автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Гидравлический расчет непрерывного и дискретного полива по бороздам

П и

САНКТ-ПЕТЕРЪУ РГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

А1СОН

ГИДРАШ ИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСКРЕТНОГО ПОДИВА ПО ВОРОВАН 1

Специальность 05.23.16 - гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор М.А.'/лхалев

Официальные оппоненты: Доктор технических наук В.И.Штыков,

кандидат технических няук А.И.Лаксберг

Ведущая организация: ТОО "Компания ИНВЭКО"

(институт Ленгипроводхоз)

Защита состоится 199«э г. и часов

в ауд. № -Ял Ь гщгтптройм! гидрокорпуса на заседании специализированного совета К 063.ii6.22 Санкт-Петербургского государственного технического университета по адресу : 195251, г.Санкт-Петербург, ул.Политехническая, 29.

С диссертацией можнр ознакомиться в фундаментальной библиотек! университета.

Отзыв на автореферат в двух, экземплярах,' заверенной печатью организации, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя -ученого секретаря специализированного совета К Об^.оЬ.22.

Автореферат разослан

В _М

199о' г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент Б.А:Дергачев

¡ДРАШЩСКИГ РАСЧЕТ !СПРЕ№ВНОГО И Д1С№2ТШГ0 ПОЛИВА ПО БСРОЗДО

Актуальность темы. Вода является важнейшим фактором в жизни рас-:ий, поэтому развитие орошаемого земпеделия требует поиска решений экономному ее расходованию на орошение, широкому внедрению новых 'Грессивных способов полива, к которым относится полив по бороздам декретной подачей воды.

Теоретическое обоснование этого способа полива наталкивается на 'дности, связаннее со слабым практическим исследованием явления, 1Тому возникает необходимость в продолжении экспериментального изу-шя его. Это касается в основном гидравлических аспектов процесса шения водь; в борозде: скорости распространения фронта поливной эуи; времени, в течение которого в борозде формируется русло и соз-зтея выступы шероховатости, определяющие скоростное поле в теле зуи. Со всеми этими процессами неразрывно связана скорость впитывает воды в почвогрунг, так как формирование русла в борозде сопровож-этея заполнением водою крупных пор, насыщением ею больших комьев гаы, содержащих меньше влаги, чем нижележащие слои грунта.Естествен-, что на ЕСе это затрачивается больше влаги, чем на впитывание вов уплотненный грунт, поэтому необходимо определить скорость впиты-кия воды в почву при наличии в ней крупных пор и иссушенных комьев унта. Здесь заметную роль должна играть начальная влажность почво-унтов; до настоящего времени этому вопросу не было уделено доста-чного внимания.

Целью работы является обоснование методики гидравлического рас-та процессов распространения поливной струи и впитывания воды в чвогрунт при непрерывной и .дискретной подачах воды в поливную бо-зду.

В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи следований.

Анализ явления движения воды в поливной борозде при непрерывной дискретной подачах с позицией методов теории подобия и размерностей, хперименталь.чне исследования процессов распространению воды по бо->зце, изучения особенностей формирования русла и впитывания воды в ¡чвогрунт с учетом его различной начальной влажности при непреръгв->й и дискретной подачах воды в борозду. На основании даннкх энспе-тментальных исследований с- использованием методов физического моде-1ропания гидравлических явлений и регрессионного анализа полумть

I

для непрерывного и дискретного методов полива модели движения полю ной струи в борозде, формирования в ней русла, впитывания воды в почвогрунт в зависимости от его первоначальной влажности, уклона Д1 борозды, расхода воды в ее начале, продолжительности подачи и пауз1 (для циклического отношения равного 0,5), номера цик.;а.

Разработать математические модели бороздкового полива по непр! рывной и дискретной технологии, учитывающие распределение воды по длине борозды, дать рекомендации по гидравлическому расчету этих м( тодов поливе.

Методика исследований. Основные экспериментальные исследовани; проводились в лабораторных условиях на кафедре Инженерных мелиорац! гидрологии и охраны окружающей среды СПбГТУ на специально разработ. ной установке. Б опытах велись наблюдения и производились измерени; параметров поливной струи в борозде и сбросного расхода в зависимо ти от времени,при различной начальной влажности почвогрунта, расхо< дах воды, подаваемой в борозду, и уклонах ее дна. Обработка экспер] ментальных данных проводились с применением методов математической статистики. Это позволило обобщить результаты и получить зависимо' для определения основных гидравлических параметров поливной струи при непрерыэном.и дискретном'способах полива по бороздам.

Научная новизна. На основании обработки данных исследований, выполненных в условиях максимально приближенных к натурным, получе: новые научные результаты:

- установлено, что скорость распространения поливной струи в борозде зависит от начальной влажности почвогрунтов, продолжительности подачи воды в борозду и номера никла; предложенные соответст щие расчетные зависимости для непрерывной и дискретной технологии полива учитывают также расход водп, подаваемый в начало борозды, у лон ее дна и шероховатость образуюдегося в борозде русла;

-обнаружено, что скорость впитывания при непрерывной подаче воды в борозду также зависит от начальной влажности почвогрунта, а при дискретной подаче, начиная со вторрго цикла, эта скорость зави сит только от суммарного времени, прошедшего от начала впитывания, включая продолжительность и подач, и пауз;

- впервые обнаружено, что в лобовой части струи, где идет про цесс формирования русла вследствие заполнения водою крупных пор и насыщения сухих комьев грунта, образующихся при нарезке борозд, ск рость впитывания вода в почвогрунт намного превышает таковую в тел струи; разработана специальная методика проведения лабораторных ил

евых испытаний для изучения этих явлений ;

- предложена методика определения сбросного расхода и времени,' ечение которого в лобовой части поливной струи формируется русло, акже на основе балансового уравнения - скорости впитывания в ло-ой части струи;

- разработана методика гидравлического расчета бороздкового по-а по непрерывной и дискретной технологии, позволяющая определить :пределение воды, -впитывающейся в почвогрунт по длине поливной бо-

1ды.

Практическая ценность работы. Разработанная методика гидравли-¡кого расчета полива по бороздам при непрерывной подаче позволяет >еделить время добегания фронта поливной струи до конца борозды, >бходимую продолжительность долива до поливной нормы уменьшенным ¡ходом воды, подаваемым в начало борозды, при минимальных сброс: расходах, и также найти распределение впитавшейся в почвогрунт 5ги по длине борозды. При дискретном поливе предложена методика, зволяющая при заданной длине борозда назначать такую продолжитель-:ть подачи и число циклов, которые определяются поливной нормой, I полном исключении сбросов воды из концевой части борозды, а так-найти распределение влаги по ее длине. Это дает возможность про-гной организации обоснованно выбрать ту, или другую технологию роздкового полива, исходя иэ технико-экономического сравнения ва-антов, с учетом имеющейся в распоряжении заказчика технических эдств автоматизации полива или их отсутствия.

• Апробация работы докладывались и обсуждались на постоянно дей-вующих семинарах кафедры Инженерных мелиораций, гидрологии и охраны ружающей среды СПбГГУ в 1990-1992 годах.

Структура и объем работы. Дксертационная работа состоит из едекия, пяти глав, списка использованной литературы и приложений, ссертация содержит )"Т-3 страниц машинописного текста, включая V блиц и 94 рисунков. Список использованной литературы содержит ¡03 именований работ русских авторов и 20 - зарубежных.

СОЙРЖАВДЗ РАБОТЫ

Во введении освещается актуальность темы диссертации, дается ¡щая характеристика проблемы, оценивается научная новизна работы ее практическая ценность) излагаются, основные положения диссертации.

В первой главе дается оценка современного состояния теоретичес->го и экспериментального исследований по обоснованно методов бо-

роздкового полива. Рассматриваются основные методы гидравлического расчета полива по бороздам, изложенные в работах Ляпина А.П., Криво за С.М., Терпигорова A.A., Lcynoea i.L., Касьянсва А.£., Трифонова Е.К., Шарапова H.Mi, Денисова ИХ, и др.

Анализ опубликованных ранее работ, посвященных изучению полива по бороздам, показал, что в них не учтено все многообразие факторов определяющих явление.Наиболее полно эти факторы рассмотрены в работ Шарапова Н.М., что позволило автору предложить более совершенную ме тодику расчета движения поливной струи в случаи бороздкового полива при непрерывной и .дискретной подачах воды в борозды. Однако, предло женная методика не учитывает начальную влажность грунта; кот'орая не посредственно влияет на время добегания фронта поливной струи до за данного створа, следовательно, на скорость распространения фронта.

Следует также отметить, что в современной литературе не нашли отражение вопросы, связанные с изучением процесса формирования русл в борозде.

В настоящее время отсутствуют работы, учитывающие основные г|йк торы, существенно влияющие на процесс полива по бороздам, поэтому возникает необходимость в проведении дальнейших исследований с цель всестороннего изучения этого явления.

Во второй главе сформулированы основные цели и задачи исследов ний. Здесь дано описание схемы явления, в соответствии с которой в поливной струе выделяется тело и лобовая часть. На основании резуль татов выполненных опытов и принятой другими исследователями схемати зацией этого и близких к нему явлений считается, что в теле поливно струи при непрерывной подаче дви-кение воды близко к равномерному. О позволяет при заданных расхода восы, подаваемом в борозгу, уклоне е дна и высоте выступов шероховатости определить основные гидравличес кие параметры потока. Результаты исследований, изложенные в диссерт ции, давт основание сделать новый вывод о существовании во лбу стру особого процесса, связанного с формированием здесь русла в борозде, после завершения которого лобовая часть струи переходит в ее тело. Процесс сопровождается более интенсивным впитыванием воды в почво-грунт, чем в теле струи, что объясняется дополнительными затратами воды на заполнение крупных пор и насыщение ею сильно иссушенных ком земли, которые образуются во время нарезки борозд. Явление завершается размоканием комьев земли и формированием в борозде русла с опр деленной высотой выступов шероховатостей. Излагается методика, кото рая позволяет определить время, в течение которого а лобовой часги 4

рун завершается процесс формирования русла, а зависимости от иэ-нения сбросного расхода воды в конце поливной борозды.

Аналогичная методика разработана и для случая полива по бороз-м с дискретной подачей воды.

Отмеченные особенности движения поливной струи в борозде свиде-льствуют о существенном отличии ее от движения "волны посуху",ко-рая рассматривается в жестком недеформирусмом русле, и создают лыпе трудности в поисках теоретического решения этой задачи. Как вестно, аналогичные трудности существуют и при решении задачи о орости впитывания воды в почвогрунт. При этом подчеркивается, что скорость движения Фронта поливной струи, и скорость впитывания воды лжны зависить от начальной влажности почвогрунтов и что этот факт нашел отражения в существующих методах расчета этих величин.

В этой главе дается вывод математических моделей рассматриваете явлений с позиций методов теории подобия и размерностей.

В работе рассматривался один из вариантов .дискретного полива по

роздам, который сравнительно легко может быть реализован на прак-

:ке, когда продолжительность подачи ¿пу равца продолжительности

узы ¿па, , а циклическое отношение 2. = г—= . г Дп^ХпЗ

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки методики проведения опытов с целью определения водно-физических юйств грунта в борозде. Представлены результаты экспериментальных ¡следований. Дано описание и объяснение наблюдаемых в опытах явле-[Й. '

Лабораторные исследования проводились на специально сконструи->ванной экспериментальной установке, которая состоит из следующих ¡новных частей: головного устройства с успокоительной решеткой ; ¡теменного с одной стороны гидравлического лотка общей длиной 12 м, !риной 0,5 м и ексотой 0,55 м, заполненного пьтлеватым суглинком. >дача воды в поливную борозду осуществлялась с помощью трубчатого !фона и была организована так, что во время проведения опытов можно >шо чередовать пуски воды и паузы Для осуществления .дискретного по-•гва. Заданный уклон дна и первоначальная форма борозды обеспечивался эо^илированием поверхности грунта при помощи специального механизма, ия микронивелировки русла борозды было сделано устройство, состоящее з мерной иглы и столика с линейкой.'

Эксперименты при непрерывной подаче воды в борозду и различной сходной влажности грунта проводились в следующей последовательности.

5

После нарезки борозди в начале, середине и в конце ее брались проб для определения исходной вла-кнэсти грунта и плотности его укладки. В контрольных створах производились измерения следующих величин : через определенные промежутки времени фиксировалось положение фро; та поливной струи, определялся сбъемкнм способом расход сбросной воды в конце борозды ¿2е<Г с целью нахождения времени , при п{ вышении которого выполнялось условие СХ:сопга!; устанавливал« количество стекающей из борозди воды после прекращении подачи ее 1 голову борозды; находилась глубина наполнения борозды водою в контрольных створах при

В опытах по исследованию дискретной подачи, кроме описанных выше измерений, производились следующие : фиксировалось положение фронта поливной струи как во время подачи, так и в паузу; определ лось изменение во времени расхода сбросной воды Ос.5~ после ка-кдо цикла при условии, что фронт за.подачу достигал конца борозды. Пр первом цикле изменения не проводились, поскольку явление полность соответствовало непрерывной подаче. Б одной серии опытов пауза вь1 биралась с таким расчетом, чтобы за это время вода полностью впит ваяась; в другой - опыты проводились так, что вода не успела в пе полностью впитаться и перед следующим циклом оставалась частично борозде.

Для проверки результатов экспериментов по непрерывной и дис! ной подачах воды были использованы лабораторные и натурные опытт данные, выполненные ранее на кафедре Шараповым Н.!«.

Анализ результатов экспериментов показал следующее. На скор| фронта поливной струи оказывают влияние целый ряд взаимообусловл! них факторов, в частности, Елажность почвы, с которо/ связаны ск рость впитывания и путевые потери воды по длине борозды, а также процесс руслообразования. Результаты опытов свидетельствуют о то что чем больше влажность почвы, тем меньше время, в течение кото сбросный расход достигает постоянного значения, а тайке время .до гания фронта поливной струи до заданного створа. При этом время, ходите для формирования русла, уменьшается при увеличении време добегания.

При .дискретном полире с увеличением номера цикла время, в чение которого идет формирование русла в борозде, уменьшается. I цесс разиокания комьев почвы продолжается и в паузу, при этом ш него дополнительно не расходуется вода, так как в паузу в Сороз; она не подается. Разрушение крупных комьев почвы происходит ке с б

в том случае, если в борозде к концу паузы остается вода, но и "■да, когда в паузу она успевает полностью Епитаться в почву. Кроме' по, в паузу продолжается инфильтрация воды, поэтому в каждом после-эщем цикле вследствие уменьшения скорости впитывания расходуется на /бинное промпчивание меньше воды, чем в предыдущем.

Для скорости впитывания воды в исследуемый почвогрунт была исполь-вана установка, которая состоит из сосуда Мариотта и четырех филь-ационных колонок.

При непрерывной подаче опыты проводились по следующей схеме. В оцессе эксперимента в колонку из сосуда Мариотта поступала вода. В левой момент времени создавался слой воды толщиной 4см и замерялись с мощью тастера отметки поверхности воды вначале опыта и далее через ждые-60 секунд. Количество Епитавшейся в грунт воды определялось тарировочной шкале сосуда Мариотта; затем по известной методике ходилась скорость впитывания.

В опытах по исследованию дискретной подачи воды в грунт время итывания соответствовало суммарному времени подачи и паузы. Во вре-: подачи уровень воды в сосуде Мариотта поддерживался постоянным :ак в опытах с непрерывной подачей). В паузу вода в сосуд не пода-шась, уровень ее постоянно снижался; наблюдения велись до момента )Лного впитывания ео.ды в почву, в противном случае - до конца паузы', начале второго цикла (в подачу) вода вновь подавалась в сосуд и течение подачи поддерживалась на заданном уровне и т.д.

Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что начальная ¡ажность почвы оказывает значительное влияние на скорость впитыва-1я: с ее увеличением (уменьшением дефицита влажности) скорость впи- . лвания воды в почву уменьшается.

Однако, при дискретной подаче скорость впитывания воды уже во тором цикле не зависит от исходной влажности почвы. По истечении зузы первого цикла в начале второго наблюдается уменьшение Секачом) скорости впитывания, что объясняется появлением в верхних слоях очвы защемленного воздуха, замедляющего скорость впитывания. В пос-едующих циклах этот скачок не обнаруживается, и изменение впитыва-ия воды в- почгу происходит по единому закону, сдвигаясь в каждом икле N на суммарное время подачи и паузы, так что начало отсчета ремени в N+1 цикла равно N (f ¿п^ ), где М2-2 .

В четвертой главе произведена оценка ошибок измерений. Систе-агические окибки используемых в опытах измерительных приборов не ревышают пределов инженерной точности. Для повъгаения достоверности

результатов опытов и снижения случайных погрешностей все эксперимент! проводились в трехкратной повторности с последующей статистистическо! обработкой.

Для аппроксимации экспериментальных данных были подобраны аналитические виды функции скорости франта поливной струи ^ср при различной исходной влажности для непрерывной и дискретной подач :

и)

где 0,15 6 jU ir 0,49 , Ы = I. м , ч „

В формулах (I) и (2) : U0 - средняя скорость течения в теле поливной струи на начальном участке борозды; t-cp- время добегания фронте поливной струи до заданного створа, удаленного от начала борозды на расстояние "ЭСср ; R - гидравлический радиус потока в теле поливне струи; А- дефицит влажности; JX = m - 170 , где гп - пористость грунта; Öc - начальная влажность грунта (в долях от единицы объема грунта).

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены зависимости для времени формирования русла в борозде i непрерывной и дискретной подач :

= 0,6Ь2 - 7 Ю'11-^ , для N = I ; t ср К

! - (п... 7

= (0,632 - 7 Ю"11-^1-) (0,97 - 0,ЦМ ), 2й N¿4 ;(4)

X

и 0,15 ^ М 6 0,49 .

Зависимости для скорости впитывания для непрерывной и .дискретной подач имеют еле .дующие виды :

\0,53

- I (Е

V '-ОДКср Кф , 2*ы £ 4 (С

где ^ - время впитывания ; К^з - коэффициент Лильтрасии почво-: грунта. 8

1 l<3p all?

формулы справедливы при 0 - 6 5 ; и

Г U \0'53

Ii Кф . для М

В пятой главе разработана методика гидравлического расчета рас-! еделения количества воды, впитавшейся в почвогрушг, по длине полив>~ й борозды при непрерывной и дискретной подачах. |

Однако здесь не затрагивается вопрос о глубине промачивания . 1чвогрунтов, поскольку это самостоятельная достаточно сложная зада-i I. Совокупность зависимостей (I) ... (б), характеризующих скорость; юпространения фронта поливной струи, время формирования русла в j фоз.де и скорость .впитывания воды в почвогрунт-, позволяет найти расселение по длине борозды воды, поглощенной почвогрунтами, при 1 ¡прерывной и дискретной подачах. , ■

Допустим, что фронт поливной струи за время tф прошел путь борозде, равно Хф , а за промежуток времени tcp-ft^ от на-1ла полива при непрерывной подаче воды в борозду на всей этой дли-s завершился процесс формирования, русла. Выделим в пределах длины )розды ЭСсручасток протяженностью ТС от ее начала, а в пределах ОС - бесконечно малую длину борозды doc , Заметим, что фронт полной струи достиг середины doc. за время tcp-t , а к моменту tcpJC+ здесь завершились процессы, связанные с образованием ^сла ( время его формирования). Следовательно, в течение

ромежутка времени, равного £( "t<f> + t-к. ) _ ( tcp^ + ,

пределах длины dsc борозды происходило впитывание воды в почво-рунт, в котором руслообразовательные процессы закончились. Отсюда эжно найти количество воды Ух. , которое впиталось в почвогрунт пределах длины ос за указанное выше время :

vx СМ я - +ч! **da: - С7)

де * - смоченный периметр русла в борозде; "^х - средняя корость впитывания за промежуток времени, стоящий в квадратных кобках; величины в круглых скобках являются одновременно пределами нтегрирования зависимости (5) по времени . Отметим, что связь между оординатой и временем, позволяющая осуществить замену t на ^ и it на , реализуется на. основе зависимости (I). Следует обра-

ить внимание на то,.что в результате выполнения интегрирования огласно (V), появляются интегралы," которые не берутся и их прихо-ится вычислять в квадратурах..

Далее необходимо найти то количество воды, которое Епиталось в очвогрунт за промежуток времени ( t^ + Wx^ в пределах

Д

тела Хтх и лба ХЛ0С поливной струи на участке длиною 'Х (при этом: "ЭС = Э^тх + Следовательно, речь идет о воде, впитав-

шейся в почвогрунт за промежуток времени 'Ьц.эс, в течение которого в пределах ОТ шло формирование русла. Длина лба.поливной струи определяется из формулы : -^х, в которой скорое фронта в момент времени Соответствующие телу и лбу поливной струи объемы впитывания \/т5е и ^лх найдутся из зависимостей :

^тх - (Ц)]^* (Б)

= ¡ХУ** -(ЦОЗ 4 Ас (9)

Где "Ццх 1 ИЛХ » и^х « " средние скорости впитывания и

смоченные периметры соответственно в пределах тела и лба поливной струи. В предварительных расчетах при заданном расходе воды , п даваемом в начало борозды, и уклоне ее дна ¿0 , по методике, ранее разработанной Н.М.Шараповым, определялась : гидравлический радиус сечения потока й , скорость течения ио , площадь живого сечения и? и смоченный периметр Й в пределах тела поливной струи. В.зе Висимости (7) и (8) принималось : 1*х= "У"(*ос= V ;. = - У« , где скорость "" определялась в результате интегрирования зависимости (5), характеризующей скорость впитывания в почвогрунт, котором процесс образования русла завершился.'В зависимости (9) прс изводилась следующая замена : = К £г И , где коэффициент

К характеризует увеличение средней скорости впитывания в лобово£ части струи по сравнению со'скоростью впитывания в-теле струи всле.1 ствие дополнительных расходов воды на заполнение крупных пор и впитывания ее в иссушенные комья почвы в борозде, а также отличие смоченного периметра во лбу поливной струи от такового в ее теле в Прс цессе формирования русла в борозде.

Расчеты позволяют определить количество воды У^. , впитавшей« в почвогрунт, на момент времени, когда в пределах длины борозды -с закончился процесс формирования русла :

.4, = Чс + Ч,х 4- (10)

Если в пределах процесса формирования русла не закончило, ( 1)4= 0), то расчеты по формулам (7) ... (10) берутся Алько в п делах тела струи , относящегося ко всей длине ^Сср, при этом : "•^т = ^ср - ^л • ^л & • гДе ^л ~ соответствующая дли

Разработанная методика дает возможность произвести расчет количества воды, впитавшейся в почвогрунт по всей длине борозды на любой, момент времени t > ^c^+t^ а также определить величину объема сбросов воды за ее пределы. В частности, в практике бороэдкового полива по непрерывной технологии рекомендуется после добегания фронта поливной струи до конца борозды уменьшать вдвое сбросный расход с целью уменьшать концевых сбросов (если сбрасываемая вода не используется для орошения на нитерасположенном массиве).

Для уменьшенного расхода, подаваемого в борозду, методика позволяет произвести все необходимые расчеты с целью определения скорости течения в борозде, смоченного периметра, времени необходимого для обеспечения в концевой части борозды поливной.нормы и сбросного расхода на этот момент. В сумме со.временем tcp+тем самым будет определена продолжительность полива tri и коэффициент полезного действия полива по непрерывной технологии как отношение разности объемов воды, поданной в борозду в ее начало, и ушедшей на сброс из ее конца, а таю«е впитавшейся в, почвогрунт сверх поливной нормы, к объе-. му поданной воды. •

Разработанная вше методика расчетов для полива по бороздам с непрерывной подачей воды в борозду была распространена на полив по дискретной технологии. Однако в этом"случае необходимо обратить внимание на некоторые особенности расчетов. Прежде Всего, они ведутся в каждом цикле отдельно, а затем результаты суммируются. При этом в каждом цикле определяется путь, пройденный фронтом струи за подачу, и дополнительный в паузу эа счет стекания воды в борозде. Далее определяется количество воды, которое впитывается на всей длине, включая дополнительный путь," пройденный фронтом струи, за подачу^ за паузу, а также за время, в течение которого фронт поливной струи в последующем цикле проходит путь, пройденный ею в предыдущем цикле. Результата расчетов контролируются путем сравнения объемов впитавиейся в почву воды с объемом поданной в борозду эа подачу. Расчеты ведутся до тех пор, пока не будет реализован баланс. Если баланс не достигается (вся вода , поданная в борозду и находящаяся, в ней на длине, которую прошел фронт струи за подачу с учетом стекания в паузу, не успевает впитаться в почвогрунт до момента времени, необходимого фронту для того, чтобы пройти этот путь в следующую подачу), то остаток объема невпитавшейся воды приплюсовывается к ее объему, поданному в борозду в последующем цикле за подачу.

■лобовой части струи. Количество воды, впитавшейся в почвогрунт в пр делах'лба поливной струи • , найдется из зависимости :

Чл = .К[(Ч) - (ч*)] *6л . (II

где принималось : У>£ <х> о,5 У> '

Для решения задачи о .распределении впитавшейся в почвогрунт . влаги по длине борозды необходимо найти коэффициент К , учитывают особенности впитывания воды в пределах лба поливной струи. С этой целью были проведены специальные опыты, в которых после добегания фронта струи до конца борозда за время производилось непрерывно измерение сбросного расхода ОсЯ до тех пор, пока не выполнялось у ловие : Осг = . Это условие позволило определить время

за которое в пределах рассматриваемого участка борозды завершалось образование русла. Далее составлялось балансовое уравнение :

00 (и^) = + У^ + \д/5 (12)

где °®ъем в°Ды> ушедшей из борозда на сброс к моменту време

ни = шос,^ _ объем воды в борозде ; величина

определялась согласно зависимости СЮ), в которую входит объем содержащий искомый параметр К . В результате обработки опытных данных было найдено :

С^у = ОсБк"^ к! (1о)

где = , Ос5"« - расход воды, уходящий за пределы бороэ.г

в момент завершения в ней руслообразовательного процесса. Далее име

СЭсУк = <30 "Х*^* с|=с (14)

где - скорость впитывания' в произвольном створе в пределах в момент времени, соответствующем завершению формирования русла в борозде; эту скорость найдем из (5), принимая "Ь = ¿ср + 'Ь^. Отсю.г с учетом (13) и (14) можно найти : ^

"ОсТеИ (15)

Выполненные экспериментальные исследования и произведенные на базе расчеты позволили определить значения параметра К и предложи! следующую эмпирическую формулу для его определения на стадии предвг рительных расчетов : . . . _о5 ®

Кг 1,26-,О4 1,2 (16)

тг

Расчеты ведутся с привлечением зависимостей (2), (4), (6) с уче-эм номера цыкла.

Выполненные экспериментальные исследования и проведенные на их азе расчеты позволили определить значения параметра , учитываю-

зго увеличение средней скорости впитывания воды в почвогрунт в пре- ' злах лба поливной струи, в каждом цикле. Для осуществления предвари-' зльных расчетов на базе полученных результатов была предложена сле-утацая ---------------- -*-------- •

Результаты экспериментов и расчетов свидетельствуют о том, что, ачиная с четвертого цикла, все характеристики полива при дискретной : эдаче воды в борозду, включая основные : скорость движения фронта эливной струи; путь, пройденный за подачу с учетом стенания в паузу ; скорость впитывания воды в почвогрунт, практически остаются кеиз-знными. Это позволяет путем соответствующего выбора подачи органи- | эвать полив по дискретной технологии так, чтобы полностью избежать | бросов воды из концевой части борозды. За счет этого и более равно-эрного распределения влаги, впитавшейся в почвогрунт по длине бо-озды, можно при дискретной технологии полива получить больший КПД, ем при непрерывной.

Используем данные полевых опытов для расчета .дискретного и неп-ерывного полиеэ по бороздам. Исходные данные : длина борозды 40 м, асхо.ц, подаваемый в начало борозда 0,45 1в~3м3/с, уклон дна борозда ,001 ; поливная норма 0,0Ь м ; ширина междурядий 0,60 м ; высота аГшллярного подъема 1,5 м ; дефицит влажности почвогрунта М. =0,38; осле добегания воды до конца борозды, расход вода, подаваемый в бо-оз.ду, уменьшается вдвое. В результате расчетов при непрерывной по-' аче воды была получена величина коэффициента неравномерности распре-еления воды, впитавшейся в почвогрунт по длине борозды, как отноше-ие максимальной ординаты эпюры распределения влаги по длине V ми-имальной (равный поливной норме - О,ОБ м) : Кн = 1,38 . Был най-ен коэффициент полезного действия непрерывного полива, характери'зую-ий отношение воды, необходимой для создания в пределах рассмагри-аемого поливного участка поливной- нормы, к количеству воды, факти-ески задержавшейся на поле, он оказался равным = 74$. Кроме

ого, был определен коэффициент использования поливной воды, как от-ошение поливной нормы ко всему объему воды, поданной на поле с уче-ом ее сбросов за пределы ; он ранен О = 20 %. Как видим, последний

(17)

коэффициент из-за концевых сбросов оказался весьма малым. Однако, .если сбрасываемую йоду использовать на нижерасположенных поливных ¡участках (например, уменьшая на соответствующую величину объем воды, ^подаваемый в нижерасположенную поливную канаву), то величина бу ¡дет возрастать с увеличением числа поливных участков, стремясь в пре деле к • .

В случае дискретного полива, исходя из определяющего характера четвертого цикла, продолжительность подачи и паузы получилась равной 240 с, при циклическом отношении 0,5. Результаты аналогичных расчето по дискретной технологии полива с расходом вода, равном расходу доли ва при непрерывной подаче, который за все время полива оставался ней менным, дали следущие результаты : Кц = 1.15 , = 85 %, 2ц ■= 85 %. Увеличение 'коэффициента полезного действия дискретного полив произошло за счет,более равномерного распределения воды, впитавшейся 'в почвогрунт, по длине борозды» Коэффициент использования поливной воды 2и увеличился до величины £ за счет ликвидации сбросов.

вывода и пгедложвшя

Выполненные исследования позволили прийти к следующим выводам I предложениям. ■ ■ .

1. Скорость распространения поливной струи в борозде зависит 01 целого ряда взаимообусловленных факторов, в частности, от начальной влажности почвогруйгов, продолжительности полива, подачи, паузы и не Мера цикла. Предложенные соответствующие расчетные зависимости для непрерывной и дискретной технологии полива учитывают также расход воды, подаваемый в начале борозды, уклон ее дна и шероховатость поверхности образующего в борозде русла.

2. Скорость впитывания, путевые потери воды по длине борозды и Процесс руслообразования при непрерывной подаче воды в борозду такж! зависят от начальной влажности почвогрунта, а при .дискретной подаче ¡начиная со второго цикла, они зависят только от суммарного времени, ¡прошедшего от начала впитывания, включая продолжительность подач и пауз.

| 3. В лобовой части струи, где идет процесс формирования русла, Вследствие заполнения водою крупных пор и насыщения сухих комьев Грунта, образующихся при нарезке борозд, скорость впитывания воды в почвогрунт намного превышает таковую в теле струи ; разработана специальная методика проведения лабораторных или полевых испытаний для изучения этих явлений. 1Д

;4. На основе балансовых зависимостей предложена методика опреде-ения скорости впитывания воды в лобовой части поливной струи, а также бросного расхода и времени, в течение которого в лобовой части фор-ируется русло.

5. Обнаружено,что .при дискретном поливе на преодоление одного того же расстояния затрачивается меньше количества вода, чем при

оливе с непрерывной подачей воды в борозду. Это объясняется тем, что роцесс размокания крупных комьев почвы и насыщения манропор водой родолжается в паузу, но на него не затрачивается дополнительное ко-ичество воды. Кроме того, процесс инфильтрации вода в почву идет не олько в течение подачи, но и в паузу, поэтому в каждом После,дующем икле вследствие уменьшения скорости впитывания расходуется на глу-инное промачивание меньше вода, чем в предыдущем;

6. Установлено, что, начиная с четвертой подачи, ни скорость вижения фронта поливной струи в борозде, ни скорость впитывания во-ы в почвогрунт практически не изменяются. Это дает возможность, вы-ирая длину поливной борозда или продолжительность подач, орГанизо-ать полив по дискретной технологии таким образом,' чтобы избежать бросов воды за пределы орошаемого массива. Обеспечивая поливную орму на всей длине борозда, в случае .дискретного полива можно доиться более равномерного распределения влаги па длине и меньших по-ерь на глубинное промачивание почвогрунтоа, чем при непрерывном по-иве.

7. Разработана методика гидравлического расчета бороздкового олива по непрерывной .дискретной технологии, позволяющая определить ^определение воды, впитавшейся в почвогрунт по длине поливной бо-

103ДЫ. ■

Работу следует продолжить, используя предложенную в ней метода-у для исследования других выводов полива по .дискретной технологии :' ри циклическом отношении отличающемся от половины ;.постоянном циническом отношении и изменяющемся в процессе полива расходом воды, сдаваемом в борозду; при постоянном расходе -вода, но переменной во. ¡ремя полива подаче с постоянным или переменным циклическим отноше-шем и т.п. Цель, таких исследований должна состокть в поисках такой дискретной технологии полива, которая максимально возможно сберегает юду и обеспечивает минимум суммарных-экономических Затрат с учетом :апиталовложений на создание автоматизированной системы управления юливом и ее эксплуатацию. •' • is

wop выражает благодарность доц.,к.т.н. А.П.МИроненко за "помощь^.,', работе.