Введение к работе
з
Актуальность работы. В степной и сухостепной зонах при наличии плодородных черноземных и каштановых почв, высокой тепло-обеспеченности, одним из основных факторов,лимитирующим рост и развитие растений,является недостаточное увлажнение. Орошение в этих районах позволяет в 2-3 раза увеличить продуктивность сельскохозяйственных угодий.
Как показывает опыт последнего десятилетия, наряду с положительным эффектом от орошения, в зоне действия гидромелиоративных систем отмечается ухудшение экологической обстановки. Развитие таких негативных явлений как подъем уровня грунтовых вод, вторичное засоление и осолонцевание почв, водная эрозия, загрязнение естественных водоисточников, обусловлено как недостаточно высоким техническим уровнем оросительных систем, так и низким качеством управления использованием водных ресурсов для орошения. Следует отметить, что даже при самой высокой технической оснащенности оросительных систем, нерациональное управление орошением приводит к значительным потерям воды, энергетических и материально-технических ресурсов.
Поэтому, по мнению ведущих российских ученых и экспертов ФАО, приоритетными задачами для орошаемого земледелия являются повышение эффективности управления использованием водных ресурсов на основе совершенствования компьютерных информационно-советующих систем, разработка и применение ресурсосберегающих, почвоохранных технологий и техники орошения.
Цель исследований. Научно-методическое обоснование концепции и разработка рекомендаций, обеспечивающие повышение точности и достоверности оперативного планирования режимов, информационного обеспечения и качества реализации водосберегаюших процессов орошения.
Задачи исследования:
разработать основные принципы водосберегающего орошения на основе совершенствования расчетных методов нормирования водопотреб-ления, повышения качества информационного обеспечения и реализации технологий орошения дождеванием;
установить закономерности влияния влагообеспеченности на суммарное испарение и урожайность, с учетом особенностей водопотребле-ния сельскохозяйственных культур на различных этапах онтогенеза;
исследовать влияние гидрометеорологических условий и орошені на формирование водного режима, суммарное испарение и урожайное посевов ячменя, люцерны и овощных культур;
получить количественные данные о влагообмене в зоне аэрат при различной глубине залегания уровня грунтовых вод;
изучить тепловой баланс орошаемых агроценозов, выявить еі особенности при различном уровне влагообеспеченности посевов м» голетних трав;
получить количественные характеристики влияния вероятностно] характера гидрометеорологических факторов на точность расчета cyi марного испарения и изменчивость эмпирических параметров в моделі для оперативного планирования орошения;
обосновать и разработать новый расчетный метод определен! суммарного испарения, методику нормирования водосберегающих р жимов орошения с учетом комплексного характера гидрометеоролог ческой и водно-балансовой информации;
разработать рекомендации по повышению достоверности и то пости информационного обеспечения процесса нормирования орошен» усовершенствовать методику расчета испаряемости влагообмена в зо; аэрации по данным гидрометеорологических наблюдений;
обосновать и разработать конструкции дождевальных насадок, ре лизующнх принципы комбинированного и пульсационного распьшивані жидкости, получить количественные данные о параметрах факела распі ливания, необходимые для расчета систем орошения.
Научная новизна:
сформулированы концепция развития гидромелиоративных систе как частный случай закона эволюционного развития технических об ектов; основные принципы планирования и реализации водосбег гающих процессов орошения;
теоретически обоснован новый метод расчета суммарного ucnaj ния и динамики водного режима орошаемых земель, учитывающ комплексный характер гидрометеорологической и водно-балансовой и формации;
получены математические зависимости, отражающие влияние вла ности почвы на суммарное испарение и урожайность ячменя, люцерн капусты, лука с учетом их биологических ритмов развития;
впервые для условий степной зоны Северного Кавказа, установ] ны закономерности формирования водного и теплового баланса по
bob люцерны при изменении гидрометеорологических и гидрологических условий;
разработана методика организации экспериментальных исследований, позволяющая повысить достоверность и точность исходного информационного обеспечения расчетных методов нормирования орошения, получить количественные показатели изменчивости эмпирических параметров уравнений;
получены математические зависимости для расчета испаряемости и влагообмена в зоне аэрации по данным гидрометеорологических и гидрологических наблюдений;
теоретически обоснована возможность улучшения качества полива дождеванием при использовании комбинированного и пульсационного способов распыливания жидкости; разработаны новые конструкции низконапорных дождевальных насадок, исследованы их гидравлические характеристики и параметры искусственного дождя, оценено влияние качества дождя на урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность использования оросительной воды.
Практическая ценность:
предложена методика оперативного планирования водосбере-
гающих процессов орошения, позволяющая повысить качество регули
рования водно-воздушного режима почвы, назначать экономически це
лесообразные режимы орошения сельскохозяйственных культур, обеспе
чивающие рациональное использование водных и энергетических ресур
сов;
получен комплекс математических зависимостей для оценки влияния влагообеспеченности на суммарное испарение, урожайность сельскохозяй-ственньк культур для проектирования ГМС, прогнозирования водного режима почвы и продуктивности сельскохозяйственных угодий, оперативного управления процессом орошения;
предложены способы реализации водосберегающего процесса полива, обеспечивающие экологическую безопасность; даны рекомендации по повышению достоверности и точности информационного обеспечения систем оперативного планирования орошения в конкретных почвенно-климатических и организационно-хозяйственных условиях;
разработаны конструкции низконапорных дождевальных насадок, повышающие качество полива и сформирована информационная база данных, необходимая для расчета их гидравлических параметров и схем размещения на водопроводящем поясе дождевальных машин.
б НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
-
Концепция стадийного развития гидромелиоративных систем, разработанная на основе закона эволюционного развития технических объектов, основные принципы водосберегающих процессов регулирования водного режима орошаемых земель.
-
Новые инженерно-технологические решения, позволяющие реализовать водосберегающие процессы орошения на гидромелиоративных системах.
3 Новый метод расчета суммарного испарения и динамики водно
го режима орошаемых земель, учитьшающий комплексный характер
гидрометеорологической и водно-балансовой информации.
4 Методика организации экспериментальных исследований, по
зволяющая повысить достоверность и точность информационного обес
печения расчетных методов нормирования орошения.
5 Комплекс математических зависимостей для расчета влагообмена
в зоне аэрации и испаряемости по данным гидрометеорологических на
блюдений.
6 Новые конструкции низконапорных дождевальных насадок,
реализующие принципы комбинированного и пульсационного распыли-
вания жидкости.
Реализация работы. Результаты работы использованы при составлении 5 нормативно-методических документов.
Научно-технические разработки, представленные в диссертационной работе, внедрены на оросительных системах Ростовской области, с годовым экономическим эффектом 1200 млн.руб., в ценах 1997 г.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на:
Всесоюзной конференции молодых ученых (ВНИИГиМ, Москва, 1985 г.).
XII Всесоюзной конференции молодых ученых рисоводов (ВНИИриса, Краснодар, 1990 г.).
Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве" (Новочеркасск, 1989 г.).
Региональных конференциях: "Улучшение мелиоративного состояния и эффективное использование орошаемых земель" (Новочеркасск, 1989
г.) " Экологические аспекты мелиорации Северного Кавказа" (Новочеркасск, 1990 г.).
Научно-технических конференциях, проводимых ЮжНИИГиМ и НГМД (Новочеркасск, 1989-1995 гг.).
Всероссийском совещании "Стратегия использования орошаемых земель России" (ВНИИГиМ, Москва, 1995 г.).
Всероссийской научно-практической конференции "Экологические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использования орошаемых земель" (Новочеркасск, 1995г.).
Секциях орошаемого земледелия и эксплуатации гидромелиоративных систем Отделения земледелия, мелиорации и лесного хозяйства Россельхозакадемии (Волгоград, Новочеркасск, 1997 г.).
Работа "Улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель на основе борьбы с фильтрацией из оросительных каналов, применения эффективного закрытого горизонтального дренажа, повышения плодородия почв и нормированного водопотребления", выполненная автором совместно с Бредихиным Н.Н., Корниенко В.И., Ищенко А.В., Сыпко М.Б., отмечена премией Ленинского комсомола в 1989 г. За достижение в развитии науки и техники автор награжден Почетной грамотой Министерства мелиорации и водного хозяйства РФ в 1989 г.
Личный вклад автора заключается в.;
разработке методики расчета суммарного испарения, позволяю
щей учесть влияние на его величину изменения гидрометеорологических
условий в различные межфазные периоды развития растений;
разработке концепции стадийного развития ГМС и инженерно-
технических решений, реализующих принципы водосберегающего ороше
ния;
исследовании условий формирования водного баланса, его структу
ры в динамике для посевов многолетних трав и ячменя, овощных куль
тур;
обосновании методики проведения экспериментальных исследова
ний по определению эмпирических параметров математических зависи
мостей для расчета водопотребления сельскохозяйственных культур;
разработке новых конструкций дождевальных насадок, получении
количественных данных и эмпирических параметров для их расчета и
определения оптимальных схем размещения;
обосновании региональной методики расчета испаряемости, влаго обмена в зоне аэрации и мероприятий по повышению качества ннфор мационного обеспечения расчетных методов оперативного планировани; орошения;
руководстве и личном участии в опытно-производственной про верке и внедрении результатов исследований.
Проведение научно-исследовательской работы, опытно
производственная проверка и внедрение результатов исследований, н; сельскохозяйственных предприятиях, осуществлялось в творческом со дружестве с Ивановой НА., к.с.-х.н., зав. лабораториеі "Мелиоративных технологий" ЮжНИИГиМ, при участии научных со трудников: Шемет С.Ф., Коломыца ВА., Костюкова В.В., Михеев; Н.В.
Общая доля участия автора в научно-исследовательских работах результаты которых вынесены на защиту, составила более 80%.
Концептуальные положения работы были сформулированы noj влиянием идей, изложенных в научных трудах и при личном общении Шумаковым Б.Б., академиком РАСХН, Заслуженным деятелем науки і техники РФ, доктором технических наук, профессором, бывшего науч ным руководителем кандидатской диссертации автора и научным кон сультантом при выполнении данной работы.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6: научных работ, получено 22 авторских свидетельства и положительны; решений ВНИИГПЭ, 5 патентов РФ на изобретения, опубликована мо нография.
Объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, из ложена на 246 страницах основного текста, иллюстрирована 54 рисунка ми и 100 таблицами, библиография включает 30] наименование.
