Мелиорация земель

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проектирования при изучении дисциплины «Мелиорация земель» является ознакомление с литературой и методикой разработки режима орошения при поливе дождеванием в условиях четырехпольного севооборота.

Важнейшим звеном агропромышленного комплекса является мелиорация земель, призванная обеспечить устойчивость и динамичность развития сельскохозяйственного производства, снизить его зависимость от влияния стихийно изменяющихся погодных условий.

Мелиорация (от латинского слова ‹‹мелиорацио›› – улучшение)  – это система организационно-хозяйственных, технических, агротехнических и других мероприятий, направленных на коренное улучшение земель. Она повышает плодородие почвы, улучшает ее водный, воздушный, тепловой и солевой режимы,  регулирует микроклимат в приземном слое атмосферы, создает благоприятные условия для роста, развития растений и получения высоких урожаев, а также для лучшего использования сельскохозяйственных машин и механизмов. /4/  

От обычных агротехнических приемов (вспашка, боронование и т.п.), которые проводят ежегодно, мелиорация отличается прежде всего длительным и коренным воздействием на почву; основные мелиоративные мероприятия функционируют десятки лет.

Различают следующие виды мелиораций: сельскохозяйственные (обеспечивают повышение продуктивности сельскохозяйственных угодий и  их расширение за счет освоения болот, заболоченных земель, сухих степей и пустынь), лесные (улучшение условий для роста деревьев и использования лесов), санитарные (борьба с малярией, оздоровление территорий), зооомелиорация и др. Основой же всех видов мелиораций является гидротехническая, или гидромелиорация. Она направлена на регулирование водного режима почв с помощью орошения, обводнения и осушения. Поэтому различают осушительную, оросительную и обводнительную мелиорации.

Для подготовки земли к сельскохозяйственному использованию применяют культуртехнические мероприятия, которые включают очистку земель от кустарника, выравнивание поверхности земли. Культуртехнические мероприятия, как правило, сопутствуют осушительной мелиорации, но могут проводится и на землях нормального увлажнения. Осушение в сочетании с культуртехникой является основным средством мелкоконтурности угодий и создания крупных полей, удобных для механизации сельскохозяйственных  работ.

Вслед за осушением и культуртехникой проводят комплекс работ по окультуриванию почвы, включающий известкование кислых почв, улучшение их водно – физических свойств, внесение удобрений, вспашку и разделку пласта.

При орошении во избежании засоления почв устраивают дренаж, вносят в них для нейтрализации вредных солей специальные химические вещества –химмелиоранты (гипс, железный купорос и др.), проводят промывку водой, применяют электромелиорацию. Известкование, гипсование почв, промывку с использованием химмелиорантов называют химическими мелиорациями. 

При орошении и осушении земель в целях уменьшения отрицательного проявления волной и ветровой эрозии (смыв почвы водой и снос ее ветром) проводят посадку лесных полос по границам полей и вдоль каналов для гашения скорости ветра, устраивают пруды для задержания стекающих вод, укрепляют русла рек и каналов. Все эти мероприятия входят в состав агролесомелиорации.

В состав сельскохозяйственных мелиорации входят также строительство внутрихозяйственных и полевых дорог, необходимых для интенсивного использования мелиорированных земель, cооружение водохранилищ для регулирования речного стока.

Для предотвращения неблагоприятных воздействий мелиорации на природу применяют природоохранные мероприятия (водопои и переходы через каналы для диких животных,  сохранение отдельных лесных массивов и деревьев и т.п.).

Отсюда становится ясным, что сельскохозяйственные мелиорации комплексные. При проведении мелиораций следует учитывать интересы многих отраслей экономики: сельского, лесного и рыбного хозяйств, речного флота и энергетики, коммунального хозяйства, здравоохранения и т.д.

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОЖДЕВАНИЯ

В зависимости от характера введения воды в почву разделяют пять способов полива: поверхностное, дождевание, внутрипочвенное, капельное, аэрозольное. 

Дождевание – способ полива, при котором оросительная вода под напором выбрасывается дождевальным аппаратом в воздух, дробится на капли и падает на растения и почву в виде дождя. Орошение сельскохозяйственных культур проводят различными дождевальными установками, агрегатами и машинами. 

Дождевальные установки – устройства, состоящие из легких разборных переносных трубопроводов и дождевальных насадок. Например, дождевальные установки «Радуга», «Сигма».

Дождевальными машинами называют дождевальные установки, снабженные средствами механизированного передвижения. Например, дождевальные установки «Фрегат», «Волжанка».

Дождевальные агрегаты – это дождевальные машины, снабженные насосно-силовым оборудованием для забора воды из каналов (трубопровода), создания нужного напора и подачи ее в дождевальные насадки (аппараты).

2.1 Преимущества и недостатки дождевания

Дождевание – наиболее совершенный и перспективный способ полива. Оно имеет следующие преимущества по сравнению с поверхностным орошением: полная механизация работ; поливная норма регулируется более точно и в широких пределах (от 30…50 до 300…800 м³/га и более), что позволяет создать вводно-воздушный режим почвы, близкий к оптимальному, и регулировать глубину промачивания почвы; можно поливать участки с большими уклонами и со сложным микрорельефом. Забор воды возможен из каналов, идущих в выемке, а также из закрытой сети; исключаются работы по поделке поливных борозд, валиков, выводных борозд, улучшаются условия механизации посева, посадки, обработки и уборки сельскохозяйственных культур; улучшаются микроклимат и развитие корневой системы, активизируются процессы ассимиляции, повышаются плодородие почвы и урожай сельскохозяйственных культур. Запланированный урожай можно получить при меньших затратах воды, чем при поверхностном орошении; можно одновременно с орошением вносить в почву удобрения. /4/

В предгорных районах для дождевания возможно использование естественного напора. Дождевание наиболее широко применяют на безуклонных и малоуклонных участках с почвами средней и высокой водопроницаемости для полива овощных, технических, зерновых культур, садов, питомников, в зоне недостаточного увлажнения, где орошение только дополняет естественные осадки в засушливые годы. Орошение дождеванием незаменимо на участках со сложным рельефом, с близким залеганием грунтовых вод, со слабозасоленными и просадочными почвогрунтами. 

Недостатки дождевания: высокие затраты металла на изготовление дождевальных машин, труб и аппаратуры; ненадежная работа техники; большая энергоемкость процесса дождевания; неравномерность полива при ветре; невозможность глубокого промачивания тяжелых почв при высокой интенсивности дождя без образования луж и поверхностного стока; нецелесообразность использования на тяжелых почвах в условиях сухого и жаркого климата. В отдельных случаях полив дождеванием может приводить к разрушению почв (при обильном поливе и при нарезке борозд со значительным продольным уклоном). /4 /

2.2 Импульсное дождевание

     Синхронное импульсное дождевание – одно из новых, прогрессивных технологических направлений в дождевании для получения максимального рассредоточения поливного тока. Отличительная особенность этого способа –подача воды на орошаемый участок в полном соответствии с водопотреблением сельскохозяйственных культур на протяжении всего периода вегетации. Это достигается за счет максимального рассредоточения поливного тока по системе и значительного радиуса действия дождевателей    (30 м и более) при небольших подводимых расходах (до 0.1 м/с). /4/

    Импульсные аппараты работают одновременно на всей площади в режиме непрерывночередующихся пауз накопления в гидропневмоаккумуляторах и периодов выплеска воды под действием сжатого воздуха. Для обеспечения подачи воды, равной водопотреблению сельскохозяйственных растений, продолжительность пауз накоплений может быть в 50…200 раз больше периодов выплеска воды. Средняя интенсивность дождя при этом составляет 0.01…0.01 мм/мин.

    Синхронное импульсное дождевание имеет ряд преимуществ, обеспечивающих значительный агрофизиологический и организационно-хозяйственный эффекты, заключающиеся в обеспечении длительного направленного воздействия искусственного дождя на условия роста и развития растения и внешнюю среду; создания почти полностью контролируемых условий роста растений, исключающих отрицательное воздействие погодных факторов на их рост и развитие; поддержании влажности активного слоя почвы и приземного воздуха на оптимальном уровне без резких колебаний, свойственных обычным периодическим поливам; снижение капитальных затрат на строительство сети; исключении водооборота, что упрощает водопользование на системе, снижает  затраты труда.

     Оросительная сеть при импульсном дождевании состоит из насосной станции, распределительных труб и поливных импульсных дождевателей, средств управления и при необходимости подкормщика. /4/

2.3 Мелкодисперсионное дождевание (аэрозольное увлажнение)

Данный способ орошения применяется для эффективного регулирования микроклимата приземного слоя воздуха. Сущность этого способа заключается в периодическом смачивании листовой поверхности растений мелкодисперсированной водой, которая не скатывается с листа на почву, а испаряется, охлаждая при этом и лист, и воздух. Это делают, когда температура воздуха превышает физиологически оптимальную для развития растений. Поливы этим способом можно осуществлять всеми опрыскивателями для борьбы с вредителями и болезнями растений. Стационарные системы мелкодисперсионного дождевания состоят из наносной станции, cети трубопроводов и мачт, на котрые монтируют шланги с распыливающими форсунками.

Мелкодисперсионое орошение существенно увеличивает фотосинтез растений и их урожаи в жаркие годы при незначительных затратах оросительной воды.

2.4 Система дождевания

В систему дождевания входят: насосно-силовое оборудование, водоподводящие распределительные и поливные трубы, дождевальные аппараты и машины. Системы дождевания по принципу работы делят на стационарные, полустационарные и передвижные.

В стационарных системах все элементы, кроме дождевальных аппаратов, занимают постоянное положение. Такие системы используют с парниках и теплицах, для орошения горных склонов, высокорентабельных сельскохозяйственных культур.

В передвижных системах все элементы в процессе полива перемещаются. Например, закончив подачу воды на одной позиции, насосная станция перевозится вместе с трубопроводами на другую, где подает воду в переносные или передвижные дождевальные установки или машины.

Полустационарные дождевальные системы имеют наибольшее распространение. На этих системах насосные станции и транспортирующие трубопроводы, как правило, стационарные, а дождевальные машины и установки, дождевальные трубопроводы – передвижные.

В полустационарных системах используют разборные среднеструйные дождевальные установки, перемещаемые вручную, дождевальные машины (‹‹Фрегат››), дальнеструйные машины; шлейфы челночного перемещения со стационарными насосными станциями.

Дождевальные устройства (агрегаты, машины, установки) в зависимости от напора воды в насадках делят на короткоструйные с напором Н=12…25 м и радиусом действия 7…20 м, среднеструйные с напором 20…40 м и радиусом действия 16…35 м и дальнеструйные  с напором 40…100 м, с радиусом действия 35…100 метров.

Дождевальные устройства изготавливают также в комплекте с насосной станцией, разборными трубопроводами и арматурой на них  и называют их ирригационными комплексами. /4/

              3. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

3.1 Местоположение проектируемого участка

Муниципальный район Альшеевский район расположен в юго-западной части республики, в среднем течении реки Демы. Его протяженность с севера на юг составляет 38 км., с запада на восток 66 км. Площадь района более 241 га, из них сельхозугодья занимают 80%. В районе 104 населенных пункта, 20 сельских поселений. Райцентр - село Раевский с населением более 20 тысяч населения. Численность населения составляет 44384 человек. Национальный состав: русские – 22,0%, башкиры – 37,0%, татары – 33,7%, другие национальности - 1,1 %.

Район имеет хорошее транспортное сообщение, через него проходит важнейшая железнодорожная магистраль Челябинск-Уфа-Самара, крупные автодороги республиканского значения Уфа-Давлеканово-Белебей, Раевка-Стерлитамак. Собственная сеть автомобильных благоустроенных дорог соединяет все центральные усадьбы хозяйств с райцентром.

3.2              Природно-климатическая характеристика участка

Основными климатическими факторами, определяющими условия роста и развития сельскохозяйственных культур, является тепло и влага.

Теплообеспеченность территории принято оценивать суммой средних суточных положительных температур за период вегетации растений, т.е. за период с температурой выше 10˚. Эта сумма на территории Альшеевского района изменяется от 1750 до 2300˚.

К наиболее прохладной части территории относится северо-восточная. По мере приближения к юго-западу сумма тепла возрастает.

Состояние увлажнения территории оценивается условным показателем – гидротермическим коэффициентом. (ГТК)

ГТК на описываемой территории изменяется от 1,1 до 1,3. Район прохладный, достаточно влажный. Осадков выпадает за год 550-600 мм.

Климат территории характеризуется довольно сухим и жарким летом, холодной и малоснежной зимой. Средняя температура самого теплого летнего месяца июля составляет 17-19,5˚. Температура самого холодного месяца – января   -14,5…-16,5˚. В очень холодные зимы минимальные температуры достигали -50,  -51˚, а в отдельные очень жаркие дни июля дневные температуры были 38-39˚.

3.3              Почвенная характеристика участка

Почвенный покров зоны представлен черноземами типичными и выщелочными. Мощность гумусового горизонта 45-50 см, запасы влаги в метровом слое–400-500 мм. Содержание гумуса в поверхностном слое 8-9%, азота-0.5%, фосфора–0.2%, калия 1.7%. Реакция среды слабокислая, преимущественно нейтральная. Механический состав –среднесуглинистый. К лимитирующим плодородие факторам относятся: низкое содержание подвижного фосфора и частый дефицит почвенной влаги. Поэтому система обработки почв должна обеспечивать максимальное накопление и сохранение атмосферной влаги, защиту почв от совместного проявления водной и ветровой эрозии. /6/

4. РАСЧЕТ РЕЖИМА ОРОШЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В СЕВООБОРОТЕ

     Совокупность сроков, норм и количества поливов, обеспечивающих    необходимый для сельскохозяйственных культур водный режим в почве, составляет режим орошения. Устанавливают его расчетным путем в соответствии с биологическими особенностями растений, климатическими, почвенными и гидрогеологическими условиями орошаемого участка, способом и техникой полива, технологией возделывания культур и т. д.

     При разработке режима орошения требуется:

1) рассчитать оросительные нормы;

2) определить поливные нормы и их количество;

3) установить сроки и продолжительность поливов;

4) построить неукомплектованный и укомплектованный графики поливов;

4.1  Расчет оросительной нормы

Оросительная норма (Мор) или дефицит водного баланса – это

количество воды в м3 на 1 га, которое необходимо дать растениям при поливах за весь вегетационный период, т. е. разница между суммарным водопотреблением и естественными запасами влаги в почве.

Водопотребление сельскохозяйственных культур меняется в течение вегетационного периода. Расход почвенной влаги через транспирацию и испарение с поверхности почвы за вегетационный период составляет суммарное водопотребление (Е).

Оросительную норму можно определить из уравнения водного баланса:

Мор=Е-Рос-Wг-(Wп-Wу)+П, (1)

где Е -  суммарное водопотребление, м3/га; Рос – сумма полезных осадков за вегетацию, м3/га; Wг - количество воды, используемое растениями за счет грунтовых вод, м3/га; Wп и Wу – запасы почвенной влаги в корнеобитаемом слое, соответственно во время посева и уборки урожая, м3/га; П – потери воды при поливах и на промывной режим, м3/га. м3/га;

Суммарное водопотребление (м3/га) за период вегетации можно определить по следующей формуле:

Е = kу, (2)

где k- коэффициент водопотребления, м3/га; у – планируемый урожай, ц/га.

Суммарное водопотребление за вегетацию можно также определить по биоклиматическому методу, разработанному А.М. и С.М. Алпатьевыми.

Для орошаемых районов рекомендуют постоянные декадные значения k, пользуясь которыми можно определить Е при условии оптимального увлажнения расчетного слоя почвы:

Е=К∑d, (3)

где Е - суммарное водопотребление, мм; К - коэффициент биологической кривой, мм/Мб; ∑d – сумма дефицитов влажности воздуха, Мб.

Биоклиматический коэффициент представляет собой слой воды в мм, расходуемой на испарение почвой и транспирацию растениями при дефиците влажности воздуха в 1 миллибар. Его величина зависит от биологических особенностей культуры, фаз ее развития и климатических условий отдельных природных зон.

Расчет оросительной нормы производится следующим образом:

1) Составляется ведомость расчета дефицита водного баланса с/х культур. Подекадно от посева (после перехода среднесуточной температуры через 50С) до конца периода водопотребления в зависимости от поливной культуры (таблица 1) устанавливаются по данным наблюдений ближайшей к проектируемому участку метеостанции (Уфа-Дема):

d- средний суточный дефицит влажности воздуха, Мб; p- сумма осадков, мм; t- средняя многолетняя декадная температура воздуха, 0С.

2) Устанавливается сумма среднесуточных дефицитов влажности по декадам, мб:

∑d = nd, (4)

3) Подекадно рассчитывается количество используемых осадков при 75% обеспеченности, мм:

Po= μP, (5)

где µ  -  коэффициент  использования  осадков.  Принимается  равным  для степной зоны 0,6; для лесостепной – 0,7.

Таблица 1. Расчетный период для учета осадков.

4) Определяется сумма среднесуточных температур по декадам:

∑t◦ = nt◦, (6)

5)              Устанавливается подекадная сумма среднесуточных температур воздуха с поправкой на приведение к 12-часовой продолжительности дня; для чего ∑t◦ умножается на поправочные коэффициенты.

6) Определяется сумма температур воздуха с поправкой на длину дня за период водопотребления для каждой культуры нарастающим итогом.

7) Биоклиматический коэффициент (k, мм/мб) в зависимости от суммы температур нарастающим итогом.

К0– коэффициент испарения с незатененной растениями поверхности при осадках более 5 мм равен 0,19 мм/мб.

8) Суммарное испарение за декаду – определяем для периода от посева до всходов Е = k0∑d (мм) и от всходов до конца водопотребления.

Е = k∑d, (7)

9) Устанавливается коэффициент влагообмена, учитывающий, капиллярный подток и непосредственное использование воды корнями растений из слоев, ниже 100см. Для первой четверти вегетации γ принимается равным 1, второй – 0,95, третьей – 0,9, четвертой – 0,85.

В соответствии с коэффициентом γ рассчитывается, мм:

Еγ= Еγ, (8)

10) Определяется расход влаги по декадам с поправкой на климатический коэффициент Км, мм:

Ем = ЕγКм (9)

11) Определяется дефицит водного баланса (ДВБ) по декадам для культур весеннего сева – со времени посева, а для многолетних трав и озимых культур – со времени возобновления вегетации. Для первой декады ДВБ рассчитывается по формуле, мм:

∆Е=Ем-(Р0+Wn), (10)

где Wn – продуктивный запас влаги в расчетном слое почвы.

Wn = 10 h α (βнач -βmin), (11)

где h- расчетный слой почвы, м; α- плотность этого слоя почвы, т/м3; βнач- влажность расчетного слоя почвы в % в начале расчетного периода принимается равной 0,9 от наименьшей влагоемкости (НВ) для ранних культур и 0,8- для поздних; βmin- минимально допустимая влажность принимается равной 0,65 от НВ для зерновых и 0,70 от НВ – для овощных культур и картофеля. (таблица 3).

Таблица 2. Черноземы выщелоченные