Линейные параметры контуров увлажнения при капельном поливе

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Научный журнал КубГАУ, №100(06), 2014 года

ЛИНЕЙНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТУРОВ УВЛАЖНЕНИЯ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ПОЛИВЕ

При исследованиях контуров увлажнения, формирующихся в почвогрунтовой(ом) толще (пространстве) при капельном орошении, разными специалистами рассматриваются различные факторы влияния на их геометрические и «водораспределительные» характеристики. Среди таких факторов в известных публикациях упоминаются: регулируемые факторы, определяющие собственно капельный полив (расход или производительность капельницы - , л/час), продолжительность водоподачи (полива) или «капания» - , час), поливную норму - «», измеряемую в мм, м3/га, л/м2, л/растение); физико-механические и водно-физические характеристики почвогрунтов (плотность, пористость (скважность), наименьшая влагоёмкость - ), вид грунтов по гранулометрическому составу с данными по процентному содержанию в них глинистых частиц размером менее 0,01 мм) - «», начальная (дополивная) влажность почвы (), измеряемая по фактическому состоянию (в долях НВ или в % М.С.П.).

В связи с использованием в качестве фактора влияния поливной нормы отметим, что её величина определяется соотношением , то есть зависит от производительности (расхода) капельницы () и продолжительности водоподачи (). При этом значения и могут изменяться в значительных диапазонах ( - в пределах от 1 л/час до 12 и даже 20 л/час, а может изменяться от (1-2) часов до 12 и даже 24 часов). По этой причине одна и та же поливная норма может быть выдана капельницами разной производительности за разный временнуй период. Например, поливная норма в 50 литров на одну капельницу может быть выдана капельным микроводовыпуском расходом в 2 л/час за 25 часов, а с расходом в 10 литров - всего за 5 часов. При этом из-за временнуго фактора (продолжительности водоподачи - ) к концу капельного полива можно зафиксировать разные линейные, площадные и объёмные размеры единичного контура увлажнения почвы. С учётом вышеуказанного предлагается в качестве отдельных факторов влияния на контур увлажнения рассматривать расход капельницы (, л/час) и продолжительность полива водоподачи (, час) в форме («»).

Планирование экспериментов. Основной измеряемой в опытах величиной является влажность почвы (почвогрунта) в подкапельном пространстве до полива, по окончании полива и в послеполивной период, в соответствии со значениями которой, в процессе аналитической (камеральной) обработки данных, определяются все геометрические параметры контура увлажнения и распределение уровней влажности (объёмов влаги) в его пределах.

Исследования по изучению геометрических и влажностных параметров контуров увлажнения проводились по четырём типам почв: песчаным, супесчаным, суглинистым и глинистым. Исследования контуров увлажнения проводились в натурных и лабораторных условиях и их предваряли исследования почв по определению их типа, на содержание в них глинистых частиц и по определению плотности, пористости и наименьшей влагоёмкости почвы.

Полевые исследования проводились на тяжёлосуглинистых чернозёмах земельного участка бывшей Персиановской ОМС НГМА, песчаных и супесчаных землях в ст. Вёшенской и глинистых почвах Цимлянского района. Средние значения физико-механических и водно-физических показателей почв приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Данные по основным характеристикам исследованных почв

Лабораторные исследования параметров контуров увлажнения, формирующихся в почвогрунтовом пространстве при капельном поливе, проводились в специализированной лаборатории технологий полива кафедры мелиораций земель НГМА на экспериментальной установке по исследованию технологий и параметров капельного полива.

Экспериментальная установка представляет собой подключенный к водопроводной сети пластмассовый водовод, оборудованный регулируемыми капельницами, монометром, вентилем, мерными сосудами, секундомером, ёмкостями для почвогрунтов и измерительной аппаратурой для замеров влажности почвогрунта. Рабочий фрагмент лабораторной установки и её конструктивно-технологическая схема приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Вид рабочего фрагмента лабораторной установки

1 - водовод; 2 - капельница; 3 - ёмкость для почвогрунта

При проведении исследований контуров капельного увлажнения использовались регулируемые микроводовыпуски, позволяющие обеспечивать расход от 1 до 12 литров в час при напоре в капельном водоводе от 0,1 до 1 Па.

Для измерения влажности почвы в почвогрунтовой ёмкости использовались датчики измерения влажности почвы фирмы Decagon Devices, которые позволяют измерять объёмное содержание влаги в выборках объёмом - (0,3ч1) литра, с диапазоном измерений от 0 до 100 %, с погрешностью измерений, по сравнению с объёмно-весовым методом, до 3,4 процентов. Данные датчики влажности являются точечными, то есть могут снять показания в конкретной точке почвенной толщи. В лабораторной установке они устанавливались при заполнении ёмкости исследуемым грунтом, по сетке (1010) см (общее количество их - 24 шт + 1 для замера влажности на поверхности).

Методика обработки опытных данных.

Данные по матрицам влажности почвенного пространства, измеренной в процентах от массы абсолютно сухой почвы (рисунок 2), с использованием, адаптированной к условиям опыта программы, представлялись в виде системы изолиний влажности. Примеры такого представления экспериментальных данных влажности почвы приведены на рисунке 3.

Приведенное на рисунке 3 представление точечного измерения влажности в подкапельном почвенном пространстве позволяет очертить внешнюю границу контура увлажнения по изоплете с заданным уровнем влажности.

Рисунок - Примеры построения изопьез

В качестве такой изоплеты принималась замеренная влажность почвы соответствующая её природному уровню. Таким образом, устанавливались границы увлажнения почвы при капельном поливе. На последующем этапе обработки материала строились изопьезы (изолинии влажности почвогрунтового массива в подкапельном пространстве, в долях от наименьшей влагоёмкости), примеры которых приведены на рисунке 4.

При построении изопьез использовалась, адаптированная к условиям эксперимента, программа, написанная на базе пакета Mathcad.

По матрицам значений влажности почвы в форме изоплет вычерчивались схемы профилей увлажнения с градацией уровня влажности от 1,2 до 1,1, 1,0 и до (0,8ч0,7). В качестве предельной граничной (ограничивающей контур) изоплеты принималась влажность соответствующая уровню законтурного пространства, то есть влажности .

На завершающем этапе камеральной обработки, анализа и синтеза первичных экспериментальных данных устанавливались функциональные связи между факторами влияния и искомыми определяемыми параметрами контуров увлажнения (глубины и радиуса) и устанавливались соответствующие им расчётные зависимости вида:

и .

Пофакторный анализ опытных данных по многофункциональным связям вида и

выполнен при отдельном рассмотрении каждого из факторов, тогда как все остальные факторы влияния оставались неизменными. Пример аппроксимации опытных данных глубины и радиуса контура увлажнения ( и ) для вышеуказанных условий приведены на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6 - График и опытные данные функциональной связи