Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях вридного климата Средней Азии, где производство сельхозпродукции без орошения просто немыслимо, продуктивность сольхозпроизводствз предопределяется уровнем оросительных мелиорации. Последний оказывает х тому же огромное влияние на всю систему водопользования, которая предопределяет экологическую обстановку в регионе.
Бурное развитие оросительных мелиорации, ориентированных на бо-роэдковый лолиз, подменивший за годы Советской власти издревле применявшийся джоячный споссЗ г.олипа на небольших хорошо спланированных участках, привело к неизбежности полива с большими поверхностными и глубинными сбросами, которые росли rio мере укрупнения полизных участков и достигли 50-60% от оросительной нормы, определяемой в среднем в 130С0 м'/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 величине общих водных ресурсов. В результате сток в Аральское море резко сократился, и уровень воды в Арапе упал на 1в м, что привело к эхологичосхой катастрофе, серьезно сказавшейся на социальном развитии народов Средней Азии. Таким образом, прежняя ориентация на простой и дешевый способ бороздкового полива, привела ныне к необходимости огромных капвложений на спасение Аральского моря. В настоящее время совершенно очевидно, чтп бсроздковый полив необходимо совершенствовать.
В идеале полив должен быть таким, при котором 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 во-доподачу в короткие тупые борозды или подачу переменной струей, или прерывистое дождевание с регулируемой частотой импульсов, но а любом случае скорость водолодачи должка соответствовать скорости впиты-
- г
вания влаги почвой. В противном случае сток, следовательно, и потери воды неизбежны Стремление к совершенным технологиям водораспределения должно стать оШШ(рш^ефв^^р^тр^рпш^ны^ мелиорации.
Ai'l' Среди1ШйсТнУХ'м,Щ)ийно ^іпускаеК^^еханизмов, наиболее равно-Мерно распределяющих воду/пр орй&Іемому полю, следует отметить дожде-еальные машины. Однако высокая интенсивность дождя и несовершенство
.', * прежних, технологий дождевания не позволили широко и эффективно исполь-
,; '.т.., е г г ;?9вад1? втре условиях Средней Азии.
Разработкой же технологий,,полиеа, регулирующих скорость водо-
;-. подачи, до исследоеаний автора практически никто не занимался, хотя работ
.-;,- , ^ гю',0Г1редеде|н^,вп^ дождя (интенаіаности,
. -диаметра и энергии капель) на достодавые'нормы впитывания имеется боль*
v'.!': шое колич^во^Средй rfi^ Костикова АН,, Петро-
Н.П., Лрэрбражежжрй Н.В., Исаева AfU Єрхоаа Н.С., Ильина КИ., Абр'амоваАМ,, Кервалишаили Д.М., Наниташэили О.С., Севастья-нова В.К., Дэримбетова УД., Гусейнова Г.М, Гусейн-Заде М.Х., Кпепальскс-. .,.,; тоЛП,-,гТиеукуловаА:Т^Хуайа'Р'.Дг,'ЧичасЬва В.Я., Колесника Ф.И., Москви-; ,-чевд JOA, й дрУПоУгому предлагаемые научные концепции автора пораэра-1 ботк^бессточньїх технологий дождевания применительно к конкретным гид-ромелиоративным услозиям, сельхозкультурам и оптимальным режимам их орошения представляют^ весьма, актуальными.
;-:а' -иёпь (/ задачи исследований. Разработать теоретические основы бас-сточньк технологий перевода .оросительной воды в почвенную влагу, отработать на практике новые'клетЬды экспериментальных исследований и дать методику расчета бессточных технологий для конкретных серийных и предла-,-. гаемьи новь'й*д6жЛёв^лыл'(хл1ашин, с учетом динамики влажности и водопо-
4 < требЛОНИя* конкретной культуры во время и после полива для конкретного се-s . * . - -.пл :;її,.;;->! ліУ\ -^-.ек/ ,-.:
еооооротного участка; обосновать предлагаемые новые направления совер-
t л Ш9нствован^,тв*|И)к^;дож^еван>ш.с регулируемыми характеристиками факела прерывистого дождя и разработать элементы конструкций внутрихозяйст-ьвнной орссотельнои сети! пригодные для осуществления водозабора в дзи->.дании на выровненных и волнистых рельефах местности
МетрОика цсслддоа$нийі Комплексность исследований, представленных в работе, потребовала применения различных общепринятых теоретических и экспериментальных методов с широким привлечением методов математической статистики, теории вероятности, методов планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных с привлечением вычислительных машин. Процессы формирования прерывных струй исследовались с использованием метода стробоскопического фотографирования, разработанного автором. Структура и качественные характеристики дождя исследовались с использованием методики Лі шевского, ОСТ-70.1.-74, СНИП 2.06.03-85; вопросы испарения и транспирации - с привлечением аналитических и экспериментальных методов, разработанных Максвеллом, Заком, Федоренко, Лебедевым, Мансуровым; вопросы задержания воды га листьях растений - с использованием методик предложенных Эйгером, Руткоэеким, Лоховым, Виноградовым и др. Анализ результатов исследований проводился на основе уточненных методов, предложенных автором. Микроклимат на орошаемом пола изучался с использованием баротермогидрометроа с учетом методов, предложенных Скворцовым. Водопстр«/блени& сельхозкультур определялось с использованием метода водного баланса. Урожайность и фенологические исследования за ростом- и развитием хлопчатника проводились а соответствии с методикой УэНИИХ. Испытания дождевальных машин на МИС И в хозяйствах проводились в соответстсии с методикой ОСТ-70.11.1-74, а технологические схемы полива и параметры технологии дозкдевзшя выберапись с учетом рекомендаций ВНМИМяТП и СоюзВодпроекта. Методы обоснования бессточных технологий дшкдеаанйя разработаны автором с учетом известных работ по впитыванию влаги почвой, написанных А.Н. Костиковым, А.И'. Будаговским, Н.И. Ильиным, Н.С. бркоаым, А.П. Исаевым, Г.Е. f утуши и др.
Объекты исследований. Исследования лройадипйсь не научно - исследовательской станции по технике орошения (НИСТО) в Калининском районе Ташкентской области, в совхозах е Пахтаарал» (Казахстан),» Северный маяк» Среднечирчикского района Ташкентской области, 1А Сырдарьинекого района,
« Пятилетие Узбекистана» Галабинского района Ташкентской области. Испытания дождевальной машины проводились на Киргизской машино - испытательной стзнции(г.Кант) и а прилегающих совхозах, а также в совхозах Херсонской, Николаевской области на Южно-Украинской МИС.
Аауунад-грешна. Установлены аналитические и акслериментальные 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, о периодической подачей воды то в одну, то в. другую стороны, в том числе, работающих по принципу импульсных аппаратов.
Разработаны методы расчета дальнеструйньїх фронтальных машин.
Предложены дальнейшие пути совершенствования дождевальных машин на принципах, не имеющих мировых аналогов и защищенных патентами.
Установлены экспериментальные зависимости, позволившие утверж
дать, что опыт'предшествующих исследований е- части определения испа
рения капель не учитывал влияния быстро формирующегося микроклимата
поля. Поэтому фактически величина испарения капель дождя в воздухе мень
ше общепринятых величин.
. Установлено, кто метод .дождемеров,, используемый- для определение величины осадков при дождевании, в том числе, осевших на листьях растений," не учитывает значительной'величины испарения с поверхности собранной в, дождемере воду. Поэтому .результаты опьпа зависят от его продолжительности.
Установлено, что разница в слое осадков дождемеров, установленньи над растением и возле него, вовсе не отражает слой осадков, осевший на листьях, поскольку в результате отражения капель дождя в дождемер, стоящий радом с растением,, выпадаегдождь более высокой интенсивности.
Установлено, что в результате, прохода.факела дождя над орошаемым полем, формируетлэтинойми!фоклумагтюля;-которь1й постепенновтечение
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 Лакела, 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 водолс- , требления на участке хлопкового севооборота.
Защищаемые положения. Установлено, что качество факела исхуссг-векного дождя повышается, если периодически, по заданной технологии, воздействовать на струю различного рода лопатками, превращая сплошные струи в прерывные с заданным показателем сплошности.
Для турбине* и разбрызгивателей определены аналитические зависимости, устанавливающие связь между размерами названных устройств и показателем сплошности струи.
Найдены экспериментальные зависимости между показателем сплош-мости струи, ее баллистическими параметрами и качеством факела дождя.
Найдены оптимальные значения показателя сплошности, позволившие' использовать прерывные струна 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 техно* логическими параметрами полива (скоростью движения или вращения факела дождя, временем полиаа, временем прохода или этапа полива, паузой, слоем осадков, длиной гона) в зависимости от качества дождя (интенсивности s 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, о учетом динамики развития листовой поверхности хлопчатника.
Установлено, что формулы СНиП .2.06.03-65 и ОСТ-70.11.1-74, касающиеся определения величины испарения при полива 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 вплывания для различных почз, 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-хозяиственных условий, режимов орошения конкретных
- ? -
культур, и в цепом, хлопкового севооборотного попи; дан пример расчета применительно к машине «Кубань»
Разработана методика расчета рабочих характеристик для дальнеструйных фронтальных машин и предложены направления их совершенствования.
Предложены новые конструкций дождевальных низко интенсивных шланговых машин.
Разработана подпорная перемычка с регулятором уровня воды а нижнем бьефе и предложен ряд конструкций новых элементов оросительной ее» ти, позволяющих существенно снизить потери воды.
Экспериментально подтверждена прибавка урожая и существенная экономия оросительной еоды при поливе дождезани'ем по предпожзнной технологии, а также показань» возможности существенного расширения зоны применения дождевания э Узбекистана.
Практическая ценность, Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать ряд принципиально новых срадстз упрззлэ-ния распадом струй, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, и на их основе внедрить в серийнсэ производство новук? депьместруймуга машину фронтального действия с периодически возмущаемой струей (ДФД-80); разработать и внедрить в производство на ПО ХКЗ методику расчета ра-бочих- органов-фронталвіїьіх машин;- разработал* и изготовить гкеперкгаен* тальный образец второй машины фронтального действия с периодической подачей воды и повышенной шириной захвата, работающей в движении на самоходном шасси а автоматическом режиме(ДФДС-80); предложить, обосновать и передать на разработку в КБ «АП Дождь»(г.Санкг-Петербург). много-" проходную шланговую машину, обеспечивающую водоподачу во всэ точки орошаемого участка с равными промежутками времени; предложить и обосновать принципиально нопса налраапэниэ разеитиг; ^з/давгльных машин с факелом дождя одновременно,' пгремвщасічимся пг с ралу и фронту с интенсивностью водоподачи, соизмеримой со скоростью водспотреблэння культур.
Экспериментальные исследования различных дождевальных машин 8 различных природио-хоэ'яйственных условиях Узбекистана поззолили раэра-
ботать рекомендации по проектированию оросительной сети для машин, работающих в движении на уклонных землях и волнистом рельефе местности, и построить ОПУ под дождевальную машину «Кубань» с передвижной подпорной перемычкой е Среднечирчикском, Гелабинскэм и Ильичеэском районах Ташкентской и Сырдарьинйсой областях на площади более S00 га
Теоретически разработанные технологии бессточного перевода оросительной воды е 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 Z-buJm
рнейоение. Результаты разработок использованы:
» Институтом ВНИИМиТП, СоюзВОДПРОЕКТ. УзГИПРОВОДХОЗ. проектной группой ТашОблПУВХ е виде переданных им рекомендаций по технологии полива дождевальной машиной «Кубань». Эффект от внедрения составил S57 руб/га/год.
Заводом изготовителем « ПО Херсонский комбайновый завод", который наладил серийный выпуск машин ДФД-ЭД 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 «АЛ 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.утеердил 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.
Апробаиий рз$от. Материалы диссертации обсуждались на техническом совете а совхозе «Пахта-Арап» в 1973 году, в Ильичевском Исполкоме в 1991 г., на ученых советах ВНИИМиТП (1976-1988 г.), на 7-ом координационном совещании в г. Ереване (1977 г.), на Всесоюзной научной конференции в ВИСХОМ, (Москва, 1979 г.), на объединенных технических советах трех министерств (ММиВХ СССР, МСХ СССР, МТиСХМ СССР ) И Госкомсельхозтехники ( Москва, 1977 г.), на совещаниях ММиВХ Узбекистана и техсоветах Средаз-гипроводхоза, ТашОблПУВХ (1988-1990 г.), Водпроекта (1993 г.), ЖГМСИ (1994 г.); научных семинарах САНМИРИ, УзНИИХ, ТИИИМСХ (1997 г.)
Публикация. Основные положения диссертационной работы изложены в 56 публикациях
Состэе. Диссертационная работа состоит из.введения, четырнадцати глав, заключения, 235 стр. текста, 79 таблиц, 94 рисунков и 34 стр. приложений. Список использованной литературы включает 256 источников.
