Способ регулирования водного, воздушного и солевого режима орошаемых почв Советский патент 1991 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации, и может быть использовано для регулирования водного, воздушного и солевого режимов почв на орошаемых землях.

Цель изобретения - снижение потерь воды на глубинную фильтрацию.

Способ осуществляют следующим образом.

После просачивания гравитационной влаги к нижней границе корнеобитаемого слоя почвы по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным на глубине 1,5-3 м от поверхности земли, подают сжатый воздух под давлением (Р), а затем после перехода гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную отключают подачу воздуха, причем давление (Р) сжатого воздуха в воздушных питателях-дренах и расстояние (L) между ними определяют из следующих зависимостей:

Р

2т

ЧРа-Рг):

(H-hk),

Ivne

О) (2)

Os

сл

Os

о сл

00

где Кж - коэффициент водопроницаемости почвогрунта в корнеобитаемом слое;

Ра - атмосферное давление;

Рг - гидростатическое давление влаги в поровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя;

m - коэффициент пропорциональности прямой, характеризующей экспериментальную зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кпв в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей-дрен от обратного среднего давлеНИЯ 0.5(0i +02)

PI и Р2 - граничные давления нагнета- емого воздуха соответственно на входе и выходе образца почвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей- дрен;

Кпг- коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в горизонтальном направлении;

Кп.в. - коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в вертикальном направ- лении;

Н - глубина заложения воздушных питателей-дрен;

Ьк - глубина корнеобитаемого слоя.

С целью повышения эффективности промывки засоленных земель путем обеспечения растворения и выноса солей рассо- ляемый слой увлажняют до полной влагоемкости и для образования воздушного противофильтрационного экрана на ниж- ней границе расселяемого слоя по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным на глубине 1,5-3 м от поверхности земли, подают сжатый воздух под давлением (Р), устанавливаемым из за- висимости (1), и после насыщения почвенного раствора солями отключают подачу воздуха, сбрасывают минерализованную воду через воздушные питатели-дрены путем их вакуумирования. Процесс повторяют 3-5 раз до снижения содержания солей в верхней метровой толще ниже порога токсичности.

П р и м е р 1. Влагозарядковый полив орошаемых культур на участке с уклоном 0,005 производится поверхностным способом путем затопления по широким длинным полосам нормой 1000 м /га. Температура поливной воды 20°С.

Почвы темно-каштановые с коэффици- ентом фильтрации в корнеобитаемом слое (до hK 0,5 м) Кф 0,5 м/сут, наименьшей влагоемкостью и всасывающим давлением (при ) ,5 м вод.ст,

Гидростатическое давление влаги в по- ровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя после полива составляет (Рг) 0,05 ат.

Ниже корнеобитаемого слоя залегают мелкозернистые пылеватые пески мощностью 2,5 м с коэффициентом водопроницаемости в вертикальном направлении (дарси) 0,9 м/сут, подстилаемые водоупор ными глинами с коэффициентом фильтра ции Кф 0,01 м/сут.

Опытными испытаниями путем нагие тания сжатого воздуха в образцы почвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей-дрен установлено, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления характеризуется следующим выражением:

v -v100

Кп« Кж + 0,5 (Pi + Р2 ) где PI и Р2 - граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образцов в слое мелкозернистых пылеватых песков откуда следует, что коэффициент пропорциональности прямой, характеризующей зависимости коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления, составляет (т) 100. Коэффициент воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков по экспериментальным данным принимаем Кп.в. К п.г. 81 д.

Воздушные питатели-дрены из ПВХ труб040-60 мм с защитным фильтром из синтетических материалов уложены на глубине 2,5 м с уклоном 0,005, равным уклону орошаемого участка.

Расстояние между воздушными питателями-дренами составляет

L || (2.5-0.5) 2 м.

Время продвижения гравитационной влаги от верхней к нижней границе корне- 0,5м

обитаемого слоя

1 сут

0,5 м/сут

Давление сжатого воздуха в воздушных питателя-дренах, подаваемого к нижней границе корнеобитаемого слоя составляет

(1 +0,05) 1.45ат.

Время продвижения сжатого воздуха к нижней границе корнеобитаемого слоя составляет

где г 0,0176 см /с кинетическая вязкость воздуха (принята для температуры воздуха 20°С).

2,5-0.5, пс

t 1,06 ч.

10 8 -81

980

0,0176

В результате созданного воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе корнеобитаемого слоя переход гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную влагу осуществляется за счет рав- номерного ее распределения под действием капиллярных сил а вертикальном и горизонтальном направлениях корчеоби- таемого слоя по площади орошаемого массива.

Влажность почвы в корнеобитэемом слое по площади орошаемого массива контролируется с помощью почвенных тензио- метров, регистрирующих всасывающее давление в поровом пространстве почвы в зависимости от ее влажности. В рассматриваемом примере при достижении в корне- обитаемом слое всасывающего давления почвы РВ 3,5 м вод.ст.. что соответствует наименьшей влагоемкости почвы 22%, от- ключают подачу воздуха в воздушные пита- тели-дрены. По экспериментальным данным в рассматриваемом примере время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитае- мого слоя) в капиллярно-подвешенную на уровне 22% составляет 1 сут.

Таким образом, в рассматриваемом примере предлагаемый способ регулирования водного, воздушного и солевого режи- мое орошаемых почв реализуются следующим образом.

Производится подача воды на орошаемый участок путем затопления по широким длинным полосам поливной нормой 1000 м3/га.

После продвижения гравитационной влаги к нижней границе корнеобитаемого слоя через 1 сут после подачи воды на орошаемый участок по воздушным питателям- дренам с уклоном 0,005, расположенным на глубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг от друга, подается сжатый воздух поддавлени- ем 1,45 ат,

После перехода гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную на уровне 22% через 1 сут после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя отключают подачу воздуха в воздушные питатели-дрены.

П р и м е р 2. Почвенные и инженерно- геологические условия, глубина заложения воздушных питателей-дрен, их уклоны, диаметры и расстояния между ними приняты па примеру 1.

Полив производится позиционно дождевальной машиной ДФ-120 Днепр. С одной позиции поливается лпощадь 2,5 га (460х54м) поливной нормой 600 м /га. Расстояние между оросителями закрытой оросительной сети составляет 920 м, между гидрантами - 54 м. Напор воды у гидранта 45 м, расход подаваемой на полив воды 120 л/с.

По экспериментальным данным уста- новпено, что время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную влагу на уровне 22% в рас- сматривэемом примере составляет 0,5 сут. Остальные исходные и расчетные параметры приняты по примеру 1.

В рассматриваемом примере предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Полив производится позиционно дождевальной машиной ДФ-120 Днепр. С одной позиции поливается площадь 2,5 га с расходом подаваемой воды 120 л/с при поливной норме 600 м3/га.

После подачи воды на участок, обслуживаемый машиной с одной позиции, ДФ-120 Днепр переезжает на другую позицию и при достижении гравитационной влаги нижней границы корнеобитаемого слоя через 1 сут после подачи воды на орошаемый участок по воздушным питателям-дренам с уклоном 0,005, расположенным на глубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг от друга, подается сжатый воздух под давлением 1,45 зт.

После перехода гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную на уровне 22% через 0,5 сут после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя отключа ют подачу воздуха в воздушные питатели-дрены.

ПримерЗ. Почвенные и инженерно- геологические условия, глубина заложения воздушных питателей-дрен, их уклоны, диаметры и расстояния между ними приняты по примеру 1.

Подпочвенный полив нормой 600 м /га производится по трубчатой внутрипочвен- но-увлажнительной сети из керамических пористых трубок с внутренним диаметром 70 мм, заложенных на глубине 25 см с уклоном 0.005. Расстояние между керамическими трубками-увлажнителями 0,8 м.

Время продвижения гравитационной влаги к нижней границе корнеобитаемого слоя составляет

0,25 м пс 0-5 сут . 0,5 м/сут

По экспериментальным данным установлено, что время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную на уровне 22% в рассматриваемом примере составляет 0,5 сут. Остальные исходные и расчетные параметры приняты по примеру 1.

В рассматриваемом примере предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Подпочвенный полив нормой 600 м3/га производится по трубчатой внутрипочвен- но-увлажнительной сети из керамических пористых трубок с внутренним диаметром 70 мм, заложенных на глубине 25 см с уклоном 0,005. Расстояние между керамическими трубками-увлажнителями 0,8.

При достижении гравитационной влаги нижней границы корнеобитаемого слоя чере 0,5 сут после подачи воды в корнеоби- таемый слой по воздушным питателям-дренам с уклоном 0,005, расположенным на глубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг от друга, подается сжатый воздух под давлением 1,45 ат.

После перехода гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную на уровне 22% через 0,5 сут после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя отключают подачу воздуха в воздушные питатели-дрены.

П р и м е р 4. Для ускорения вегетации культур в ранний весенний период в условиях примеров 1-3 до производства поливов по трубчатым питателям-дренам подают нагретый до 60°С сжатый воздух.

Рассмотренные примеры 1-3 могут быть реализованы в условиях орошения почв сточными водами, что исключает загрязнение токсичными веществами нижележащих после корнеобитаемого слоя горизонтов почвогрунтов и грунтовых вод.

П р и м е р 5. Опытная промывка засоленных почв в метровой толще производилась путем затопления по широким длинным полосам общей нормой 6400 м3/га. Температура промывной воды 20°С. Разовая норма затопления 1500 м3/га. Промывные нормы подавались на участок 4 раза через 12-15 сут. Коэффициент фильтрации промываемых почв 0,25 м/сут.

Гидростатическое давление влаги в по- ровом пространстве засоленных почв на метровой отметке после их увлажнения до полной влагоемкости составляет ,1 ат.

Ниже корнеобитаемого слоя залегают мелкозернистые пылеватые пески мощностью около 4 м с коэффициентом водопро0

5

0

5

0

5

0

5

ницаемости в вертикальном направлении ,9 м/сут.

Опытными испытаниями путем нагнетания сжатого воздуха в образцы почвогрунта в слое между нижней границей промываемой метровой толщи засоленных грунтов и отметкой заложения воздушных питателей- дрен установлено, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления характеризуется следующим выражением:

К -К -I-1°°

Кпв-Кж+05(р1+р2),

где Pi и Рг граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образцов в слое мелкозернистых пылеватых песков.

Откуда следует, что коэффициент пропорциональности прямой, характеризущей зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления, составляет . Коэффициент воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков по экспериментальным данным принимаем Кп.в.Кп.г.81д.

Воздушные питатели-дрены из ПВХ труб 0 40-60 мм с защитным фильтром из синтетических материалов уложены на глубине 3,0 м с уклоном 0,005, равным уклону орошаемого участка.

Расстояние между воздушными питателями-дренами составляет

(3-1)2M.

Время заполнения пор расселяемого слоя составляет

. 0,5 м/сут J

Давление сжатого воздуха в воздушных питателях-дренах, подаваемого к нижней границе расселяемого слоя, составляет

(1+о.,) ,.4а,

Время продвижения сжатого воздуха к нижней границе расселяемого слоя (п„) составляет

t J±llk 3 1

,

- 0,044 сут.

К -S Щ-8.Р1 98° Кпв Ј 1U 81

В результате созданного воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе рассоляемого слоя, увлажненного до полной влагоемкости, происходит активное насыщение почвенного раствора солями, и после этого через 8-11 сут отключают подачу воздуха, сбрасывают высокоминерализованную воду через воздушные питатели-дрены путем их вакуумирования. В рассматриваемом примере этот процесс повторен 4 раза до снижения содержания солей в верхней метровой толще ниже порога токсичности.

Результаты промывки засоленных почв представлены в таблице.

Формула изобретения 1. Способ регулирования водного, воздушного и солевого режима орошаемых почв, включающий подачу воды на орошаемый участок и фиксирование влажности почвы по глубине корнеобитаемого слоя, о т- личающийся тем, что, с целью снижения потерь на глубинную фильтрацию, после просачивания оросительной воды к нижней границе корнеобитаемого слоя подают под давленем сжатый воздух по трубчатым питателям-дренам, расположенным ниже корнеобитаемого слоя, причем давлением Р сжатого воздуха в питателях-дренах и расстояние L между ними определяют по зависимостям:

Р 2т

Ч1Г

-Кж

ЧРа Рг);

Кпг

L f4H-hk), Nne

где Кж - коэффициент водопроницаемости почвогрунта в корнеобитаемом слое; Ра - атмосферное давление;

Рг - гидростатическое давление влаги в поровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя;

m - коэффициент пропорциональности прямой, характеризующей зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кп.в. в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и глубиной заложения питателей-дрен от обратного среднего давления 0,5(Pi+P2) f;

Pi и Р2 границы давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образца прочвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения питателей-дрен;

Кп.г. - коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в горизонтальном направлении;

Кп.в- - коэффициент воздухопроницае- мости почвогрунта в вертикальном направлении;

Н - глубина заложения воздушных питателей-дрен;

hie - глубина корнеобитаемого слоя, за- висящая от орошаемой культуры,

а по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влагоемкости почвы подачу воздуха прекращают.

2. Способ по п.1,отличающийся тем. что, с целью ускорения вегетации культур в ранний весенний период, в корнеоби- таемый слой подают нагретый воздух по трубчатым воздушным питателям-дренам.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации, и может быть использовано для регулирования режима орошения сельскохозяйственных культур. Цель изобретения - снижение потерь на глубинную фильтрацию. После того, как оросительная вода, поданная на орошаемый участок, просочится к нижней границе корнеобитаемого слоя, подают под давлением сжатый воздух. Воздух подают по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным ниже глубины корнеобитаемого слоя. Давление сжатого воздуха в питателях-дренах и расстояние между ними определяют по формулам. Влажность почвы в корнеобитаемом слое по гтлощади орошаемого участка контролируется с помощью почвенных тензиометров. А по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влаго- емкости почвы подачу воздуха прекращают. Для ускорения вегетации культур в ранний весенний период по трубчатым воздушным дренам-питателям подают нагретый воздух 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Показатели

Мощность расселяемого слоя, см Исходное содержание солей,% Исходное содержание хлора,% Содержание солей после 1-промывки,% Содержание хлора после 1-промывки, % Содержание солей после 2-промывки,% Содержание хлора после 2-промывки,% Содержание солей после 3-промывки,% Содержание хлора после 3-промывки,% Содержание хлора после 4-промывки,% Содержание солей после 4-промывки,%

Параметры

100

0,65

0,1

0,47

0,072

0,31

0,046

0,15

0,021

0,01

0,007