Орошение сельскохозяйственных культур дождевальными машинами. 3

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Тюменская сельскохозяйственная академия»

Агротехнический институт

Кафедра почвоведения и агрохимии

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По теме:

 

ОРОШЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР 
ДОЖДЕВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ

 

 

 

Руководитель к.с.-х.н.,доцент

Касторнова М.Г.

Исполнитель  студентка 131 группы

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2012

 

 

 

 

Содержание:

 

 Введение……………………………………………………………………………...3

1. Характеристика природных условий хозяйства и орошаемого участка ….......4

1.1. Климат………………………………………………………………………....4-6

1.2. Почвы……………………………………………………………………….....6-8

1.3. Рельеф и уклоны поверхности, гидрографическая сеть, источник  орошения…………………………………………………………………………...8-9

2. Качество поливной воды……………………………………………………......10

3. Выбор места под орошаемый участок…………………………………….........11

4. Обоснование способа орошения  сельскохозяйственных культур………..11-12

5. Проектирование режима орошения  сельскохозяйственных культур севооборота…………………………………………………………………………12

5.1. Допустимые пределы влажности  почвы………………………………….12-13

5.2. Оросительные и поливные нормы………………………………………...13-19

5.3. Расчет и построение графиков  поливов (гидромодуля)…………………19-21

6. Подбор дождевального оборудования……………………………………...21-23

7. Проектирование оросительной  сети в плане и организация орошаемой площади………………………………………………………………………….25-27

8. Гидравлический расчет магистрального трубопровода…………………...27-28

9. Подбор насосного оборудования……………………………………………28-29

10. Определение экономической эффективности  орошения………………...29-31

11. Техника безопасности и охрана труда в орошаемом земледелии……….31-32

Заключение……………………………………………………………………...32-33

Литература………………………………………………………………………….33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Мелиорация - это система организационных и технических мероприятий, которые направлены на коренное улучшение неблагоприятных факторов природы с целью получения более качественных и высоких сельскохозяйственных урожаев, а также с целью наибольшего эффективного и рационального использования земельного фонда.

 

Задачи мелиорации.

1.  Формирование рациональной структуры земельных угодий;

2.  Повышение продуктивности и устойчивости земледелия;

3.  Создание необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот земель, не используемых ранее в хозяйственной деятельности.

 

Оросительные мелиорации - это комплекс организационно-хозяйственных и инженерных мероприятий, направленных на подачу воды к участку, испытывающего дефицит влаги в почве.

 

Цель и задачи исследования.  Целью настоящей работы является обоснование целесообразности использовании оросительных мелиораций в хозяйстве.

Достижение указанной цели потребовало решения следующих задач:

·  охарактеризовать природные условия хозяйства и орошаемого участка;

·  дать оценку качества поливной воды по ирригационному коэффициенту Стеблера;

·  выбрать орошаемый участок, отвечающий однородным почвенно-мелиоративным и гидрогеологическим требованиям;

·  провести сравнение и обосновать перспективы применения всех способов орошения и выбрать способ орошения, учитывая специализацию хозяйства, рельеф и уклон земельного участка, свойства почв и т.д.;

·  провести проектирование режима орошения севооборота - допустимые пределы влажности почвы, оросительные и поливные нормы;

·  провести расчет и построить графики поливов (гидромодуля);

·  провести подбор дождевального оборудования, учитывая интенсивность искусственного дождя, тип почв, площадь орошаемого поля, рельеф и культуры;

·  провести расчет элементов техники полива дождеванием.

 
 

1. Характеристика природных  условий хозяйства и орошаемого  участка.

Орошаемый участок находится в с. Ильинское, Казанского района.

Район расположен на юго-востоке Тюменской области, на ее границе с Республикой Казахстан. Казанский район входит в Ишимский внутриобластной район и г. Ишим является для района межрайонным центром.

Район расположен в бассейне р. Ишим, трансграничной реки, формирующей и теряющей значительную часть стока на территории Казахстана, что определяет экологические и водохозяйственные особенности реки в пределах района. По центральной части района вдоль Ишима проходит автомагистраль федерального значения Ишим – Петропавловск, основная автомагистраль, обеспечивающая связь области с Казахстаном, с погранпереходом в с. Ельцово (пассажиропоток в начале века превышал 150 тыс. чел.).

Сочетание реки и магистрали – ведущая ось развития района. Район расположен в лесостепной зоне. Для сельскохозяйственного производства наиболее благоприятна срединная часть района. Площадь района составляет 309,5 тыс. га. Протяженность территории с севера на юг составляет около 60 км, с запада на восток – 65 км.

Район создан 10 июня 1931 года. Ильинский район был упразднен и вошел в состав Казанского района, границы которого практически не изменились до настоящего времени. Кроме 18 сельских советов Ильинского района в состав Казанского района вошли 9 сельских советов Ларихинского района.

 

1.1 Климат.

 

Климат - района континентальный. Это проявляется, в первую очередь, в большой разнице температур самого теплого и холодного времени года. Амплитуда может достигать 60 и более градусов. Открытая с севера и юга Западно-Сибирская равнина подвержена сильному влиянию внешних воздействий. Средняя годовая температура в Казанском районе составляет 0ºС. В отдельные годы отмечались колебания от -2ºС до +2ºС. Самый холодный месяц - январь. Средняя температура его равна -18ºС. Минимальная температура может опускаться до -45ºС и ниже. В феврале уже начинается повышение температуры в среднем на 2ºС, достигая максимума от марта к апрелю -11ºС. Интенсивное повышение температуры происходит и основном за счет дневных температур и вследствие затока теплого воздуха из южных районов Евразии.

Переход среднесуточной температуры воздуха через 0ºС весной происходит 11 апреля, осенью - в первой декаде октября, а через 5ºС весной - 1 мая, а осенью - 9 сентября.

Наиболее теплая часть лета - период с температурой выше 15ºС - продолжается в среднем 2месяца - с середины июня до середины августа (более 70 дней). В отдельные дни температура  может повышаться до 40ºС.

Период со средней суточной температурой воздуха 8ºС и ниже считается отопительным. Он длится в среднем 225 дней - с конца сентября до первых чисел мая. В отдельные годы продолжительность отопительного периода может быть больше или меньше средних значений на 2 - 3 недели.

На поверхности почвы, как и в воздухе, самым холодным месяцем года является январь, а самым теплым – июль. Начиная с глубины 1,2 м, средние месячные температуры в большинстве лет имеют только положительные значения.

В среднем за год выпадает 350 мм осадков. Больше всего осадков выпадает в теплый период года – до 75%.

Максимальное количество осадков, выпадающих в твердой фазе (снег), приходится на первую половину зимы и связано с сильными ветрами юго-западного направления. С января по март количество осадков невелико из-за господствующего антициклонального типа погоды.

Территория Казанского района относится к теплой засушливой агроклиматической зоне.

Сумма средних температур воздуха за период с температурой выше 10ºСколеблется в пределах 1900-2050º. Гидротермический коэффициент равен 1,0 или близок к этой величине.

Период с температурой выше 10ºС продолжается 125-130 дней, в отдельные годы 110-150 дней, со среднесуточной температурой воздуха выше 15º С – 70-85 дней.

Температурные условия в данном районе позволяют выращивать более теплолюбивые растения, чем в других районах юга Тюменской области, такие как просо, подсолнечник на семена, лен-кудряш и самые ранние сорта кукурузы на зерно. Казанский район более чем другие районы юга области, подвержен засухам и суховеям. Атмосферные засухи слабой и средней интенсивности отмечаются почти ежегодно. Их продолжительность за теплый период в среднем составляет 24-27 дней. Имеет место и очень интенсивные засухи (2-5 разв 20 лет).

 

Таблица 1.

Климатические показатели по метеостанции Ильинское.

Среднегодовая температура (С0)	0,6
Среднемноголетняя температура (С0) июля	22
января	-19
Продолжительность периодов (дней) безморозного	117
с продолжительностью выше 00	187
50	159
100	125
150	75
Сумма температур выше 100	1950
Количество осадков в год (мм - среднее)	310
за теплый период (V-X)	275
за период с температурой выше 100	205
ГТК Селянинова Г.Т.	1,05
Высота снежного покрова (мм)	275
Продолжительность периода со снежным покровом (дни)	154
Глубина промерзания почвы (см)	100

 

Таблица 2.

Распределение осадков по декадам.

Название метеостанции	Месяцы вегетации
	май			июнь			июль			август			сентябрь
	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2
Ильинское	9	10	11	13	15	18	21	21	20	18	18	17	14	12

 

1.2 Почвы.

 

Орошаемый участок представлен чернозёмными оподзоленными почвами. В. В. Докучаев назвал черноземы «царем почв» в связи с их высоким плодородием. Он же и доказал в труде «Русский чернозем» (1883). Он считал образование черноземов результатом накопления в горной породе перегноя «от согнивания травянистой степной, а не лесной растительности, при влиянии климата, возраста страны, растительности, рельефа местности и материнских пород». Тип растительности, темпы ее развития, характер и скорость процессов разложения растительных остатков он связывал с климатом.

Классификация черноземов впервые была дана В. В. Докучаевым, который выделил их в самостоятельный тип и подразделил на водораздельные, склоновые и террасные.

На виды черноземы подразделяют по мощности гумусового горизонта, по содержанию гумуса и по степени выраженности сопутствующего процесса. По мощности гумусового горизонта (А + АВ) черноземы делят на сверхмощные (более 120 см), мощные (80... 120 см), среднемощные (40...80 см), маломощные (25...40 см), очень маломощные (менее 25 см). По содержанию гумуса выделяют тучные (более 9 %), среднегумусные (6 %...9 %), малогумусные (4 %...6 %), слабогумусированные (менее 4 %) черноземы. По степени выраженности сопутствующего процесса черноземные почвы могут быть слабо-, средне- сильносолонцеватые; слабо-, средне-, сильновыщелоченные и т. п.

Черноземы оподзоленные развиты под широколиственными травянистыми лесами на лёссовидных и покровных суглинках, лёссах. Мощность гумусового горизонта (А + АВ) варьирует от 30...50 см (холодная западная и среднесибирская фации) до 70...100 см (теплая южноевропейская фация). Горизонт А преимущественно темно-серый, зернистой структуры, а при распашке — комковатой. В горизонте АВ наблюдается седоватый оттенок (белесоватый налет кремнеземистой присыпки SiО2 на структурных отдельностях). Горизонт В имеет ореховатую или ореховато-призматическую структуру, на гранях структурных отдельностей отмечаются коричневые пленки, гумусовые примазки, кремнеземистая присыпка; более плотный, с постепенным переходом в почвообразующую породу С. Почвы вскипают с глубины 130... 150 см. В горизонте ВСК содержатся карбонаты в виде известковых трубочек, журавчиков, дутиков.

 

Чернозем характеризуется:

• хорошими водно-воздушными свойствами
• нейтральной или близкой к ней реакцией
• высоким естественным плодородием
• интенсивным процессом гумификации
• высоким содержанием гумуса — от 5 до 15 % — что определяет высокое плодородие;
• значительным содержанием почвенных микроорганизмов;
• прочной зернисто-комковатой структурой;

 

 

Свойства чернозема

 

 

Благодаря суглинистой и зернисто-комковатой структуре черноземной почвы, идеально подходящей для роста и развития растительности, в черноземном грунте стабильно поддерживается наиболее оптимальный водно-воздушный баланс. Кислотность чернозема – нейтральна, а содержание в нем различных почвенных микроорганизмов и кальция просто огромно. Количественное содержание гумуса в черноземном грунте может доходить до 15%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.

 Водно- физические свойства почв.

Почва	Глубина слоя, см	Плотность Твердой фазы, г/см3	Объемная масса, г/см3	Наименьшая влагоемкость НВ, %	Запасы воды при НВ,мм
1	2	3	4	5	6
Чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый	0-10	2,54	0,90	28,9	26,0
	10-20	2,53	0,93	28,8	27,0
	20-30	2,63	1,01	23,3	24,0
	30-40	2,71	1,41	23,6	33,0
	40-50	2,72	1,49	23,0	34,0
	50-60	2,72	1,54	21,2	32,0
	60-80	2,71	1,44	21,7	62,0
	80-100	2,71	1,51	21,5	65,0

Агрономическая оценка.

Черноземы в почвенном покрове юга области имеют ограниченное распространение, занимая лишь 3% ее территории. Однако в пределах землепользований хозяйств они на третьем месте после луговых и серо- лесных почв. Особенно интенсивно используются под пашню.

Черноземы обладают высоким потенциальным плодородия и имеют хорошие физико- химические и водно- физические свойства, что обеспечивает их высокое и эффективное плодородие. Наивысшие урожаи получают, где в пашне преобладают черноземы в сочетании с темно- серыми лесными почвами.

Вместе с тем в агротехническом отношении, за исключением благоприятной реакции почвы, пахотные черноземы не вполне благоприятны. Они имеют не большое содержание подвижного фосфора, удовлетворительное- обменного калия и не устойчивый азотный режим.

 

1.3 Рельеф и уклоны  поверхности, гидрографическая сеть, источник орошения.

 

Рельеф выступает как главный фактор перераспределения солнечной радиации и осадков в зависимости от экспозиции и крутизны склонов и оказывает влияние на водный, тепловой, питательный, окислительно-восстановительный и солевой режимы.

Общей чертой этой зоны является плоский рельеф, способствующий развитию овражной сети. Местами равнинность рельефа нарушается чередованием параллельных, сравнительно узких и длинных, слабовозвышенных увалов, с такими же длинными, но широкими и неглубокими ложбинами. Эти гривы, вытянутые, согласно общему уклону Западно-Сибирской низменности, с эго-запада на северо-востоке, характеризуются относительными высотами 2-4 м, реже 6-10 м; в восточной части Ишимской лесостепи высота их достигает 12-30 м.

Уклон (i)–это отношение превышения (∆h) между конкретными точками на местности (в метрах) к горизонтальному приложению линии (l) между точками:

                                          i= ∆h/ l,                                      (1)

 

Пример определения соответствующих уклонов на плане с горизонталями: определение господствующего среднего уклона по линии АБ

 

 

где: А, Б – соответствующие отметки или высоты точек горизонталей между конечными точками линий;

АБ – длины линий, выражены в масштабе плана, т.е. в см;

М – масштаб плана;

100 – величина, выраженная в метрах, которая соответствует одному  см длины линии при М 1: 10 000.

Главной родной артерией района является река Ишим с притоками – рр. Алабуга, Мал. Алабуга и Ченчерь. Река Ишим является транзитной, т. к. берет начало в Казахстане. Длина реки Ишим в пределах границ района составляет 87 км, Алабуги - 46 км, Ченчери - 21км, Мал. Алабуги - 16 км.

Реки являются типичными равнинными водотоками с небольшими уклонами, малыми скоростями течения (от 0,2 до 0,4 м/с в межень и 1,3—2,0 м/с в период половодья), значительной извилистостью. Ширина русел рек Ишима и Алабуги колеблется в пределах от 30 до 70 м.

Река Ишим имеет широкую долину (до 15 км). Правый склон долины крутой с преобладающими высотами 30-50 м, изрезан балками и оврагами. Левый склон пологий. Пойма реки двусторонняя, широкая, изрезанная многочисленными озерами - старицами. Притоки Ишима - pp. Алабуга и Ченчерь - имеют меньшие по размеру поймы. Пойма р. Алабуги на всем протяжении сливается с поймой Ишима.

 

 

2. Качество поливной  воды.

 

При оценке качества оросительной воды учитывается количество и состав взвешенных насосов, растворенных солей и её температура. По А.Н. Костякову, для орошения пригодна вода с сухим остатком до 1-1,7 г/л, а по отдельно взятым солям для хорошо проницаемых почв: 

 

Na2 CO3<1 г/л,        NaCl<2 г/л,       Na2 SO4<5 г/л.

 

Если в воде имеется несколько солей, то эти пределы снижаются, так как одни соли обезвреживают другие.

Так, соли кальция, и особенно гипс, обезвреживают соли натрия, калия, магния. Сернокислый магний противодействует сернокислому натрию, а последний смягчает действие хлористого магния и поваренной соли.

Пригодность воды для орошения при наличии в ней нескольких солей оценивают по ирригационному коэффициенту "у" (табл.1), который вычисляют по одной из нижеприведенных формул, предложенных Стеблером: 

 

у =

,(2) у =    , (3)

у =

(4)

 

Таблица 4

Оценка поливной воды по ирригационному коэффициенту Стеблера.

Y	Оценка воды	Условия пользования водой для полива
18	Хорошая	Вода успешно применяется для полива много лет без специальных мер против накопления в почве вредных щелочей.
18-6	Удовлетворительная	Необходимы специальные меры против накопления в почве вредных щелочей, за исключением рыхлых почв со свободным дренажом
5,9-1,2	Неудовлетворительная	Почти всегда необходим искусственный дренаж
1,2	Плохая	Вода не пригодна для поливов.

 

Так как ирригационный коэффициент Стеблера равен 18, то можно сделать вывод, что вода, применяемая для полива, соответствует хорошей оценке качества воды.

 

 

3. Выбор места под  орошаемый участок.

Орошаемый участок должен находится как можно ближе к населенному пункту и к водоисточнику. Подобранный массив для орошаемого севооборота должен иметь по возможности спокойный рельеф, однородные почвенно-мелиоративные и гидрогеологические условия.

Поля севооборота размещаются с соблюдением следующих требований:

- равновеликие по площади, т.к. это  обеспечивает равномерность в  использовании рабочей силы и  машин;

- каждое поле севооборота должно  иметь удобную, по условиям механизации, форму и достаточные размеры;

- границы севооборотных участков  следует проектировать по возможности  прямолинейными, сообразуясь с естественными  границами (лощины, овраги, реки), каналами мелиоративной системы;

- поля севооборота должны иметь  прямоугольную форму с шириной  и длиной, обеспечивающей перекрестную  обработку.

При поливе дождеванием, кроме того, ширина поля или участка орошения должна быть кратна ширине захвата дождевальной машины.

4. Обоснование способа  сельскохозяйственных культур.

По принципу распределения воды по орошаемому участку выделяют следующие способы орошения:

·  поверхностный

·  дождевание

·  внутрипочвенный

·  капельный

·  аэрозольный.

Поверхностный способ заключается в том, что вода из источника подается по каналу или по трубопроводу по проводящей сети, которая может представлена временным оросительным каналом или временной системой трубопровода, который осуществляет распределение воды по регулируемой системе.

Дождевание - это подача воды до регулируемой системы. Регулируемая система представлена специальными дождевальными системами. Преимущество: равномерное распределение воды.

Внутрипочвенное орошение - это углубленные в толще почвы кротоны, которые имеют перфорации (отверстия), и к этим отверстиям подается вода.

Капельное орошение - распределительная система в виде шлангов, капилляров.

Аэрозольное орошение - это распыление воды в мелко дисперсном состоянии, которая осуществляется специальными установками.

Широкое распространение находят два - поверхностное и дождевание, остальные имеют ограниченное применение или находятся в стадии научных проработок.

Дождевание - наиболее приемлемый способ орошения, потому что дождевание обеспечивает наибольшую равномерность воды в отличие от других способах орошения. Кроме того, при дождевании мы можем нормировать подачу воды.

При дождевании вода подается в виде отдельных капель, что оказывает более щадящий режим, воздействующий на состояние почвы. Вода распыляется дождевальными установками.

Для данного хозяйства и орошаемого участка наиболее приемлемым способом орошения является дождевание.

5. Проектирование режима  орошения севооборота.

Под режимом орошения понимается порядок поведения поливов сельскохозяйственных культур, в котором указаны сроки и число поливов, определена норма полива для каждой культуры севооборота. Поливная норма во время орошения должна расходоваться экономно. Поливы большими, чем расчетные, нормами могут способствовать подъему уровня грунтовых вод при близком их залегании, что может привести к заболачиванию или засолению почвы.

Сроки поливов увязываются с влажностью почвы, фазами развития, и потребностями сельскохозяйственных культур во влаги.

Режим орошения должен обеспечивать в почве оптимальный водный, воздушный и связанные с ними питательный и тепловой режимы, не допускать подъема уровня грунтовых вод, засоления почвы и удовлетворять потребность растений в воде на всем протяжении вегетационного периода для получения высокого и устойчивого урожая сельскохозяйственных культур.

5.1. Допустимые пределы  влажности почвы.

Всасывающая сила корневой системы большинства сельскохозяйственных растений составляет 1,5 – 2,0 ат.

Если влажность почвы уменьшается до такого предела, при котором водоудерживающая сила почвы превышает его, то запас воды в почве станет уже не доступным для растений, которые начинают увядать. Такой предел называется влажностью заведения. При влажности почвы, соответствующей наименьшей влагоемкости (НВ), создаются благоприятные условия для развития большинства сельскохозяйственных культур. В условиях же полной или капиллярной влагоемкости растения развиваются плохо, страдая от недостатка воздуха. По этому содержания влаги в почве, соответствующее наименьшей влагоемкости (НВ), составляет верхний порог оптимального увлажнения.

Принято считать что, нижний оптимальный порог влажности составляет, в среднем, 60– 80% наименьшей влагоемкости почвы (НВ).

Верхний порог 15 -20%.

5.2. Оросительные и поливные  нормы.

Оросительные нормы-  количество воды, которое необходимо дать в течении вегетационного периода на 1 га орошаемых земель дополнительно к естественным запасам ее в почве, что бы получить запланированный урожай.

Оросительная норма равна сумме поливных норм.

М = Е-10μНос-(Wн – Wк)- Wг , м3/га      (5)

где:    Е- общее водопотребление культуры, м3/га,

определяется из уравнения :

Е = У·Кв,  (6)

где:    У- запланированный урожай культуры, т/га,

Кв- Коэффициент водопотребления, м3/т – отношение суммарного расхода влаги в м3/га ( т.е. расход на испарение из почвы плюс транспирации) к урожаю основной продукции в т/га .