Розрахунок поливних і зрошувальних норм, числа та термінів поливів сільськогосподарських культур
Вступ
Меліорація (від латинського слова melioration – поліпшення) – це зміна умов навколишнього середовища шляхом регулювання водного і повітряного режимів ґрунту в сприятливому напрямку для сільськогосподарських культур.
Основоположник меліоративної науки А.Н. Костяков стверджував, що сільськогосподарські меліорації – це система організаційно-господарських і технічних заходів, що мають завдання корінного поліпшення несприятливих природних (гідрологічних, ґрунтових, агрокліматичних) умов з метою найбільш ефективного використання земельних ресурсів.
По впливу на ґрунт і рослину розрізняють агротехнічні, лісотехнічні, хімічні та гідротехнічні меліорації.
Агротехнічні меліорації полягають в правильному і раціональному виборі методів орання земель, залуження схилів, терасування, мульчування ґрунту й т. ін.
Лісотехнічні меліорації – це поліпшення земель (круті схили, яри, рухомі піски) саджанням дерев, чагарників і трав’яної рослинності.
При хімічних меліораціях поліпшення земель досягають унесенням у ґрунт вапна, гіпсу, сірчаної кислоти тощо.
Найдорожчими, але й найбільш діючими є гідротехнічні меліорації. Поліпшення природних умов досягають зміною водного режиму (зрошення, осушення), будівництвом водосховищ і т. ін.
Найбільш економічну ефективність меліорації досягають від комплексного застосування всіх видів меліоративного впливу на несприятливі природні умови.
Розрахунок поливних і зрошувальних норм, числа та термінів поливів сільськогосподарських культур
Режим зрошення – сукупність термінів, кількості та норм поливів сільськогосподарських культур.
Норми поливів: зрошувальна і поливні.
Вихідні дані для проведення меліоративних дій є кліматичні характеристики району проектування. Необхідно навести кліматичні характеристики заданого району за метеостанцією згідно із завданням у формі таблиці 1.
Таблиця 1. Середньомісячні значення кліматичних факторів
Метеостанція ……………………………...............................................
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |
| Опади, мм | ||||||||||||
| Дефіцити вологості, мб | ||||||||||||
| Температура повітря, ºС | ||||||||||||
| Відносна вологість, % |
Дані для заповнення таблиці 1 наведені в додатках А, Б, В, С.
Зрошувальною нормою (дефіцит водного балансу) називають кількість води, яку подають на 1 га всіма поливами протягом вегетації. Тобто це така кількість води, яку подають на 1 га для підтримання оптимального зволоження активного шару ґрунту за один прийом (полив).
Зрошувальну та поливні норми виражають у м/га або товщину шару води в мм.
Обидві норми можуть бути нетто і брутто. Норма нетто –це така, що подається на поле для підтримання оптимального зволоження активного шару ґрунту. Норма брутто включає ще й витрати води при транспортуванні: випаровування та фільтрація з каналів, тобто це норма, яку треба зібрати з джерела зрошення. При складанні режиму зрошення розраховують норму нетто.
Зрошувальну норму нетто визначають за формулою
М = Е – α – (Wпоч. – Wкін.) , (1)
де Е – сумарне випаровування (водоспоживання) у вегетаційний період. Визначається за формулою
Е = Кδ ∙ ∑d , (2)
де Кδ – біокліматичний коефіцієнт у мм/мб, це шар води в мм, що витрачається на випаровування поверхнею ґрунту та транспірацією рослин при дефіциті вологості повітря в 1 мб. Значення цього коефіцієнта залежить від біологічних особливостей культури, фаз її розвитку і від кліматичних умов місцевості. Значення Кδ наведене в додатку Е.
∑d– сума середньодобових дефіцитів вологості за розрахунковий період, мб, (приймається за даними найближчої метеостанції (див. додаток Б);
коефіцієнт використання опадів (див. додаток Ж);
А – опади за розрахунковий період (приймається за даними найближчої метеостанції, див. додаток А);
поправка на вологообмін з рівнем ґрунтових вод ( див. додаток Ж).
Запас вологи на початок декади (мм), визначається за формулою
Wпоч. = 0,9∙ WНВ , (3)
де WНВ – повна вологість, або ще інше формулювання, повна польова вологість, яку розраховуємо за формулі:
WНВ =10∙h∙α∙γн , (4)
де об'ємна масаактивного шару ґрунту, (г/см3) додаток К;
γн – h – глибина активного шару ґрунту, м, (додаток 17);а – об’ємна маса активного шару ґрунту, т/м3, (додаток 18); максимально можлива вологість у %, (додаток К);
h –шар ґрунту на початок періоду розквіту рослини (0,3 – 0,5 м).
Запас вологи в активному шарі ґрунту при найменшій вологоємності
Wmin = 0,7∙ WНВ . (5)
Поливна норма нетто вегетаційного поливу розраховується за формулою
m = WНВ – Wmin .(6)
Строки поливів визначаються різними методами: за вологістю ґрунту, за фазами розвитку культур, за фізіологічними показниками (осмотичному тиску, концентрації клітинного соку, ширині розкриття продихів і т. ін.).
В останні роки використовують більш досконалий метод розрахунків, який виконується у такій послідовності: встановлюють строки і тривалість вегетації культури, визначають за формулою (2) сумарне випаровування (водоспоживання рослин) подекадно протягом вегетації, встановлюють вологозабезпеченість культури.
За різницею між сумарним водоспоживанням на початок декади і вологозабезпеченням за декаду визначають запаси вологи на кінець декади. Розрахунок подекадно ведуть доти, доки на кінець декади запаси вологи будуть меншими від нижньої межі зволоження (Wmin), і тоді у цій декаді потрібен полив. Строки поливу розраховують так: від запасу вологи в ґрунті на початок декади (Wпоч.) віднімають запаси вологи, що дорівнюють Wmin, одержану різницю ділять на кількість вологи, яка витрачається за один день, і т. д.
За допомогою цього дізнаємося, на скільки днів досить вологи рослинам у цій декаді, наступний день – строк поливу (останній день).
Запаси вологи на кінець декади, в якій проводили полив розраховують так: у день поливу їх складають і від цих запасів віднімають ту кількість вологи, що витратиться до кінця декади (витрата вологи з ґрунту за один день помножена на кількість днів, що залишились до кінця декади).
Такі розрахунки ведуть до кінця вегетації кожної культури. Величину поливної норми обчислюють за формулою 6. Зрошувальна норма за проведеними обрахунками буде дорівнювати сумі поливних норм.
Усі розрахунки проводять у формі таблиці 2. Приклад обчислення поливних і зрошувальних норм, а також строків поливів наведені для цукрового буряку, який вирощують у Херсонській області. (табл. 3).
Опади за декаду (рядок 1) починають заповнювати з тієї декади, що є початком вегетаційного періоду (це день посіву чи посадки рослини у відкритий ґрунт). Кількість опадів приймається за даними найближчої метеостанції (додаток А). Дані наведено в додатку для року 50% забезпеченості опадами. Якщо початок вегетації не збігається з початком декади, то записують кількість опадів, що припадають на ту кількість днів, котрі ввійшли у вегетаційний період з цієї декади. Наприклад, початок вегетації 15 квітня – записуємо половину опадів з тих, що випали в цій декаді. На кінець вегетації опади записують аналогічно.
Сума середньодобових дефіцитів вологості повітря за декаду заповнюємо рядок 2 (додаток Б), розраховується множенням середньо-декадного показника дефіциту вологості повітря на кількість днів у декаді. Розрахунок сум середньодобових температур повітря (додаток В) обчислюють так, як і другий рядок, а в четвертий проставляють зазначені у додатку Г поправки на тривалість світлого дня. В п’ятий рядок записують по декадах строки основних фаз розвитку рослин. У шостий – записують подекадно результати множення декадної суми середньодобових температур повітря на поправку тривалості світлого дня, наприклад:
95 
1,15=109,25.
| Таблиця 2. Розрахунок строків та норм поливів. обл., , РГВ м, грунт , с/г культура . | |||||||||||||||||||||
| № | Позначення | Квітень | Травень | Червень | Липень | Серпень | |||||||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |||||||
| Опади за декаду в мм | 
| ||||||||||||||||||||
| Сума дефіцитів вологості,мб | |||||||||||||||||||||
| Сума температур повітря, °С | |||||||||||||||||||||
| Поправка на тривалість світлого дня | с | ||||||||||||||||||||
| Фази розвитку рослин | |||||||||||||||||||||
| Сума температур з поправкої тривалості | 
| ||||||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||||||
| Біокліматичний коефіцієнт | Kδ | ||||||||||||||||||||
| Сумарне випаровування, мм | 
| ||||||||||||||||||||
| Поправка на вологообмін з РГВ | γ | ||||||||||||||||||||
| Шар опадів, що використовує рослина, мм | α*A | ||||||||||||||||||||
| Шар ґрунтової води, що використовується, мм | E*γ | ||||||||||||||||||||
| Витрати вологи, мм | E-α*A-E*γ | ||||||||||||||||||||
| Запас вологи на початок декади, мм | 
| ||||||||||||||||||||
| Запас вологи на кінець декади, мм | 
| ||||||||||||||||||||
| Поливна норма, мм | m | ||||||||||||||||||||
| Дата початку полива | |||||||||||||||||||||
| Зрошувальна норма | M |
А
У сьомому рядкові результати шостого послідовно додаються (див. таблицю 3). У восьмий – записують біокліматичні коефіцієнти, які залежать від культури та суми температур по зростанні із сьомого рядка (додаток Е).
Сумарне випаровування за декаду (Е), рядок 9, дорівнює добутку біокліматичного коефіцієнта на суму середньодекадних дефіцитів повітря (формула 2), наприклад:
50∙0,29=14,5 мм.
У десятому рядкові записуємо поправку на вологообмін за рівнем ґрунтових вод (РГВ), залежно від їх глибини залягання, зони, виду ґрунту і середньої глибини активного шару (додатки Ж,И,К).
В одинадцятому рядку розраховуємо шар опадів, що використовується рослинами шляхом множення суми опадів А на коефіцієнт використання опадів α, залежно від зони (додаток Ж).
Рядок 12 розраховується аналогічно до 11, множенням поправки на вологообмін з РГВ (рядок 10) на сумарне випаровування (Е) (рядок 9).
Витрати вологи (рядок 13) із поверхневого шару ґрунту (0-50 см) дорівнює різниці сумарного випаровування за декаду (рядок 9) шару опадів, що використовує рослина (рядок 11) і шару ґрунтової води, що використовується, тобто Е – α∙А – Е∙𝛄.
Запас вологи в ґрунті на початок першої декади вегетаційного періоду для культур весняного посіву розраховується за формулою:
WНВ =10∙h∙α∙γн, (мм), (7)
де h – шар ґрунту на початок періоду розквіту рослини (0,3-0,5 м);
а – об’ємна маса активного шару ґрунту, т/м3 (додаток З);
максимально можлива вологість, % (додаток К);
WНВ =10∙0,3∙1,5∙51=229,5 мм.
Початкова вологість приблизно на 10% менша, тому приймаємо
Wпоч. = 0,9∙ WНВ =0,9∙229,5=206,55 мм.
Запаси вологи мінімально доступні для рослин і дорівнюють
Wmin = 0,7∙ WНВ =0,7∙229,5=160,65мм.
У рядку 14 запас вологи на початок другої декади квітня приймаємо рівним 206,55 мм. Запас вологи на кінець декади буде 206,55 – 6,15=200,40 мм. Потім 200,40 – 9,44=190,96 мм і т.д. до тих пір, поки запас вологи на початок декади наблизиться до Wmin таким чином, що запас вологи на кінець декади буде меншим від Wmin=160,65 мм.
У нашому прикладі це третя декада травня 163,81 – 16,18=147,63 мм. У цій декаді потрібно полити цукровий буряк. При визначенні дати поливу, в першу чергу, необхідно визначити, скільки вологи є в ґрунті для оптимального водоспоживання рослини. Для цього від запасів вологи в ґрунті на початок декади віднімаємо запаси вологи нижньої межі оптимального зволоження, тобто 163,81 – 160,65=3,16 мм.
Далі треба підрахувати, на скільки днів вистачить цього запасу (3,16 мм). Для цього 3,16 мм слід поділити на кількість вологи, що в середньому випаровується за один день. Витрата вологи за один день дорівнює частці від ділення сумарного випаровування за декаду на кількість днів у декаді, тобто 16,18:11=1,47 мм.(У цій декаді є 11 діб).
Таким чином, вологи в ґрунті вистачить на таку кількість днів:
Тобто на 2 дні.
Тому строк поливу буде 23 травня. До дати початку декади 20 травня потрібно додати 2 дні, до 22 травня в ґрунті вистачить вологи, а 23 травня необхідно почати поливати.
На кінець декади, в якій виконано полив, запас вологи розраховують таким чином. Якщо 23 травня виконали полив, то в ґрунті залишилися запаси вологи, що дорівнюють 229,5 мм. Від цієї вологи віднімається волога, котра витрачається полем за 9 днів до кінця декади, тобто
1,47*9=13,23 мм.
Запас вологи на кінець декади становить
229,5-13,23=216,27 мм.
Подальші розрахунки запасів вологи в наступних декадах та строки поливів виконуються аналогічно наведеному розрахунку. В прикладі подальший полив буде в III декаді червня тому, що
5,61/3,188=1,76 , тобто 2 дні.
Строк поливу – 23.VI.
Витрати вологи до кінця декади
3,188*8 = 25,5 мм.
Величина поливної норми розраховується таким чином:
m= WНВ – Wmin=229,5 – 160,65=68,85 мм.
Зрошувальна норма складається з суми поливних норм.
M = 
= 3440 м.
Результати обчислень наведено в таблиці 3.
Для багаторічних трав озимих культур мають невеликі відмінності від розрахунків для культур весняного посіву.
Багаторічні трави підсівають під покрив ярих колосових чи під кукурудзу на зелену масу. В такому випадку розрахунок сумарного випаровування покривної культури ведеться, як вище наведеної культури весняного посіву, а підпокривної – зі змінами.
Після скошування покривної культури починають розрахунок сумарного випаровування з ґрунту для підпокривної культури від запасів вологи в ґрунті для глибини активного шару 0,4 мм. Розрахунок ведуть аналогічно прикладу і до часу припинення вегетації (початок листопада, I декада).
| № | Позначен-ня | Квітень | Травень | Червень | Липень | Серпень | |||||||||||
| І | ІІ | ІІІ | І | ІІ | ІІІ | І | ІІ | ІІІ | І | ІІ | ІІІ | І | ІІ | ІІІ | |||
| Опади за декаду в мм | А | ||||||||||||||||
| Сума дефіцитів вологості, мб | 
| ||||||||||||||||
| Сума температур повітря, °С | 
| ||||||||||||||||
| Поправка на тривалість світлого дня | c | 1,15 | 1,2 | 1,24 | 1,27 | 1,29 | 1,31 | 1,33 | 1,32 | 1,3 | 1,29 | 1,25 | 1,2 | 1,16 | 1,12 | ||
| Фази розвитку рослин | |||||||||||||||||
| Сума температур з поправкої тривалості | 
| 109,25 | 178,56 | 209,55 | 236,07 | 255,45 | 268,66 | 275,88 | 287,3 | 297,99 | 291,25 | 274,8 | 256,36 | 230,72 | |||
| 109,25 | 253,25 | 431,81 | 641,36 | 877,43 | 1132,88 | 1401,54 | 1677,42 | 1964,72 | 2264,71 | 2553,96 | 2828,76 | 3085,12 | 3315,84 | |||
| Біокліматичний коефіцієнт | 
| 0,29 | 0,3 | 0,33 | 0,36 | 0,38 | 0,41 | 0,45 | 0,47 | 0,49 | 0,48 | 0,45 | 0,41 | 0,4 | 0,38 | ||
| Сумарне випаровування, мм | 
E=
| 14,5 | 19,2 | 25,74 | 29,88 | 34,96 | 41,82 | 49,05 | 56,4 | 67,13 | 70,08 | 65,7 | 58,22 | 47,5 | |||
| Поправка на вологообмін з РГВ | 
| 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | 0,3 | ||
| Шар опадів,що використовує рослина,мм | 
| 4,4 | 4,4 | 4,8 | 6,4 | 7,2 | 7,6 | 6,8 | 6,8 | 5,6 | 4,8 | 4,4 | |||||
| Шар ґрунтової води, що використовується, мм | 
| 4,35 | 5,76 | 7,72 | 11,95 | 13,98 | 12,54 | 14,72 | 16,92 | 20,14 | 21,02 | 19,71 | 17,47 | 16,2 | 14,25 | ||
| Витрати вологи, мм | 
| 6,15 | 9,44 | 13,62 | 13,53 | 16,18 | 22,88 | 27,13 | 31,88 | 40,19 | 42,26 | 39,99 | 35,15 | 28,85 | |||
| Запас вологи на початок декади, мм | 
| 206,55 | 200,4 | 190,96 | 177,34 | 163,81 | 216,27 | 193,39 | 166,26 | 163,81 | 191,47 | 222,24 | 187,09 | 222,9 | |||
| Запас вологи на кінець декади, мм | 
| 200,4 | 190,96 | 177,34 | 163,81 | 216,27 | 93,39 | 166,26 | 163,81 | 191,47 | 222,24 | 187,09 | 222,9 | 194,05 | |||
| Поливна норма, мм | m | 68,85 | 68,85 | 68,85 | 68,85 | 68,85 | |||||||||||
| Дата початку полива | 23.V | 23.VI | 12.VII | 29.VII | 9.VIII | ||||||||||||
| Зрошувальна норма | M | 344,25 мм = 3440 м3/га |
Таблиця 3 –Розрахунок поливної та зрошувальної норм
Розрахунок сумарного випаровування озимих зернових починають із дня посіву, при цьому запаси вологи у ґрунті . Обчислюють для активного шару ґрунту 0,3 м, зробивши передпосівний полив нормою 400 – 450 м3/га. Методика розрахунків запасів вологи на початок і кінець декади та строків поливів нічим не відрізняється від наведеного прикладу. Тривалість осінньої вегетації потрібно брати до настання температур повітря менше, ніж – 5°С (I декада листопада).
Навесні на час відновлення вегетації багаторічних трав та озимих культур запаси вологи у ґрунті брати рівними запасам вологи в активному шарі 0,7 м, як і для ярих культур. Розрахунки закінчуються для багаторічних трав другого року життя, коли рослини припиняють вегетацію пізно восени, для трав третього року життя – після другого скошування їх та для озимих зернових у фазі повної стиглості.
Після одержання результатів розрахункових норм, строків і кількості поливів для всіх культур, що входять у сівозміну, складають відомість режиму зрошення (табл.4). Дані для заповнення цієї таблиці брати для розрахункової культури з таблиці 2, решту з додатка І для всієї сівозміни (див. завдання) і додатка И, де додається наближена кількість та норми поливів сільськогосподарських культур у Херсонській, Одеській, Запорізькій, Дніпропетровській, Полтавській і Луганській областях.
Таблиця 4 –Відомість режиму зрошення (неукомплектований і укомплектований графік гідромодуля)
| С/г культура | Частка участі в сівозміні,б | № поливів | Поливна норма, m, м3/га | Зрошувальна норма, М, м3/га | Неукомплектована схема поливів | Укомплектована схема поливів | ||||||||||
| Поливний період | Міжполивний період, діб | Гідромодуль, q,л/с*га | Поливний період | Міжполивний період, діб | Гідромодуль, q,л/с*га | |||||||||||
| Середній строк | Початок | Кінець | Тривалість, t, діб | Середній строк | Початок | Кінець | Тривалість, t, доб | |||||||||
| Цукровий буряк | 1/8 | 26.V | 23.V | 29.V | 1,68 | |||||||||||
| 26.VI | 23.VI | 29.VI | 1,68 | |||||||||||||
| 15.VII | 12.VII | 18.VII | 1,68 | |||||||||||||
| 1.VIII | 29.VII | 3.VIII | 1,68 | Заповнюється після вкомплектування | ||||||||||||
| 12.VIII | 9. VIII | 15.VIII | 1,68 | |||||||||||||
| Картопля | 1/8 | 15.Х | 10.X | 20.X | 1,73 | |||||||||||
| 10.VI | 5.VІ | 15.VI | 1,15 | |||||||||||||
| 25.VII | 20.VII | 30.VII | 1,15 |
Розрахунок таблиці 3 ведемо таким чином:
- за площею, що займає кожна культура визначаємо її частку участі в сівозміні, тобто 
;
- визначаємо тривалість поливів, яка залежить від площі, поливної норми, продуктивності поливної техніки, тривалості та кількості робочих змін.
У нашому випадкові зрошувальний період не повинен перевищувати: для багаторічних трав 10-12 днів, для зернових – 8-10 днів, для коренебульбоплодів –6 днів та 5-7 днів для овочевих культур.
При розрахунках необхідно знати, що дні початку і закінчення поливів уключаються в термін поливу.
- визначаємо тривалість міжполивних періодів шляхом віднімання з дати середнього строку наступного поливу дати середнього строку нинішнього поливу, отже, середній строк волого зарядженого поливу картоплі 15.X, середній строк другого поливу 10.VI.
Визначаємо гідромодуль за формулою, л/с∙га:
q = α∙m / (8,64∙t), (8)
де m – поливна норма, м3/га;
доля площі, що займає сільськогосподарські культури в сівозміні;
t – поливний період (доби), протязом якого поливають цю культуру.
Результати розрахунку записують в таблицю 4. Заповнивши таблицю по невкомплектованій схемі поливів виключно по всіх культурах, що входять до сівозміни, будують на міліметровому папері графік поливів.
На осі абсцис приймають масштаб 1 мм – 1 день, визначають декади і місяці року. На осі ординат розташовують значення гідромодуля. Потім на графіку будують прямокутники всіх поливів культур (довжина – витрата води л/с на 1 га, ширина – тривалість поливу, а площа прямокутника – об’єм води на 1 полив).
Починають будувати графік із культури, що стоїть першою у сівозміні. Кожен прямокутник нумерують і зафарбовують умовним знаком культури. Побудувавши графік поливів однієї культури, приступають до його надбудови прямокутниками поливів для інших культур. Якщо поливи двох і більше культур повністю збігаються, або частково збігаються у часі, то в ті дні витрати води графічно складають, тобто прямокутники частково чи повністю надбудовують один над іншим. Таким чином, побудувавши графік усіх культур сівозміни, одержуємо невкомплектований графік поливів. За таким графіком поливи проводять тому, що він неприйнятний за організаційними, технічними та економічними міркуваннями, при нерівномірних витратах води необхідно виділяти різну кількість поливних машин, просапних агрегатів для культивації міжрядь після поливів, значно знижується ККД зрошувальної системи, підвищується вартість будівництва й розтягується строк самоокупності.
Для ліквідації названих недоліків такий графік укомплектовують (вирівнюють) шляхом зміни строків і тривалості поливів так, щоб зрізати піки й заповнити пусті місця графіка. При укомплектуванні графіка дотримуються таких умов:
1) величина поливних норм не змінюється;
2) зміщуються строки поливів уліво (раніше) на 3 – 5діб.