Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и актуальность направления исследований 8
2 Программа и методика экспериментальных исследований 44
3 Теоретическое обоснование устройства и эксплуатации технологии лиманного орошения с комбинированным источником орошения 61
4 Разработка и практическая реализация конструктивно-технологических схем ярусных лиманов 104
5 Энергетическая и экономическая оценка результатов исследований 133
Заключение 139
Список литературы 141
Приложения 159
- Современное состояние вопроса и актуальность направления исследований
- Программа и методика экспериментальных исследований
- Теоретическое обоснование устройства и эксплуатации технологии лиманного орошения с комбинированным источником орошения
- Разработка и практическая реализация конструктивно-технологических схем ярусных лиманов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Эффективность лиманного орошения (ЛО) неоднократно была доказана в ходе мелиоративного освоения засушливых районов Ростовской, Волгоградской, Астраханской областей и в целом ряде других особо значимых в плане ведения орошаемого земледелия районах.
Изменчивость стока по годам является серьезным недостатком при использовании его в качестве источника орошения, так как в связи с ежегодным изменением объема стока меняются размеры орошаемой площади. В некоторые годы объем весеннего стока настолько велик, что вызывает половодья, разливы, эрозию почвы. В другие годы он вообще может отсутствовать.
Дефицит водных ресурсов, низкая частота повторяемости паводков на фоне высокой зависимости величины площадей лиманного орошения от природно-климатических факторов зачастую приводят к тому, что значительные площади лиманов остаются не политыми и не обеспечивают сельхозтоваропроизводителей потребностью в орошаемых землях.
В то же время только в Ростовской области потери воды на территории, обслуживаемой оросительными системами, составляют диапазон величин от 45 до 70 млн м3. Эти потери складываются из непроизводительных потерь вод местного стока, которые не вовлекаются в процесс орошения, что приводит к развитию процессов водной эрозии, деградации орошаемых площадей, заболачиванию приканальных территорий (весенний период) и объемов технологических сбросов, образующихся при заполнении (весенний период) и опорожнении (осенний период) каналов оросительных систем.
Перспективным решением этой актуальной проблемы является комплексное использование вод местного стока и технологических сбросов на площадях лиманного орошения за счет разработки новых конструктивных решений ярусных приканальных лиманов.
Степень разработанности темы. Исследованиям в области применения лиманного орошения посвятили свои работы Б. Б. Шумаков, Н. С. Тимченко, Г. А. Штокалов, В. И. Гниненко, В. М. Волохов, В. Ф. Мамин, В. А. Нагорный, Б. И. Туктаров, А. В. Кравчук, Б. А. Биримкулова, Э. Б. Дедова, С. А. Подмарев, H. J. Bruins, M. Evenari, U. Nessler и другие. Оценивая практические результаты этих работ, следует отметить высокий экономический эффект от внедрения лиманного орошения в засушливых районах нашей страны. Многие ученые-мелиораторы в своих работах отдают приоритет использованию ярусных лиманов среднего и мелкого слоя затопления с нормой орошения, не превышающей 3500 м3/га.
Однако перспектива внедрения ярусных лиманов в зонах действия существующих оросительных систем не достаточно изучена, отсутствуют современные теоретические проработки возможности расширения поливных площадей за счет использования ресурсов местного стока, не проводятся работы по совершенствованию конструкций таких систем и технологий орошения. Все это не позволяет наиболее полно и эффективно использовать почвенные и водные ресурсы в производственной сфере мелиоративного комплекса и ставит обозначенную проблему в разряд актуальных научных исследований.
Цель работы. Увеличение продуктивности орошаемых земель за счет повышения эффективности технологии лиманного орошения на основе комплексного использования ресурсов местного стока и технологических сбросов с оросительных систем.
Задачи исследований:
1) изучить существующие мероприятия по рациональному использованию вод местного стока и технологических сбросов с оросительных систем;
2) обосновать целесообразность аккумулирования вод местного стока и подачи технологических сбросов в системы ярусных лиманов при производстве кормовых культур и уточнить размеры дополнительно вовлекаемых в орошение площадей;
3) определить значение оптимального процента обеспеченности стока, на который следует проектировать системы ярусных лиманов, использующих комплексный источник орошения;
4) разработать алгоритм принятия решения по выбору участка для реализации технологии лиманного орошения с комбинированным источником орошения в районе функционирования оросительных систем;
5) разработать конструктивно-технологическое решение устройства систем ярусных лиманов с возможностью подачи воды в безнапорном и напорном режимах;
6) провести полевые исследования и установить оптимальное использование на площадях лиманного орошения вод технологических сбросов и вод местного стока культурами кормового севооборота. Изучить динамику сработки влагозапасов.
Научная новизна работы состоит в прогнозе потенциальной площади лиманного орошения земель юга Ростовской области при использовании вод местного стока и технологических сбросов с оросительных систем, определении оптимального процента обеспеченности стока при устройстве ярусных лиманов с комбинированным источником орошения на основе энергетической оценки возделывания кормового севооборота.
Новизна технических решений: предложена конструктивно-технологическая схема устройства ярусных лиманов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Осуществлено теоретическое обоснование конструктивно-технологических схем лиманного орошения, функционирующих совместно с оросительными системами. Установлены прогнозные зависимости для определения оптимального процента обеспеченности стока при устройстве ярусных лиманов. Даны практические рекомендации, которые могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции существующих оросительных систем для условий юга Ростовской области.
Методология и методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных законов и методов математического анализа. Экспериментальные исследования выполнялись в соответствии с действующими методическими требованиями и отраслевыми стандартами. Обработка полученных результатов осуществлялась методами математической статистики с применением компьютерного моделирования исследуемых процессов.
Положения, выносимые на защиту:
- алгоритм принятия решения о возможности организации лиманного орошения и классификация потенциальных участков земель в зависимости от вида сельскохозяйственного использования участка;
- конструктивные решения и расчетные параметры для совершенствования ярусных систем лиманного орошения;
- расчетные зависимости по выбору оптимального процента обеспеченности стока при проектировании ярусных систем лиманного орошения с учетом оценки энергетической эффективности.
Степень достоверности и апробация результатов подтверждается достаточным объемом экспериментального материала, применением стандартных методик математико-статистической обработки данных, удовлетворимой сходимостью экспериментальных и теоретических данных, критическим анализом и заключением экспертов. Основные положения и результаты диссертации докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях ФГБНУ «РосНИИПМ» (Новочеркасск, 2010, 2011, 2012). Результаты научных исследований были учтены при разработке проекта свода правил «Мелиоративные системы и сооружения. Эксплуатация. Правила эксплуатации систем лиманного орошения» ФГБНУ «РосНИИПМ» в 2012 году.
Материалы диссертации опубликованы в 9 научных статьях, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ – 3, и одной монографии. Получен патент на изобретение № 2467561 МПК (7) A 01 G 25/00. Общий объем опубликованных работ составляет 2,51 п. л., из них 2,48 п. л. принадлежит автору.
Современное состояние вопроса и актуальность направления исследований
В современных условиях взгляды на неисчерпаемость водных ресурсов меняются в сторону более строгой оценки их количества и качества и необходимости научно обоснованного учета водопользования. В связи с этим становится актуальной задача комплексного использования вод местного стока, в том числе для целей орошения. Вопросы, связанные с использованием водных ресурсов в сельском хозяйстве, включают обоснование необходимых и достаточных лимитов забора и сброса воды по отраслям аграрно-промышленного комплекса (АПК) и развитие механизмов эффективного водопользования. Совершенствование государственного управления является одним из основополагающих факторов, способствующих выработке согласованных действий, ориентированных на реализацию принципов интегрированного управления водными ресурсами в Российской Федерации. Сложность и многогранность проблем обусловливают необходимость системного подхода и применения программных методов их решения. В 50-70-е годы XX века в нашей стране был проведен большой объем работ для повышения эффективности использования местного стока, для чего осуществлялось его регулирование путем строительства аккумулирующих прудов, водохранилищ, а также строительства лиманов. Это позволило значительно повысить эффективность сельскохозяйственного производства овощей, кормовых и технических культур, а также увеличить эффективность животноводства [22, 56, 68, 70, 133]. Наиболее строгий режим экономии воды должен быть установлен в южных регионах страны с их плодородными почвами и оптимальной суммой эффективных температур, где орошение наиболее продуктивно, а располагаемые водные ресурсы крайне ограничены. В условиях нарастающего дефицита водных ресурсов, как в сельскохозяйственной отрасли АПК, так и промышленном производстве в целом, особое внимание следует уделять их рациональному использованию. Необходимо бороться со всевозможными потерями оросительной воды, широко развивать орошение земель водами местного стока, комплексно подходить к созданию новых орошаемых массивов на основе аккумулирования местного стока и постоянного совершенствования технологий орошения [42, 55, 57, 63, 93, 176].
Для разработки конструктивно-технологических схем лиманного орошения с комбинированным источником орошения необходимо проанализировать имеющийся опыт по использованию в качестве источника орошения вод местного стока, в том числе с возможностью дополнительных подпиток из других источников (каналов, водохранилищ, рек и т. п.).
Как источник орошения, местный сток широко использовался во многих засушливых регионах России [20-22, 56, 81, 165]. Одним из способов использования вод местного стока было применение его для целей лиманного орошения. Как правило, лиманное орошение – это одноразовое увлажнение почвы водами местного стока (талые, стекающие с вышерасположенных площадей, речной паводок). Первые достоверные сведения об орошении земель в России относятся к XIII-XIV векам. Оно применялось в зоне недостаточного увлажнения в Поволжье, на Северном Кавказе, в степных районах Западной и Восточной Сибири. Оросительные системы в Заволжских степях и Сибири представляли собой простейшие лиманы и предназначались для орошения лугов, сенокосов и пастбищ. Затапливались они весенними паводками нормой 1500-3000 м3/га [25, 64].
В засушливых зонах нашей страны на базе местного стока в Советское время лиманное орошение имело широкое применение [128, 163, 164]. По данным Федеральной службы государственной статистики площади лиманного орошения в РСФСР к 1968 г. достигали 239,2 тыс. га, из них было залито 164,1 тыс. га или 69 %. По данным академика Б. Б. Шумакова к 1981 г. общая площадь лиманного орошения только в Поволжье и Северном Кавказе насчитывала 218 тыс. га, а в Ростовской области площадь лиманного орошения составляла 16,3 тыс. га [20, 167].
ПХСКЖД «Каменнобродский» 125 - 125 - 125 Итого 4017 2145 1872 750 3267 В 2009 году специалистами ФГБНУ «РосНИИПМ» было проведено обследование данных участков лиманного орошения в Ростовской области [30]. Затопление систем лиманного орошения, расположенных в Дубовском районе Ростовской области, предусмотрено только водами Верхне-Сальской обводнительно-оросительной системы. С 2008 г. водопотребители отказались платить за электроэнергию, потребляемую насосными станциями для перекачки воды. Хотя уже задолго до этого данные системы не затапливалась по причине неудовлетворительного состояния подводящей части оросительного канала системы. Системы лиманного орошения в Заветинском районе Ростовской области расположены в естественных понижениях и затапливаются талыми и ливневыми водами. Однако после строительства автомобильной дороги Дубовское-Заветное была отсечена большая часть водосборной площади этих лиманов, что практически полностью вывело их из строя.
В районе хутора Никольский в 1968 г. была построена система глубоководного лиманного орошения общей площадью 5200 га. Однако по результатам обследования оказалось, что не все валы были отсыпаны согласно проекту. В процессе эксплуатации не все участки затапливались, а на некоторых в период паводка произошли крупные размывы. В настоящее время система не работает, металлические конструкции ГТС отсутствуют. На водосборе рек Джурак-Сал и Акшибай расположены системы мелкоярусных лиманов под общим названием лиман «Опытный» площадью 105,7 га, запроектированный академиком Б. Б. Шумаковым. Однако, начиная с 1994 г, объем стока в восточных районах области сильно снизился, и данные системы практически не наполняются.
Программа и методика экспериментальных исследований
Площадь Ростовской области составляет 100 тыс. км2. Сельскохозяйственным угодьям отведено 8,5 млн. га. Из них пашня составляет 5,8 млн га, в том числе орошаемая – 241 тыс. га [15]. Ростовская область по площади сельскохозяйственных угодий и посевов зерновых культур занимает второе место в Российской Федерации. По плодородию занимает 10 место среди других субъектов Российской Федерации. В общей площади сельскохозяйственных угодий России доля Ростовской области составляет 3,9 %. [1]. Район расположения объекта исследований представляет собой равнину с отметками от 5 до 200 м, расчлененную долинами рек Дон, Сал, Маныч, Егорлык.
Климат Ростовской области зависит от влияния восточных ветров. Азовское и Черное моря определяют континентальность климата с колебаниями температур в течение года. Среднегодовая температура воздуха колеблется от плюс 6,5 до плюс 9,5 С. Самый холодный месяц январь, его среднемесячная температура составляет минус 15 С. Самый жаркий месяц июль, его среднемесячная температура составляет 24 С. Максимальная температура воздуха зимой минус 20 С. Среднегодовая сумма положительных температур в южных районах – 3300 С.
Безморозный период длится 185 суток. Зима умеренно-мягкая со снегом в начале декабря. Резкие смены морозов и оттепелей наблюдаются в феврале и сопровождаются осадками и ветром до 12-25 м/с. Снег сходит в конце февраля – начале марта. Зимой наблюдаются оттепели продолжительностью до 50 дней. Высота снежного покрова в это время достигает 5-8 см. Весной быстрые темпы повышения температуры воздуха. Среднесуточная температура плюс 5 С устанавливается с 1 апреля. С середины апреля начинается летний период с температурой плюс 15 С. Летний период продолжается 135-140 дней. Лето жаркое и сухое. Продолжительность периода с температурой более плюс20 С около 90 дней. В период активной вегетации выпадает 250-300 мм осадков. Продолжительность вегетационного периода составляет 200-220 дней. В апреле и мае наблюдается кратковременное понижение температуры. Периоды с сильной жарой составляют 10-15 дней, со слабым ветром – 19-25 дней. Температура воздуха достигает своего максимума в плюс 40 С [1, 16, 37]. Летом часто выпадают кратковременные осадки, влага которых не полностью аккумулируется. Увлажнение неустойчивое с гидротермическм коэффициентом 0,7-0,8. Среднегодовое количество осадков составляет 300-375 мм. Большое количество влаги расходуется на испарение. Испарение достигает в июне 110 мм, в июле – 160 мм и в августе – 188 мм. Присутствуют характерные атмосферные засухо-суховейные явления, почвенные засухи и пылевые бури. Общее число дней с суховеями в среднем 80-90. В это время сильно повреждаются посевы как на богаре, так и при орошении [26]. На рисунке 2.1 представлено агроклиматическое районирование Ростовской области [15,47].
Геологическое строение представляют породы неогеновой и четвертичной системы. Отложения неогена (N23S) представлены глинами скифскими красно-бурого и бурого цвета, характеризующимися плотным сложением. Четвертичные отложения представлены эолово-делювиальными суглинками и глинами (VdQI-IV) желто-бурого цвета мощностью до 25 м. Глубина залегания кровли скифских глин в среднем составляет 20 м, мощность толщи – 35-80 м. [116, 117]. Долина Нижнего Дона сформирована пойменной и надпойменной террасами. Первая надпойменная терраса достигает ширины 1-2 км, вторая – 1-3,6 км. Особенности геоморфологических условий и геологического строения определяются расположением этой территории в пределах северного крыла Азово-Кубанской впадины, Донецкой складчатой зоны, Донской антеклизы и Ставропольским поднятием на востоке. Естественный режим рек нарушен из-за устройства искусственных водоемов: Цимлянское, Веселовское, Пролетарское и др. водохранилища. Гидрографическая сеть, магистральные и распределительные каналы территории относятся к бассейну Азовского моря. Тектонические нарушения являются зонами разгрузки напорных высокоминерализованных вод [130].
Основные природно-климатические условия района, где проводились исследования, представлены в приложении А. Часть территории приурочена к Манычской платформенной депрессии, через которую в четвертичный период Черное море соединялось с Каспийским морем, это объясняет значительную природную засоленность четвертичных отложений и повышенную минерализацию грунтовых вод. Континентальные образования представлены эолoво-делювиальными, аллювиальными и аллювиально-балочными отложениями различного возраста. Верхнечетвертичные аллювиальные и делювиальные отложения, представлены в этом районе суглинками мощностью от 1-3 до 10-15 м.
Грунтовые воды в пределах рассматриваемой территории приурочены к четвертичным отложениям. Водосодержащими породами являются суглинки и глины. Глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1,2 до 7,9-8,7 м. Преобладают площади с глубиной залегания от 2,5 до 4,5 м. Минерализация грунтовых вод междуречья колеблется в пределах от 0,7 до 12,0-14,0 г/л. По химическому составу грунтовые воды в основном сульфатно-гидрокарбонатные магниево-натриевые, реже встречаются гидрокарбонатно-кальциевые [27].
Питание грунтовых вод осуществляется за счет атмосферных осадков, однако не исключено и подпитывание из нижезалегающих водоносных слоев. Разгрузка грунтовых вод при неглубоком их залегании, а также при выклинивании происходит за счет испарения. Гидрогеологические условия Нижнего Дона до орошения характеризовались стабильным солевым режимом. До орошения грунтовые воды находились на глубине 6-7 м по первой надпойменной террасе и 7-13 м по второй. Коэффициент фильтрации в толще грунтов 0-8 м по данным Южгипроводхоза для суглинков составляет 0,55 м/сут, для глин – 0,42 м/сут [26, 135].
Район исследований приурочен к каштановой и черноземной почвенным зонам. Каштановая зона представлена темно-каштановыми почвами, примыкающими с востока к подзоне южных черноземов, и каштановыми почвами по Доно-Сало-Манычскому водоразделу. В черноземной зоне выделяются черноземы предкавказские среднемощные, слабовыщелоченные, распространенные на Предкавказской равнине между Азовским морем и реками Дон и Маныч, и южные, занимающие часть Доно-Сальского водораздела и Сало-Манычской гряды [46].
Опытный участок непосредственно расположен на территории Мартыновского района Ростовской области (рисунок 2.2). Рисунок 2.2 – Схема расположения опытного участка (Мартыновский р-н, Ростовской области)
Участок находится в районе Донского магистрального канала (ДМК) и представлен черноземами обыкновенными. Его водно-физические свойства представлены в таблице 2.1. По гранулометрическому составу данные почвы относятся к легким глинам и тяжелым суглинкам (таблица 2.1, приложение Б 1). Структурное состояние 0-30 см слоя – хорошее, водопрочность агрегатов – отличная. Водопроницаемость в первый час впитывания составляет 1,65 мм/мин и характеризует ее как хорошую. По плотности сложения 0-20 см слой чернозема имеет типичные значения для вспаханной почвы, глубже почва уплотнена. Наивысшему увлажнению почвы в полевых условиях соответствует наименьшая (полевая) влагоемкость (НВ).
Теоретическое обоснование устройства и эксплуатации технологии лиманного орошения с комбинированным источником орошения
Гидрологические прогнозы играют существенную роль в проектировании, строительстве и эксплуатации систем ярусных лиманов. Наличие надежных методов прогнозирования талого стока позволяет эффективнее проектировать и строить системы ярусных лиманов, не увеличивать расходы на строительство лишних гидротехнических сооружений, а также площадей системы, которые орошаются крайне редко вследствие недостатка вод местного стока. Экономический эффект от гидрологических прогнозов всецело зависит от возможности их своевременного составления и достоверности [9, 125, 178, 158]. Достаточно полно функциональную связь стока с природными и антропогенными факторами в своих работах отразили Г. П. Сурмач и Е. В. Полуэктов [140, 113]. Г. П. Сурмач установил связь показателей стока с гидрометеорологическими условиями осенне-зимне-весеннего периода для черноземно-степной и каштановой зон. Е. В. Полуэктов провел исследования для условий северо-приазовских черноземов Ростовской области. Он сгруппировал различные сочетания природных факторов стока в четыре группы и предложил свой метод прогноза поверхностного стока [113]. Для оценки возможности аккумулирования вод местного стока в ярусные лиманы, а так же прогнозирования возможных размеров дополнительной орошаемой площади необходимо было определить гидрологические характеристики параметров естественного стока.
Для решения данной задачи на объекте исследований были определены гидрологические характеристики параметров стока для балки Сухая Ряска с результирующим створом пруд Комаров.
Изучение и анализ данных гидрологических характеристик по рекам бассейна р. Сал, опубликованных в гидрологических ежегодниках, справочниках и отчетах по водным ресурсам, материалах ГУ «Ростовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» показали, что существующие ряды наблюдений за естественным стоком отсутствуют.
Для восстановления параметров годового и сезонного естественных стоков проведен анализ материалов наблюдений за стоком других рек на возможность использования их в качестве рек-аналогов. При выборе рек-аналогов учитывались следующие условия: возможная географическая близость расположения водосборов; сходство климатических условий; однотипность формирования стока; однотипность почв (грунтов) и гидрогеологических условий; близкая степень озерности, залесенности, заболоченности, распаханности; площадь водосбора реки-аналога не должна быть меньше, чем в 10 раз площади рассматриваемой реки [23, 24].
Были рассмотрены материалы наблюдений за естественным стоком рек Маныч, Чир, Иловля и другие, расположенных в бассейне р. Дон. Выбор аналогов для восстановления расчетных характеристик стока производится в соответствии с СП 33-101-2003 [155]. Результаты анализа показали на отсутствие надежных аналогов.
Для балки Сухая Ряска с результирующим створом пруд Комаров характеристики стока при отсутствии непосредственных гидрометрических наблюдений в изучаемом створе определялись по карте изолиний годового стока (нормы стока) рек, составленной Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) в масштабе 1:500000. По такой карте допускается определять сток рек с площадями водосборов до 50 тыс. км2 [36, 155].
Далее для вычисления стока разной обеспеченности определялся коэффициент вариации годового стока. При отсутствии непосредственных гидрометрических наблюдений на б. Сухая Ряска коэффициент вариации определялся по карте изолиний значений коэффициента вариации ( ) годового стока, составленной Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) в масштабе 1:5000000.
Определение по карте изолиний для рассматриваемых створов производилось аналогично определению норм стока по карте изолиний среднего годового стока. Определение норм естественного стока и коэффициента вариации для б. Сухая Ряска с результирующим створом пруд Комаров: площадь водосбора составляет 256 км2, средневзвешенный слой талого стока мм, коэффициент вариации , .
Гидрологические характеристики талого стока б. Сухая Ряска представлены в таблице 3.1. Кривые обеспеченности стока показаны на рисунке 3.1. Далее определялся максимальный весенний сток. В основу расчетов максимального весеннего стока положены данные, содержащиеся в гидрологических ежегодниках. Вследствие практического отсутствия лесистости и заболоченности речного водосбора бассейна б. Сухая Ряска коэффициент можно принять [97]. Кроме того, для рассматриваемой территории характерно отсутствие явно выраженной редукции (уменьшения) слоев стока за половодье в зависимости от мощности водосбора. Поэтому показатель степени редукции принимается равным [97, 136]. По карте изолиний параметр принимается равным . В бассейне б. Сухая Ряска от истока до створа пруда Комаров отсутствуют естественные озера, пруды и водохранилища. Поэтому коэффициент, учитывающий уменьшение максимального расхода под влиянием озер, прудов, водохранилищ, принимается равным =1,0. Общая площадь водосборного бассейна б. Сухая Ряска до пруда Комаров составляет 256 км2.
Паводки, вызванные ливневыми дождями, отмечаются в мае – июле, октябре – декабре и очень редки в августе. По стоку эти паводки составляют в среднем л/скм2 и значительно меньше весенних половодий, модуль которых составляет = 1-2 л/скм2.
Дождевые паводки теплого периода на реках бассейна р. Сал с площадью более 100 км2 по слою стока и по максимальным расходам по данным наблюдений значительно меньше снеговых. Для Нижне-Донского района в шести годах из десяти дождевые паводки отсутствуют.
Разработка и практическая реализация конструктивно-технологических схем ярусных лиманов
При организации технологии лиманного орошения необходимо учитывать ряд особенностей данной технологии. К таким особенностям относится влагозарядковый полив путем кратковременного затопления территории лиманов, увлажнение почвы только в период прохождения местного стока весной или опорожнения оросительной системы осенью, а также неравномерность увлажнения почвы, связанная с естественным рельефом территории лимана.
Организация технологии лиманного орошения ведется по разработанному нами алгоритму, выраженному блок-схемой на рисунке 4.1, и сводится к последовательному решению задач.
Первой задачей в процессе принятия решения по организации технологии лиманного орошения является выявление местоположения участков технологического сброса оросительных вод и сосредоточения местного стока, так как именно эти воды служат источниками для лиманного орошения.
Вторая задача сводится к расчету объема воды, высвобождаемого при опорожнении системы или участка, приуроченного к конкретному сбросному сооружению, и объема местного стока, проходящего в весенний период. Также на данном этапе необходимо уточнить время прохождения этих вод. Зная объем и время прохождения вод, можно теоретически рассчитать площадь орошения. Третьей задачей является определение вида сельскохозяйственного использования орошаемых земель и подбор культур с учетом особенностей лиманного орошения. В зависимости от вида сельскохозяйственного использования, участки, на которых возможна организация технологии лиманного орошения, подразделяются на три категории.
При использовании СНП 120/30 энергетический эффект возрастает до года 77 % обеспеченности стока, а после начинает снижаться. При этом максимальный энергетический эффект достигается в размере 9831 ГДж.
При использовании СНП 300/7 энергетический эффект возрастает до года 77,2 % обеспеченности стока, а после начинает снижаться. При этом максимальный энергетический эффект достигается в размере 9946 ГДж.
Для определения интервала значений процента обеспеченности стока, при котором функция будет стремиться к максимуму, необходимо определить минимальный положительный эффект от возделывания одной культуры в севообороте. При этом интервал оптимальных значений процента обеспеченности стока будет лежать между точками пересечения прямой, проходящей через точку максимума функции энергетического эффекта от возделывания одной культуры в севообороте, с функции энергетического эффекта при возделывании культур всего севооборота. Для определения наименьшего положительного эффекта при лиманном орошении при выбранной насосной станции по данным приложения Г проводился математический анализ для каждой из культур. При использовании СНП 50/80 наименьший положительный энергетический эффект достигается от возделывания суданки на сено. Функция имеет вид 7,3x2+1106x-40718. По правилу определения экстремума функции определяем точку максимума функции . Максимум функции равен х=75,8, при этом максимальный энергетический эффект равен 1174 ГДж. Найдем точки пересечения функции с прямой у = 1174. Таким образом х1 = 69,7, х2 = 81,3. Аналогичные расчеты проводим для двух других насосных станций. При использовании СНП 120/30 наименьший положительный энергетический эффект достигается от возделывания суданки на сено. Функция имеет вид . Точки пересечения равны х1 = 64,8, х2 = 83,9. При использовании СНП 300/7 наименьший положительный энергетический эффект достигается от возделывания суданки на сено. Функция имеет вид . Точки пересечения равны х1 = 61,2, х2 = 91. Анализируя полученные данные, делаем вывод о том, что функция зависимости энергетического эффекта при организации лиманного орошения от процента обеспеченности стока имеет максимум в диапазоне значений от 61 до 91 % обеспеченности стока, который достигается при использовании низконапорной передвижной насосной станции СНП 300/7 и возделывании выбранного севооборота.
Уменьшение диапазона значений процента обеспеченности стока при использовании средне- и высоконапорных передвижных насосных станций объясняется увеличением энергетических затрат на закачку недостающего объема воды.
Следовательно, оптимальное значение процента обеспеченности стока, на которое целесообразно проектировать системы лиманного орошения в условиях Ростовской области, лежит в диапазоне от 61 до 91 %. При этом максимальный энергетический эффект достигается при Р = 77 %. 1. Определены основные характеристики талого и дождевого стоков для условий юга Ростовской области. Построены кривые обеспеченности стока и установлены зависимости их описывающие, также рассчитаны гидрографы стока. На основании проведенных расчетов оценен объем местного стока, который возможно использовать для целей лиманного орошения. Дана оценка химического состава вод местного стока. Оценка показала пригодность применения вод местного стока для целей орошения. 2. Установлено, что водосборная площадь, прилегающая к магистральным каналам, составляет 3951,33 км2. Среднемноголетний объем талых вод с водосборной площади, прилегающей к магистральным каналам Ростовской области, в среднем составляет 68,1 млн м3. При норме орошения 1500-2500 м3/га таким объемом воды можно оросить от 23 до 45 тыс. га, что составляет от 22 до 25 % площади орошаемых земель на данных оросительных системах. Суммарный объем воды, сбрасываемый в осенний период с пяти магистральных каналов Ростовской области, составляет 45,35 млн м3. Площадь орошения при оросительной норме от 1500 до 2500 м3/га колеблется от 18,14 до 30,23 тыс. га, составляет от 10 до 17 % всех орошаемых земель на данных оросительных системах. Повторное использование воды, сбрасываемой в осенний период, позволяет повысить коэффициент использования воды (КИВ). Проведенные расчеты позволяют сделать вывод, что КИВ повысится с 0,85 до 0,92 или на 8 %. 3. Решение задачи по определению максимума функции энергетического эффекта при организации лиманного орошения позволяет сделать вывод, что интервал оптимальных значений процента обеспеченности стока, на который целесообразно проектировать системы лиманного орошения в условиях Ростовской области, лежит в диапазоне от 61 до 91%. При этом максимальный энергетический эффект достигается при Р = 77 %. Для закачки недостающего объема воды наибольший энергетический эффект достигается при применении низконапорных передвижных насосных станций.
