способ определения нормы полива

Формула изобретения

Способ определения нормы полива, включающий замачивание слоя почвы, фиксирование момента стабилизации процесса замачивания, отбор проб почвы и определение ее влажности, построение эпюры влажности и определение нормы полива, отличающийся тем, что в процессе замачивания снизу через определенные промежутки времени замеряют высоту увлажненной зоны, устанавливают между ними зависимость H_у = f(t), на основе этой зависимости и показателей влажности отобранных проб почвы строят эпюру равновесной влажности, учитывающую уменьшение влажности с глубиной от W_FC до W₀ и, пользуясь этой эпюрой, определяют среднее (в расчетном слое) значение равновесной влажности W_р, а норму полива определяют по формуле



где - объемная масса расчетного слоя почвы, т/м³; h_w - мощность увлажненного слоя почвы, м; W_р - среднее значение равновесной влажности, % от массы; W_cr - влажность увлажняемого слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области поливного земледелия и может быть использовано для влагообеспечиваемости орошаемых сельскохозяйственных полей, а именно для определения нормы полива сельскохозяйственных культур.

Известен способ определения нормы полива (1), включающий замер среднесуточной температуры приземного воздуха, смоченного термометра и давления воздуха, а расчет нормы полива производят по формуле



где

m - норма полива, мм;

- психрометрический коэффициент, равный 0,000662, 1/град;

P - давление воздуха, гПа;

J - производная давления насыщенного водяного пара по температуре адиабатного насыщения;

- среднесуточный верхний предел активности водяного пара, соответствующий верхнему пределу оптимального увлажнения почвы, доли единиц;

- среднесуточное значение текущей активности водяного пара, доли единицы.

Недостатком известного способа является то, что при расчете поливной нормы учитываются наземные параметры и совершенно не берутся в расчет свойства почв, их способность удерживать влагу, запасы капиллярной влаги и т.д., что в результате приводит к завышению нормы полива, а следовательно, - к перерасходу воды, снижению качества почв, поднятию уровня грунтовых вод.

Наиболее близким по технической сути является способ определения нормы полива m_nt, основанный на создании в увлажненном слое почвы с влажностью W_cr - средней влажности (), равной предельной полевой влагоемкости или наименьшей влагоемкости W_FC (2). Способ включает замачивание слоя почвы, фиксирование момента стабилизации процесса замачивания, отбор проб почвы с различных по глубине горизонтов и определение ее влажности, построение эпюр влажности и по эпюре ППВ определяют значение W_FC=ППВ, необходимое для расчета нормы полива по формуле

m_nt=10h_w(w_FC-w_Cr),м³/га,

где

- объемная масса расчетного слоя почвы, т/м³;

h_w- мощность увлажненного слоя, м;

W_FC - наименьшая влагоемкость, % от массы;

W_cr - влажность увлажняемого слоя.

В известном способе замачивание почвы осуществляют сверху, до полного влагонасыщения (скважинность), затем избыток воды стекает вниз (гравитационная вода), и только после прекращения стока, что обнаруживают по электропроводности, послойно отбирают пробы на влажность, строят эпюры, определяют ППВ=W_FC.

Недостатком наиболее близкого способа кроме его сложности и трудоемкости в осуществлении является то, что при построении эпюры влажности (после полива) влажность в пределах всего расчетного слоя принимают за величину постоянную, равную W_FC, на фиг. 3 это площадь прямоугольника AGCD, и определяемая таким образом норма полива значительно превышает равновесный запас капиллярной воды в расчетном слое, поэтому часть поданной оросительной воды в виде капиллярного потока уходит вниз, за пределы расчетного слоя, что кроме потерь воды способствует ухудшению качества почвы и поднятию уровня грунтовых вод.

Значительно упростить процесс и определить оптимальную норму полива, соответствующую минимуму потерь оросительной воды (только за счет диффузии пара), позволяет предлагаемый способ определения нормы полива, включающий замачивание слоя почвы, фиксирование момента стабилизации процесса замачивания, отбор проб почвы и определение ее влажности, построение эпюры влажности и определение нормы полива, который отличается тем, что в процессе замачивания (снизу) через определенные промежутки времени замеряют высоту увлажненной зоны, устанавливают между ними зависимость H_у=f(t), на основе этой зависимости и показателей влажности отобранных проб почвы строят эпюру равновесной влажности, учитывающую уменьшение влажности с глубиной от W_FC до W₀ и, пользуясь этой эпюрой, определяют среднее (в расчетном слое) значение равновесной влажности , а норму полива определяют по формуле

m^P_nt= 100h_w(w_FC-w_Cr),м³/га,

где

- объемная масса расчетного слоя почвы, т/м³;

h_w - мощность увлажненного слоя почвы, м;

- среднее значение равновесной влажности, % от массы;

W_ср- влажность увлажняющего слоя.

Сущность способа заключается в том, что при определении нормы полива учитывают запасы капиллярной воды, для чего вместо W_FC - наименьшей влагоемкости определяют среднее в расчетном слое значение равновесной влажности.

Предлагаемый способ определения нормы полива осуществляют следующим образом.

Из монолитов, отобранных в шурфе и высушенных до воздушно-сухого состояния, составляют колонку почвы, используя деревянную опалубку с одной стеклянной стенкой. Колонку устанавливают в поддон с водой, где с помощью сосуда Мариотта поддерживают постоянный уровень воды. В предлагаемом способе насыщение монолита идет снизу (капиллярно) что значительно ускоряет, упрощает процесс, позволяет наблюдать его визуально, а кроме того, вместо ряда эпюр по прототипу построение сводится к одной эпюре (равновесной).

В течение опыта через промежутки времени tt производят замеры высоты увлажненной зоны H_у и объема поглощенной воды W_почW_поч, после каждого замера определяют расход поглощенной воды q по формуле Опыт по увлажнению почвы в колонке прекращают после стабилизации расхода. Затем колонку почвы разбирают, отбирая пробы на влажность через каждые 5 см по высоте. Влажность проб определяют термостатно-весовым методом и по значениям влажности строят эпюру равновесной влажности W_pf(H_у) (фиг. 1).

По результатам замеров в процессе замачивания строят график H_у=f(t) в виде lgH_у=f(lgt). График имеет вид прямой линии с двумя точками излома (фиг. 2), отражающими изменение закономерностей капиллярного движения воды в разных диапазонах равновесной влажности: первый этап - при W_p>W_FC (на графике отрезок до т. F), второй - при W₀W_pW_FC (отрезок FE) и третий - при W_p<W (отрезок после т. E). Первая точка F соответствует высоте увлажнения с равновесной влажностью W_FC. Вторая точка графика - т.E, соответствует высоте капиллярного поднятия воды H_у с соответствующей ей влажностью W₀, являющейся пределом капиллярного движения воды. Точка E на эпюре равновесной влажности дает т. С (H_у), опуская вертикаль на ось абсцисс, получают т. Д и соответствующую W₀. Точка F графика (фиг. 2) на эпюре равновесной влажности дает т. Б₁и т.Б (H_у=H_FC). Опуская из т.Б вертикаль на ось абсцисс, получают т.А и соответствующую ей W_FC. Эпюра площадью ABСД (фиг. 1) является расчетной, для удобства пользования ее представляют в виде, показанном на фиг. 3.

Расчет поливной нормы по расчетной эпюре производят следующим образом: на вертикальной оси откладывают заданное значение глубины увлажняемого слоя h_w (т.т. 1,2,3,4,5,6 соответствуют глубине 0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8 м), через отмеченные точки проводят прямые, параллельные БС до пересечения с границей эпюры (АД или АБ), отмечают точки а, б, в, г, д.

В пределах полученных эпюр для каждого значения h_w определяют среднее значение равновесной влажности возрастающее с увеличением глубины расчетного слоя.

По значениям рассчитывают запасы капиллярной воды для диапазона влажности по формуле

.

Поливную норму определяют по формуле

m^P_nt= W_k+100h_w(W_o- W_Cr), м³/га,

или в простейшем виде



Предлагаемый способ определения нормы полива позволяет значительно упростить процесс и определить оптимальную норму полива (фиг. 4), что в конечном результате позволит значительно сократить расход поливной воды, сохранить качество почв и уменьшить влияние на уровень грунтовых вод.