива Уо не связаны какой-либо зависимостью ни с водопроницаемостью почв (А...Г), ни с уклонами (1...5), и варьируют от 0,27 до 0,83. Среднее значение Уо определялись величиной 0,55. Это значит, что 45% от общего времени полива вода, подаваемая на поле, идет в сброс.
В среднем КПД полива для почв А...Г составил 0.7, варьируя от 0,52 до 0,8. Это говорит о том, что в корнеобитаемом слое задерживается не более 80% поданной воды. В сброс же уходит не менее 20%, а в худшем случае до 48%.
Коэффициент равномерности увлажнения поля вдоль борозды меняется от 0,26 до 0,67. В среднем величина его составила 0,45. При этом наблюдается тенденция повышения равномерности от легких почв к тяжелым. Значения параметра a по графикам (рис.4) определить достаточно сложно, поскольку зоны равных Уо перекрываются при различных a. Тем не менее, приблизительные их значения можно определить. Как видим, этот параметр изменяется от 0,3 до 0,6 и в среднем составляет - 0,45.Значение поверхностного сброса (hп) в среднем составляет 12%, увеличиваясь по мере утяжеления почв от 8 до 20%. Глубинный сброс, наоборот, снижался от 29 до 10%. То есть, на легких почвах он выше. В среднем он составил 18%.
Таким образом, предложенный расчетно-аналитический анализ позволяет дать оценку равномерности полива для всех, рекомендуемых [1] сочетаний элементов техники бороздкового полива, чего до настоящего времени никто не делал. Полученные результаты отличаются от результатов, рекомендованных Н.Т.Лактаевым. И ими легче пользоваться, поскольку предложенный метод нагляден и дает возможность установить связь между безразмерными параметрами. Если рассмотреть не треугольную, а параболическую эпюру увлажнения, то получим более сложные зависимости, вывод которых дается в работе [5, 6].
Там связь между КПД=hн и Кр определяется зависимостью:
hн= Крa/1-a (1-Кр)/(1-a) = Кр a/1-a (20)
Анализ этой зависимости (показанный на рис.6) говорит о том, что при a= 0,5 максимальные значения КПД и Кр совпадают и равны 0,5. При меньших значениях a,- КПД может быть выше (теоретически, до 1). Однако, при этом отношении времени добегания tд к времени полива Т, должно приближаться к нулю (см. рис.7), где Уо=tд/Т.
Такое возможно только в том случае, если время полива стремится к бесконечности, или время добегания - к нулю. Последнее же возможно только при поливе дождеванием, когда нет никакого времени добегания или при использовании поливной техники, работающей в движении. (вода в орошаемую точку подается моментально, а фронт увлажнения перемещается равномерно машиной.) Во всех остальных случаях, где для распространения фронта промачивания требуется время, ожидать равномерного увлажнения не стоит.
Из выражения (20) следует также, что одновременно повышать КПД и Кр (например при a =0,5) возможно только до значения, равного 0,5. Если же возникает желание повысить один из этих параметров выше 0,5, то надо себе четко представить, что другой при этом начнет снижаться. Исключения следует ожидать лишь в случаях полива переменным расходом и полива путем дискретной водоподачи. Для проточных же борозд целесообразнее повышать Кр за счет снижения КПД, поскольку вода в настоящее время бесплатна и экономия воды не дает прибыли.
Зависимость между величиной поверхностного сброса hп и равномерностью полива Кр определяется зависимостью (рис.8):
hп = Крa/1-a (21)
А между глубинным сбросом hг и Кр - зависимостью (рис.9):
hг = [(1-Крa/1-a) - a (1- Кр1/1-a)]/(1-a) (22)
При a =0,5 значения глубинного и поверхностного стока будут равны 0,25.
По мере увеличения a, глубинный сброс будет расти, а поверхностный снижается. Увеличить КПД бороздкового полива можно только путем снижения Уо, а, следовательно, и a, численно равного Кр. И это возможно, как уже говорилось, путем сокращения длины борозды (путем приближения ее к размеру точки). Но это будет уже либо капельный полив, либо дождевание.
Таким образом, и данные Н.Т.Лактаева и наши теоретические выводы говорят о том, что при существующей практике, даже при оптимальном сочетании элементов техники полива, равномерность полива по длине борозды не превышает значения 0,5-0,4. В таких же пределах находится и равномерность распределения расхода по ширине поля. Первую можно повысить за счет снижения КПД, и это иллюстрируют наши теоретические изыскания (рис. 6). Вторую - за счет применения поливных машин с автоматическим регулированием расхода по ширине поля, о чем уже говорилось. При этом, естественно, потребуется пересмотреть рекомендации по обоснованию оптимальных элементов бороздкового полива и учесть описанные выше теоретические недоработки, допущенные в расчетах, предложенных [1,2,3].
Из изложенного следует неутешительный вывод, что даже теоретически, без применения механизмов, арматуры и новых технологий полива повысить КПД ручного бороздкового полива не удастся.
Литература:
- СНиП 2.06.03.-85 "Мелиоративные системы и сооружения". Госком СССР по делам строительства. М., 1986.
- КМК 2.06.03 -97 Оросительные системы. Нормы проектирования. 1997
- Н.Т.Лактаев. Полив хлопчатника. Изд.-во "Колос", М., 1978.
- ВСН 3.3 - 2.2. Внутрихозяйственная сеть с поверхностным способом полива, М., 1987
- В.К.Севрюгин. Безразмерные параметры бороздкового полива. Сб. трудов ВНИИМ и ТП, Коломна, 1990.
- В.К.Севрюгин, А.Н.Морозов. Оптимизация элементов бороздкового полива. Мелиорация и водное хозяйство, №1, 2001.
