СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОДНОГО РЕЖИМА ОРОШАЕМОГО ПОЛЯ Российский патент 1997 года по МПК A01G25/00 

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано в изыскательских работах при проектировании оросительных систем, паспортизации орошаемых полей, регулировании и контроле водного режима орошаемых массивов в процессе их эксплуатации.

Известен стандартный способ определения наименьшей влагоемкости методом залива площадок (Вадюнина А.Ф. Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М. Высшая школа, 1973, 172 с.). Способ заключается в том, что площадку увлажняют из расчета промачивания почв на глубину 50-100 см. После впитывания воды площадку накрывают для предохранения от испарения и выдерживают от одних до семи суток в зависимости от типа почвы. После этого срока за закрытых площадках определяют влажность почвы до глубины промачивания, повторяя измерения не менее чем трижды. Взятые в поле пробы доставляют в лабораторию, высушивают с контрольной сушкой до постоянной массы. Влажность, соответствующую наименьшей влагоемкости, вычисляют в от абсолютно сухой навести.

Недостатком известного способа является его трудоемкость, длительность (так как пробы для определения влагоемкости берут через каждые 10-20 см по профилю на площадке, а количество таких площадей для получения достоверных результатов по всей площади поля должно быть 10-25).

Известен способ определения водно-физических характеристик почвы, заключающийся в том, что на тестовой площадке определяют влажность почвы, объемную массу, наименьшую влагоемкость. А затем полученные данные используют для всего орошаемого поля для установления норм полива (см. Отчет о научно-исследовательской работе МГМИ по теме: "Разработка рекомендаций по определению величины расчетного слоя увлажнения с/х культур для различных фаз развития и целесообразности их полива дробными нормами" за 1978. рег. N 74061311).

Недостатком способа является трудоемкость определения параметров, которая не позволяет получать их для орошаемых полей с требуемой точностью и достоверностью, а также невозможность автоматизации процесса измерений как этих, так и других технологических параметров водного режима.

Целью изобретения является снижение трудозатрат и стоимости измерений, увеличение числа измеряемых параметров, точности и достоверности их измерения.

Пример конкретного выполнения.

Производится рекогносцировка объекта на основе карт землепользования хозяйства и данных о размещении сельскохозяйственных культур. Определяются массивы проведения съемки и размещение на них точек, в которых будет производиться отбор образцов почвы для определения влажности. Количество точек рассчитывается с учетом вариабельности влажности по площади, по дисперсии или коэффициенту вариации влажности, с учетом адекватности моделей.

Весной при подсыхании верхнего горизонта почвы производится определение влажности почвы термогравиметрическим методом (МИ 980-85). При этом производится отбор проб почвы почвенным буром АМ-16 по горизонтам, закладка их в весовые стаканчики, перевозка в лабораторию, взвешивание, высушивание образцов почвы, повторное взвешивание и расчет влажности почвы в образцах, горизонтах и средней по полю. При определении влажности точки на полях размещаются случайным образом, а тестовая площадка закрепляется на местности реперным знаком.

После определения влажности почвы на тестовой площадке производится определение наименьшей влагоемкости методом залива площадок, которое производится следующим образом. Над точкой устанавливаются металлические рамы размером 0,25 м² и 1,0 м² или площадка обваловывается земляными валиками в виде отрезков борозд. Производится залив воды в объеме, превышающем почвенный дефицит влаги в 1,5-2 раза в слое 1 м. В процессе залива производится замер объемов впитывающей воды и время впитывания для определения скорости впитывания и фильтрации. Площадка закрывается от испарения полиэтиленовой пленкой или травой для перераспределения влаги по почвенному профилю. На легких почвах площадку закрывают на 1-2 дня, на тяжелых 5-7 дней. После этого на закрытой площадке 3-5 раз отбирается влажность почвы по горизонтам термогравиметрическим методом в метровом слое до получения равновесного состояния влаги.

После определения наименьшей влагоемкости на тестовой площадке отрывается шурф глубиной 1,3 м и по слоям величиной 10 см отбираются образцы почвы с ненарушенной структурой режущим кольцом, определяется объемная масса влажной почвы, ее влажность и делается перерасчет на объемную массу сухой почвы.

Другие технологические параметры определяются своими методами.

Расчет средних значений наименьшей влагоемкости и объемной массы для поля по горизонтам производится по формулам. Расчет наименьшей влагоемкости производится по следующему алгоритму.

1. Определяется приведенная относительная влажность почвы на тестовой площадке по формуле:

где относительная влажность;
относительная влажность завядания;
влажность почвы на момент проведения съемки,
наименьшая влагоемкость почвы,
влажность завядания,
2. Определяется параметр на тестовой площадке по таблице, для значения , измеренной методом залива площадок.

3. Определяется наименьшая влагоемкость для орошаемых полей (массивов) по формуле:

где β_i - средняя влажность почвы в искомом горизонте (слое) на орошаемом поле в момент проведения съемки.

4. Производится сравнение полученного значения β_нвi с данными таблицы. Если полученное значение β_нвi не выходит за диапазон значений принятых для , то результат принимается.

5. Если β_нвi выходит за диапазон для , то принимается новое значение по рассчитанному β_нвi и производится расчет по формуле (2).

Расчет объемной массы производится по аналогичному алгоритму, но с использованием формулы (3).

где
объемная масса почвы на тестовой площадке, определенная стандартным методом, г/см³;
e коэффициент, численно равный основанию натуральных логарифмов 2,53;
К=10^-2 коэффициент пропорциональности, г/см³,
Остальные величины те же, что в формулах (1) и (2). Влажность завядания для орошаемых полей определяется также по аналогичному алгоритму, но с использованием формулы (4).

Влажность разрыва капилляров для поля определяется по аналогичному алгоритму с использованием формулы (5).

где относительная приведенная влажность разрыва капилляров на тестовой площадке, которая равна:

где относительная влажность разрыва капилляров на тестовой площадке;
влажность разрыва капилляров на тестовой площадке, определенная стандартным методом,
Скорость потери влаги почвой (скорость изменения влажности) на орошаемом поле за тот же интервал времени, что и на тестовой площадке определяется по формуле (7).

где Б=7,37 коэффициент пропорциональности.

Динамика скорости впитывания воды в почву средняя для орошаемого поля (массива) рассчитывается с площадью кривой U_t=f(t), полученной на тестовой площадке, по формуле (8):

где В=6,52 коэффициент пропорциональности.

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом состоят в том, что снижаются трудозатраты и стоимость процесса измерений, так как отпадает необходимость во втором измерении влажности почвы, увеличивается число определяемых параметров, так как на принципе относительного сравнения исследуемого объекта с тестовой площадкой кроме перечисленных выше могут быть также получены и другие как агрогидрологические, так и агрохимические параметры.

Использование: изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано в изыскательских работах при проектировании оросительных систем, паспортизации орошаемых полей, регулировании и контроле водного режима орошаемых массивов в процессе их эксплуатации. Сущность изобретения: на тестовой площадке и на полях производится однократное измерение влажной почвы в один и тот же момент времени, затем на тестовой площадке определяются необходимые технологические параметры водного режима известными прямыми методами измерения, а для полей они рассчитываются по формулам их зависимости от водоудерживащей силы почвы. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения технологических параметров водного режима орошаемого поля, заключающийся в определении водно-физических характеристик почвы на тестовой площадке и измерении на ней влажности почвы, отличающийся тем, что одновременно с измерением влажности почвы на тестовой площадке измеряют влажность на орошаемом поле, определяют на тестовой площадке приведенную относительную влажность почвы по формуле

где относительная влажность;
относительная влажность завядания;
влажность почвы на момент проведения изменений,
наименьшая влагоемкость,
влажность завядания,
в зависимости от нее и измеренной на поле влажности почвы рассчитывают водно-физические характеристики почвы для орошаемого поля, при этом наименьшую влагоемкость рассчитывают по формуле

где β_i - средняя измеренная влажность почвы в искомом слое на орошаемом поле;
среднее значение влажности завядания почвы на тестовой площадке для соответствующей
влажность завядания рассчитывают по формуле

влажность разрыва капилляров рассчитывают по формуле

где относительная приведенная влажность разрыва капилляров на тестовой площадке, которая равна

где относительная влажность разрыва капилляров на тестовой площадке;
влажность разрыва капилляров на тестовой площадке, определенная стандартным методом,
а объемную массу почвы по формуле

где объемная масса почвы на тестовой площадке, г/см³;
e коэффициент, численно равный основанию натуральных логарифмов 2,53;
k 10^- 2 коэффициент пропорциональности, г/см³•%
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения регулирования водным режимом орошаемого поля определяют скорость изменения влажности почвы на орошаемом поле и на тестовой площадке за один и тот же интервал времени по формуле

где Б 7,37 коэффициент пропорциональности,
а динамику скорости впитывания воды в почву для орошаемого поля рассчитывают по зависимости полученной на тестовой площадке по формуле

где В 6,52 коэффициент пропорциональности.