Севрюгин В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИКИ ПОЛИВА, НОВЫЕ ПОДХОДЫ И ПУТИ РЕШЕНИЯ.

В условиях аридного климата Средней Азии, где производство сельхозпродукции без орошения просто немыслимо, продуктивность сельхозпроизводства предопределяется уровнем оросительных мелиораций. Последний оказывает к тому же огромное влияние на всю систему водопользования, которая предопределяет экологическую обстановку в регионе.

Бурное развитие оросительных мелиораций, ориентированных на бороздковый полив, подменивший за годы Советской власти издревле применявшийся джоячный способ полива на небольших хорошо спланированных участках, привело к неизбежности полива с большими поверхностными и глубинными сбросами, которые росли по мере укрупнения поливных участков и достигли отметки в 50-60% от поливной нормы, определяемой в среднем в 14000 м3./га. Площади орошаемых земель к 1990 году достигли только по Узбекистану 4,2 млн. га, а в целом по региону - свыше 7 млн. га. Объем водозабора достиг 120 км3, приблизившись к отметке общих водных ресурсов, что привело к экологической катастрофе, серьезно сказавшейся на социальном развитии народов Средней Азии.

Таким образом, прежняя ориентация на упрощенные и дешевые способы бороздкового полива, привела ныне к необходимости миллиардных капвложений для стабилизации создавшегося положения. В настоящее время совершенно очевидно, что существующие технологии распределения воды по орошаемой площади необходимо совершенствовать.

В идеале технология водораспределения должна быть такой, при которой во все точки орошаемого поля вода подается одновременно со скоростью, изменяющейся в соответствии с уменьшением скорости впитывания влаги почвой. Достичь требуемого водораспределения можно только с использованием соответствующих механизмов в виде поливных или дождевальных машин. Технология работы этих машин может предусматривать дискретную водоподачу в короткие тупые борозды или подачу переменной струей, или прерывистое дождевание с регулируемой частотой импульсов, но в любом случае скорость водоподачи должна соответствовать скорости впитывания влаги почвой. В противном случае сток, следовательно, и потери воды неизбежны. Стремление к совершенным технологиям водораспределения должно стать ориентиром совершенствования оросительных мелиораций.

Среди известных и серийно выпускаемых механизмов, наиболее равномерно распределяющих воду по орошаемому полю, следует отметить дождевальные машины. Однако высокая интенсивность дождя и несовершенство прежних технологий дождевания не позволили широко и эффективно использовать его в условиях Средней Азии.

Разработкой же технологий полива, регулирующих скорость водоподачи, до исследований автора практически никто не занимался, хотя работ по определению влияния отдельных характеристик дождя (интенсивности, диаметра и энергии капель) на достоковые нормы впитывания имеется большое количество. Среди них следует отметить работы: Костякова А.Н., Петрова Е.Г., Демидова Н.П., Преображенской Н.В., Исаева А.П., Ерхова Н.С., Ильина Н.И., Абрамова А.М., Кервалишвили Д.М., Наниташвили О.С., Cевастьянова В.К., Даримбетова У.Д., Гусейнова Г.М., Гусейн-Заде М.Х., Клепальско- го А.П., Тлеукулова А.Т., Хуана Р.Д., Чичасова В.Я., Колесника Ф.И., Москвичева Ю.А., и др. Поэтому предлагаемые научные концепции автора по разработке бессточных технологий дождевания применительно к конкретным гидромелиоративным условиям, сельхозкультурам и оптимальным режимам их орошения представляются весьма актуальными.

Автором разработаны теоретические основы бессточных технологий перевода оросительной воды в почвенную влагу, отработаны на практике новые методы экспериментальных исследований и дана методика расчета бессточных технологий для конкретных серийных и предлагаемых новых дождевальных машин, с учетом динамики влажности и водопотребления конкретной культуры во время и после полива для конкретного севооборотного участка; обоснованы предлагаемые новые направления совершенствования техники дождевания с регулируемыми характеристиками факела прерывистого дождя и разработаны элементы конструкций внутрихозяйственной оросительной сети, пригодные для осуществления водозабора в движении на выровненных и волнистых рельефах местности.

Испытания дождевальных машин на МИС и в хозяйствах проводились в соответствии с методикой ОСТ-70.11.1-74, а технологические схемы полива и параметры технологии дождевания проверялись с учетом рекомендаций ВНИИМиТП и СоюзВодпроекта. Методы обоснования бессточных технологий дождевания разработаны автором с учетом известных теорий по впитыванию влаги почвой, предложенных А.Н. Костяковым, А.И. Будаговским, Н.И. Ильиным, Н.С. Ерховым, А.П. Исаевым, Г.Е. Тугуши и др.

Исследования проводились на научно - исследовательской станции по технике орошения (НИСТО) в Калининском районе Ташкентской области, в совхозах "Пахтаарал" (Казахстан), "Северный маяк" Среднечирчикского района Ташкентской области, 1А "им. Волкова" Сырдарьинского района, "Пятилетие Узбекистана" Галабинского района Ташкентской области. Испытания дождевальной машины проводились на Киргизской машиноиспытательной станции (г.Кант) и в прилегающих к ней совхозах, а также в совхозах Херсонской, Николаевской области на Южно-Украинской МИС.

Установлены аналитические и экспериментальные зависимости между средствами, возмущающими струю, и показателем сплошности струи, а также зависимости между баллистическими параметрами струи и качеством дождя. Предложено использовать компактные и прерывные струи для разработки дождевальных машин нового типа, работающих в движении, с периодической подачей воды то в одну, то в другую стороны, в том числе, работающих по принципу импульсных аппаратов.

Разработаны методы расчета дальнеструйных фронтальных машин. Предложены дальнейшие пути совершенствования дождевальных машин на принципах, не имеющих мировых аналогов и защищенных патентами.

Установлены экспериментальные зависимости, позволившие утверждать, что опыт предшествующих исследований в части определения испарения капель не учитывал влияния быстро формирующегося микроклимата поля. Поэтому фактически величина испарения капель дождя в воздухе меньше общепринятых величин. Установлено, что метод дождемеров, используемый для определения величины осадков при дождевании, в том числе, осевших на листьях растений, не учитывает значительной величины испарения с поверхности собранной в дождемере воды. Поэтому результаты опыта зависят от его продолжительности. Установлено, что разница в слое осадков дождемеров, поставленных над растением и возле него, вовсе не отражает слой осадков, осевший на листьях, поскольку в результате отражения капель дождя в дождемер, стоящий рядом с растением, выпадает дождь более высокой интенсивности.

Установлено, что в результате прохода факела дождя над орошаемым полем, формируется иной микроклимат поля, который постепенно в течение многих суток, возвращается к исходным параметрам, оказывая влияние на снижение транспирации растений, полностью прекращающейся в период высыхания листьев растений

Установлены зависимости между прерывным и непрерывным дождеванием путем введения понятия показателя прерывистости дождя. По мере снижения показателя прерывистости дождя снижается энергия воздействия его на почву, повышаются достоковые нормы полива и увеличивается глубина промачивания. Показатель прерывистости дождя можно регулировать путем изменения длины гона или скорости движения факела, а так же путем изменения частоты возмущения струи.

Скорость перевода оросительной воды в почвенную влагу на орошаемом массиве зависит от площади одновременного смачивания, интенсивности дождя в факеле, диаметра капель, показателя прерывистости и ее можно регулировать. Разработаны теоретические основы бессточного перевода оросительной воды в почвенную влагу с учетом режимов орошения культуры и водопотребления на участке хлопкового севооборота.

Установлено, что качество факела искусственного дождя повышается, если периодически, по заданной технологии, воздействовать на струю различного рода лопатками, превращая сплошные струи в прерывные с заданным показателем сплошности. Для турбинок и разбрызгивателей определены аналитические зависимости, устанавливающие связь между размерами названных устройств и показателем сплошности струи. Найдены экспериментальные зависимости между показателем сплошности струи, ее баллистическими параметрами и качеством факела дождя. Найдены оптимальные значения показателя сплошности, позволившие использовать прерывные струи в дождевальных машинах, работающих в движении. Введено новое понятие (показатель прерывистости дождя) и установлена аналитическая зависимость между интенсивностью дождя в факеле и интенсивностью водоподачи. Разработана технология бессточного перевода требуемых поливных норм в почвенную влагу и найдены аналитические зависимости между технологическими параметрами полива (скоростью движения или вращения факела дождя, временем полива, временем прохода или этапа полива, паузой, слоем осадков, длиной гона) в зависимости от качества дождя (интенсивности в факеле, интенсивности водоподачи, диаметра капель) конкретной дождевальной машины с учетом водопроницаемости и испарения с расчетного слоя почвы.

Найдены экспериментальные и аналитические зависимости, позволившие определить величину испарения капель дождя в факеле, с учетом структуры дождя и быстроизменяющегося микроклимата. Найдены частные экспериментальные уравнения, позволившие определить величину осевшего на листьях слоя осадков, с учетом динамики развития листовой поверхности хлопчатника. Установлено, что формулы СНиП .2.06.03-85 и ОСТ-70.11.1-74, касающиеся определения величины испарения при поливе дождеванием и потерь на испарение за период падения капель, не пригодны для использования, поскольку основаны на методике открытых дождемеров и дают существенно завышенные показания.

Найдены экспериментальные значения параметров впитывания для различных почв, с учетом влияния их влажности, меняющейся по горизонтам и с учетом качества дождя. Получены экспериментальные уравнения, позволившие определить динамику снижения запасов влаги в расчетном горизонте после полива дождеванием. Разработана методика расчета технологии дождевания с учетом конкретных природно-хозяйственных условий, режимов орошения конкретных культур, и в целом, хлопкового севооборотного поля; дан пример расчета применительно к машине "Кубань".

Разработана методика расчета рабочих характеристик для дальнеструйных фронтальных машин и предложены направления их совершенствования. Предложены новые конструкции дождевальных низко интенсивных шланговых машин. Разработана подпорная перемычка с регулятором уровня воды в нижнем бьефе и предложен ряд конструкций новых элементов оросительной сети, позволяющих существенно снизить потери воды.

Экспериментально подтверждена прибавка урожая и существенная экономия оросительной воды при поливе дождеванием по предложенной технологии, а также показаны возможности существенного расширения зоны применения дождевания в Узбекистане.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать ряд принципиально новых средств управления распадом струй, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, и на их основе внедрить в серийное производство новую дальнеструйную машину фронтального действия с периодически возмущаемой струей (ДФД-80 см. рис 1 и 2); разработать и внедрить в производство на ПО ХКЗ методику расчета рабочих органов фронтальных машин; разработать и изготовить экспериментальный образец второй машины фронтального действия с периодической подачей воды и повышенной шириной захвата, работающей в движении на самоходном шасси в автоматическом режиме - ДФДС-80, см рис. 3.; предложить, обосновать и передать на разработку в КБ "АП Дождь" (г.Санкт-Петербург). многопроходную шланговую машину, обеспечивающую водоподачу во все точки орошаемого участка с равными промежутками времени; предложить и обосновать принципиально новое направление развития дождевальных машин с факелом дождя одновременно, перемещающимся по овалу и фронту с интенсивностью водоподачи, соизмеримой со скоростью водопотребления культур.

Рис. 1 Машина ДФД-80, общий вид.

Рис. 2 Машина ДФД-80 в работе

Рис 3. Экспериментальный образец автоматизированной машины ДФДС-80 на самоходном шасси.

Рис 4. Экспериментальный образец машины ДФД-80 с забором воды из гибкого трубопровода по пути (без гидрантов).

Испытания различных дождевальных машин в различных природно-хозяйственных условиях Узбекистана позволили разработать рекомендации по проектированию оросительной сети для машин, работающих в движении на уклонных и волнистых рельефах местности, и построить ОПУ под дождевальную машину "Кубань" с передвижной подпорной перемычкой в Среднечирчикском, Галабинском и Ильичевском районах Ташкентской и Сырдарьинской областях на площади более 500 га.

Теоретически разработанные технологии бессточного перевода оросительной воды в почвенную влагу экспериментально проверены на ОПУ и подтвердили свою эффективность на поливе хлопчатника, практически доказав возможность экономии оросительной воды и прибавки урожая хлопчатника не менее 3-5 ц/га

Результаты разработок использованы:

· Институтом ВНИИМиТП, СоюзВОДПРОЕКТ, УзГИПРОВОДХОЗ, проектной группой ТашОблПУВХ в виде переданных им рекомендаций по технологии полива дождевальной машиной "Кубань". Эффект от внедрения составил 957 руб/га/год.

· Заводом изготовителем " ПО Херсонский комбайновый завод'', который наладил серийный выпуск машин ДФД-80 и получил прибыль свыше 5 млн. руб/год

· Хозяйствами, купившими машину ДФД-80 и получившими прибыль по 1550 руб/год на одну машину.

· Институтом ТИИИМСХ, который издал, подготовленное автором " Методическое руководство по применению дождевальных машин в Средней Азии и расчету параметров поливных участков" и использовал его для обучения студентов.

· Конструкторским бюро "АП Дождь" (г. Санкт-Петербург), разработавшего конструкторскую документацию на передвижную подпорную перемычку с регулятором уровня воды в нижнем бьефе и дождевальную шланговую машину с факелом дождя, вращающимся по овалу.

· Институтом ЖГМСИ, который утвердил и принял для использования "Методическое руководство по технологии дождевания машинами фронтального действия, работающими в движении, для условий центральной части бассейна реки Сырдарья".

Теоретические концепции автора легли в основу семи диссертационных работ, которые под его руководством успешно защищены соискателями ТИИИМСХ на звание кандидатов технических наук.

Для тех, кто захочет познакомиться глубже с работами Севрюгина В.К., рекомендуем посмотреть Перечень лекций, подготовленных для магистрантов ТИИИМСХ и содержание рассмотренных в них вопросов.

18 февраля. 2004 года

Перечень лекций автора

Как с нами связаться

Вернуться на главную страницу