Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Впитывающая способность почвы и мероприятия по ее повышению 11
1.1 Основные закономерности влагопереноса при напорном впитывании воды в почву 12
1.2 Безнапорный режим впитывания при дождевании 15
1.3 Анализ влияния качества дождя на впитывание воды в почву 20
1.4 Снижение водопроницаемости почвы при поливе сточными водами 24
1.5 Причины возникновения стока при дождевании 27
1.6 Мероприятия, повышающие впитывающую способность почв и снижающие потери воды при орошении 30
Выводы 40
Глава 2. Теоретическое обоснование впитывания воды в почву и веро- ятиости образования стока при дождевании 41
2.1 Влияние качества дождя на впитывающую способность почвы 43
2.2 Вероятностный подход к образованию поверхностного стока 50
2.3 Влияние интенсивности дождя на формирование стока 54
Выводы 58
Глава 3. Методы исследования напорного и безнапорного впитывания воды в почву 59
3.1 Характеристика объектов исследований 59
3.2 Методика проведения исследований 67
Выводы 82
Глава 4. Технологические и агромелиоративные мероприятия новышения впитывающей способности почвы 83
4.1 Пути увеличения скорости впитывания воды в почву 83
4.2 Влияние прерывистости подачи воды на скорость ее впитывания 87
4.3 Повышение впитывающей способности почвы при ее оструктуривании ПАА 93
4.4 Безнапорная скорость впитывания воды в почву при дождевании 107
Выводы 108
Глава 5. Повышение скорости впитывания животноводческих стоков 111
5.1 Особенности распределения сточных вод при дождевании 111
5.2 Изменение объемной массы почвы при поливе стоками 112
5.3 Повышение впитывающей способности почв при поливе стоками 115
5.4 Методы расчета скорости впитывания воды и стоков в почву 129
5.5 Пути снижения потерь воды на испарение при поливе 146
Выводы 155
Глава 6. Мероприятия по повышению скорости впитывания воды в почву и эффективности при поливе дождеванием 158
6.1 Приемы повышения нормы до стока и урожайности люцерны 159
6.2 Влияние интенсивности дождя и уклонов на образование стока 169
6.3 Расчет зависимости объемов стока и скорости впитывания при разной интенсивности дождя 172
6.4 Технологические мероприятия для повышения качества полива 177
6.5 Агромелиоративные приемы для сокращения поверхностного стока 185
6.6 Улучшение качества дождя при распределении сточных вод 191
6.7 Экономическая эффективность мероприятий, повышающих впитывающую способность почвы при поливе дождеванием 206
Выводы 212
Основные выводы по диссертации 216
Рекомендации производству 220
Список использованной литературы 221
Приложения 254
Акты внедрения научных разработок 293
- Снижение водопроницаемости почвы при поливе сточными водами
- Вероятностный подход к образованию поверхностного стока
- Влияние прерывистости подачи воды на скорость ее впитывания
- Повышение впитывающей способности почв при поливе стоками
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в России из-за резкого снижения инвестиций в мелиорацию произошло сильное сокращение объемов мелиоративных работ, практически прекращена реконструкция оросительных и осушительных систем. Площади мелиорируемых земель к 2003 г. уменьшились по сравнению с 1990 г. с 11,3 до 9,2 млн. га, или на 18,6%, в том числе орошаемых — с 6,2 до 4,5 млн. га, или на 26% (ниже уровня 1980г.).
В связи с отсутствием надлежащей эксплуатации мелиоративных систем сокращаются площади ранее мелиорированных земель, снижается устойчивость земледелия, обостряются экологические и экономические проблемы. В результате такого бесхозяйственного отношения к земле получают развитие процессы водной эрозии почв, подтопления и деградации орошаемых земель, особенно для засушливой зоны России, в частности Астраханской области.
Астраханская область является ведущей областью России по поставке овощей, зерна и риса. Однако выращиваемые урожаи, в том числе на орошаемых землях, остаются низкими, одной из причин чего является недостаточно эффективное использование орошения.
Основным способом орошения в сухостепной зоне является дождевание с преимущественным использованием для полива двухконсольного дождевального агрегата ДЦА-100МА. Из-за высокой интенсивности дождя, присущей этому типу машин, не удается подать в данных почвенных условиях расчетную поливную норму без поверхностного стока, что ведет к неравномерному распределению воды по площади и, как следствие, ухудшению водно-физических свойств почв и снижению их плодородия.
Возможность поддержания рационального режима влажности почвы при поливе дождеванием без поверхностного стока зависит от трех основных факторов - впитывающей способности почвы, интенсивности дождя и величины поливной нормы. Повышение эффективности орошения дождеванием, с точки зрения сохранения плодородия почвы и экономии поливной воды, возможно путем воздействия на все эти факторы.
Уменьшение интенсивности дождевания увеличивает объем поданной поливной воды до образования поверхностного стока, названный «нормой до стока». Однако при уменьшении интенсивности дождя снижается производительность поливной техники и, соответственно, увеличиваются эксплуатационные затраты. Кроме этого, в условиях сильных ветров и высокой испаряемости, снижение интенсивности дождя допустимо лишь до определенных пределов. В связи с этим, особого внимания заслуживает повышение впитывающей способности почвы и нормы до стока при поливе дождеванием с высокой интенсивностью дождя, разработка технологических и агромелиоративных мероприятий, технических решений, научному обоснованию которых посвящены данные исследования.
Задача повышения впитывающей способности почвы особенно актуальна при использовании для орошения сточных вод, в том числе животноводческих стоков, являющихся дополнительным источником водных ресурсов и питательных элементов. Вместе с тем, при распределении сточных вод дождевальными машинами (ДМ) возникают другие проблемы, включая снижение скорости впитывания сточных вод по сравнению с чистой водой и относ дождя ветром, что может привести к загрязнению сопряженных земель.
Решение проблемы качественного полива дождеванием, связанной с разработкой мероприятий, повышающих впитывающую способность почв, в том числе при поливе сточными водами, является актуальным, своевременным и имеет важное теоретическое, практическое значение.
Цель работы - разработать комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение впитывающей способности почв и нормы до стока, снижение поверхностного стока и относа дождя ветром при поливах дождеванием, в том числе при распределении сточных вод. Для достижения намеченной цели предусматривалось решить следующие задачи:
- изучить закономерности впитывания воды в почву в напорном и безнапорном режимах при дождевании;
- определить факторы, влияющие на скорость напорного впитывания воды и животноводческих стоков в почву на примере бурых полупустынных почв;
- выявить пути снижения потерь воды на поверхностный сток и испарение;
- определить зависимости скорости впитывания воды в почву при прерывистом поливе и поливе животноводческими стоками;
- обосновать способ оструктуривания почвы с помощью гелеобразного полиакриламида (ПАА) и технологию внесения его в почву;
- дать технические решения по улучшению качества дождя и снижению относа дождя ветром при распределении сточных вод;
- оценить технологические и агромелиоративные мероприятия, повышающие впитывающую способность почв и норму до стока при дождевании;
- наметить пути повышения эффективности полива дождеванием.
Для решения поставленной цели использован комплексный подход, включающий разработку технологических, агромелиоративных мероприятий и технических решений по повышению качества и эффективности полива дождеванием, обеспечивающих снижение водной эрозии почв и загрязнение окружающих земель, особенно при поливе сточными водами.
Методология исследований. Использованы фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых по мелиорации сельскохозяйственных земель и система общих знаний в области земледелия, почвоведения, математики, вычислительной техники. В качестве методологической основы применен системный подход, анализ и синтез полученных знаний. Результаты исследований обработаны с применением методов математической статисти ки. При проведении экспериментов использовались стандартные методики исследований. Достоверность научных результатов и выводов подтверждается хорошей сходимостью опытных данных и предлагаемых зависимостей.
Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований автора более чем за 20-летний период. При непосредственном участии автора проведены полевые и лабораторные опыты: в экспедиции Московского гидромелиоративного института (МГМИ) в Астраханской области (1978-1981 гг.); во ВНИИ по сельскохозяйственному использованию сточных вод (ВНИИССВ) «Прогресс» (1982-1984 гг.), в ВНИ и проектно-технологическом институте химизации и мелиорации (ВНИПТИХИМ в 1985-1988 гг.) - в Московской, Владимирской и Оренбургской областях. В последние годы автор обработала полученный ею опытный материал, проанализировала литературный и фондовый материал в области мелиорации и водного хозяйства, участвовала в составлении ряда методических рекомендаций по орошению, концепции развития мелиорации в России.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- получена зависимость впитывающей способности почвы от интенсивности дождя и водно-физических свойств почв, что является развитием теории влагопереноса в почве;
- показана возможность использования упрощенного уравнения влаго-проводности для решения практических задач;
- разработан метод расчета вероятности появления поверхностного стока при малой интенсивности дождя;
- определены значения эмпирических коэффициентов в формуле А.Н. Костякова при напорном режиме впитывания воды в почву, в сравнении с безнапорным режимом при дождевании; при впитывании воды и животноводческих стоков в лабораторных и полевых условиях;
- установлены зависимости скорости впитывания воды и животноводче ских стоков в почву от крупности почвенных фракций, очередности полива, степени разбавления стоков, или их концентрации;
- получены экспериментальные зависимости для расчета скорости впитывания воды в почву при поливах дождеванием с разной интенсивностью дождя, нормы до стока при прерывистом поливе, объема поверхностного стока при изменении интенсивности дождя и поливной нормы;
- доказано, что при выборе дождевальных машин необходимо учитывать снижение скорости впитывания воды в почву при безнапорном режиме дождевания по сравнению с напорным, технологию полива и обработки почвы;
- предложен способ оструктуривания почвы с помощью ПАА (положительное решение на изобретение) и технология внесения ПАА в почву гид-роподкормщиками (авт. свид. № 1017201 и 1431705);
- разработан комплекс технологических, агромелиоративных мероприятий и технических решений, направленных на повышение впитывающей способности почвы, снижение поверхностного стока, улучшение качества дождя и уменьшение относа его ветром (авт. свид. №1109089).
- предложены технические решения для повышения надежности технологического процесса полива сточными водами при применении новых конструкций дождевальных аппаратов (авт. свид. 1516064) и машин (многоопорная ДМ - авт. свид. 1323041, дождевальный трубопровод - авт. свид.1253521);
- дана сравнительная эколого-экономическая оценка предложенных мероприятий, в том числе влияния поверхностного стока и оструктуренности почвы с помощью ПАА на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность полива дождеванием.
Основные защищаемые положения.
1. Теоретические и эмпирические закономерности процессов впитывания воды в почву, включая зависимости:
- скорости инфильтрации при напорном и безнапорном (при дождевании) режимах впитывания воды в почву;
- нормы до стока от интенсивности дождя и продолжительности перерывов в дождевании;
- объема поверхностного стока от интенсивности дождя и поливной нормы;
- скорости напорного впитывания воды и животноводческих стоков в почву от крупности почвенных фракций, очередности полива и степени разбавления стоков.
2. Метод расчета вероятности образования поверхностного стока при малой интенсивности дождя.
3. Способ оструктуривания почв ПАА, технология его внесения в почву.
4. Комплекс технологических и агромелиоративных мероприятий, технических решений, обеспечивающий повышение впитывающей способности почвы, нормы до стока и эффективности полива дождеванием; улучшение качества дождя; снижение потерь воды на испарение, поверхностный сток и относ дождя ветром, в том числе при поливе сточными водами.
Практическое значение и реализация работы. Изучение впитывающей способности бурых полупустынных почв позволило автору развить теорию движения воды в почве при поливах дождеванием и показать пути повышения качества и эффективности орошения. Обоснована возможность использования теоретических методов для практических расчетов при проектировании режимов орошения сельскохозяйственных культур при поливе дождеванием. Разработаны способ оструктуривания почвы ПАА, технология его внесения в почву и новые конструкции гидроподкормщиков. Для улучшения качества дождя, снижения относа дождя ветром и повышения надежности технологического процесса полива при распределении сточных вод предложены к внедрению новые конструкции дождевальных машин и аппаратов.
Разработанные мероприятия и технические решения использованы при составлении рекомендаций по совершенствованию конструкций ДМ и технологии орошения дождеванием.
Технологические и агромелиоративные мероприятия по повышению впитывающей способности почвы, нормы до стока и снижению объема поверхностного стока внедрены в Астраханской, Волгоградской и Ростовской областях. За работы по повышению эффективности орошения автор награждена двумя медалями ВВЦ РФ.
Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликовано 70 работ, в том числе одна монография, шесть авторских свидетельств на изобретения. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрения на международных и республиканских совещаниях, научно-технических конференциях в г. Ашхабаде (1979), Ташкенте (1981), Баку (1982), Новочеркасске (1998); Волгограде (1998), Угличе (1999), Саратове (2000), Минске (2001), Ростове-на-Дону (2002), Москве и Московской области - МГМИ (1978-1982), ВНПО «Радуга» (1982), Московском областном Совете НТО (1982), ВНПО «Прогресс» (1983 и 2002), ВНИИГиМ (2000).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 298 стр. машинописного текста и включает: 67 рисунков, 31 таблицу, 38 приложений, список использованной литературы из 341 наименования, в т. ч. публикации 20 зарубежных авторов. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, актов внедрения разработок.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и научные консультации докторам наук: академикам Россельхозакадемии Н.Г. Ковалеву, И.П. Кружилину; чл.-корр. И.Б. Ускову; проф. Б.Ф. Никитенкову, Л.В. Ки-рейчевой, В.Ф. Николенко.
Снижение водопроницаемости почвы при поливе сточными водами
Важнейшей проблемой развития орошения в России является дефицит воды, особенно, для полупустынной зоны. Использование сточных вод, в т.ч. животноводческих стоков (далее живстоков) для орошения является одним из дополнительных источников экономии естественных ресурсов чистой воды. В настоящее время из-за резкого снижения финансирования в сельском хозяйстве сократилось внесение минеральных и органических удобрений и полив живстоками пополнит недостаток в питательных элементах.
Вопросами утилизации сточных вод и животноводческих стоков занимались многие ученые: С.Я. Безднина, A.M. Буцыкин, Р.П. Воробьева, М.Г. Голченко, Д.П. Гостищев, СВ. Грислис, В.И. Дмитриева, Ю.П. Добрачев, В.Т. Додолина, О.А. Захарова, И.П. Канардов, Н.Г. Ковалев, Л.Е. Кутепов, Н.А. Лапшина, Ю.А. Мажайский, B.C. Меркурьев, Н.В. Михалев, В.А. Никитин, B.C. Никитин, В.М. Новиков, Г.В. Ольгаренко, Л.П. Овцов, Л.П. Рева, А.И. Рязанцев, Г.Е. Фомин, В.И. Штыков, А.В. Шуравилин и другие.
Крупные животноводческие комплексы, построенные в 70-80-е годы, привели к значительным накоплениям животноводческих стоков. По данным ВНПО «Прогресс» жидкая фракция навоза обладает высокой удобрительной ценностью. Так, в с-зе «Наро-Осановский» МО при содержании общего азота в поливной воде 52-325 мг/л, фосфора (Р2О5) - 5-64 мг/л, калия - 20-275 мг/л урожайность люцерны и кукурузы на силос возрастала до 2-2,5 раз, или до 450 и 500 ц/га (1975 г.) /210/.
При орошении живстоками повышается урожайность сельскохозяйственных культур, сокращается потребность растений в минеральных удобрениях. Вместе с тем, отмечается химико-бактериологическое загрязнение почвы, поверхностных и грунтовых вод, растениеводческой продукции. Данные О.А. Захаровой и Ю.А. Мажайского показывают, что пробы воды, взятые из р. Рака, Рязанской области, вблизи полей орошения превышают ПДК по содержанию аммиака в 58 раз, нитритов - в 48, нитратов - в 33 раза /99/.
Орошение животноводческими стоками вызывает загрязнение окружающей среды. Так, С.Я. Безднина отмечает, что источником антропогенного загрязнения является также сельское хозяйство и гидромелиоративные системы, использующие воду из загрязненных водных объектов. К одним из таких загрязнителей относятся объекты орошения животноводческими стоками, особенно где нарушаются технологии полива /27/.
По сравнению с оросительными системами на чистой воде при орошении сточными водами появляется необходимость их утилизации и, в некоторых случаях, эта функция является доминирующей. Особенностью работы оросительных систем с использованием сточных вод и животноводческих стоков является наличие в поливной воде механических включений, солей и загрязняющих веществ /211/.
Поверхностный способ полива животноводческими стоками по сравнению с дождеванием больше отвечает санитарно-гигиеническим и агрономическим требованиям. Стоки при поливе поступают непосредственно на поверхность почвы, а не на растения, запах разносится на меньшие расстояния, меньше потерь аммиачного азота /212/.
Однако, высокие требования к рельефу местности и уклонам орошаемых участков, трудноуправляемый процесс полива, отсутствие соответствующих средств механизации по распределению животноводческих стоков в поливную сеть, низкая производительность труда поливальщиков и высокие затраты ручного труда сдерживают широкое применение поверхностных способов полива, не только сточными водами, но чистой водой.
Наилучший, в эпидемиологическом отношении, внутрипочвенный полив сточными водами, но пока очень дорогой в исполнении /146/. Существуют и другие технологии полива животноводческими стоками. Наиболее дешевый и доступный - это «полив при вспашке», но при этом проводится разовое внесение стоков, а не отлаженная система их внесения.
Наиболее распространенным способом полива сточными водами является дождевание. Высокая производительность полива, хорошая равномерность распределения поливной воды, возможность механизации и автоматизации процесса полива и приспособленность к рельефу местности и уклонам определили широкое применение дождевания при поливе водой и сточными водами. Для повышения эффективности полива животноводческими и другими видами стоков можно использовать предложения по усовершенствованию технологии полива с переводом их на энергосберегающие технологии, в т.ч. на поверхностный способ полива /291/.
При проектировании режимов орошения животноводческими стоками, зачастую, не учитывается снижение впитывающей способности почв по сравнению с поливом чистой водой, а также применяемая дождевальная техника. В большинстве своем, для распределения живстоков используются дождевальные машины, предназначенные для полива чистой водой, например, ДМ «Фрегат». Кроме этого при распределении сточных вод ДМ с высоким расположением водопроводящего пояса, особенно в ветровой зоне, дождь относится на значительные расстояния (до 120 м) и способствует загрязнению окружающей среды /164/. Известно, что полив животноводческими стоками, содержащими органические включения, снижает скорость впитывания их в почву, по сравнению с чистой водой. Следовательно, при распределении животноводческих стоков быстрее появляется поверхностный сток, который может вызвать не только водную эрозию почв, но и загрязнение окружающей среды. Настала необходимость, провести комплексные исследования по установлению снижения скорости впитывания бурых полупустынных почв при поливе животноводческими стоками и влияния дождя на образование поверхностного стока при поливе дождеванием.
Вероятностный подход к образованию поверхностного стока
Как следует из раздела 2.1, вполне закономерно, что при больших ин- тенсивностях дождя (q), когда q /К0 1, поверхностный сток образуется во всех случаях. Расчеты показывают, что в однородных грунтах при малых ин-тенсивностях дождя сток не появится, а скорость впитывания воды в почву остается выше или приближается к интенсивности дождя. В естественных условиях, когда свойства почв и интенсивность дождя не остаются постоянными. Дождь с большей интенсивностью вполне может попадать на участки почвы, где скорость впитывания воды в почву меньше и, учитывая, что при поливе она уменьшается во времени, то вероятность того, что на поверхности остается свободная влага со временем увеличивается. Все чаще небольшие струйки воды будут попадать в микропонижения, хотя это и не означает то, что может начаться сток. Все зависит от объема микропонижений и главное от времени, когда средняя скорость впитывания воды в почву приближается к средней интенсивности дождя - q (рис. 2.4). Учитывая, что неизвестно точное местоположение тех точек, где выпадает дождь с большей интенсивностью и они не постоянны во времени, а также неизвестны координаты точек с меньшей впитывающей способностью, задача может иметь только математическое решение. Предположим, что нам известен закон распределения интенсивности дождя по площади: где: F(q) - функция интегральной вероятности интенсивности дождя. Разность интегральных вероятностей при двух значениях qi q2 можно интерпретировать, как долю площади, на которой интенсивность до ждя (q) лежит в пределах от qi до q2, хотя и неизвестно точное положение этой части площади /33, 214/.
Таким же образом необходимо знание распре деления вероятностей впитывающей способности почвы, которое к тому же будет зависеть от времени: Учитывая, что распределение F(q) интенсивности дождя постоянно за время опыта, а скорость впитывания (V) уменьшается, естественно предпо- дожить, что скорость впитывания (V) и интенсивность дождя (q) являются независимыми величинами. Математическая статистика позволяет построить распределение вероятностей разности величин V - q = у Если известна функция 2.16, то можно определить вероятность того, что величина у = V - q будет отрицательна. Эту вероятность можно интерпретировать как долю площади с интенсивностью дождя больше скорости впитывания, то есть определить площадь, где дождь не успевает впитаться и на поверхности образуется свободная вода. Графическая иллюстрация сказанного приведена на рис. 2.5. Если модальное значение средней интенсивности дождя (q) остается постоянным во времени, и закон распределения интенсивности дождя Pq не меняется (рис. 2.5, а, б, в), то этого нельзя сказать о законе распределения скорости впитывания Pv, среднее значение V которого убывает, и в некоторый момент тз становится меньше чем q. В начале (рис. 2.5 а) вероятность появления воды на поверхности почвы (Pi) очень мала, что V q, но с уменьшением средней скорости впитывания (V) и возрастанием времени дождевания (т), эта вероятность растет (рис. 2.5 б; 2.5 в). Это указывает на то, что растет доля площади, где появилась свободная вода. Следует еще отметить, что появление свободной воды, не означает появление стока. Если известно распределение F(q) и Fi(Vi), то распределение вероятностей величин У =V - q может быть найдено по формуле: Наиболее простым случаем является то, когда q и V распределены нормально: В математической статистике хорошо разработаны методы нахождения одномерных нормальных законов распределения аналогичных Pq и Pv. Опытные данные позволяют определить параметры q и 6q (средней интенсивности дождя и среднеквадратичного его отклонения), а также проверить нормальность закона распределения q — интенсивности дождя. В следующем разделе результаты этих расчетов будут приведены. Что касается изучения статистических особенностей впитывающей способности почвы V, то исследований в этом направлении не проводилось, хотя учитывая, что скорость впитывания воды в почву (V) зависит от суммы многих факторов и вполне можно предположить, что величина V распределена нормально и для ее среднего значения можно воспользоваться формулой 2.12. Значение среднеквадратичного отклонения (6v) скорости впитывания воды в почву (V) можно определить, задавшись величиной коэффициента вариации
Влияние прерывистости подачи воды на скорость ее впитывания
Многие авторы дают противоречивые заключения о повышении скорости впитывания воды в почву при прерывистом поливе. Представлены результаты лабораторных экспериментов по напорному впитыванию воды в почву при прерывистой подаче поливной нормы (60 мм) по 10 и 20 мм с перерывами в поливе 0, 10, 30 и 100 мин. Результаты экспериментов /347, 350/ приведены на рис. 4.2 и 4.3, в табл. 4.2 и приложении 13. Опытные данные показывают, что увеличение продолжительности перерывов с 0 до 10, 30 и 100 мин снизило чистое время впитывания поливной нормы при слое залива: - 10 мм с 29,35 до 27,28; 24,80 и 23,05 мин, или на 7, 16 и 22%; - 20 мм с 26,62 до 25,16; 23,70 и 22,11 мин, или на 5, 11 и 17%. Соответственно, увеличилась «истинная» скорость впитывания полив ной нормы при перерывах от 0 до 10,30 и 100 минут и слое залива: - 10 мм от 2,04 до 2,20, 2,42 и 2,60 мм/мин, или на 8, 19 и 27%; - 20 мм от 2,25 до 2,38; 2,53 и 2,71 мм/мин, или на 6, 12 и 20%. При повышении продолжительности перерывов с 0 до 10-400 мин для полива нормой при слое залива 10 и 20 мм снизилось «чистое» время впитывания (без учета времени перерывов) на 7+22 и 5+17%, соответственно, повысилась «истинная» скорость ее впитывания - на 8+27 и 6+20%. Меньшее повышение истинной скорости впитывания поливной нормы при слое залива в 20 мм объясняется меньшей (в 2 раза) суммарной продолжительностью перерывов по сравнению с 10 мм слоем залива. При увеличении напора с 10 до 20 мм повышается истинная скорость впитывания поливной нормы при перерывах (мин): 0 - на 10%, 10 - на 8%, 30 - на 4,5% и 100 - на 4%; с 0 до 100 мин на 10+4% и больше при меньшей продолжительности перерывов.
Повышение продолжительности перерывов с 0 до 10+100 мин ускорило скорость впитывания поливной нормы в почву больше при 10 мм слое залива, чем при 20 мм, и больше в первые заливы, а к концу полива это влияние снижается. Скорость инфильтрации воды в почву стабильно снижается и после 15 минут полива мало изменяется. К концу впитывания поливной нормы скорость впитывания ее в почву составила при непрерывной подаче воды - 1,1-1,2 мм/мин, прерывистой (порционной) с 10 мм слоем залива и перерывами: 0 мин-0,4-0,5; 10мин-0,6-0,7; 30 мин-0,8-0,9 и 100 мин-1,0-1,1 мм/мин. Однако при увеличении продолжительности перерывов с 0 до 10+100 мин резко возрастает общее (с учетом времени перерывов) время впитывания поливной нормы при слое залива 10 мм в 2,6+17,8 раза, 20 мм - в 1,7+8,3 раза,или значительней при большей продолжительности перерывов и продолжительности перерывов. Истинная скорость впитывания поливной нормы при прерывистом поливе приближается к скорости (2,74 мм/мин) при непрерывном ее заливе. Ниже рассматривается влияние продолжительности перерывов на изменение скорости движения фронта увлажнения, или просачивания воды в почве. Скорости впитывания и просачивания воды в почву при непрерывной подаче воды стабильно уменьшаются и не имеют пиков (рис. 4.1). Опыты С прерывистым поливом показывают, что кривые скоростей впитывания и просачивания имеют скачкообразное очертание, так в первый момент после перерыва наблюдаются «всплеск», или повышение скорости впитывания до 2-6 раз. Величина всплесков скоростей впитывания и просачивания воды в почву при прерывистом поливе повышается при увеличении продолжительности перерывов, но снижается в последующие перерывы (рис. 4.5 и 4.6). После перерывов величина скорости впитывания и просачивания воды в почву уменьшается и перед очередным заливом становится ниже средней их величины по сравнению с непрерывной подачей воды. Всплески скоростей просачивания по сравнению со скоростью впитывания воды в почву меньше по абсолютной величине, идут с некоторым опозданием по времени и имеют более пологие формы. В опытах с 100 мин перерывами менее четко выражена нижняя граница фронта увлажнения почвы. Скорость просачивания воды в почву при прерывистом поливе снижается по сравнению с непрерывной подачей поливной нормы, так к концу: 10 мин с 4,92 до 4,68 (на 5%); 20 мин - с 2,95 до 2,43 (на 18%); 50 мин - с 1,42 до 1,31 мм/мин (на 8%). К концу полива величина скоростей впитывания и просачивания поливной нормы в почву (конечная скорость) снижается при прерывистой подаче воды. Характер просачивания воды в почву при непрерывной и прерывистой подаче поливной нормы (по 10 мм в 6 приемов) с перерывами 10, 30 и 100 мин представлен на рис. 4.7.
Повышение впитывающей способности почв при поливе стоками
Представлены результаты лабораторных экспериментов по напорному впитыванию и просачиванию воды и животноводческих стоков (далее стоков) в почву на бурых полупустынных почвах. Изменение скорости впитывания воды и стоков рассмотрено поэтапно: - первый и 2-ой полив водой почвы с различной крупностью фракций; - впитывание животноводческих стоков, в зависимости от содержания сухого вещества (2 и 4%) и степени их разбавления; - подбор уравнений, описывающих зависимости скорости впитывания воды и стоков, эмпирических коэффициентов в формулах от крупности фракций почвы, степени разбавления стоков и номера, или очередности полива.
Продолжительность впитывания поливной нормы в 60 мм и просачивания ее в почву зависит от крупности почвенных фракций и очередности полива. Данные опытов представлены на рис. 5.2, в табл. 5.2. Крупность фракций почвы, или влияние взрыхленности почвы. При укрупнении размера почвенных агрегатов (рис. 5.2,а) сіфР от 1 до 2- -5 мм снижается их объемная масса и продолжительность впитывания поливной нормы и, соответственно, повышается скорость ее впитывания: - за 1-й полив от 2,86 до 3,3- 21,43 мм/мин, или в 1,2 -7,5 раза, - за 2-й полив от 2,28 до 2,98- 6,26 мм/мин, или в 1,3- -2,8 раза, - за 3-й полив от 1,82 до 2,61- -5,0 мм/мин, или в 1,4-5-2,8 раза. Или от взрыхленности почвы повысилась скорость впитывания поливной нормы за 1-й полив в 1,2- -7,5 раза, 2-й - в 1,3-К2,8; 3-й - в 1,4-К2,8 раза, в большей степени для крупных фракций и за первый полив. По сравнению с первым поливом во 2+3-й поливы увеличилась продолжительность впитывания равной поливной нормы (рис. 5.3,6), и соответственно снизилась скорость ее впитывания для фракций 1 мм с 2,96 до 2,28-4,82 мм/мин, или в 1,2-И ,6 раза, 2 мм с 3,3 до 2,98+2,61 мм/мин, или в 1,1-И,3 раза, 5 мм с 21,43 до 6,26+5,0 мм/мин, или в 3,4+4,3 раза. При незначительном увеличении объемной массы почвы с фракциями с1фР 1+5 мм от первого до 2-го и 3-го полива (на 1,4-4),0 и 2-И4%), резко повысилась продолжительность впитывания поливной нормы и снизилась ее скорость, в большей степени, за первый полив, в почве с крупными фракциями (до 4,3 раз). Полив разрушает больше крупные фракции почвы и поэтому значительней снижается скорость впитывания воды в последующие поливы. Далее представлены в сравнении скорости впитывания и просачивания поливной нормы в почву при изменении размера почвенных фракций и очередности полива (рис. 5.3). Получено, что скорость просачивания выше скорости впитывания воды в почву для a\},p l+5 мм при поливе (рис. 5.3,а): 1-м - с 2,86+21,43 до 7,14+45,89 мм/мин, или в 2,5+2,1 раза, 2-м - с 2,28+6,26 до 6,79+17,0 мм/мин, или в 3,0+2,7 раза, 3-м - с 1,82+5,0 до 4,24+6,67 мм/мин, или в 2,3+1,3 раза; для 1+3-го полива и фракций: 1 мм с 2,86+1,82 до 7,14+4,24 мм/мин, или в 2,5+2,3 раза, 2 мм с 3,3+2,61 до 7,33+5,65 мм/мин, или в 2,2+2,1 раза, 5 мм с 21,43+5,0 до 45,89+6,67 мм/мин, или в 2,1+1,Зраза; для 1+3-го поливов и фракций: d$p 1 мм в 2,5+2,3 раза; 2 мм - в 2,2+2,1 раза; 5 мм - в 2,1+1,3 раза. Скорость просачивания выше скорости впитывания и эта разница снижается от 1-го до 2-го и 3-го полива и при увеличении размера фракций почвы. Скорость впитывания поливной нормы в почву: - повышается при увеличении размера почвенных фракций, за счет уменьшения объемной массы почвы, или взрыхленности почвы, - снижается от 1-го до 2-го и 3-го полива, за счет увеличения объемной массы почвы, или разрушения почвенных фракций - их уплотнения (больше для крупных фракций и за 1-й полив).
