автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Определение гидравлических параметров потока и русла при дискретной подаче воды в борозды

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕ2ШКА ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени М.И.КАЛИНИНА

На правах рукописи

ШАРАПОВ Николай Михайлович ,

УДК 626.842.3-1

ОПРВДЕЛЕПИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА И РУСЛА ПРИ ДИСКРЕТНОЙ ПОДАЧЕ ВОДЫ В БОРОЗДЫ

Специальность 05.23.16 - гидравлика и инженерная гидрология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1Р83

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина политехнически институте имени М.И.Калинина.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор К.А.Михалев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Д.В.Штеренлихт;

кандидат технических наук, доцент В.В.Немчинов.

Ведущая организация: институт "Ленгипроводхоз".

часов на за-

седании специализированного совета К 063.38.22 в Ленинградском ордена Ленина политехническом институте имени К.И.Калинина по адресу I9525I, Ленинград, Политехническая ул., 29, гидрокорпус, ауд. 208.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотек! института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Б.А.Дергачев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ П1ДРЛВЛИЧЕСШ ПАРАМЕТРОВ ПОТОМ И РУСЛА ПРИ ДИСКРЕТНОЙ ПОДАЧЕ ВОДЫ В БОРОЗДЫ

Актуальность тети. Интенсификация сельскохозяйственного производства, развитие орошаемого земледелия требуют поиска решений по экономному расходованию воды на ороиение, широкому внедрения новых прогрессивных способов полива, к которым относится полив по бороздам дискретной подачей воды. Эксперименты показываит, что в случае дискретного полива по бороздам можно добиться экономного расходования оросительной воды, увеличения производительности труда, более равномерного распределения увлажнения по площади оропаег-'ого участка.

Существенной особенностью дискретного полива по бороздам является то, что фронт волны достигает конца борозды после подачи в нее расхода воды несколькими следующими друг за другом циклами, состоящими из чередующихся подач и пауз. Движение фронта волны происходит по руслу с изменяющим»ся сопротивлением, формой поперечного сечения, скоростью впитывания воды в грунт. Существующие методики гидравлического расчета полива дискретной подачей воды не учитывают всех этих особенностей.

Менее Есего изучены вопросы распространения воды по борозде при второй и последующих подачах, а также движение вода в русло в паузу. Изложенное выше свидетельствует о необходимости проведения комплекса исследований, связанных с движением потока воды в деформирующемся русле при дискретной подаче воды в борозды.

Диссертационная работа продолжает ряд исследований, проводимых на кафедре "Инженерных мелиорация, гидрологии и охраны окружающей среды" Л1М им. И.И.Калинина по вопросам разработки и обоснования дискретного полива по бороздам в рамках проблемы ГКНТ СССР 0.Ц.034 "ПоЕьиение эффективности мелиорируеювс земель и использования водных ресурсов в мелиорации".

Целью работы является обоснование методики гидравлического расчета процесса распространения воды по поливной борозде при дискретной подаче воды.

В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи исследований:

- выполнить теоретическое изучение закономерностей процосса распространения воды по борозде при непрерывной и дискретной подачах;

- провести экспериментальные исследования процесса распространения воды по борозде в зависимости от определяющих параметров, а также найти основные гидравлические элементы потока и русла: гидравлический радиус, коэффициент гидравлического трения, скорость течения и скорость фронта волны;

- разработать математическую модель явления .распространения воды по борозде, дать предварительные рекомендации по гидравлическому расчету этого метода полива.

Методика исследований. Основные экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на специально разработанной установке. Полученные данные были проверены в производственных условиях в Хорезмской области. В обеих сериях делались измерения распространения фронта волны по борозде, глубины наполнения борозд водой, микронивелировка русла в поперечном и продольном направлениях. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением методов математической статистики. Теоретические исследования позволили обобщить результаты и получить зависимости для определения гидравлических параметров при дискретном поливе по бороздам.

Научная новизна. Предложена методика гидравлического расчета дискретного полива по бороздам, позволяющая.определить его элементы при различных .исходных данных. Получены критериальные-уравнения, характеризующие движение воды в поливной борозде прй двух способах полива: с непрерывной и дискретной подачей воды, проведены экспериментальные исследования этих способов полива. На основании методов регрессионного анализа получены эмпирические зависимости для определения гидравлического радиуса, коэффициента гидравлического трения, средней скорости движения тела волны и фронта волны.

Практическая ценность работы.'Выполненные исследования дают возможность производить гидравлический расчет орошения по бороздам при дискретном способе полива. Составленная программа для ЭВМ позволяет анализировать процесс распространения волны по борозде при различных исходных данных. Доказано, что при правильно подобранных элементах полива появляется возможность сокращения времени добегания волны до конца проектной длины борозды при дискретной подаче по српЕнению с непрерывной; это обеспечивает более равномерное увлажнение поливного участ..а по его площади.

Реглизация работы. Предварительные результаты работы будут ис-польэоЕ.ни при проектировании объектов орошения в Омской области

Киргизской ССР.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Республиканском совещании "Комплексное развитие производительных сил и охрана водных ресурсов в При-бальхашье: (Алма-Ата, 1988), объединенном научном семинаре кафедр гидравлического профиля ГТО ЛПИ им. М.И.Калинина в 1989 году, на постоянно действующих семинарах кафедры "Инженерных мелиораций, гидрологии и охраны окружающей среди" ЛГМ им. М.И.Калинина в 19861989 годах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 103 страницы капинописного текста, 48 рисунков, 16 таблиц, список используемой литературы из 123 наименований и приложения на 20 страницах (всего 188 страниц).

При работе над диссертацией автор пользовался научными консультациями кандидата технических наук, доцента А.П.Мироненко.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР1АШЕ РАБОТЫ

Во введении приводится анализ современного состояния существующих методов расчетов и проектирования полива по бороздил. Отмечены преимущества способа полива по бороздам с дискретной подачей воды по сравнению с непрерывным, который позволяет экономно расходовать поливную воду, более равномерно распределять увлажнение по площади поливного участка и повивать производительность труда. Сформулированы цели и основные задачи работы.

В первой главе дается обзор современного состояния вопроса по изучению процесса распространения фронта волны при непрерывной и дискретной подаче воды в борозды. Рассматриваются основные методы гидравлического расчета полива по бороздам.

Движение воды по борозде представляет собой особый вид неустановившегося движения, так называемую "волну посуху", распространяющуюся в деформируемом русле.

В современной литературе полив с непрерывной подачей годы в борозды, который пркменлется и совершенствуется в течение многих веков, достаточно подробно изучен. Этому гиду полива посвященыработа многих соеостких ученых: А.Н.Костикова, А.П.Аверьянова, С.М.Кривовя-

за, А.Н.Ляпина, Н.Т.Лактаева, К.А.ЖаровоД, В.Г.Дементьеьа и др. Ими получены зависимости, дающие возможность определять дальность распространения фронта волны за врем подачи, подобрать гидравлические элементы потока и русла при непрерывном поливе по борозда:.'..

Следует отметить, что при дискретной подаче воды движение фронта волны по руслу борозды качественно отличается от движения при непрерывной подаче. Фронт волны достигает конца борозды по с:, с выдачи ряда чередующихся подач воды и пауз. Движение каждой последующей волны при дискретном поливе происходит по руслу с изменяющимися ха_ рактеристиками: сопротивлением русла борозды, формой его поперечного сечения, скоростью впитывания вода в грунт. Зависимости, полученные для традиционного непрерывного полива, могут быть применены при дискретной подаче лишь для первой еолны, для последующих волн они не пригодны.

На основании имеющихся литературных данных по дискретному поливу по бороздам, опубликованных Н.Л.Аленом, А.А.Бишопом, М.П.Пензи-ным, А.А.Разумовским, А.А.Терпигорьевым, А.Абдулаевым, Т.А.Неусыпи-ной, И.С.Вырлевым, Н.Р.Хамраевым и др. можно констатировать, что в предлагаемых методиках расчета распространения воды по борозде не учтено все многообразие факторов, влияющих на рассматриваемый процесс. Менее всего изучены вопросы распространения волны при второй и последующих подачах, а таете движение фронта волны в паузу.

С гидравлической точки зрения полив по бороздам можно•представить как два взаимосвязанных процесса: распространения воды по руслу борозды и впитывания воды в грунт. Основной задачей искусственного орошения, в том числе и полива по бороздам, является подача на участок расчетного количества воды - поливной нормы, причем эта норма должна быть равномерно распределена по площади участка. В условиях полива по бороздам практически невозможно обеспечить равномерное увлажнение по всей площади орошаемого участка, так как продолжительность впитывания воды в грунт будет не одинаковой как по длине борозды, так и по ширине поля. Другими словами, чем быстрее фронт волны достигает расчетной длины борозды, тем будет более равномерное увлажнение и меньше непроизводительные потери воды. В данной работе, имея в виду полив по тупым бороздам, будем рассматривать только процесс добегания фронг. 1 волны до конца борозды. Именно на этом этапе полива, сокращая время добегания, можно добиться существенной экономии оросительной воды. Количество воды, соответствующее поливной

норке, должно сыть обеспечено на всей длине борозды в результате всего полива, когда вода впитывается по всей длине борозды.

Во второй главе сформулированы основные цели и задачи.исследований. Выбраны условия проведения экспериментов. Определен вид функциональных зависимостей для скорости фронта волны при непрерывной и дискретной подаче воды в борозды. Показано, что теоретическое ресе-ике о распространении фронта волны в деформирующемся русле при современно;.: состояния науки о неустановившемся движении пока получить не представляется возможным. Учитывая сложность и малоизученность рассматриваемого явления, было репено провести эксперименты в два этапа: вначале в лабораторных условиях, а затем - в натурных.

При пыводе критериальных уравнений для скорости движения фронта волны при дискретной подаче воды встает вопрос, что является характерной величиной для скорости течения воды в борозде и формы ее поперечного сечения. Результаты исследований, выполненные А.Н.Ляпшгым, С.М.Кривоьязом и др. для непрерывной подачи, показывают, что скорость движения воды в борозде остается на большей части ее практически постоянной, а в пределах начального участка борозды движение воды с некоторыми допущениями подчиняется равномерному режиму. Поэтому за основную характеристику потока была принята средняя скорость движения воды на этом участке, а б качестве характерного линейного 'размера - величина гидравлического радиуса русла в стабилизированном состоянии.

Длина начального участка была получена из уравнения сохранения расхода воды в предположении, что изменением скорости течения по его длине.можно пренебречь; эта длина может быть найдена из уравнения :

¿■■а- 3- ] (т)

Л»"/,

где и,? - средняя скорость течения воды; 14к = И* (1-в) ■ ~ высота капиллярного поднятия с учетом начальной еложности грунта; Не - то же, для абсолютно сухой почвы; & - коэффициент, рассчитываемый по формуле: 8 = (6е-&с)//(б,,,-6с) , где Оа - среднее значение объемной начальной влажности грунта; бэ - объемнее содержание связной веды;

0т - влажность грунта в насыщенном водой состоянии, равная пористости грунта; - дефицит елохности грунта: Я*6г*-8а ; -коэффициент фильтрации; Я - гидравлический радиус стабилизиров-чно-

5

го русла; 0,-Оп % - коэффициент, учитывающий уменьшение расхода воды ао вследствии впитывания воды в грунт.

Б качестве основной характеристики движения воды в борозде была принята' средняя скорость фронта волны. Определен вид функциональной зависимости для средней скорости фронта волны при непрерывной подаче:

Нхг-Ии'Уя) ■

где и<р - средняя скорость фронта волны; Ь - текущее время добега-ния фронта до заданного створа в борозде.

При дискретном поливе создается серия состояний подач воды и пауз, поэтому в функциональную зависимость (2) вводятся дополнительные безразмерные величины: N - порядковый номер подачи; ? = ЬпЪ : : ^пЗИпз) - циклическое отношение, где - время подачи, Ьщ -время паузы. Тогда для дискретной подачи критериальное уравнение имеет вид:

и7и.= г) «>

В работе рассматривался один из вариантов дискретного полива по бороздам, который сравнительно легко может, быть ревизован на практике, когда продолжительность подачи равна продолжительности паузы

-Ьпэ) ■ )• Функциональные зависимости (2) и (3) использовались для обработки экспериментальных исследований и получения физически обоснованной модели изучаемого процесса.

В третьей главе приведено описание экспериментальной установки и методики проведения опытов, определения водно-физических свойств грунта в борозде. Представлены результаты экспериментальных исследо-.ьаний. Дано описание и объяснение наблюдаемых в опытах явлений. Разработаны предварительные рекомендации по выбору параметров дискретного полива по бороздам.

Лабораторные исследования проводились на специально сконструированной экспериментальной установке, которая состоит из следующих основных частей: головного устройства с успокоительной решеткой; частично остекленного гидравлического лотка общей длиной 12 м, шири ной 0,5 и и высотой 0,55 м, заполненного пылеватым суглинком. Подача воды в поливную борозду осуществлялась с помощью трубчатого сифона и С;ига организована так, что во время проведения опытов можно бы 6

ло чередовать пуски поди г; паузы для осуществления дискретного полива. Заданный уклон дна борозди обеспечивался профилированием поверхности грунта при помощи специального механизма. Для г.жлронивели-ровки русла борозды было сделано устройство, состоящее >;з мерной иглы и столика-планки с линейкой.

Вдоль гидравлического лотка в трех стаорах (б голове, середине и конце контрольного участка) были установлены увязанные меэду собой мерные иглы.

Эксперименты при непрерывной подаче являлись постановочной серией опытов и проводились в следующей последовательности. После нарезки борозды в голосе, середине и конце ее брались пробы для определения исходно!5. Елг.т.ности грунта и плотности укладки. В контрольных створах производилась мккронивелировка русла. В экспериментах измерялись следующие величины: через определенные промежутки времени фиксировалось положение фронта волга, глубина наполнения борозды водой в контрольных 'стЕорах, скорость течения воды б борозде (использовалась микровертулка типа Х-6).

После прекращения подачи производилась тщательная микронивели-роска русла борозды. При этом определялась высота выступов шероховатости в ней и строилась гистограмма, характеризующая вероятность попадания высоты выступов абсолютной шероховатости А в заданный промежуток. Грунт кз лотка вынимался, просуиивался до исходной влажности и подготавливался для последующих опытов.

В опытах по исследованию дискретной подачи воды, кроме описанных вьгле измерений, производились следующие: фиксировалось положение фронта волны как во время подачи, так и в паузу; Бремя, б течение которого всякая последующая волна преодолевала участок борозды, пройденный за предыдущий цикл; в паузу производилась микронивелировка русла борозды.

Дискретная подача воды продолжалась до тех пор, пока фронт волны не достигал конца контрольного участка. Затем опыт прекращался и производились операции, описанные ике.

Для проверки результатов лабораторных экспериментов по дискретной подаче воды были организованы натурные опыты в колхозе им. Карла Каркса Хорезмской области на площади полипного уччетка 0,5 га с уклоном Было наследовано с многократно:1, повторностьп три расхода 4,74-Ю"4 м3/с, 8,13-Ю"4 >/3/с и 12.92-1С"4 г3/с, отвечающих максимЕльному, минимальному и промэжуточному наполнения борозд '')-

дой.

Анализ результатов экспериментов показал следующее. При, непрерывной подаче воды по мере продвижения фронта волны часть поданного объема воды впитывается в грунт, часть идет на наполнение борозды, причем величины этих составляющих с увеличением длины пробега волны возрастают. Поэтому скорость движения фронта волны при непрерывной подаче с течением времени уменьшается.

При дискретном поливе за время первой подачи характер движения воды аналогичен распространению фронта волны при непрерывной 'подаче. При этом за подачу волна распространяется на длину ' /лгх. , а после прекращения подачи ь паузу она еще продвинется вперед на длину

. Таким образом за подачу и паузу волна проходит путь: Luitabc + tn^t • Наблюдения показывают, что в борозде происходит деформация русла, откосы уполаяиваются, дно повышается, комья грунта размокают.

При втором цикле волна проходит во время подачи путь по смочен. ному руслу, длиной Ьцг , который прошла волна 'за время первого цикла, и далее дополнительно распространяется по сухому руслу на величину Д. 2 nii , в паузу она пройдет путь £ллг , так что к концу второго цикла фронт волны пройдет путь: 1ц,т. = Ьцх v ь£псд + Ins»

Сопротивление смоченного русла и скорость впитывания меньше, чем сухого. Это приводит к увеличению на первом участке скорости движения фронта волны.

За время третьей подачи фронт волны движется' по трем участкам: первому, длиной , где волна движется третий раз; второму, длиной - Ьцх , где волна движется второй раз и далее опять по сухому.

. На первом участке происходит дополнительное сглаживание потоком неровностей, так что каждая доследующая волна движется по участкам с различными характеристиками: сопротивлением русла борозды, формой его поперечного сечения, скоростью впитывания.

Опыты показывают, что в условиях проведенных экспериментов средняя скорость фронта волны Пер на протяжении первых пяти циклов непрерывно возрастает и затем, начиная с пятого цикла, практически не изменяется.

Обобщая получегчые результаты по изучению процесса распространения фронта волны для уклонов дна борозд изменяющихся от 0,001 до 0,005 и циклического отношения Ъ » 1/2, моано сделать следующий 6

вывод. полив по бороздам с дискретной подачей воды в борозду будет иметь преимущества по сравнению с непрерывным поливом, если продолжительность подачи в первом приближении будет выбрана из условия: Ь Г - Чп!) < гДе 1»<г - длина поливных борозд. При данном условии достигается экономия оросительной воды и более равномерное распределение увлажнения по длине борозд. Это объясняется тем, что "чистое" арс'мя (общее время полива за вычетом времени пауз), необходимое для добегания фронта волны -до конца поливного участка, при дискретной подаче будет меньше, чем при непрерывной.

Путь, пройденный ьолной по борозде за паузу, зависит от расхода, подаваемого в голову борозды; протяженности участка, пройденного волной за предыдущие циклы; продолжительности подачи; исходной влажности почьы; уклона дна поливной борозды.

Анализ экспериментальных данных о распространении волны по борозде за паузу позволил утверждать, что отношение пути , пройденного волной за] -ю паузу, к длине 1пЪ} , пройденному волной за подачу в одном и том же цикле, "для первых шести циклов независимо от номера цикла приблизительно составляет:

В четвертой главе произведена оценка ошибок измерений. Систематические ошибки используемых в опытах измерительных приборов не превышают пределов инженерной точности. Для повышения достоверности результатов опытов и снижения случайных погрешностей все эксперименты приводились в трехкратной повторности с последующей статистической обработкой.

По результатам микронивелировки русла борозда строились поперечники. Площадь поперечного сечения кГ определялась планиметром; смоченный периметр X - курвиметром. В результате статистической обработки получена зависимость для определения гидравлического радиуса:

-0,143 <Х|

И = 0.126-^5^- , .(5)

которая дает хорошее совпадение с экспериментальными данными.

Следующая задача заключалась в том, чтобы найти формулу для

расчета коэффициента гидравлического трения X . Учитывая, что числа

9

РйЛнольдса невелики и изменяются в пределах 400...4000

(где 1) - кинематическая вязкость воды), для расчета л орались формулы для переходкой области сопротивления. Как показали проведенные исследования, наиболее подходящей для определения коэффициента трения на начальном участке в русле, образующемся в борозде, является зависимость, в основу которой была положена формула А.П.Зегады. В критериальной форме эта зависимость имеет вид*.

где Аэ - высота выступов эквивалентной шероховатости, А - параметр (б формуле А.П.Зегжды постоянная).

В результате проведенного анализа было доказано, что в качестве величины Дэ может быть взята такая высота выступов Д непосредственно измеренной шероховатости, которой по суммарной кривой распределения плотности вероятностей соответствует примерно 50%, при этом величина А в исследованных грунтах приблизительно равна 2-3 мм.

Учитывая, что числа Зруда (F2 = R. ) для потока в борозде измелются в пределах от 0,09 до 0,60, а также принимая во внимание рекомендации (З.Граф, А.Д.Альтдуль), параметр А определялся как функция числа Сруда и уклона дна борозды.

В результате статистической обработки экспериментальных данных (принимая во внимание, что при равномерном режиме движения имеет место известная связь: Fz= ), получена зависимость для А

Ь ЕЗДе: ' ' ОД72 .

А = ?+ о.ая.-u -.-i- , (7)

С учетом (7) формулу (6) можно записать

\

Если ввести обозначение К = , то получается квадратное

уравнение, один из корней которого является решением поставленной | задачи:

К -

„

I / . р. „ \JT-U' i- Дз

VI ' оль-С"3

Для аппроксимации экспериментальных данных был подобран единый аналитический вид функции для скорости фронта волки

+ иМ-^^-У , (ю:

В результате статистической обработки экспериментальных данных получены численные значения параметров О- н & , входящих в зависимость (10), которые представлены в табл. I и могут быть определены следующим образом:

а= -25,5 + 33,81-Л/- З.С5-/У2- 2.83 Л'л/- 1,5б-Ю'2 Ц 5 ?

8 = -2,76 + 5,96-10'Л/* Ч9840-// + 4.85-10-г/Л^91-Н

Таблица I

Параметры эмпирической формулы

Номер подачи, N Коэффициенты

а ь

I 0,525 ■ -0,096

2 21,468 -0,467

3 6,226 -0,268

4 5,018 -0,207

5 2,516 -0,099

6 2,555 -0,099

Движение фронта волны за время первой подачи аналогично распространению его при непрерывной. Поэтому эмпирические коэффициенты в формуле для скорости фронта волны (10) при дискретном поливе за первую подачу и непрерывном совпадают.

В пятой главе приведены алгоритмы гидравлического расчета процесса распространения фронта волны по борозде при непрерывной и дискретной подачах воды в борозду.

Одним из основных во-просов является определение времени добега-ния фронта волны до любого произвольно выбранного створа, что позволяет рассчитать фактическое распределение увлажнения по длине борозд.

В задаче считаются заданными: расход воды, подаваемый в голове борозд 0 о ; уклон ее дна Со ; коэффициент водопроницаемости грунта; продолжительность додачи и паузы, а также выращиваемая культура.

Для организации дискретного метода полива по бороздам должна

быть разработана специальная автоматизированная систе/а. С целью облегчения условий работы этой системы будем принимать время подави равным паузе. Цель расчета - найти такую длину борозды L , при которой полив дискретной подачей будет более эффективным, чем непре-равной.

Предлагается следующий порядок расчета. Для стабилизированного русла по формуле (5) определяется гидравлический радиус Ft ; по зависимости (9), принимая А = 2x3 мм, рассчитывается коэффициент ги,1;-раглическог^ трения X ; по формуле Шези - средняя скорость потока квазиравномерного режима Uo 1

Производится сравнение U0 с допускаемой скоростью на размыв .грунта в борозде. , ,

Заменяя в зависимости (10) скорость фронта волны на 1 U-ф , после преобразований получаем следующую зависимость, принимая t- tiiS

г»

Cr,b = Uo4nva(ui+i36-^/V+) . in)

из которой определяем путь, пройденный волной за пятую подачу tnbv , а из (,$) - за паузу в пятом цикле tn:v . Следовательно, общая длина поливного участка будет равна:

L = £пзv + tnjv ,

Объем воды, который был подан'в голове борозд на момент добега-ния фронта волны до расчетной длины L при дискретной подаче, составляет

УЭиск = Qo' 5- t лЗ , (12)

Затем по зависимости

±_ = a. Lb-. \{ц{+1Ъб-и+Щс-) • (I3)

б которой параметры CL и 8 принимаются из табл. I для первой подачи, методом простой итерации определяем время добегания фронта волны до конца участка при непрерывной подаче. Объем воды, поданный в голове борозды при непрерывной подаче составляет

Vucnp = t • О-о . (14)

Экономия воды рассчитывается, как 12

э =

Умгпр ~ V? "У^-Ьиск.

иск

»

На основании описанного алгоритма разработана программа

позволяющая моделировать процесс распространения волны по борозде при дискретной подаче воды, рассчитывать необходимые элементы, сравнивать два вида полива - при непрерывной и дискретной подаче.

В качестве примера произведены расчеты при следующих условиях: Оо = 0,81-Ю-3 м°/с; и = 0,001; Ы = Ьпз » 1800 с. Результаты расчета показали:

Длина поливного участка Ь а 304 ы. Поданный объем воды при дискретной подаче составил Уъиск = 0,81-Ю-3-5-1800 = 7,29 м3.

Участок длиной Ь = 304 м волна при непрерывной подаче проходит за t = 12 657 с. Поданный объем воды соответственно составил: = 0,81'Ю-3-12657 = 10,24 м3.

Экономия оросительной воды, затрачиваемой на добегание фронта до конца поливной борозды, равна: (10,24-7,29)/7,29) • ЮСЙ ^ 40$.

Из полученных результатов видно, что при правильно подобранных элементах полива по бороздам при дискретной подаче можно существенно уменьшить непроизводительные потери воды на глубинную фильтрацию, увеличить равномерность увлажнения по длине борозд.

ВЫВОДИ И ПРВДШЕНШ '

Анализ существующих в настоящее время методов расчета широко применяемого полива по бороздам убеждает в необходимости более глубокого изучения одного из перспективных вариантов этого способа полива - с дискретной подачей воды в борозды.

Актуальность проведения данной работы определяется требованиями рационального использования водных ресурсов и повышения производительности труда при поливе. Работа посвящена изучению закономерности распространения поливной волны по борозде при чередующихся подачах воды и паузах. В основу исследований была положена задача о движении "волны посуху",- распространяющейся в деформирующемся русле, и допущение о существовании в начале борозды участка с практически равнокер!тьш дс.-пгегтием воды в случае почв тяжелого механического состава.

На основе теории подобия и размерностей выбран вид функциональных зависимостей для скорости движения фронта волны при непрерывкой и дискретной подаче воды в борозды от следующих факторов, времени добегакия фронта до конца поливной борозды; подачи; паузы; номера подачи; коэффициента гидравлического трения; гидравлического радиуса русла; средней скорости квазиравномерного режима движения.

Выполненные исследования позволили прийти к следующим выводам и предложениям.

1. Проведенный теоретический анализ движения воды в борозде для почв тязеелого механического состава показал: скорость движения воды в борозде остается на большей части ее практически постоянной, а в пределах начального участка борозды движение воды с некоторыми допущениями подчиняется равномерному режиму.

Эксперименты показали, что в данных условиях при непрерывной подаче воды такой участок возникает через некоторое время от начала полива, после того как в борозде полностью размокнут комья грунта и сформируется стабилизированное русло. При дискретной подаче такое русло образуется к пятому-шестому циклу.

2. В сформировавшемся русле размеры выступов практически не зависят от уклона дна борозды и подаваемого в нее расхода.

3. Гидравлический радиус сформировавшийся на начальном участке русла является функцией расхода воды, подаваемого в борозду, и уклона ее дна. Предложена зависимость (6) для определения гидравлического радиуса, которая отличается от существующих тем, что она находится в соответствии с принципами размерностей и не противоречит полученным опытным данным.

4. Скорость фронта поливной волны является функцией средней скорости квазиразномерного режима и гидравлического радиуса; кроме того, она зависит от времени добегания (в случае дискретного полива - от продолжительности подачи V! номера цикла). Для этих двух случаев предложены эмпирические формулы, позволяющие находить скорость фронта волны в зависимости от определяющих безразмерных параметров.

5. На основании анализа квазиравномерного режима движения в борозде получено, что наилучшее совпадение коэффициента гидравлического трения с опытными данными дает формула Зегжды для переходной области сопротивления. При этом величине эквивалентной кероховатости, гходящей в эту формулу и равной примерно 2-10-3 м, приблизительно

1-1

соответствует 50% по суммарной кривой распределения плотности вероятностей размеров выступов шерохова.тости, полученных путем непосредственных измерений.

6. При дискретном способе полива продолжительность паузы должна назначаться так, чтобы за паузу волна успевала полностью впитаться

в почву на возможно большей длине борозды. Продолжительность подачи (для условий выполненных исследований) следует брать такой, чтобы фронт волны успевал пройти проектную длину поливной борозды за пять-иесть циклов.

7. Доказано преимущество дискретного полива по сравнению с непрерывной подачей воды, которое имеет место, когда расчетная длина борозды равняется произведению максимальной скорости фронта на продолжительность подачи, с учетом длины, пройденной волной за паузу. Если принять длину борозды больше расчетной, то указанное преимущество исчезает, так как скорость фронта в паузу становится существенно меньше, чем при непрерывном поливе.

8. При выполнении условий, изложенных в пп. б и 7, преимущество дискретного полива по бороздам по сравнению с непрерывным заключается в меньшем времени, которое необходимо для добегания фронта волны до конца борозды и уменьшении скорости впитывания воды в почву. Следовательно, глубина прокачивания в начале борозды получается меньшей, а увлажнение грунта по длине - более равномерным, что приводит к более экономному расходованию воды на орошение (экономия при правильно подобранных параметрах полива может достигнуть 40% от количества воды, которое нудно подать в борозду для обеспечения добегания фронта до конца борозды).

9. Предложена методика гидравлического расчёта полива по бороздам, позволяющая сравнивать два метода полива: с непрерывно'* и дискретной подачей воды в борозду.

Целью дальнейших исследований является обобщение результатов различные исследований дискретного полива по бороздам. При этом основными гэопросами будут: определение оптимальных циклических отношений и инфильтрации воды в тяжелых грунтах.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

I. Кироненко Л.П., Шарапов Н.М. Дискретная подача воды в поливную борозду. - Деп. паучн. работы в В1ШТЭИ агропром. - Л., 1989, !" 135 ЕС-Ш. - 9 с.

Р.. [¿ироненко А.П., Шарапов Н.М. Установка для исследований па-

ffu-стрсо русла и поливкой волны при дискрэпгои бороздкой...: по/.и;л // Информационный листок. -Л.: Лен.ЦНТИ, 1968, № 223-89.

3. Мироненко А.П., Шарапов K.M. К вопросу о прерывистой подаче воды при поливе по бороздам.// Гидравлика русловых потоков: Сб. научн. трудов Калинин, политехи, ин-та. - Калинин, 1989. - С. 47-53.

Подписано к печати Ц.12.89. М-40130. Тираж 100 экз.

Заказ 636. Бесплатно

Отпечатано на ротапринте ЛШ им. И.И.Калинина. 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29.