автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Инфильтрация воды в почво-грунты при дискретной технологии бороздкового полива

ЭГ6 ОА

') О • ! . -' ! ' 1 '"

На правах рукописи

БУДАНЦЕВ КИРИЛЛ ЛЬВОВИЧ

ИНФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ В ПОЧВО-ГРУНТЫ ПРИ ДИСКРЕТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ БОРОЗДКОВОГО ПОЛИВА

Специальность 05.23.16 - Гидравлика и инженерная гидрология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена на кафедре инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

профессор 10. Б. Полетаев

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В. И. Штыков

кандидат технических наук, доцент О. И. Зайцев

Ведущая организация: ИНВЕКО-ПРОЕКТ

Защита состоится п/гп 1997 г. в & часов на

заседании диссертационного совета К 063.38.22 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, СПб, Политехническая ул., 29, ПГК, ауц. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

Ю. Б. Полетаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Экологические проблемы являются одним из кардинальных вопросов современности. Наиболее острыми они выглядят в водном хозяйстве и других отраслях, связанных с во-допотреблением и водопользованием. На территории СНГ выявляются несколько районов с катастрофической ситуацией в сфере водопотребления. Один из них - бассейн Аральского моря. Нерациональное потребление воды из источников, питающих Арал, привело к резкому падению уровня воды в нем, обнажению огромных засоленных территорий бывшего дна моря, и, как следствие, к изменению климатических и гидрогеологических условий на значительной части Средней Азии.

Поверхностная технология полива, особенно полив по бороздам, является основным способом орошения в аридной зоне. Однако традиционные методики бороздкового полива имеют существенные недостатки, прежде всего в равномерности увлажнения почво-грунта по длине борозды. Одним из способов устранения этих недостатков является технология полива с дискретной подачей воды в борозду. По предварительным данным в результате реализации этой технологии происходит значительная экономия воды, что в условиях дефицита влаги является одной из самых важных проблем.

Несмотря на усиливающееся внимание к дискретной технологии полива, многие вопросы его расчета остаются нерешенными. Одним из них является определение инфильтрационных характеристик полива при различных режимах орошения и свойствах почво-грунтов. В данной работе представлены результаты лабораторных экспериментов, выраженные в обобщающих зависимостях инфильтрации, на основе которых проведен вычислительный эксперимент с целью сравнить исследуемые параметры при непрерывной и дискретной технологиях.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение характеристик инфильтрации в почво-грунтах при различных режимах водоподачи и разработка предварительных рекомендаций по применению дискретной технологии бороздкового полива. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- установить зависимости скорости впитывания и мощности промоченной зоны от типа почво-грунтов и режима дискретной подачи;

- построить математическую модель процесса инфильтрации воды в почво-грунты при дискретной подаче;

- произвести сравнительную оценку равномерности увлажнения почво-грунтов по длине борозды при непрерывной и дискретной подачах.

Методы исследования. Основные экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на кафедре инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды СПбГТУ на специально разработанной установке. В опытах использовались почво-грунты различного гранулометрического состава. Велись наблюдения за скоростью впитывания воды в модельные почво-грунты и движением фронта смачивания при различных режимах водоподачи. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением методов многофакторного регрессионого и корреляционного анализа. Кроме физического моделирования, проводилось и математическое на основе решения уравнения вертикального одномерного влагопереноса. Использование методов теории подобия и размерностей дало возможность обобщить полученные результаты и получить зависимости для определения основных параметров инфильтрации воды в почво-грунты при дискретной подаче. Применение приближенных методов гидравлического расчета движения воды в борозде и методов компьютерного моделирования позволило оценить продолжительность добегания фронта струи до конца борозды и распределение воды в почво-грунте по длине борозды при различных режимах водоподачи.

Научная новизна

- установлены основные причины изменения параметров инфильтрации в тяжелых почво-грунтах при дискретной подаче воды по сравнению с непрерывной;

- получены зависимости параметров инфильтрации воды в различные почво-грунты от режим водоподачи, на основе которых разработаны критериальные уравнения и статистические модели инфильтрации воды для условий дискретной и постоянной подач;

- составлен численный алгоритм и проведена оценка распределения воды в почво-грунте по длине поливной борозды при непрерывной и дискретной подаче на момент достижения фронта струи конца борозды;

- определены ориентировочные границы применимости дискретной технологии.

Достоверность результатов. Содержащиеся в диссертации выводы обоснованы использованием при проведении экспериментов стандартной метрологической аппаратуры и вычислением ошибок измерений, при выполнении расчетов на ЭВМ - применением методов математического планирования экспериментов и множественного регрессионного анализа.

Практическая ценность. Полученные модели и численные алгоритмы позволяют определять параметры инфильтрации воды при различных режимах дискретной технологии полив по бороздам и могут быть включены отдельным блоком в расчетные схемы полива. Представленные в работе зависимости могут лечь в основу оптимизации дискретного полива.

Апробация работы. Основные положения и промежуточные результаты исследований представлены в отчетах кафедры инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды СПбГТУ по хоздоговорной теме «Разработка элементов водосбе-регающей дискретной технологии поверхностного полива из самонапорной (самотечной) оросительной сети» за 1989-90 гг., в которой автор был ответственным исполнителем, а также докладывались на научных семинарах кафедры инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среды. По теме диссертации опубликовано 4 работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 126 машинописных страниц, в том числе рисунков 38, таблиц - 22. Список использованной литературы включает 98 наименований, из них 41 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обосновывается актуальность работы, цель и задачи исследований. Показана научная новизна диссертации и приведены основные научные положения работы, которые выносятся на защиту.

В первой главе описано современное состояние изучения инфильтрации воды в почво-грунты, даны определения основных терминов. Анализ литературных источников показал наличие трех основных подходов к решению вопросов инфильтрации: эмпирический (Аверьянов С.Ф., Костяков А.Н., Будаговский A.A., Морозов А.Т., Грин У.Г., Ампт Д.Э. и др.), аналитический на основе неравновесной термодинамики (Нерпин C.B., Глобус A.A., Суд-ницын И.И. и др.) и полуэмпирический, базирующийся на различных решениях уравнения влагопереноса (Полубаринова-Кочи-на П.Я., Филип И.К., Рубин Дж., Кузнецов М.Я. и др.). В приложении к условиям влагопереноса при бороздковом поливе данные подходы реализуются в различных видах математических моделей (Неусыпина Т.А., Таганов Ч.К., Тарасов Л.И. и т.д.).

Большой вклад в исследование дискретной технологии полива внесли как отечественные ученые, такие как Шумаков Б.Б., Терпигорев A.A., Юсупов Г.Ю., Хамраев Н.Р., Разумовский A.A., так и зарубежные авторы (Bishop A.A., Wallender W.W., Ellis J.R. и др.). Однако, несмотря на большое внимание к дискретной технологии и, в частности, к инфильтрационной составляющей потока воды в борозде (Богданов O.K., Денисов И.Ю., Нешатаева A.B., Blair A.W., Redell D.L., Zur В., Samani Z.A. и др.), влияние параметров режима водоподачи и почво-грунта на характер процессов инфильтрации при дискретном поливе остаются плохо изученными. До сих пор не разработаны расчетные рекомендации на базе инфильтрационных данных для проектирования дискретного полива, не создана основа для проведения оптимизации режима полива по критериям количества впитывающейся воды по длине борозды и мощности промоченной зоны. Предлагаемая работа является попыткой устранения этих недостатков.

Вторая глава посвящена материалам и методам исследований. В лабораторных исследованиях использовалось несколько типов почво-грунтов: тяжелосуглинистый пылеватый почво-грунт Ташкентской области Узбекистана (далее он обозначается «ташкент»), средний и легкий суглинки, получившие обозначения «средний» и «легкий». Эффективный диаметр частиц почво-грунта изменялся от 0.0042 до 0.01 мм. В табл. 1 представлены физические и гидрофизические параметры используемых почво-грунтов.

Таблица 1

Гидрофизические свойства исследуемых почво-грунтов, в % по объему

Почво-грунт МГ ВЗ ММВ HB ПВ см/час

«ташкент» 4.3 8.6 9.3 39.2 49.8 0.62

«средний» 3.2 6.4 6.0 33.9 38.6 6.46

«легкий» 2.8 5.6 4.9 24.6 32.6 24.20

Физическое моделирование инфильтрации воды в почво-грунт при дискретной водоподаче проводилось на созданной автором лабораторной установке. Она представляла собой грунтовую колонку цилиндрической формы, оборудованную водо- и воздухо-отводящими отверстиями и тастером для измерения уровня воды над почво-грунтом. Планирование эксперимента проводилось с привлечением трехфакторного несимметричного плана типа 2x3x3 при указании условий применения в данной работе активного и пассивного экспериментов. В активном эксперименте действующими факторами выступали эффективный диаметр частиц почво-

грунта (с!е), продолжительность подачи (1п) и продолжительность паузы Опауз). При проведении пассивного эксперимента к указанным факторам прибавлялись номер подачи (Ы) и циклическое отношение, выражающее отношение продолжительности подачи к длительности цикла (ЦО). Откликами в лабораторных экспериментах выступали установившаяся скорость впитывания (Ку), время достижения скоростью впитывания своего установившегося значения (1у), скорость впитывания воды (V), обьем впитавшейся воды (\У), мощность промоченной зоны (г), дефицит влажности лочво-грунта (р), удельная поверхность почво-грунта (Б). Приведенные характеристики являлись откликами как для дискретного, так и постоянного полива (кроме V). Далее при рассмотрении дискретной водоподачи к обозначениям откликов будет добавляться значок «'».

В лабораторных экспериментах исследовались следующие режимы водоподачи: 10 минут подачи: 30 минут паузы (10:30), 10:60, 30:30, 30:60, 60:30, 60:60.

В третьей главе представлены результаты лабораторных опытов по исследованию инфильтрации при непрерывной и дискретной подачах.

Дискретность водоподачи вызывает прерывистый характер впитывания воды в почво-грунты. В фазу паузы происходит сте-кание воды в борозде, впитывание оставшейся после прекращения подачи воды и перераспределение влаги в почво-грунте после освобождения поверхности борозды от воды.

При дискретной подаче характерными являются «скачки» скорости впитывания в первые моменты подачи по сравнению с концом предыдущей и снижение установившейся скорости впитывания при дискретной подаче по отношению к постоянной (рис. 1-2). В почво-грунте «ташкент» величины скачка в основном зависят от продолжительности подачи и номера цикла (И); в почво-грунте «легкий» - от номера цикла.

Величина уртановившейся скорости впитывания при дискретной подаче Ку уменьшается по сравнению со скоростью впитывания при непрерывной подаче Ку. В совокупности в наблюдаемыми «скачками» скорости впитывания это приводит к различию объемов впитавшейся воды при дискретной и непрерывной подачах. При дискретной технологии полива объемы впитывания в почво-грунт «ташкент» сокращаются, а в почво-грунтах «средний» и «легкий» увеличиваются по сравнению с непрерывной подачей.

Для исследования процесса впитывания при увеличении продолжительности подачи за счет фазы паузы были поставлены методические опыты с почво-грунтом «ташкент» для режима 40:20 и 50:10. Эти опыты показали, что при сокращении продол-

жительности паузы установившаяся скорость впитывания при дискретной подаче приближается к аналогичной скорости при постоянной подаче.

V,

Ч-.....- Ьк;--г^

0.5

V, си/чк

г г.з 4, час

1.5 г, ни

Рис. 1. Кривая впитывания для почво грунта «ташкент» при режиме 30:30

__дискретная подача

- - - непрерывная подача

Рис. 2. Кривая впитывания для почво грунта «легкий» при режиме 30:30

_дискретная подача

---непрерывная подача

V, СХ./Ч1С

1

к

о.г о.« о.б о,8

1 * 1

м и

11 ! \ 1 \ 1 V \ 1

Л \ \ \

0.5

чв

«С

Рис. 3. Опытные и расчетные кривые впитывания: А - кварцевый песок при режиме 10:20 (Нешатаева, 1988); Б - почво-грунт «ташкент» при режиме 30:30

_опытные данные

- - - расчет по формуле 6

_•_•_ расчет по формуле Сойфера-Пашковского

В четвертой главе рассматриваются причины изменения свойств почво-грунта при дискретной подаче и представляются результаты математического моделирования инфильтрации воды.

Изменение характеристик впитывания при дискретной подаче объясняется попаданием в почво-грунт воздуха во время пау-

зы и защемлением его в порах в начале последующего цикла, а также перестройкой поровой структуры почво-грунта. В легких почво-грунтах наблюдается в основном первое из этих явлений, в тяжелых - второе. Попеременное увлажнение и аэрация тяжелых почво-грунтов сопровождается размоканием и частичным разрушением микроагрегатов, набуханием твердой фазы, уменьшением размеров пор и ростом удельной поверхности почво-грунта, изменением всех его почвенно-гидрофизических констант.

Математическое моделирование базировалось на решении одномерного уравнения влагопереноса. При этом необходимым условием является наличие основной гидрофизической характеристики почв ОГХ (зависимость потенциала почвенной влаги от влажности почво-грунта) и функции влагопроводности ФВ (связь коэффициента влагопроводности с влажностью). Специальных исследований для определения этих функций в настоящей работе не проводилось. Поэтому для их определения использовался метод Воронина, основанный на нахождении ключевых точек графическим способом по известным значениям почвенно-гидрофизических констант. Полученные графики аппроксимировались формулами Ван-Генухтена.

Основная гидрофизическая характеристика почв, позволяющая рассчитать распределение пор по размерам, указывает на увеличение доли пор меньших радиусов при дискретной подаче по сравнению с непрерывной.

Решение уравнения влагопроводности проводилось методом конечных разностей с использованием шеститочечных неявных схем квазилинейного уравнения.

Полученные эпюры влажности почво-грунта в различные моменты опытов с дискретной подачей позволили выявить следующее:

- в фазу паузы происходит перемещение накопленной при подаче влаги в нижележащие слои почво-грунта; влажность зоны насыщения и зоны транзита уменьшается, а переходная зона увеличивается;

- в фазу последующей подачи впитывающаяся вода заполняет освободившиеся поры во всех зонах увлажнения и после этого формирует фронт смачивания;

- по мере облегчения гранулометрического состава в фазу паузы влажность зон насыщения и транзита приближается к НВ.

Для исследования влияния начальной влажности почво-грунта на характер инфильтрации при дискретной подаче были проведены расчеты инфильтрации при различных начальных влажностях. Отмечено падение скорости впитывания, увеличение скорости движения фронта смачивания и расширение переходной

зоны по мере увеличения начальной влажности почво-грунта. Принципиальных изменений скорости впитывания в последующие такты подачи не выявлено.

Питая глава посвящена обобщению результатов физического моделирования и получению статистических зависимостей процесса инфильтрации при различных режимах подачи. Для решения этих задач необходимо построить функциональные связи параметров инфиль трации с определяющими их факторами.

Основываясь на имеющейся информации, можно сказать, что скорость впитывания является функцией следующих физических величин: установившейся скорости впитывания; эффективного диаметра частиц почво-грунт; ускорен™ силы тяжести кинематической вязкости, (о) и плотности (р) воды; дефицита влажности почво-грунта; текущего времени процесса (0. Таким образом, можно записать:

Г(У; Ку; ёе; и; р; ц; I) = 0 (1)

Выполнив необходимые в теории подобия и размерности преобразования, можно найти безразмерные тс-числа и подставив их в зависимость (1) записать:

ПМ; [Ку]; Сг; ц; М) = 0, (2)

где [Ку] = Ку/(и х g)m, [V] = У/(о х §)1/3, И = I х ё2/3/иш, Сг = (с!е х g /и ) - число Галилея.

При бороздковом поливе дефицит влаги перед поливом является величиной постоянной (кроме влагозарядкового полива), что позволяет нам исключить ц из (2). Кроме того, безразмерный параметр [Ку] включает в себя влияние крупности частиц почво-грунта на процесс впитывания. В результате получаем следующую зависимость:

[V] = Г([Ку]; [ф . (3)

Была получена следующая статистическая модель изменения скорости впитывания воды в почво-грунт при непрерывной подаче:

[V] = [Ку] + ехр(-3.89) х [Ку]""0'38 х М"1"85 (4) При дискретной подаче в функциональную зависимость (1) необходимо добавить продолжительность подачи, циклическое отношение и номер подачи (И):

Р(У'; Ку; ёе; ё; и; р; ц; I; 1п; ЦО; >0 = 0 (5) Полученные результаты исследования дефицита влаги позволили утверждать, что ц является функцией 1п, ЦО и N. Исключая величину дефицита влажности из (5), мы получаем возможность построить модель впитывания воды в почво-грунт при дискретной подаче. Эта модель имеет вид:

[V'] - [Ку] = ехр(1.26) X [К'у]0-22 X И"1-27 X [1п]а3] х ЦО036 х РГ1'04 О < I < 1:п. (6)

На рис. 3 представлены результаты сравнения формулы (6) и зависимости Сойфера-Пашковского для описания скорости впитывания при дискретном поливе для почво-грунта «ташкент» при режиме 30:30 и для кварцевого песка при режиме 10:20 (данные Не-шатаевой, 1988). Как видно, если формула Сойфера-Пашковского дает завышенные значения У и кривые впитывания в различных тактах почти не изменяются, то зависимость (6) удовлетворительно описывает кривые впитывания как в первом, так и во втором случае.

Для приведения мощности промоченной зоны к безразмерному виду воспользуемся мощностью корнеобитаемой зоны (г^). Для хлопчатника она составляет 2 м. Тогда можно записать: (г'-гУч, = Г([К',]; [У; ЦО), (7)

где г' - мощность промоченной зоны при дискретной подаче.

Полученные результаты позволяют предложить следующую статистическую форму:

(¿-г)/гк = ехр(1.14) х [Ку]0'58 х [1]0 23 х [111]0 66 х № 01 х ЦО0Л (8) Предлагаемые зависимости соответствуют как условиям непрерывной, так и дискретной подачи. При использовании этих зависимостей требуется минимальный объем начальных данных.

В шестой главе приводятся методика и результаты оценки распределения воды в почво-грунте по длине поливной борозды. Решение поставленной задачи основывается на рассмотрении и численной реализации балансового уравнения бороздкового полив:

0 х А1 = Ш6 + Д\УВП (9)

где А1 - расчетный промежуток времени; AWб - приращение объема воды в борозде; А'^УВП - приращение объема впитавшейся воды. При решении этой задачи были приняты следующие допущения:

1. Поперечное сечение борозды является треугольным с коэффициентом заложения откосов м = 1. При этом площадь живого сечения <в = Ь2, смоченный периметр % = 2хт[2хЪш гидравлический радиус К = со/х = Ь/(2 х ^2). Подставляя эти геометрические характеристики сечения в формулу Шези, можно определить глубину Ь0, отвечающую равномерному установившемуся движению воды в борозде.

2. Коэффициент шероховатости п не изменяется во времени.

3. Кривая свободной поверхности воды в борозде представляет собой эллипс с полуосями Ь0 и 1доб. Такая форма свободной поверхности принималась, как наиболее отвечающая природе движения воды в борозде.

Каноническое уравнение эллипса имеет вид: (М10)2 + (Мд0б) = 1 (Ю)

и позволяет находить глубину в любом сечении борозды на расстоянии 1 от ее головы:

Ь=Ь0Х^(1/1дод)2 (11)

следовательно, и площадь живого сечения и смоченный периметр, а также объем воды в борозде \Уб:

ЛУб = Тсо х <11 =Ть02 х [1-(1/1доб)2] х (Ц = 2 х Ь02 х 1доб/3 (12)

о о

Для нахождения объема впитавшейся воды считаем, что вода движется отдельными скачками, мгновенно перемещаясь за время & на длину А1. При этом совершенно очевидно, что мы увеличиваем объем впитавшейся воды по сравнению с плавным перемещением потока как на отрезке Д1, так и на вышерасположенных участках (за счет увеличения 11 и %)• Чтобы компенсировать соответствующую ошибку, а также для упрощения расчетов, принимаем, что площадь впитывания на всех участках Д1 может быть определена по среднеарифметической из глубин на границах участков.

Выражение для объема воды, впитавшейся через смоченный периметр борозды на длине 1п может быть записано в следующем виде:

(л) 1=а (л-н-1)хД1

Д\УВП = Лк X ЕОНм) х \ V Л х[ д/1-(1м /1п )2 + )2]

о-п ¡=1 (д-1) * М (13)

При дискретной технологии подачи воды в борозду появляются два момента, усложняющих расчет. Главный из них заключается в том, что в фазу паузы продолжается движение воды, оставшейся в борозде - наблюдается так называемый этап стекания. На этой фазе полива предлагается принять допущение о том, что в момент прекращения подачи воды ось эллипса свободной поверхности мгновенно изменяет свое положение и становится горизонтальной.

Введем понятие условной глубины стекания 11ст, которая связана с глубиной наполнения Ь простейшей зависимостью:

Ьст = Ь +- (1доб - 1) х { (14)

Глубина воды в голове борозды в начальный момент стекания находится из равенства объемов воды в борозде в конце цикла подачи и начале паузы:

Т{Ъо х (1-(1/1Доб))2<11 = Т(Ь%х х (1 -(У1доб))2с11 - Гц х (1ДОб-1))2с11 (15)

Решая (15) для условной (11°ст) и истинной (1ю') глубины воды в головном створе, получаем:

В последующие периоды паузы ось эллипса опускается до пересечения с точкой на оси борозды, удаленной от головного створа на 1доб + А1. Величина Д1 определяется скоростью движения фронта струи при стекании в фазу паузу. Найти последнюю путем прямых расчетов или подбора с помощью итерации невозможно. Поэтому для решения этой задачи проводилась интерполяция зависимостей дальности пробега фронта струи от продолжительности подачи, полученных в фазу подачи, с помощью уравнения квадратичной регрессии.

В численном эксперименте использовались почво-грунты с Ку равным 1 и 5 см/час при уклонах борозды 0.001 и 0.008. Поперечный профиль борозд - треугольный с шириной междурядий 0.8 м. При дискретном варианте водоподачи использовались режимы 10:30, 10:60, 30:30, 30:60, 60:30, 60:60.

Анализ результатов расчетов позволяет заключить следующее:

- во многих опытах с дискретной подачей в тяжелые почво-грунты продолжительность подачи, необходимая для достижения фронта струи конца борозды, меньше аналогичного показателя для непрерывной технологии; наибольшая разница достигается в режимах с продолжительностью подачи 30 мин;

- с ростом продолжительности паузы скорость движения фронта струи замедляется из-за возрастающих потерь воды на впитывание;

- движение фронта струи в опытах с легкими почво-грунтами отличается большими потерями воды на впитывание. Поэтому при дискретной водоподаче фронт струи достигает конца борозды позже, чем при непрерывной.

Таблица 2 представляет данные по водному балансу поданной воды во время полива. Здесь приводятся следующие показатели: У/0 - объем поданной за время опыта воды; \УВП - объем воды, впитавшейся по длине борозды; \V6op - объем воды, накопленный в борозде на конец опыта (на момент достижения фронта струи конца борозды); г0 - Шубина промачивания в головном створе; К2 -коэффициент неравномерности увлажнения почво-грунта по длине борозды; Е - изменение объемов поданной воды при дискретной и непрерывной подачах. Коэффициент равномерности увлажнения определялся по формуле:

(17)

(16)

Кг = (г0 - г)/гк

(18)

где г - средняя глубина промачивания, рассчитываемая по одиннадцати створам.

Данные таблицы 2 показывают, что дискретный полив эффективен только на тяжелых почво-грунтах, и, например, при режиме 30:30 коэффициент неравномерности увлажнения уменьшается примерно в 1.5 раза, а объем водоподачи в момент добега-ния воды до конца борозды сокращается на 17-30% по сравнению с непрерывным поливом.

Таблица 2

Распределение воды в борозде при различных режимах водоподачи

Режим подачи "^бор, Л го, см к* Е, %

Ку = 1 см/час; (20 = 0.4 л/с; 1 = 0.001

Непрер. 4368 3535 833 15.3 0.034

30:30 3600 3322 278 11.4 0.021 17.5

30:60 3600 3353 247 12.8 0.024 17.5

60:30 4128 3295 833 14.4 0.024 5.5

К„ = 1 см/час; 0о = 0. 2 л/с; 1 = 0.008

Непрер. 1488 1345 143 12.8 0.030

30:30 990 847 143 10.7 0.021 33.5

30:60 1062 919 143 11.9 0.025 28.6

60:30 1440 1356 84 12.0 0.028 3.2

Ку = 5 см/час; <30 = 0. 5 л/с; 1 = 0.001

Непрер. 5580 4764 816 93.5 0.145

30:30 6300 6179 121 136.5 0.204 -12.9

30:60 10800 10656 144 110.7 0.199 -93.5

Ку = 5 см/час; <30 = 0. 3 л/с; 1 = 0.008

Непрер. 972 804 168 52.0 0.101

30:30 1017 849 168 56.7 0.108 -4.6

30:60 1080 939 141 68.1 0.136 -11.1

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные исследования позволили прийти к следующим выводам:

1. Одним из основных факторов, определяющих особенности инфильтрации воды в тяжелые почво-грунты при дискретной подаче, является изменение структуры порового пространства почво-грунта.

2. Эффективность дискретной подачи, определяемая скоростью добегания фронта струи до конца борозды, зависит как от режима водоподачи, так и от типа почво-грунта. На тяжелых почво-грунтах с установившейся скоростью впитывания менее 2 см/час фронт струи быстрее достигает конца борозды при дискретной подаче, чем при непрерывной. Наиболее эффективным является режим с продолжительностью подачи 30 мин. При использовании дискретной технологии на легких почво-грунтах наблюдаются большие потери воды на впитывание и «глубинную фильтрацию» по сравнению с непрерывной.

3. Применение дискретной подачи воды при бороздковом поливе рекомендуется проводить на почво-грунтах с установившейся скоростью впитывания менее 2 см/час. На тяжелых почво-грунтах экономия воды при дискретной подаче на этапе добегания фронта струи до конца борозды достигает 17-30%, что составляет 50-90 м /га.

Результаты настоящей работы могут лечь в основу следующего этап разработки дискретной технологии полива по бороздам: создание расчетной схемы выбора режима водоподачи с минимальными затратами поливной воды и наибольшей равномерностью увлажнения почво-грунта по длине борозды.

Публикации по теме диссертации:

1. К вопросу о впитывании воды при дискретной водопо-даче // Тез. докл. конф. молодых ученых. Харьков, 1990. С. 56.

2. Инфильтрация воды в почву при прерывистой водопо-даче // Тез. Росс, н.-техн. конф. «Инновационные наукоемкие технологии для России», 25-27 пр. 1995 г., ч. 1. СПб, 1995. С. 40.

3. Впитывание воды в почво-грунты при дискретной технологии бороздкового полива // Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов. Вологда,

1996. С. 43-48.

4. Впитывание воды в почвогрунт при дискретной подаче // Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения. Тез. докл. и мат. конф., вып. 3, апрель

1997. Красноярск, 1997. С. 67-70.