Совершенствование орошения риса на основе гидродинамической модели перемещения масс воды на поверхности чеков (на примере Учебно-опытного хозяйства ТИИИМСХ)

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ИРРИГАЦИИ И

МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

(ТИИИМСХ)

Кафедра «Эксплуатации гидромелиоративных систем» (ЭГМС)

На правах рукописи

КОЗЛОВА АННА

Совершенствование орошения риса на основе гидродинамической модели перемещения масс воды на поверхности чеков (на примере Учебно-опытного хозяйства ТИИИМСХ)

ДИССЕРТАЦИЯ

На соискание степени магистра технических наук

по специальности 5А540806

«Мелиорация и орошение сельскохозяйственных земель»

Работа рассмотрена и допущена к

защите:

Заведующий кафедрой

Научный руководитель, д.т.н.,

проф.

_______________________Ф.А.

БАРАЕВ

_____________________

(________________)

«_______»__________________

__2003г

«_______»_______________________

_2003 г.

Ташкент – 2003

Оглавление

Введение.

Глава 1.Природно-хозяйственые условия и методика полевых опытов

1.1. Описание объекта исследований опытного участка.

1.1.1. Климатические показатели.

1.1.2. Геологические и гидрогеологические условия.

1.1.3. Почвенная характеристика.

1.1.4. Характеристика оросительной и коллекторно-дренажной сети объекта

исследований.

1.2. Методика исследований.

1.3. Аналитический обзор выполненных исследований по оптимизации

условий жизни обитания риса.

Выводы и предложения

Глава 2. Результаты теоретических и полевых исследований по

оптимизации водного, температурного, солевого и питательного режимов

на основе гидродинамического моделирования перемещения масс воды по

поверхности рисовых чеков.

2.1. Результаты теоретические исследования по разработке и численной

апробации гидродинамической модели перемещения масс воды по

поверхности чека при различных процентах горизонтальной

проточности.

2.2. Регулирование параметров гидродинамического режима совместным

действием горизонтальной и вертикальной проточности (дренаж).

2.3. Блок-схема, программа и ее реализация на ЭВМ.

2.4. Полевая апробация достоверности гидродинамической модели.

Выводы и предложения.

Глава 3. Технико-экономическая эффективность предлагаемых

мероприятий.

Общие выводы и рекомендации.

Литература.

Приложение.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Наиболее высокие в мире урожаи риса получают в Австралии - 60 ц/га,

Японии 58ц/га, Южной Корее 55ц/га, Испании 53ц/га. В США урожайность

риса составляет 50ц/га, в Индии она не превышает 30ц/га, в России получают

45-50ц/га. В нашей республике урожайность риса в 80-тые годы достигала 60-

70ц/га, то в начале 90-х годов произошел резкий спад (до 27-30 ц/га), который

сохраняется и сегодня. Одной из причин снижения урожайности риса в

Узбекистане является рост дефицита воды при фактических оросительных

нормах значительно превышающих оптимальные. В структуру статей

оросительной нормы практически во всех хозяйствах Узбекистана, где

культивируют рис, входит проточность. Проточность - это сквозной ток воды

из водовыпуска через площадь чека в сбросной канал, процент проточности

обычно составляет 15-30% от величины оросительной нормы риса.

Необходимость проточности рисоводами объясняется «старением» воды,

накоплением в ней токсичных веществ, повышением температуры выше

допустимых (более 28-30оС.) и минерализации (выше 2.5-3г/л), что

отрицательно сказывается на росте и развитии риса. Однако, Узбекским

научно-исследовательским институтом риса и его филиалами, ТИИИМСХ,

САНИИРИ разработаны и рекомендованы высокоэффективные

водосберегающие технологии орошения риса без проточности, что

существенно снижает величину оросительной нормы. Из этих предложений

следует, что получать высокие и стабильные урожаи риса, порядка – 50-60 ц/га

и больше можно при оросительных нормах 18-25 тыс. м3/га. При этом

удельные затраты воды на получение 1 ц риса-сырца не превысят 350-560 м3 на

ц, что по существу равно затратам воды при выращивании хлопчатника и

других культур. Однако ставится условие на наличие достаточно эффективной

дренажной системы.
4

На практике же в подавляющем большинстве рисовых чеков работа

дренажа неудовлетворительная, поэтому нами предлагается все-таки

придерживаться проточности, но на научной основе, разработав модель

управляемого гидродинамического режима перемещения масс воды по чеку.

Последнее, позволит использовать проточную воду эффективно.

Целью исследования являются: разработка математической модели

гидродинамического режима воды на поверхности чека и ее численная

реализация на ЭВМ.

Задачи исследований:

1. Аналитический обзор литературы по оценке оптимальных факторов

жизнеобитания риса.

2. Разработка теоретической модели гидродинамического режима

горизонтальной проточности ее численная апробация.

3. Разработка модели с учетом влияния дренажа.

4. Блок-схема и программа реализации модели на ЭВМ.

5. Апробация модели в полевых условиях.

6. Технико-экономическая оценка эффективности предлагаемых

мероприятий.

Научная новизна работы заключается в том, что для условий не

подверженных засолению земель центральной климатической зоны уточнена

модель гидродинамического режима воды по поверхности чека с учетом

влияния дренажа.

Практическая значимость результатов работы.

Выполненные исследования и их результаты могут быть рекомендованы

для внедрения в хозяйствах научно обоснованного управляемого режима

проточности посредством управления перемещением масс воды по чеку через

разработанную автором модель гидродинамического режима.

Апробация материалов исследования.

Результаты работы докладывались на международной научной

конференции в г. Кишиневе (Молдова, 2001 г.), республиканских

конференциях по проблемам эффективного использования водных ресурсов в

бассейне Аральского моря (Ташкент 2000 г.; Ташкент 2001 г.)., международном

7-м Симпозиуме (г.Киев,2003).

Основные положения опубликованы в 3 научных статьях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на ___ страницах компьютерного текста,

(WINWORD) содержит __ таблиц, ____ рисунков. Работа состоит из введения,

___ глав. Список литературы включает ______ наименований.

Глава 1.Природно-хозяйственые условия и методика полевых опытов

1.1. Описание объекта исследований опытного участка

Учебное хозяйство ТИИИМСХ расположено на территории Урта-

чирчикского района Ташкентской области и занимает северо-восточную часть

Узбекистана в пределах 40-42 0 северной широты и 69-71 0 восточной долготы

в 25 км к югу от Ташкента и в 9 км к западу от города Той-Тепа. На севере

граничит с колхозом им. Ким Пен Хва, на востоке - с колхозом «Раватак», на

юге - с колхозом «Узбекистан», на западе - с учебно-опытным хозяйством

Ташкентского Аграрного Университета.

Общая земельная площадь Учхоза - 2433 га, из них 1627 га -

сельхозугодья. Основная часть пахотных угодий занята посевами хлопчатника -

652 га, пшеницей - 670 га, рисом - 120 га, кормовыми - 206,5 га, картофелем,

овощами и бахчевыми - 73,2 га, садами, виноградниками и плантацией

шелковицы - 98 га, приусадебными - 234,1 га.

Сельскохозяйственные культуры размещены на 5 массивах (рис. ____).

1.1.1. Климатические показатели.

Климат района резко континентальный и засушливый с обилием тепла и

света. Самый холодный месяц - январь. Среднемесячная температура его по

метеостанции "Той-Тепа" 1,7 0С. Абсолютный минимум температуры - 27 0С. В

остальные месяцы года температуры воздуха обычно положительны.

Лето жаркое и сухое. Самый жаркий месяц - июль, среднемесячная

температура его составляет +27,4оС, а абсолютный максимум +42,4оС.

Суточная амплитуда температур летом равна 16-20оС. Сумма положительных

температур в году составляет 4480оС. Средняя многолетняя годовая

температура равна +14,7оС. Годовое количество осадков составляет в среднем

380 мм. Внутригодовое распределение их крайне неравномерное. Наибольшее

количество осадков выпадает в зимние и весенние месяцы. Максимум их чаще
7

приходится на март (78 мм), минимум на конец лета (0,5 мм). Преобладают

осадки в виде дождя.

Снежный покров неустойчив. Число дней со снежным покровом в

среднем за зиму равно 30 - 34. Высота снежного покрова в среднем 8 - 12 см.

Глубина промерзания почв 20 - 30 см.

Господствующим направлением ветра являются западной и северо-

западной (31% случаев), юго-восточной и восточной (28%) ориентации, при

средней скорости ветра 1,5 - 2,0 м/с.

Относительная влажность воздуха изменяется в течение года в широких

пределах, а с марта месяца начинается её интенсивное понижение. Минимум

приходится на июль месяц. Абсолютная влажность изменяется от 4,4 мб в

январе до 17,3 мб в июле. Недостаток насыщения наибольших значений

достигает в теплое время года (с апреля по октябрь), а наибольшее значение в

июне-июле (18,4 мб).

Высокие температуры и дефицит влажности воздуха обуславливают

большое испарение. Среднее испарение за год достигает 800 - 900 мм.

Максимальное среднемесячное испарение достигает 255 - 265 мм (июль -

август). Величина испарения в июле в 8 - 10 раз больше, чем в январе.

Основные климатические характеристики по Учхозу приведены в

таблице ______.

1.1.2. Геологические и гидрогеологические условия.

Территория Учхоза расположена на II надпойменной террасе реки

Чирчик. Поверхность представляет собой равнину с общим уклоном на юго-

запад к руслу реки. Величина уклона колеблется в пределах 0,001 - 0,004.

Абсолютные отметки земной поверхности находятся в пределах 352 -

372 м. Литологическое строение п редставлено четвертичными

аллювиальными гравийно-галечниковыми отложениями мощностью более 50

м. покрытыми повсеместно слоем мелкоземнистых образований. Мощность
8

покровных суглинков составляет 1,1 - 3,0 м. Фильтрационные свойства толщи

гравийно-галечниковых отложений оцениваются КФ=40 м/сут, КФ суглинков

принят 1 м/сут, суглинков с карбонатным включением - 0,05 - 0,6 м/сут.

Источником питания грунтовых вод является подземный приток со

стороны выше расположенных площадей, фильтрационные воды каналов,

полей. Атмосферные осадки в питании играют незначительную роль.

Расходование происходит на естественный подземный отток по долине,

выклинивание в коллекторно-дренажную сеть, испарение и транспирацию

растениями.

Глубина залегания грунтовых вод в течение года колеблется от 0,5-1,0 м

до 2-3 м., в пределах рисового массива она находится в пределах от 0 до 1,0 м.

Высокое положение грунтовых вод отмечается в июне-июле месяцах,

наиболее низкое - в зимние месяцы.

Воды пресные, минерализация их составляет 0,5-1,0 г/л, тип

минерализации преимущественно гидрокарбонатно-сульфатный кальциево-

натриевый, (таблица ______).

Сейсмичность района 8 баллов.

1.1.3. Почвенная характеристика.

Почвы Учхоза относятся к среднесуглинистым болотно-лугового типа.

Отличительными признаками почв являются: отсутствие солей в профиле

почвы: так содержание хлор - иона не превышает 0,003% при плотном остатке

0,07-0,1 гр.; высокая карбонатность (10-21%);отсутствие гипса по профилю

(0,2-0,3%);высокая гумусированность пахотного слоя (1,1-3,3%); почвы

характеризуются средней порозностью (45-47%). Мощность покровных

суглинков составляет 1,1-3,0 м. Представлены они суглинками лёссовидными.

Земли объекта на значительной части каменисты (440 га), преимущественно

камни размером 5-50 см. По качеству и степени потенциального плодородия на
9

массиве преобладают почвы высокого качества со сниженным плодородием на

20-30%. Бонитет 52-60 баллов.

Физико-механические свойства грунта объекта характеризуются

следующими значениями, (табл. 1.6.):

суглинки пылеватые лёссовидные серовато-коричневого цвета, лёгкие и

тяжёлые; удельная масса 2,61 - 2,72 т/м3; объёмная масса 1,4 - 1,65 т/м3;

величина силы сцепления при водонасыщении составляет 0,04 - 0,06 кгс/см 2;

угол внутреннего трения 24 - 26о; почвы характеризуются средней порозностью

(45-47%); естественная влажность по профилю колеблется от 5 до 27% от

массы почвы; максимальная молекулярная влагоёмкость изменяется в пределах

от 1-2,7% до 23,4% от массы почвы.

1.1.4. Характеристика оросительной и коллекторно-дренажной сети

объекта исследований.

Источником орошения земель Учхоза является река Карасу. Водоподача

на массивы осуществляется самотёком: для массива I и II - по каналам Кучлюк

и Стаханов, для массива III - по каналу Кара-Тепа, для массива IV и V по

каналу РК-7-1.

Среднемесячный среднегодовой расход реки Карасу изменяется от 11,5

до 15,1 м3/с.

Качество оросительной воды удовлетворительное. Поверхностные воды

пресные, плотный остаток воды в реке Карасу изменяется от 0,27 гр/л в летний

период до 0,6 гр/л зимой. Общая жёсткость соответственно от 3,5 до 7,4

мг/экв.

Оросительные земли недостаточно водообеспечены. В напряжённый

период на орошение используется вода коллекторно-дренажной сети. Качество

используемой воды хорошее: вода пресная плотный остаток изменяется от 0,4

летом до 0,5 гр/л зимой. Общая жёсткость от 5,8 до 7,3 мг/экв.
10

На территории Учхоза существует коллекторно-дренажная система,

общая протяжённость которой достигает 53,3 км, что соответствует густоте

23,7 п.м./га.

Существующие открытые и закрытые коллекторно-дренажные сети

находятся в неудовлетворительном состоянии.

1.2. Методика исследований.

Исследования теории гидродинамического режима перемещения масс

воды по поверхности рисового чека проводились по методикам изложенным в

монографии проф. Бараева Ф.А.,( ) и научных статьях Бараева Ф.А.,

Сулейменова З.( ). Также использовались теоретические проработки

акад.Аверьянова ( ) и проф.Ахмедова Х.А. ( ). по установлению

интенсивности инфильтрации воды с поверхности чека при наличии

искусственного горизонтального дренажа. Сущность исследований и их

новизна в том, что в ранее известные теоретические зависимости введено

влияние дренажа на линии скоростей перемещения масс воды и использован

современный язык программирования (Delphi) на ЭВМ. Последнее позволяет

изменять параметры режима смен воды в чеке регулируя интенсивность

дренажного модуля. Полевые опыты по оценке достоверности модели

проводились на рисовом массиве Учебно-опытного хозяйства, рис 1.1. На

массиве выбран чек с параметрами схожими с расчетными, рис.1.2. На типовом

чеке была выполнена сетка, состоящая из квадратов, по которой

фиксировались линии гидродинамического движения воды. Для наблюдения за

интенсивностью распределения потока по сетке квадратов вода в створе

водовыпуска окрашивалась марганцовкой в фиолетовый цвет, фото 1.1.

Отмечаемые в ходе опытов линии скоростей сравнивались с линиями

вычерченными на основе расчетов. Затем суммируя отклонения и деля их на

расчетные значения вычислялся процент ошибки опытов.Повторность

измерений 10кратная.
11

1.3. Аналитический обзор выполненных исследований по оптимизации

условий жизни обитания риса.

На опытном рисовом поле засевали рис позднеспелого сорта УзРос 7-13

среднеспелого сорта «Авангард». Сорт УзРос 7-13 имеет следующии

характеристики - вегетационный период (от всходов до созревания) составляет

130…140 дней, куст компактный, растение хорошо кустится, не полегает,

высота стебля 120…130 см; вкусовые качества высокие, сорт не осыпается,

сравнительно устойчив к суховеям и не поражает болезням. Сорт «Авангард»

имеет вегетационный период 120…125 дней, вкусовые качества высокие. Сорт

высокоурожайный, хорошо выдерживает глубокое затопление, среднеустойчив

к полеганию.

Посевной период в Учхозе обычно начинается не позднее 20 апреля и

завершается к 5 мая, с отклонениями в зависимости от климатических

факторов. Уборка риса производится в конце сентября или в начале октября.

Система обработки почвы под рис включает основной и предпосевной

этапы основной обработкой почвы является глубокая зяблевая вспашка с

оборотом пласта, проводимая осенью.

При вспашке рисовых земель в этот период создаются лучшие условия

воздухообмена в пахотном горизонте почвы, что способствует активизации

окислительного процесса и ликвидации вредного действия закисных

соединений, наблюдается гибель значительной части вегетативных зачатков

сорных растений за счет их просушки и промораживания. Предпосевная

обработка почвы под рис включает в себя несколько операций: дискование,

выравнивание поверхности чека грейдерами. Затем рыхление верхнего слоя на

глубину 10...12 см чизелем. После внесения минеральных удобрений и

гербицидов их заделывают в почву тяжелой дисковой бороной. Перед севом

заборонованную поверхность чека прикатывают водоналивными катками.

Предпосевная обработка почвы также включает вычесывание корневищ

сорняков вместе с операциями рыхления и боронования.
12

Сев риса производится сеялкой с дисковыми сошниками и ограничителем

глубины заделки семян на 1,0…2 см. Используется сеялка рисовая навесная

СРН-3,6 на базе трактора МТЗ-50 с посевом семян по рядкам с междурядьем 15

см. Норма сева 230 кг/га. Продолжительность сева на массиве до 5 дней.

Удобрение подают перед севом в количестве 70...80 кг/га фосфора, 30

кг/га азота (150 кг/га сульфат аммония). После полных всходов производится

первая подкормка из расчета 30 кг/га азота. Остальные 30...40 кг/га азота

подают в период кущения.

В борьбе с сорняками один раз в начале фазы кущения применяют

гербицид (3,4Д) нормой тука 30...35 кг/га.

Режимом орошения риса принято постоянное затопление чеков слоем

воды 12...15 см и сброс воды с чеков перед уборкой, за 10...15 дней.

Уборка производится с помощью комбайнов типа "Сибиряк -5,6".

Урожайность риса получаемая в Учхозе указана в таблице 1.8. Наиболее

высокие урожаи получает поливальщик Назаров А.И. с закрепленной за ним

площади в 7,2 га.

Рисовый массив Учхоза обслуживается хозрасчётной бригадой

арендаторов, состоящие из 15-ти семейных подрядов. Каждый семейный

подряд выращивает рис на средней площади 3-6 га. На опытном участке

работал один семейный подряд. Сущность семейного подряда заключается в

том, что глава семейного подряда заключает с директором Учхоза трудовой

договор-соглашение, согласно которого подрядчик обязуется сдать хозяйству

установленное количество риса-сырца, в том числе 30 % по государственным

ценам и 70 % по договорным ценам. Остальная часть полученного урожая

предоставляется на усмотрение арендатора.

Таблица 1.8.

Урожайность риса Учхоза за годы исследований

Годы

Договорная

урожайность,

ц/га

Фактическая

урожайность,

( =40 га), ц/га

В том числе урожайность

риса на поле передового

рисовода (7,2 га), ц/га

1998 45 76 87,3

1999 45 83,4 90,4

2000 45 88,1 98,6

2001 45 80,3 92,7

2002 45 80.0 90.4

Рисовый массив (массив I) Учхоза расположен в северной части

хозяйства. Здесь рис возделывают уже 24 года. В ближайшее время площадь

возделывания риса составит 120 га.

Рисовая оросительная система - это орошаемая территория вместе с

оросительными и дренажными каналами, гидротехническими сооружениями

дорогами и другими элементами, позволяющими обеспечить затопление и

поддержание определенного слоя воды, а также осушение поверхности чеков

при необходимости.

В Учхозе введена инженерная рисовая система на базе Карт

Краснодарского типа. Система представляет собой карту прямоугольной

конфигурации шириной 260 м и длиной 1500 м с общей площадью нетто 42 га,

разделенную на чеки сквозными постоянными валиками от оросителя до

сброса. Площадь чека колеблется от 1,5 до 3,0 га. Чеки имеют самостоятельные

водовыпуски из оросителя в чек и из чека в сброс. Чеки этой системы дают

полную возможность производить любые агротехнические мероприятия по

возделыванию риса тракторами, комбайнами и другими

сельскохозяйственными машинами.

Для подачи воды на поля служит картавый ороситель. На оросителе
14

установлены гидротехнические сооружения для регулирования расходов и

уровней воды.

Водоотводящий канал глубиной 2,0 м служит для отвода сбросных и

дренажных вод с территории системы, для ограждения прилегающих площадей,

не занятых рисом, от возможного подтопления.

Чеки отделяют друг от друга водоудерживающими земляными валиками.

Валики - это земляные валы, ограждающие чек и удерживающие в нем

определенный слой воды; средние размеры валика: ширина по верху 0,5 м,

высота от поверхности верхнего чека 0,40 м, откосы 1:1, 1:1,5, 1:2 в

зависимости от типа

Основные технико-экономические показатели рисовой оросительной

системы Учхоза представлены в таблице ____, ____.

Таблица ______

Основные технико-экономические показатели рисовой оросительной

системы Учхоза

№ Наименование показателей

Единица

измерения

Показатели

1 Общая площадь брутто га 120,0

2 Площадь нетто га 103,2

3 КЗИ 0,86

4 Число чеков в карте шт 20

5 Площадь чека га 1,50…3,0

6 Протяженность оросителя м/га 36,2

7 Протяженность сброса м/га 36,2

8 Протяженность валика м/га 166,0

9 Число водовыпусков из оросителя в чек шт/га 0,5

10 Чеков в сброс шт/га 0,5

11 Число бьефов регулирования на оросителе шт 10

12 Средняя фактическая ц/га 78,0

Глава 2.ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ

ВОДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ РИСОВЫХ ЧЕКОВ

2.1. Результаты теоретические исследования по разработке и численной

апробации гидродинамической модели перемещения масс воды по

поверхности чека при различных процентах горизонтальной проточности и

отсутствии дренажа.

На рисовом чеке поддерживается слой воды большую часть

вегетационного периоды.

Динамика параметров водной массы в чеке по сравнению с оросителями

находится в более спокойном состоянии.

Водная масса чека постоянно перемещается по площадки во всех

направлениях. Вода расходуется на фильтрацию, испарение, транспирацию,

поверхностный сбросной ток (при его наличии.

Различаются следующие виды перемещения воды в чеке:

1) движение воды за пределы объема в нормальном направлении к

поверхности слоя (испарение, транспирация, фильтрация). Можно

считать, что эти расходы равномерно распределяются по всей

площади чека;

2) диффузионное движение – это тепловое движение молекул в

направлении произвольного самовыражения концентраций в смеси

нескольких веществ: процессы переноса тепла внутри массы воды;

между почвой, воздухом и водой; процесс растворения минеральных и

органических веществ в водной среде и почве и т.п.;

3) горизонтальное движение воды в чеке – это распространение потока

воды, поступающей из оросителя, по всей площади чека и движение ее

на сброс. Горизонтальные перемещения потока проводятся за счет

гидравлических напоров и с целью восполнения расходов на

испарение, транспирацию и фильтрацию.

Рассмотрим случай поступления воды в чек из оросителя через

трубу,рис2.1.

Ширина чека во много раз больше ширины отверстия трубы, поэтому за

отверстием водовыпуска наблюдается картина растекания потока в плановом

отношении по сторонам.

Высокая концентрация потока в относительно узком отверстии трубы

приводит к значительному превышению глубины потока на выходу из трубы

над бытовой глубиной воды в чеке. В результате создаются условия для

свободного растекания потока трубой. Если участок горизонтальной
16

поверхности чека подвергается какому-либо отклонению от равновесия, под

действием восстанавливающих сил, этот участок придет в движение стремясь

восстановить равновесие. Возмущение одного участка передается другим.

Образуется волновые перемещения воды по всему чеку.

Описанный режим – есть сущность движения воды в чеке при

поддержании постоянного слоя затопления.

Рассмотрим два случая нарушений равновесия на чеке:

1) свободное растекание потока при поддержке постоянного уровня воды

в чеке для восполнения расходов на испарение, транспирацию,

фильтрацию;

2) поддержание постоянного уровня воды при наличии поверхностных

сбросов токов.

2.1.1. Свободное растекание потока при отсутствии поверхностного

сброса

1) поддержание постоянного слоя воды обеспечивается равенством

водоподачи из оросителя и расхода воды на испарение, транспирацию и

фильтрацию.

Если известны суточные расходы воды (мм/сутки) на испарение (Е,

транспирацию (Т) и фильтрацию (), то суммарный их расход выраженный в

слое воды составит:

68,4

10 6

hl м/с (2.1)

а расход водоподачи на уравновешивание расхода (hl) равен:

Qh l, (2.2)

где r AB, площадь чека, м2;

А и В – длина и ширина чека, м.

Оросительная вода их водовыпуска под действием восстанавливающих

сил растекается по всем направлениям поверхности чека.

По мере увеличения фронта растекания, траектория движущихся частиц

воды образует угол, вершиной которого является ось водовыпускной трубы.

2 2 2 ( )2

063360

dr rdrrdrdr

(2.3)

Расход проходящий через сечения (I-I) и (2-2) обозначим через q1 и q2,

приращение расходов dq на элементарной площадке будет равен:

dq=q1-q2, (2.4)

Ясно, что в результате потери воды на испарение, транспирацию и

фильтрацию приращение dq имеет знак (-) и может быть выражено в виде:

dq=q1-q2= - hld= - hl[rdr+(dr)2], (2.5)

С увеличением r, dr уменьшается.

Учитывая, что (dr)20 опустим ее из формулы:

2l qd hrdr

360

(2.6)
17

Проинтегрировав (1.6.) по dr:

0632 lqd hrdr

получим

2lqhr c

360

, (2.7)

Свободный член

c определим приняв r=R, т.е. когда q=0:

360

cRh

(2.8)

Подставив q и R имеем:

()

360

lqh Rr

, м3/с. (2.9)

Эта формула позволяет определить расходы растекания на расстоянии r

от водовыпуска при угле .

Для упрощения расчетов определим расход на единицу длины

(удельный расход) – как отношение расхода q к длине сечения на расстоянии r.

Длина сечения на расстоянии r от водовыпуска равна:

2rlr

360

(2.10)

Тогда удельный расход на 1м длины сечения:

hRrr

q r

360

():

360

или

( )

qn l (2.11)

Скорость растекания r в сечении есть отношение расхода на площадь

живого сечения ()

Площадь живого сечения () равна:

2 r H

360

(2.12)

где Н - бытовая глубина воды в чеке, м.

Отсюда

360

r r H

lhR

м/с. (2.13)

Формула (2.13) позволяет сделать вывод, что на расстоянии r

равном половине диаметра водовыпуска:

R=0,5d,

Где d- диаметр водовыпуска; скорость воды совпадает со скоростью

выходы воды их водовыпуска, а при r=R скорость (r) воды равна нулю.

На основании формулы (2.13) можно построить линии одинаковых

скоростей потока. Для этого предположим, что скорость (1) в точке 1 равна

скорости 2 в точке 2, тогда имеем:

( )

()

hl l

(2.14)
18

Решая уравнение (2.14) относительно r2, получим:

(2.15)

Используя формулу (2.15) можем определить ряд точек с одинаковой

скоростью и затем провести линии одинаковых скоростей.

Формулу (2.15) можно заменить другой формулой для определения

линий одинаковых скоростей. Для этого из формулы (2.13) для заданных

скоростей определяется r при известных R:

11,

r l

lll

(2.16)

Для примера, примем чек размерами 100х200 (2га), водовыпуск

находится в одном из углов чека, гидромодуль 2,8 л/с.га, бытовая глубина

Н=0,1м.

Расчеты ведем через интервал времени 1 час. По гидромодулю

определяем слой потерь за каждый час:

10000

00 632.80.001

hl м/час

Диагональ чека R=1002+2002=224м.

Задаваясь различными значениями скорости (от 20 м/час до 0,1 м/час) на

пути R=100, 130, 160, 200, 224м. Определим

Расчеты сведены в таблицу (1.1).

На основании графика (2.2) строим эпюру распределения скоростей

потока по поперечным сечениям поверхности чека.

2) При наличии поверхностной прочности образуется совместный поток

поступающего и отводимого объема воды.

Таблица 2.1.

Значения r при различных и R, м

,R, м

м/час hl

100 110 130 160 200 210 224

20 2000 2,5 3 4 5 10 11 12

10 1000 5 6 9 12 21 22 23

6 600 9 10,5 14 22 32 35 36

5 500 10 13 19 28 41 45 48

4 400 13 16 23 36 48 53 57

3 300 16 21 30 46 60 67 72

2 200 24 30 43 66 83 90 97

1 100 41 49 64 95 122 131 140

0,6 60 57 60 63 111 148 159 170
19

0,2 20 82 89 108 135 181 191 201

0,1 10 91 100 121 149 191 201 212

Для расчета рассмотрим расходы воды, проводящие через элементарную

площадку dw, которая находится на расстоянии r, r+dr от точки водопадачи с

радиусом направления R и на расстоянии l, l+dl от точки водозабора с радиусом

направления L.

Через элементарную площадку проходят расходы:

q1+q2, q3+q4 (2.17)

Ведем новые обозначения:

hc – слой поверхностного сброса, отнесенный ко всей площади чека,

м/с, (2.18)

где Qc – расход сброса (проточности) через водовыпуск в коллектор, м3/с;

r - площадь чека, м2;

hn - слой водоподачи, отнесенный ко всей площади чека.

м/с, (2.19)

где Qn – расход воды, поступающей в чек через водовыпуск из старшего

канала, м3/с.

Полагая, что hn расходуется на поддержание слоя затопления чека,

имеем:

nlc

h h h, (2.20)

На элементарной площадке d приращение расхода составляет:

qdq1 q3 q2 q4 , или

dq q1 q2 q3 q4 , (2.21)

Введя дополнительные обозначения:

r q dqq и dql q3 q4

и подставив их в (2.21) имеем:

q d qddq (2.22)

Проинтегрируем выражение (1.22):

qqdr ldq (2.23)

Учитывая, что:

360

rnq d hRr

(2.24)

360

lcq d hLl

(2.25)

получим ,

063360

2222

ncq h RrhLl

(2.26)

Из формулы (2.26) следует вывод, что в любой точке М, находящейся на

расстоянии r, от точки подачи и на расстоянии l от точки сброса, суммарный

расход равен сумме расходов подачи и сброса.

Так, при r=0, т.е. l=L, расход q=Qn, а при r=R, т.е. l=0, расход q=Qc.

Погонный расход на I м перемещения равен:

2 2 2 2

qn n c

, (2.27)

Скорость передвижения потока в любом сечении:

2 2 2 2

hn c

, (2.28)

Обозначим n c ,

где n - скорость подачи,

с – скорость сброса, тогда:

2 2

и c 2Hhc l L2 l2 , (2.29)

На основании формул (1.28) и (1.29) можно построить линии одинаковых

скоростей потока по поверхности чека. Для этого используем графический

способ суммирования двух слагаемых формулы (2.28). Задаваясь различными

значениями n, c, R, и L определяем r и l по формулам:

11,

(2.30)

11,

(2.31)

Значения r на графике откладываются от точки водоподачи, а значения l

- от точки сброса.

Для точек, находящихся на диагонали, соединяющей точки сброса и

водоподачи, имеем:

R L D

где D - длина диагонали, скорость потока здесь определяется по формуле:

HDr

hrDr

nhD rc

(2.32)

На основании формул (2.29) и (2.32) строим сетку линий n и c, а по точкам их

пересечения проводятся искомые линии равных скоростей потока "подача-

сброс". На рис.(2.2 а,б) показан пример расчетов для случая - гидромодуль

подачи qn = 3,8 л/(c.га), модуль сброса qс = 1 л/(с.га) или qn= 0,00136 м/час и qс=

0,00036 м/час.

На рис. 1.4 г показаны линии равных скоростей передвижения потока для

различных исходных данных.

Из графика видно, что скорость растекания потока имеет большие

значения в зонах вдоль линий, соединяющих точки подачи и сброса и

приближается к воронкообразной форме на плане.

На эпюрах показаны картины распределения скоростей потока по

поперечным сечениям потока.

Как показывает анализ вышеизложенного, на проточном чеке по

сравнению с беспроточным, скорость перемещения потока существенна по всей

площади.

3). Время перемещения воды по поверхности чека или

продолжительность пребывания определенной массы в чеке оказывает большое

влияние на температурный, воздушный и минеральный режимы.

Время передвижения водной массы по чеку можно выразить в виде

отношения длины пути к скорости передвижения потока.

Время перемещения элементарной массы воды от точки I, находящейся

на расстоянии r1 от точки водоподачи и имеющей - скорость 1, до точки 2,

находящейся на расстоянии r2 от точки водоподачи и имеющей скорость 2,

обозначим через t1-2

0, 1 52

rrr

t (2.33)

Значение r1-2 тем меньше, чем точнее расчет.

Графическое изображение времени, затрачиваемого на перемещение

водной массы в чеке, строим следующим образом:

по графику скоростей передвижения потока, где отмечены расстояния

между различными скоростями, рассчитываем время перемещения по формуле

(2.33);

суммируем время перемещений от начала до конца пути по каждой линии

скоростей;

соединяем все точки с одинаковым временем перемещения с интервалом

I час или более.

На рис. (2.4г) показаны различные случаи перемещения потока и

определено время передвижения водных масс на линиях скоростей при наличии

и отсутствии сброса (проточности):

при qn = 2,8 л/(с.га), (qn = 0,001 м/час), qc = 0;

при qn = 3,3 л/(с.га), (qn = 0,00118 м/час), qc = 0,5; л/(с.га), (qc = 0,00018

м/час);

при qn = 3,8 л/(с.га), (qn = 0,00136 м/час), qc = 1 л/(с.га), (qc = 0,00036

м/час);

при qn = 4,2 л/(с.га), (qn = 0,0015 м/час), qc = 1,5; л/(с.га), (qc = 0,0005

м/час);

при qn = 5,6 л/(с.га), (qn = 0,002 м/час), qc = 3,0; л/(с.га), (qc = 0,001

м/час);

Из приведенных расчетов (рис. 2.4) видно насколько существенны

различия во времени перемещения масс воды в чеке.
22

Каковы степень смены и изменения температурного режима воды в чеке?

На чеке различаются зоны с разными степенями смены оросительной

воды. Более свежая вода распределяется по чеку в зависимости от интервалов

времени - час, несколько часов, несколько дней.

Приведем графики степени смены воды в чеке (% от общей массы воды)

в зависимости от времени (через 1, 2, 3, 4, 5 дней), рис. 4.5.

В беспроточном чеке за 5 суток сменяется не более 70% объема воды, а

на 8 сутки – до 85%.

На проточном чеке со степенью проточности до 18% от

оросительной нормы (qc = 0,5 л/(с.га), qn = 2,8 л/(с.га)) за 3 суток сменяется

70%, а за 5 суток 90% объема воды.

На чеке с проточностыо 35% от оросительной нормы через 3 дня

сменяется 82% объема воды, через 5 дней – 95% объема воды чека.

На чеке с проточностыо 50% за 3 дня сменяется до 91% объема воды, а

через 5 дней – 96%. На чеке с проточностыо 100% после 1 дня сменяется 50%

объема воды, через 3 дня – 96% и 5 дней – 98%.

Таким образом, видно, что в проточном чеке постоянно существует смена

воды и этот процесс наблюдается по всей площади. За 5 дней воды сменяется

на 70% площади чека, на оставшихся 25% площади - в течение последующих

5-10 суток и только около 5% площади чека смена воды длится более 10 суток.

При беспроточности, указанная степень смены воды достаточно полно

отвечает условиям жизни растений здесь, так как в водной массе постоянно

происходит диффузия молекул и самопроизвольное выравнивание содержания

различных веществ в воде.

Отметим, что в естественных условиях поступление кислорода в воду

происходит, главным образом, за счет диффузии его через свободную

поверхность водотока ифотосинтезирующей деятельности водных организмов.

Поэтому, не может быть такого понимания, что потребность в кислороде

покрывается за счет поступления свежей оросительной воды из канала в чек.

2.1.3 Распределение температуры воды на плане проточного и

беспроточного чеков

Изменение температуры воды в чеке зависит от суточных процессов

нагревания и охлаждения, от времени пребывания ее в чеке. Температурный

режим воды в чеке сильно отличается от простого физического смещения двух

порций воды, так как смещение происходит через несколько дней, и за этот

отрезок времени температура воды изменяется несколько раз. В период

сильного нагревания, температура воды в чеке больше, чем в оросителе, и

наоборот, при сильном охлаждении температура воды в чеке несколько

меньше, чем в оросителе.

Температура воды на каком-нибудь участке зависит от времени ее

пребывания в чеке. В жаркие дни, чем быстрее движется вода, тем меньше ее
23

нагревание в чеке. Здесь сказывается положительная сторона влияния

проточности на снижение температуры воды в условиях жарких климатов.

Приведем математическое обоснование изменения температуры воды в

чеке во времени.

Если при нагревании, за время температура воды повышается на Т (то

среднее значение за интервал будет (Т/).

Тогда в зоне, где время поступления воды в чек (ts) меньше Т (ts),

температура будет выражена следующими значениями:

KTT tS

, (2.34)

где Тк - температура воды в оросительном канале.

В зоне, где время поступления воды в чек ts больше времени ,

температура воды зависит от начальной температуры воды в чеке, которая до

момента нагревания равна:

y TT T, С, (2.35)

где Ту - начальная температура воды до момента нагревания (утренняя

температура воды), С°. Величина начальной температуры Ту играет большую

роль в дальнейшем изменении температуры воды.

Рассмотрим распределение температуры воды в чеке в моменты, когда

суточная температура воды достигает максимальной и минимальной величин.

Максимальная суточная температура воды наблюдается в полуденные часы, а

минимальная - в ночные.

Возьмем элементарную массу воды, поступающую из оросителя, в чек в

момент начала процесса охлаждения. Во время охлаждения воды тепло

затрачивается на испарение с водной поверхности и теплообмен с воздухом. За

первое время охлаждения (toх) температура, рассматриваемой массы воды,

изменяется от начальной температуры равной температуре воды в канале (Тк)

до первой охлажденной (Т’ох). При этом величина Т’ох может быть больше,

равно или меньше Тк , в зависимости от погодных условий.

На первой части пути движения воды при t1 = tox температура изменяется

в пределах Tк—T’ох.

С наступлением нагревания, температура этой массы воды в чеке

увеличивается на величину Т1 ив момент нагрева (tн) будет равной:

.11

нTТ 'Tox, С°, при t2=tн.

После этого начинается охлаждение, температуры воды в чеке снижается

от Тн.1 до повторного охлаждения Т”ох за время tз=tох.

Затем опять под действием нагревания, температура этой элементарной

массы воды повышается на величину Т2, достигая повторного нагрева:

.22

нT Т"Tox, С, при t4=tн

При последующем охлаждении, температура воды вновь снижается от

Тн.2 до Т’’’ox при ts=tox. Такой цикл периодически повторяется до момента

сброса элементарного объема воды за пределы чека.
24

Рассмотрим распределение температуры воды в определенные моменты

времени: в момент начала нагревания (или конце охлаждения):

I. В момент начала нагревания, (утром).

Судя по графику времени передвижения воды в чеке (рис. 2.6) и хода

изменения температуры элементарной массы воды по времени, можно

разделить чек на следующие зоны температур (рис. 2.7а).

В зоне содержится масса воды, время поступления которой меньше

времени охлаждения (t1tox). Все частицы воды в этой зоне имеют начальную

температуру, равную температуре воды в канале Тк, температура воды в зоне I

находится в пределах Тк – T’ox.

В зоне 2 содержится масса воды, находящаяся в чеке в течении времени

t2, значение которого удовлетворяют условию toxt2tox+tн. Обычно сумма

tox+tн=1 сутки и тогда toxt21 сут., а температура воды изменяться в пределах:

xoox

2'T T 'T'

В зоне 3 на расстояние, где время поступления воды tз удовлетворяет условию:

1 сут. t3tox+1 сут., и температура воды соответствует времени

Т”oxT3T”’ox.

Зона 4, охватывающая остальную часть чека на расстоянии, где t4tox+1

сут. Температура воды при охлаждении не зависит от времени пребывания ее в

чек и равна средней величине Тy, т.е. Т4=Ту.

Из результатов полевых исследований следует, что в беспроточном чеке

фактически отсутствует 3 зоны. Зона 3 совпадает с зоной 4 (рис. 2.8).

2. В момент начала охлаждения или конца нагревания (вечером).

В момент нагревания, вода продолжает поступать в чек и отводиться из

чека. Температура воды повышается по степени нагревания. Здесь выделяются

следующие зоны нагревания (рис. 2.7):

Температура воды в зоне А на расстояние, где время поступления воды в

чек ti меньше времени нагревания tн. Температура воды подсчитывается по

формуле:

iKi

TTt

, С

где ti tн время в часах;

t - увеличение температуры воды, С°;

Tк - температура воды в канале.

Зона Б - масса воды, находящаяся в зоне I, нагревает от начальной

температуры Т до T6=T1+T и передвигается на расстояние равное от -

начальной позиции;

01 t t , tн tб tox tн1сут

В зоне В - содержится масса воды в зоне 2 в новой позиции: 1 сут tв

tн+1 сут

а температура T2+TTвТз+Т
25

В зоне Г температура воды находится в пределах:

T3+TTгТ4+Т,

и занимает следующее положение:

tн +1 сут tг 2 сут

Зона Д, охватывающая остальную часть чека, на расстоянии,

где tд 2 сут,

и температура воды Тд = Ту +Т

Из вышесказанного видно, что в зонах А, Б, В и Г, расположенных на

расстоянии, где время поступления массы воды удовлетворяет условию tп 2

сут. температура воды переменная убывающая, а в зоне Д, где t>2 постоянной.

Площадь убывающей зоны температуры воды пропорциональна с

расходом проточного тока воды. Чем больше расход проточного тока, тем

больше площадь с убывающей температурой. Зона постоянной температуры

есть зона, где на температуру воды не влияет или мало влияет проточный ток

воды.

В качестве сравнительных расчетов душ оценки аспекта проточности на

снижение температуры воды в чеке принимаются графики скорости и времени

передвижения воды в чеке (рис. 2.4).

Зона убывающей температуры ограничена линией времени передвижения

равной 2 суткам (48 часов), а зона постоянной температуры расположена на

расстоянии, где время передвижения больше 2 суток.

Из графиков (рис. 2.4 и 2.5) подсчитываем долю площади с переменной

убывающей температурой в чеках, в зависимости от величины проточного

расхода, их результаты показаны в табл. 2.2.

Средняя температура воды в чеке определяется по следующему

выражению:

...

n n

, C

где Т1 … Тn - температура воды в соответствующей площади оо^См2) -

площадь чека,

1...n , (м2)

Таблица 2.2

Доля площади с убывающей температурой воды

при различных величинах проточного расхода

Степень

проточност

и,

% от

оросительн

Модуль

сброса,

л/с. га

Доля

площади с

убывающей

темпе-

ратурой от

Эффект по

сравнению с

беспроточно

стью, %

Урожайность

риса,ц/га

(2002г)

0 0 38 0 36.2

18 0,5 49 II 40.6

1,0

46.3

50 1,4 72 34 51.4
26

100 2,8

53.7

Из табл. 2.2 видно, что при проточности до 100% оросительной нормы

площадь с пониженной температурой увеличивается до 81% общей площади

чека. При проточности с модулем I л/с.га, т.е. до 36% от оросительной нормы

эффект незначителен до 20%, по сравнению с беспроточностыо, однако затраты

воды повышаются на 86,4 м3/сут.га.

Из приведенных расчетов подтверждается, что при орошении риса в

условиях Узбекистана проточность не дает эффект, и в снижении температуры,

и в смене "свежей" воды. Наоборот проточность увеличивается на фактическую

величину оросительной нормы риса.

Натурное исследование распределения температуры воды в чеке

проведено на 3 чеках в середине июня 2002 и 2003 гг. Измерение температуры

воды производили по квадратам 20x20 м 2 раза в сутки: утром в 7 часов, днем в

16 часов.

Первый чек: орошение без проточности, размеры чека 90х 260 м2,

бытовая глубина воды в чеке 13 см, второй чек, с проточностью 3,6 л/с,

размеры чека 80x260 м2, бытовая глубина 12 см. Третий чек с проточностью,

имеет форму близкую к квадрату размерами 80x100 м2, бытовая глубина 12 см.

Результаты натурных исследований (измерений) показаны на рис. 2.9.

В зоне I температура воды утром совпадает с колебанием температуры воды в

оросителе, их разница в пределах 2-3°С. Чем дальше от водовыпуска, тем

больше температура воды.

В зависимости от диффузии тепла в воде, от шероховатости поверхности

чека, распределение температуры имеет зубчатую форму.

В чеках с малыми размерами и большими расходами сброса зона с

переменной убывающей температурой охватывает всю площадь.

Средняя температура воды в чеке в данный момент времени определяется

по алгебраической сумме:

где Тср - средняя температура воды в чеке, С;

Тi - сумма температур воды в точках измерения;

n - число точек измерения.

В проточных чеках средняя температура воды ниже, чем в беспроточных

на 1,7-3,9С, как видно из рис. 2.9 и табл. 2.3. Затраты воды на снижение

средней величины максимальных температур воды на 1°С составляет 88,0-88,6

м3/cут.

Очертание линий распределения температуры в чеке совпадают с

очертанием теоретических расчетов, ошибка - в пределах менее 5%.
27

Таблица 2.3

Затраты воды на снижение средней величины максимальных

температур воды на 1°С, м3/сут.

Средняя

величина

температур

Чек Мо-

дуль

сброса,

л/с.га

Норма

сброса,

м3/сут

Макси

ма-

льных,

Мини

ма-

льных

, С

Сниже-

ние

максим

альных

, С

Затраты

воды на

сниже-

ние 1С

Урожай

ность

риса,

ц/га

(2002г)

Беспрот

оч-ный

0 0 34,50 24,1 - - 36.2

Проточ

ный

0,73 149,5 32,8 23,0 1,7 88,0 44.5

Проточ

ный

4,0 345,6 30,6 22,2 3,9 88,6 61.3

Разработанные математические зависимости гидродинамического режима

позволяют научно обосновать решение вопросов рационализации параметров

рисовых чеков; местоположения и количества водовыпусков, а также размеры

водоподачи и сбросов (дренажа) с точки зрения обеспечения заданных

температурного, солевого, кислородного и питательного (удобрения) режимов

воды в каждой точке площади рисовых чеков.

Численную реализацию формулы (2.28) рекомендуется производить на

ЭВМ, однако для этого необходимо предварительно трансформировать их из

векторных в скалярные значения.

Автором данной работы в этом направлении выполнен ряд несложных

математических операций, в частности: учитывая, что скорость потока воды в

любой точке чека о координатами (, ) есть вектор:

iixi y ,,,, ,,,, (2.36)

где i,x,, , i,y,, - проекция вектора скорости на оси ОХ и ОУ прямоугольной

системы координат, определим скаляры: i,x,, , i,y,, :

2,,,

,,,

2 i

iRi

(2.37)

2,,,

,,,

2 i

iRi

(2.38)

где знак (+1) - означает водоподачу через водовыпуск в чек;

(-1) - отвод воды через водовыпуск из чека;

Ri,, ri,, значения R и r для точки с координатами и ;
28

xi,R,, yi,R,, - координаты на оси ОХ и ОУ точки пересечения прямой,

проходящей через точку водоподачи (i) в чек, точку с координатами и с

прямой, являющейся одной из сторон чека;

xi, yi - координатами на оси ОХ, ОУ точки расположения водовыпуска

в чек при (+ I) и из чека при (-1).

Наибольшую трудность представляло вычисление координат

iRiR,,, ,,,

xy и длин проекций прямой Ri на оси ОХ и ОУ. Оказалось, что в

зависимости от взаиморасположения водовыпусков и какой-либо точки на чеке

с координатами ( и ), существуют четыре группы формул по

математическому расчету значений и xi,R,, yi,R,, :

1. При xi xi,R,, и yi yi,R,, координаты xi,R,, и yi,R,, должны

вычисляться по формулам:

а)

онревялдyB

yyAx

iRii

,,,

,0;

б)

онревирпхА

xxBy

iRii

,,,

,0;

в) когда xi = xi,, и yi = yi,, координаты Ri равны:

xi,, = xi и yi,, = yi

2. При xi xi,, и yi yi,,

а) координаты "Ri" определяют так:

,0;

,,,

,,,,

,,,

iiii

онревирпхА

xyxy

в противном случае:

yyAx

iRii

,,,

б) при xi = xi,, и yi = yi,,

значения xi,, = xi и yi,, = yi

3. При xi xi,R,, и yi yi,R,, , координаты Ri: вычисляются по

формулам:

а)

,0;

,,,

,,,,

,,,

iiii

онревялдyB

yxxy

б)

ирпyB

xxBy

iRii

,,,

в) если xi = xi,, и yi = yi,, , то:

xi,, = xi и yi,, = yi

4. При xi xi,, и yi yi,, , получим:

а)

,0;

,,,

,,,,

,,,

iiii

онревялдxA

yxxy

б)

,,,,0 ;

,,,,,,

,,,

ирпAx

yxxy

y i R

iiRiiR

в) при xi = xi,, и yi = yi,R,, , xi,R,, = xi

После определения xi,R,, и yi,R,, вычисляется Ri; и затем:

iix,,,,, 2 i 2, , ,y

На основе выражений (2.37-2.39), которые есть не что иное, как

математическая модель, можно составить программу для ЭВМ. Полученные с

помощью ЭВМ при различных расходах водоподачи параметрах чеков и точках

расположения водовыпусков скорости перемещения объемов воды

свидетельствуют о весьма неодинаковом развитии гидродинамического режима

по орошаемой площади.

Для развития полученной модели до уровня оптимизационной,

необходимо определить среднюю скорость движения воды по чеку:

icp

Затем разность i для всех вариантов информации (i=1…K):

KKi

KKpcK

iipci

,,,

..................................................

Искомым, наиболее рациональным вариантом конструкции и параметров

рисового чека признается тот, где i,K 0 наименьшее.

Несомненно, что предложенная модель получит дальнейшее развитие при

введении в нее экономических параметров.

2.2. Регулирование параметров гидродинамического режима совместным

действием горизонтальной и вертикальной проточности (дренаж).

Из литературного обзора известно,что интенсивность инфильтрации воды с

поверхности чека к дрене выражается следующей зависимостью,(рис.2.2) :

Рис.2.2. Схема притока воды в дрену.

2.3.Блок-схема, программа и ее реализация на ЭВМ.

2.4. Полевая апробация достоверности гидродинамической модели.

Полевая апробация достоверности разработанной модели производилась

согласно разработанной методике на типовом чеке с параметрами идентичными

расчетным.

Результаты полевых опытов сведены в таблицу 2.4. и на рисунке ______

Таблица 2.4.

Опытные и расчетные значения r при различных и R на фоне дренажа.

(в числителе расчетные,в знаменателе опытные).

,R, м

м/час hl

100 110 130 160 200 210 224

20 2000 2,5 3 4 5 10 11 12

10 1000 5 6 9 12 21 22 23

6 600 9 10,5 14 22 32 35 36

5 500 10 13 19 28 41 45 48

4 400 13 16 23 36 48 53 57

3 300 16 21 30 46 60 67 72

2 200 24 30 43 66 83 90 97

1 100 41 49 64 95 122 131 140

0,6 60 57 60 63 111 148 159 170

0,2 20 82 89 108 135 181 191 201

0,1 10 91 100 121 149 191 201 212

Как видно из таблицы о Отклонение фактических данных от расчетных

значений скоростей смены масс воды на поверхности чека ( P) не превышает

допустимую величину в 10% . Отсида следует вывод,что выполненная

методика расчета достаточно достоверна и ее можно использовать при

регулировании факторов среды обитания растений риса.

Глава 3. Технико-экономическая эффективность предлагаемых

мероприятий.

Оценка технико-экономической эффективности прелагаемых меро-

приятий произведена на основании «Типовой методики по расчету

экономической эффективности внедрения новых техники и технологий в

сельское хозяйство и мелиорацию»,М., Колос,1984. Согласно этого документа

все расчеты производим на 1 гектар орошаемой площади путем сравнения

показателей эффективности базового (контрольного) и предлагемых вариантов
32

орошения риса. За базовый (контрольный) принята технология орошения

разработанная Уз.НИИРис и ТИИИМСХ и которая на сегодня является одной

из наиболее эффективных. Особенности базового варианта (№1) и опытных

вариантов с горизонтальной проточностью(№2,3,4,5) и с вертикальной

проточностью (№6) приведены в таблице 3.1. и заключаются в следующем::

Вари

анты

опыт

ов

Степень

проточно

сти,

% от

оросител

ьной

нормы

(25000

куб.м/га

Затраты

воды на

проточн

ость,

Куб.м./г

Модул

сброса,

л/с. га

Доля

площади с

убывающе

й темпе-

ратурой от

площади

чека,

Эффект

по

сравнени

ю с

беспрото

чностью,

Урожа

йность

риса,ц/

га

(2002г)

Удельны

е затра-

ты воды

Куб.м./ц

1 0

- 0

36.2 690.6

Горизонтальная проточность

2 18

4500 0,5

40.6 726.6

3 36

9000 1,0

46.3 734.3

4 50

12500 1,4

51.4 729.5

5 100 25000 2,8

53.7 931

Вертикальная проточность (дренаж)

6 10 2500 0.28 70 32 65.7 418.5

– возделывание риса без применения проточности ведет к повышению

температуры в чеках и ухудшению других факторов

жизнеобеспечения.Урожайность риса в этих условиях не превышала

36.2ц/га.,однако затраты воды были самыми минимальными (25000куб.м./га

или 690,6кубм./ц).

– Применение небольшой проточности (вариант № 2) способствовал росту

урожайности до 40.6ц/га или на 4.4ц/га. При этом затраты воды составили

уже 29500куб.м./га или 726.6куб.м/ц,что на 15.3% болше первого варианта.
33

– Третий,четвертый и пятый варианты,хотя и дают более благоприятные

температурные условия для риса, они чрезмерно водозатратны.

Шестой вариант,где автором совместно с руководителем впервые предложена

вертикальная проточность за счет введения дренажа, урожайность резко

возросла до 65.7ц/га или на 29.5ц/га при несущественно большей чем при

беспроточности оросительной норме (27500куб.м/га),но самых малых удельных

затратах воды (418.5кубм./ц).

Агротехника возделывания риса во всех вариантах опыта была одинакова.

Планировка поверхности почвы проводилась с погрешностью не более 3 см.

Заделка семян осуществлялась на глубину 1... 1,5 см. Посев и затопление

завершались в 1 день.

Ниже в таблице 3.2. даны основные исходные данные и расчет технико-

экономической эффективности изученных вариантов (расчет выполнен исходя

из площади 1га).

Таблица 3.2.

Исходные данные и расчет технико-экономической эффективности

технологий орошения риса

№Номера вариантов

№

Наименование

показателей

Еди-

ницы

измере

-ний

(Базов

ый)

2 3 4 5 6

1 Фактические

оро-сительные

нормы риса,

нетто

м 3/га 25000 29500 34000 37500 50000 27500
34

2 Фактическая

урожайность

риса

ц/га 36.2 40.6 46.3 51.4 53.7 65.7

5 Прирост уро-

жайности по

отношению к

контролю

ц - 4.4 10.1 15.2 17.5 29.6

8 Стоимость

продукции

Сум/ц 500 510 520 530 540 600

9 Сельскохозяй

ственные

издержки

Сум/ц 300 320 330 340 350 400

Чистый доход Тыс.су

7442.7 477.8 449.1

Чистый доход

с учетом

сэкономлен-

ной воды

Дополнительн

ый чис-тый

доход

Эффективност

ь ис-

пользования

ороси-тельной

воды

Сум/м3

Как видно из результатов расчета экономической эффективности приведенных

в таблице 3.1. наибольший чистый доход был получен в варианте 6 -

тысяч сумов на гектар , что на ______% больше чем в контрольном, на

_______% по сравнению с вариантом где не использовались дрены

Общие выводы и предложения к производству:

1.Фактические оросительные нормы риса в хозяйствах Узбекистана в среднем

составляют 28-35тысяч куб.м/га,что на 20-40% превышает рациональные

величины (18-20тысяч куб.м/га).Причиной этому является наличие

проточности при выращивании риса,что рисоводами необоснованно

оправдывается необходимостью регуривания температурного,солевого,

питательного и кислородного режимов в чеке.

2.Проведенные нами расчеты показали,что:

На чеке различаются зоны с разными степенями смены оросительной

воды. Более свежая вода распределяется по чеку в зависимости от интервалов

времени - час, несколько часов, несколько дней.

В беспроточном чеке за 5 суток сменяется не более 70% объема воды, а

на 8 сутки – до 85%.
36

На проточном чеке со степенью проточности до 18% от

оросительной нормы (qc = 0,5 л/(с.га), qn = 2,8 л/(с.га)) за 3 суток сменяется

70%, а за 5 суток 90% объема воды.

На чеке с проточностыо 35% от оросительной нормы через 3 дня

сменяется 82% объема воды, через 5 дней – 95% объема воды чека.

На чеке с проточностыо 50% за 3 дня сменяется до 91% объема воды, а

через 5 дней – 96%. На чеке с проточностыо 100% после 1 дня сменяется 50%

объема воды, через 3 дня – 96% и 5 дней – 98%.

3.Таким образом, видно, что в проточном чеке постоянно существует смена

воды и этот процесс наблюдается по всей площади. За 5 дней воды сменяется

на 70% площади чека, на оставшихся 25% площади - в течение последующих

5-10 суток и только около 5% площади чека смена воды длится более 10 суток.

4.При беспроточности, указанная степень смены воды достаточно полно

отвечает условиям жизни растений здесь, так как в водной массе постоянно

происходит диффузия молекул и самопроизвольное выравнивание содержания

различных веществ в воде.

5.В естественных условиях поступление кислорода в воду происходит,

главным образом, за счет диффузии его через свободную поверхность водотока

и фотосинтезирующей деятельности водных организмов. Поэтому, не может

быть такого понимания, что потребность в кислороде покрывается за счет

поступления свежей оросительной воды из канала в чек.

6.Регулировать режимы жизнеобитания риса в чеках можно с помощью научно

обоснованного управления движением масс воды по чеку на фоне водоподачи

и вертикальной проточности через дренаж по предлагаемым нами

зависимостям.

7.Отклонение расчетных и опытных данных не превышает 10%.

8.В дальнейшем исследования следует вести в установлении динамики модели

на фоне различных фаз вегетации риса, где влияние растительности будет

существенно влиять на показания скорости смены масс воды в чеках.