Повышение эффективности эксплуатации рисовых мелиоративных систем за счет рационального использования водных ресурсов - Автореферат

Повышение эффективности эксплуатации рисовых мелиоративных систем за счет рационального использования водных ресурсовРабота выполнена в ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» Пахомов Александр Алексеевич кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», доцент кафедры сельскохозяйственного водоснабжения и гидравлики Защита диссертации состоится 21июня 2013 года в 13 ч 15 мин. на заседании диссертационного совета Д220.008.02 при ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет» по адресу: 400002, г.Недобор урожая риса происходит изза ряда организационных, технологических, технических недостатков. Рисосеяние в условиях все возрастающего дефицита оросительной воды должно развиваться на основе разработки и внедрения методов рационального использования водных ресурсов с учетом повторного их использования, а также рациональной стратегии водопользования с целью увеличения водообеспеченности систем и их экологического баланса. Щедрина и других, в которых подчеркивается, что имеющиеся недостатки могут быть устранены за счет совершенствования имеющихся инженерно-технических комплексов, системы водопользования и управления рисовыми системами. провести анализ динамики средней температуры воздуха в приземном слое атмосферы на Нижней Кубани в период вегетации риса, оценить соответствие температурного режима территории требованиям культуры; рисосеяние кубань водопотребление урожайность -разработан алгоритм и программа планирования водопользования севооборотного участка, которая с учетом агроклиматических, почвенно-гидрогеологических факторов, обеспечивает разработку плана водопользования рисовой системы на основе расчета режима орошения риса и расходов в распределительных каналах рисовой системы;Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна, достоверность выводов, теоретическая и практическая значимость разработок, новизна научных положений, выносимых на защиту. На основе анализа литературных источников рассмотрены основы возделывания риса и элементы технологии. Большой вклад в изучение и разработку приемов получения высоких урожаев риса, технологии его возделывания, совершенствование конструкций рисовых систем и автоматизацию водораспределения внесли П.С. Приведен анализ результатов исследований по вопросам изучения гидравлики процессов в каналах с земляным руслом в работах И.И. В качестве переменных факторов были приняты: h1-слой воды на рисовом чеке от всходов до кущения, см; h2 - слой воды в период кущения, см; h3 - слой воды от кущения до восковой спелости, см. условия кодирования и пределы варьирования переменных представлены в таблице 1.Четвертая глава посвящена анализу эффективности водопользования, оценке качества планирования и разработке рекомендаций по совершенствованию планирования на основе применения компьютерных технологий. Анализ данных по использованию воды на оросительных системах Нижней Кубани показывает, что водозабор и водоподача с разной скоростью, но постоянно из года в год увеличиваются (рисунок 5). В последние годы на рисовых системах Нижней Кубани наметился рост площадей, занятых рисом, урожайность повысилась с 59,2 ц/га в 2008 году до 69,9 в 2011 году, намолот риса превысил 900 тыс. тонн. Нами разработаны алгоритм и программа «Расчет плана водопользования на рисовых оросительных системах», основной задачей, которой является формирование плана водопользования рисовой системы на основе расчета режима орошения риса и расходов в распределительных каналах рисовой системы с учетом агроклиматических, почвенно-гидрогеологических факторов. Для точной и оперативной реализации принятых планов водопользования нами разработан способ автоматизации севооборотного участка (рисунок 6), предпосылками для разработки которого послужили: равенство площадей рисовых чеков на севооборотном участке рисовой системы «Кубанская»; одновременность сева риса на севооборотном участке; однородность характеристик почв севооборотного участка; единовременность прохождения фаз вегетации риса.Анализ технического состояния рисовых мелиоративных систем Нижней Кубани выявил необоснованное увеличение удельного потребления оросительной воды с 1955 по 2012 годы с 17,5 до 24 тыс. м3/га, уменьшение пропускной способности оросительных каналов в результате зарастания их водной растительностью в 1,3-5 раз, ухудшения микрорельефа рисовых чеков. Значительная часть потерь оросительной воды происходит изза нарушения расчетного режима орошения при отсутствии средств водоучета и водораспределения во внутрихозяйственном звене рисовых систем. Для оперативного управления режимом орошения риса разработан алгоритм и программа расчета плана водопользования на рисовых мелиоративных системах. Получены зависимости, обосновывающие из условий максимальной урожайности и минимального водопотребления постоянный слой затопления рисовых чеков слоем 10 см от фазы всходов до фазы молочно-восковой спелости.

Основное содержание работы

b, м h, м m В,м ?,м2 ?, м R, м i n ? V, м/с Q, м3/с а"=n/n3

1,58 0,60 1,5 3,38 1,48 3,74 0,39 0,000370 0,052 0,284 0,202 0,300 0,485

1,65 0,63 1,5 3,54 1,63 3,92 0,41 0,000430 0,044 0,203 0,263 0,430 0,568

1,72 0,68 1,5 3,76 1,86 4,17 0,44 0,000390 0,057 0,328 0,204 0,380 0,442

1,45 0,65 1,5 3,40 1,57 3,79 0,41 0,000250 0,051 0,278 0,171 0,270 0,486

1,67 0,65 1,5 3,62 1,71 4,01 0,42 0,000225 0,046 0,218 0,186 0,320 0,546

1,50 0,65 1,5 3,45 1,60 3,84 0,41 0,000350 0,432 19,54 0,024 0,039 0,058

1,35 0,69 1,5 3,42 1,64 3,83 0,42 0,000520 0,562 32,78 0,023 0,038 0,045

1,75 0,68 1,5 3,79 1,88 4,20 0,44 0,000390 0,589 35,52 0,020 0,037 0,042

1,50 0,75 1,5 3,75 1,96 4,20 0,46 0,000400 0,642 41,57 0,019 0,037 0,039

1,38 0,56 1,5 3,06 1,24 3,39 0,36 0,000475 0,396 17,18 0,028 0,035 0,063

1,55 0,65 1,5 3,50 1,64 3,89 0,42 0,000450 0,699 51,09 0,017 0,028 0,036

1,73 0,54 1,5 3,35 1,37 3,67 0,37 0,000325 0,377 15,46 0,025 0,034 0,066

Слой воды на рисовом чеке, при прочих равных условиях, оказывает существенное влияние на густоту роста растений и процент выживаемости их к уборке. Плотность стеблестоя риса по экспериментальным данным описывается зависимостью п=-13,20 92,46h-6,680h2 0,1336h3, шт/м2с коэффициентом детерминации R2=0,813. По результатам экспериментальных исследований рекомендуется режим постоянного затопления чеков слоем 10 см.

Четвертая глава посвящена анализу эффективности водопользования, оценке качества планирования и разработке рекомендаций по совершенствованию планирования на основе применения компьютерных технологий.

Анализ данных по использованию воды на оросительных системах Нижней Кубани показывает, что водозабор и водоподача с разной скоростью, но постоянно из года в год увеличиваются (рисунок 5).

Рисунок 5 Динамика удельного забора и подачи воды

Поскольку водозабор увеличивается более интенсивно, чем водоподача, КПД системы постоянно уменьшается от 0.84 в 1970 году до 0,71 в 1990 году.

В последние годы на рисовых системах Нижней Кубани наметился рост площадей, занятых рисом, урожайность повысилась с 59,2 ц/га в 2008 году до 69,9 в 2011 году, намолот риса превысил 900 тыс. тонн. Стабилизировался водозабор из Кубани и ежегодно составляет в среднем 3263 млн. м3, постоянно растут объемы повторно используемых вод, подачи воды на рис, отведения дренажно-сбросных вод.

Результаты обработки плановых и фактических показателей водозаборов и водоподачи по филиалам управления «Кубаньмелиоводхоз» говорят об эффективной системе планирования водопользования и реализации планов (R=0,89 ?1,0). Однако при анализе ситуации отмечено, что оросительная норма постоянно увеличивается, техническое состояние систем ухудшается, объемы забора воды увеличиваются.

Поэтому, требуется усовершенствование методов планирования водопользования с учетом конкретных почвенно-климатических условий с применением компьютерных технологий. Нами разработаны алгоритм и программа «Расчет плана водопользования на рисовых оросительных системах», основной задачей, которой является формирование плана водопользования рисовой системы на основе расчета режима орошения риса и расходов в распределительных каналах рисовой системы с учетом агроклиматических, почвенно-гидрогеологических факторов. При работе с программой, наряду с планированием водопользования на оросительный период, имеется возможность анализа различных сценариев изменения ситуации на системе и введения корректировки принятых планов. Результатом работы программы является сводная ведомость по расходам оросительной воды для каждого водовыдела.

Для точной и оперативной реализации принятых планов водопользования нами разработан способ автоматизации севооборотного участка (рисунок 6), предпосылками для разработки которого послужили: равенство площадей рисовых чеков на севооборотном участке рисовой системы «Кубанская»; одновременность сева риса на севооборотном участке; однородность характеристик почв севооборотного участка; единовременность прохождения фаз вегетации риса.

Рисунок 6 Схема автоматизации севооборотного участка

Способ основан на применении одного авторегулятора в голове распределителя севооборотного участка, датчик уровня которого устанавливается в одном из примыкающих рисовых чеков и пропорциональных делителей для распределения объемов воды, подаваемых в распределитель севооборотного участка между оросителями и далее между чеками.

Для пропорционального деления расходов, подаваемых в распределитель севооборотного участка нами применены треугольные водосливы с тонкой стенкой, которые на водовыпусках в оросители работают как боковые водосливы.

С целью уточнения пропускной способности бокового водослива в гидравлической лаборатории НГМА проведены исследования треугольного вертикального водослива с тонкой стенкой. Результатом исследования пропускной способности бокового водослива является степенная зависимость Q = 0,973h2,353, описывающая экспериментальные точки с коэффициентом детерминации R2 = 0,99.

В работе выполнена оценка эффективности внедрения разработанных мероприятий. Затраты связанные с повышением точности и оперативности управления рисовыми мелиоративными системами окупаются за счет роста урожайности риса. При площади внедрения 372 га стоимость дополнительной продукции составила 558 тыс. руб., объем сэкономленной воды - 721 тыс. м3, годовой экономический эффект - 772 тыс. руб., дисконтированный срок окупаемости 4 года.