Способ регулирования водного, воздушного и солевого режима орошаемых почв

 

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 влагоемкости 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sj)s Е 02 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4660816/15 (22) 10.03.89 (46) 15.06,91. Бюл. М 22 (71) Волжский государственный проектноизыскательский институт по проектированию водохозяйственных объектов (72) А.Г.Алимов, Н.Е.Варламов, В.Е.Мариненко, В.В.Карпунин, Б.Б.Шумаков, А.fl.Сизоненко, M.Ñ.Ãðèãîðîâ, И.Е.Бондаренков и .

В.Н.Скачков (53) 626.86(088,8) (56) Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Учебник/Под ред.

Е.С.Маркова, M. Колос, 1981, с. 19, 180-181. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДНОГО, ВОЗДУШНОГО И СОЛЕВОГО РЕЖИМА

ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации, и может быть использовано для регулирования реИзобретение 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 глубине1,5-3 м от поверхности земли, подают сжатый воздух под давлением (P), а затем после перехода гравитационной влаги в капилляр»

ЫЛ 1656058 А1 жима 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 площади орошаемого участка контролируется с помощью почвенных тенэиометров. А по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влагоемкости 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. но-подвешенную отключают подачу воздуха, причем давление (Р) сжатого воздуха в воздушных питателях-дренах и расстояние (L между ними определяют из следующих зависимостей;

Р— — г — -(Ра — Рг );

2 m (1)

Knâ Кж

1 = — „" (Н -hk), (2) где К вЂ” коэффициент водопроницаемости почвогрунта в корнеобитаемом слое;

Ра — атмосферное давление;

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

1656058

m — коэффициент пропорциональности прямой, характеризующей экспериментальную зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кпв в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей-дреи от обратного среднего давле1

0,5 { 01 + Oz )

Р1 и Pz — граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образца почвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателейдрен;

К,г — коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в горизонтальном направлении;

Кп.в, — коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в вертикальном направлении;

Н вЂ” глубина заложения воздушных питателей-дрен; йк — глубина корнеобитаемого слоя.

С целью повышения эффективности промывки засоленных земель путем обеспечения растворения и выноса солей рассоляемый слой увлажняют до полной влагоемкости и для образования воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе рассоляемого слоя по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным на глубине 1,5 — 3 м от поверхности земли, подают сжатый воздух под давлением (Р), устанавливаемым из зависимости (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, Пример 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 коэффициентом фильтрации в корнеобитаемом слое (до h» = 0,5 м) Кф = 0,5 м/сут, наименьшей влагоемкостью Н В=22 и всасывающим давлением (при НВ=22 ) Рв=3,5 м вод.ст, Гидростатическое давление влаги в поровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя после полива составляет (Рг) 0,05 ат, Ниже корнеобитаемого слоя залегают мелкозернистые пылеватые пески мощно. стью 2,5 м с коэффициентом водопроницаемости в вертикальном направлении КЖ=1,п

5 (дарси) = 0,9 м/сут, подстилаемые водоупор ными глинами с коэффициентом фильтра ции Кф = 0.01 м/сут.

Опытными испытаниями путем нагне тания сжатого воздуха в образцы почвогрун10 та в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей-дрен установлено, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых

15 пылеватых песков от обратного среднего давления характеризуется следующим выражением:

100 е — ж + 0 5 {P> + Рг )

20 где Р1 и Р2 — граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образцов в слое мелкозернистых пылеватых песков откуда следует, что коэффициент пропорциональности прямой.

25 характеризующей зависимости коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления, составляет (m) 100. Коэффициент воздухопроницаемости мелко30 зернистых пылеватых песков по экспериментальным данным принимаем

Кп.в = К п.г. = 81 д.

Воздушные питатели-дрены из ПВХ трубФ40 — 60 мм с защитным фильтром из

35 синтетических материалов уложены на глубине 2,5 м с уклоном 0,005, равным уклону орошаемого участка.

Расстояние между воздушными питателями-дренами составляет

1 = — {2,5-0,5) =2 м .

81

81

Время продвижения гравитационной влаги от верхней к нижней границе корне0,5 м обитаемого слоя, — 1 сут

0,5 м/сут

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

Р— {1 +0,05) = 1.45 ат.

Время продвижения сжатого воздуха к нижней границе корнеобитаемого слоя составляет

1656058 где v= 0.0176 см /с кинетическая вяз2 кость воздуха (принята для температуры воздуха 20 С).

2,5-0,5

1,06 ч, — в . 980

10 81 0,0176

В результате созданного воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе корнеобитаемого слоя переход гравитационной влаги в капиллярно-подвешенную влагу осуществляется за счет равномерного ее распределения под действием капиллярных сил в вертикальном и горизонтальном направлениях корнеобитаемого слоя по площади орошаемого массива, Влажность почвы в корнеобитаемом слое по площади орошаемого массива контролируется с помощью почвенных тензиометров, регистрирующих всасывающее давление в поровом пространстве почвы в зависимости от ее влажности. В рассматриваемом примере при достижении в корнеобитаемом слое всасывающего давления почвы P = 3,5 м вод.ст.. что соответствует наименьшей влагоемкости почвы 227 „отключают подачу воздуха в воздушные питатели-дрены, По экспериментальным данным в рассматриваемом примере время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную на уровне 22 составляет 1 сут.

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

Производится подача воды на орошаемый участок путем затопления по широким длинным полосам поливной нормой

1РР0 мз/,а

После продвижения гравитационной влаги к нижней границе корнеобитаемого слоя через 1 сут после подачи воды на орошаемый участок по воздушным питателямдренам с уклоном 0,005, расположенным на глубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг от друга; подается сжатый воздух поддавлением 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.

Пример 2. Почвенные и инженерногеологические условия, глубина заложения воздушных питателей-дрен, их уклоны, диа. метры и расстояния между ними приняты по ; примеру 1.

Полив производится позиционно дождевальной машиной ДФ-120 "Днепр". С одной позиции поливается лпощаздь 2,5 га

5 (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 установлено. что время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную влагу 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.

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

Пример 3. Почвенные и инженерногеологические 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 внутрипочвенно-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 0,5 сут

0,5 м7сут

1656058

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

В рассматриваемом примере предлагаемый способ реализуют следующим абра- 10 зом, Подпочвенный полив нормой 600 м /га производится по трубчатой внутрипочвенно-увлажнительной сети из керамических пористых трубок с внутренним диаметром 15

70 мм, заложенных на глубине 25 см с уклоном 0,005. Расстояние между керамически- . ми трубками-увлажнителями 0,8, При достижении гравитационной влаги нижней границы корнеобитаемого слоя 20 чере 0,5 сут после подачи воды в корнеобитаемый 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 давлени- 25 ем 1,45 ат.

После перехода гравитационной влаги в капилЛярно-подвешенную на уровне 227; через 0,5 cyr после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя отключают 30 подачу воздуха в воздушные питатели-дрены.

Пример 4. Для ускорения вегетации культур в ранний весенний период в условиях примеров 1 — 3 до производства поливов 35 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 эа- 40 грязнение токсичными веществами нижележащих после корнеобитаемого слоя горизонтов почвогрунтов и грунтовых вод.

Пример 5. Опытная промывка засоленных почв в метровой толще производилась 45 путем затопления по широким длинным полосам общей нормой 6400 м /га. Температура промывной воды 20 С. Разовая норма затопления 1500 м /га. Промывные нормы подаваз лись на участок 4 раза через 12 — 15 сут, 50

Коэффициент фильтрации промываемых почв

0,25 м/сут.

Гидростатическое давление влаги в паровом пространстве засоленных почв на метровой отметке после их увлажнения до полной влагоемкости составляет Рг=0,1 ат, Ниже корнеобитаемого слоя залегают мелкозернистые пылеватые пески мощностью около 4 м с коэффициентом водопроницаемости в вертикальном направлении

КЖ=1д=0,9 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 питателейдрен установлено, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления характеризуется следующим выражением:

0.5 (Р1 + Рг ) где Р и Р— 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 m=100. Коэффициент воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков по экспериментальным данным принимаем К,, =K .г.=81д.

Воздушные питатели-дрены из ПВХ труб Ф 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

1. = — (3 — 1) =2 м.

81

81

Время заполнения пор рассоляемого слоя составляет

1,0м

0,5 м/сут

=4 сут.

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

Р = 81 1 — (1+01) =14ат.

«2 100

Время продвижения сжатого воздуха к нижней границе рассоляемого слоя (h ) составляет — 0,044 сут.

H — h 3 — 1

Я -а, 980

Клв у 10. 81 00176

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 высокоминера1656058

Р -(Ра Рг); у = пг (Н -hk)

Kïã

Кпа где Кж — коэффициент водопроницаемости почвогрунта в корнеобитаемом слое;

Pe — атмосферное давление;

Па амет ы

Показатели

0,65

0.1

0,à7

0,072

0,31

0,046

0,15

0,021

0,01

0,007

Мощность рассоляемогослоя. 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 З-промывки, Содержание хлора после З-промывки,g

Содержание хлора после 4-промывки, 7, Содержание солей после 4-промывки, Составитель Т.Свинцова

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор М.Петрова

Заказ 2033 Тираж 398 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, уп. Гагарина. 101 лизованную 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 тл и ч а ю шийся 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:

Рг — гидростатическое давление влаги впоровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя;

m — коэффициент пропорциональности

5 прямой, характеризующей зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кп.а. в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и глубиной заложения питателей-дрен от обратного среднего

10 давления (0,5(P>+Pz)) ;

Р1 и Р2 границы давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образца прочвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и

15 отметкой заложения питателей-дрен;

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

Kn.e — коэффициент воздухопроницае20 мости почвогрунта в вертикальном направлении;

Н вЂ” глубина заложения воздушных питателей-дрен;

Ь» — глубина корнеобитаемого слоя, за25 висящая от орошаемой культуры, а по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влагоемкости почвы подачу воздуха прекращают.

2. Способ по п.1, отличающийся

30 тем, что, с целью ускорения вегетации культур в ранний весенний период, в корнеобитаемый слой подают нагретый воздух по трубчатым воздушным питателям-дренам.