Сельское хозяйство

В системе ВХК является крупным водопотребителем. Водные ресурсы в сельском хозяйстве распределены следующим образом: 90% - орошение (обводнение), 10% - сельскохозяйственное водоснабжение.

Орошение – осуществляется с помощью системы ирригации, предназначенной для искусственного увлажнения почвы и поддержания ее влажности на весь вегетационный период. Процесс орошения зависит от местных климатических условий, вида выращиваемых культур, погодных условий на вегетационный период.

Системы орошения по времени действия работы могут быть регулярными и разового действия. К первым относятся самотечное и механическое орошение, ко вторым паводковое. Схема оросительной системы регулярного действия представлена на рис. 12.

Рис. 12. Схема оросительной системы:

А – зона самотечного орошения; Б – зона механического орошения (с насосной станцией);

1 – река; 2 – водозаборное сооружение; 3 – магистральный трубопровод; 4 – насосная станция; 5 – напорный трубопровод; 6 – аккумулирующий резервуар; 7 – ветви магистрального трубопровода; 8 – водораспределительные сети; 9 – магистральный канал; 10 – дюкер; 11 – водораспределительные каналы; 12 – регулирующий резервуар; 13 – водораспределительные сети; 14 – сбросной канал воды в водоем

В состав оросительной системы механического орошения входят: источник орошения, водозаборное сооружение, насосная станция, магистральный и напорный трубопроводы, аккумулирующий резервуар, водораспределительные сети.

При самотечном орошении магистральный канал (9) прокладывают по наивысшим отметкам местности так, чтобы уровни воды в нем превышали отметки уровня воды в водораспределительных каналах (11). Для удаления излишней воды на полях орошения устраивают регулирующий резервуар и сбросные каналы воды в водоем (14).

Транспортирование воды от источника водоснабжения до орошаемых площадей производится по магистральным трубопроводам или магистральным каналам, а затем по водораспределительным сетям или лоткам. Показатель эффективности ирригационной системы определяется коэффициентом:

, (30)

где q₁ – расход воды, поступающий на поля орошения, м³/сут; q₂ - расход воды, взятый из источника водоснабжения, м³/сут.

Для систем ирригации, устроенных из открытых каналов или лотков, К_э = 0,7…0,8, для систем, уложенных из трубопроводов, К_э = 0,9…0,95.

Выбор варианта решения и компоновка системы орошения производится с учетом природных условий и на основе технико-экономического сравнения.

Осушение - проводится на избыточно увлажненных сельскохозяйственных полях и представляет собой комплекс мероприятий по искусственному удалению части поверхностных и подземных вод, а также по понижению уровня грунтовых вод. Наиболее широкое применение получило горизонтальное осушение земель. При осушении сеть открытых каналов неглубокого заложения или закрытых дренажных труб (дрен) собирает воду с осушаемой территории и отводит ее самотеком в водоприемник. На рис. 13 представлена схема осушительной системы.

Рис. 13. Схема осушительной системы:

1 – река; 2 – магистральный канал; 3 – коллектор; 4 – открытые осушительные каналы; 5 – нагорные канавы; 6 – полевая дорога; 7 – коллектор переезда; 8 – устьевое сооружение; 9 – закрытые дрены; 10 – закрытый коллектор; 11 – смотровой колодец

В состав сооружений осушительной системы входят: оградительные устройства (дамбы, нагорные канавы), предупреждающие поступление поверхностных и подземных вод на осушаемую территорию; регулирующие сооружения (открытые осушительные каналы и закрытые дрены), понижающие уровень грунтовых вод до проектной отметки; проводящие сооружения (коллектор или магистральный канал), принимающие воду от регулирующих сооружений и отводящие ее в водоприемник. В качестве водоприемника обычно используют балки, овраги и русла рек.

Мелиорация – совокупность организационно-технических мероприятий, направленных на улучшение качества земель, расположенных в районах с неблагоприятным водным режимом. Внедрение мелиоративных мероприятий обеспечивает устойчивость урожаев и способствует рациональному использованию водных и земельных ресурсов.

В состав мелиоративных мероприятий, применяемых для улучшения земельных угодий входят:

гидротехнические - устройство оросительных и дренажных систем, плотин, каналов, водозаборных сооружений;

агротехнические – специальная обработка почвы (вспашка);

химические – внесение в почву органических и минеральных удобрений, применение ядохимикатов;

лесотехнические – устройство полезащитных лесополос и противоэрозийных лесонасаждений;

рекультивационные – восстановление профиля территорий, использованных ранее под карьеры и рудники;

культурно-технические – удаление камней и кустарников, корчевка пней, планировка (выравнивание) поверхности почвы.

Для успешного произрастания каждое растение должно получать определенное количество воды.

Количество воды, потребляемое растением за весь вегетационный период, называется транспирация и определяется по формуле:

Т = ε У, (31)

где Т – транспирация, потребление воды данным видом растения, м³/га; ε - удельная транспирация (водопотребление), м³/ц; У – урожайность культуры, ц/га.

Удельная транспирация зависит от вида культуры, климатических факторов, типа почвы, урожайности культуры и имеет следующие значения, м³/ц: пшеница 40…180; кукуруза 60…150; сахарная свекла 5…30; рис 70…150.

Количество воды, которое необходимо подать на орошаемую территорию за весь вегетационный период называется оросительной нормой и определяется по формуле:

q_о = Т - О - ΔQ + И, (32)

где q_о - оросительная норма, м³/га; О – количество осадков, выпавших за весь вегетационный период; ΔQ – запасы воды в почве; И – испарение с орошаемой территории за весь вегетационный период.

Оросительные нормы сельскохозяйственных культур составляют, м³/га: для овощных культур 2000…3000; зерновых культур 1000…2000; кормовых трав 3000…5000. Нормы орошения для одних и тех же культур возрастают в 2…3 раза по мере продвижения на юг.

Оросительная норма делится на несколько поливов для обеспечения необходимого увлажнения пахотного горизонта (активного слоя) почвы. Число поливов и их сроки зависят от орошаемой культуры, способа орошения и природных условий. Для овощных культур необходимо 5…10 поливов, зерновых культур – 4…6 поливов, кормовых трав – 8…12 поливов. Продолжительность каждого полива составляет 5…10 дней.

Основными методами орошения сельскохозяйственных полей являются: поверхностное, подпочвенное и дождевание.

Поверхностное орошение является древним и наиболее распространенным способом увлажнения почвы (рис. 14).

Рис. 14. Поверхностное орошение сельскохозяйственных полей:

1 - поливная полоса; 2 – борозды; 3 – оградительные земляные валики

При этом методе полива вода самотеком распределяется по поверхности почвы и впитывается в нее. На спланированных площадях для пропашных культур полив осуществляется по бороздам с наполнением

борозды на 1/3…1/4 ее глубины. Для орошения трав и зерновых культур применяют полив напуском по полосам. Поливные полосы устраивают шириной 3…3,5 м и ограничивают земляными валиками.

Поверхностное орошение является наиболее экономичным видом, но имеет ряд недостатков: неравномерное увлажнение поверхности почвы по длине, возможность размыва почвы; большая инфильтрация; чрезмерное испарение влаги; засоление почвы.

Подпочвенное орошение (рис. 15) осуществляется подачей воды в проложенные в земле на глубине 0,4…0,5 м дренажные трубы.

Рис. 15. Подпочвенное орошение сельскохозяйственных полей:

1 – дренажная труба; 2- трубопровод подачи воды для орошения

При этом виде орошения вода поступает непосредственно в корневую систему растений без потерь. Такая система орошения является прогрессивной, т.к, позволяет максимально сократить расход воды на полив.

Дождевание является достаточно эффективным видом орошения, при котором создается равномерный по площади сельскохозяйственных угодий искусственный дождь, рис. 16.

Рис. 16. Дождевальная техника, применяемая для орошения сельскохозяйственных полей:

а – «Фрегат»; б – «Волжанка»; в – дождевальная установка; 1 – барабан; 2 – дождеватель; 3 – ограничитель напора; 4 – соединительная муфта; 5 – капроновый рукав; 6 – колено; 7 – гидрант; 8 – распределительный трубопровод

Дождевание обеспечивает равномерное увлажнение почвы, исключая ее размыв. Дождевание удобно применять для предпосевных и освежающих поливов при этом помимо увлажнения почвы, в нее одновременно вводят удобрения.

В условиях засухи (при высокой температуре и низкой влажности воздуха) наблюдается увядание растений даже при увлажненной почве. В таких случаях использование дождевания служит средством защиты растений от вредных воздействий сухой атмосферы.

Подача и распределение капельных водных струй осуществляется применением коротко-, средне- и длинноструйных дождевальных установок.

Для этой цели используют дождевальную технику «Фрегат», «Волжанка», дождевальные установки ДДН-70, ДДН-100С.

Технология полива зависит от природных условий, способа полива, требований агротехники, рода культур. Недостатком метода дождевания является большой расход воды на испарение при поливе сельскохозяйственных угодий.

Высокопроизводительные установки «Фрегат» и «Волжанка» (рис. 16 а, б) представляют собой колесную, многоопорную, самодвижущуюся систему дождевания с электрической системой автоматического управления.

При поливе с помощью дождевальной установки (рис. 16 в) трактор, который ее транспортирует, располагается рядом с гидрантом. Дождевальную установку располагают таким образом, чтобы вал отбора мощности, карданный вал и вал насоса находились на одном уровне. Подключение к гидранту шарнирное. Постепенно открывают задвижку на гидранте и после заполнения насоса водой включают механизм отбора мощности.

Дальнеструйные дождевальные аппараты являются базовой моделью семейства гидравлических турбинных аппаратов типа ДД. Вращение аппаратов при дождевании происходит за счет энергии струи воды, падающей на лопатки турбинки, которая приводит в действие червячные механизмы. Дальнеструйный аппарат может вращаться по кругу или по сектору. Для изменения интенсивности дождя ДД снабжен тремя сменными соплами диаметром 26, 30 и 34 мм.

К основным техническим характеристикам дождевальных установок относятся: расход воды 60…120 л/с; радиус полива по крайним каплям 50…85 м; площадь полива с одной позиции 0,7…1,45 га; средняя интенсивность дождя при поливе 0,11…0,34 мм/мин.

Дождевание сокращает поливные нормы и позволяет дозировать объемы полива. Кроме того, большая теплоемкость капель воды способна повышать температуру воздуха во время заморозков, предохраняя от них посевы.

Пути повышения эффективности орошения. В первую очередь необходимо совершенствовать систему ирригации с целью снижения потерь воды на испарение и фильтрацию во время ее транспортирования от источника до полей орошения. Для этого в открытых системах ирригации следует переходить от каналов в земляном русле к каналам, облицованным водонепроницаемыми материалами или устраивать закрытую оросительную систему с коэффициентом эффективности К_э = 0,9…0,95. Экономию воды дает распространение подпочвенного орошения сельскохозяйственных культур.

Значительно сокращает непроизводительные расходы воды на орошение внедрение рациональных поливных норм и составление тщательно увязанных графиков полива с учетом агротехнических планов водопользования и обработки почвы.

При больших нормах полива происходит подъем уровня засоленных грунтовых вод, их влагоиспарение и образование соли. При повышении содержания соли в почве свыше 0,3% начинается угнетение растений.

Перспективными методами сельскохозяйственного орошения в условиях дефицита природной воды являются орошение бытовыми сточными водами и теплыми водами.

Орошение бытовыми сточными водами. Использование бытовых сточных вод в сельском хозяйстве позволяет увлажнять и, одновременно, удобрять почву. Сточные воды для орошения сельскохозяйственных угодий применяются только после бактериальной обработки, позволяющей сократить содержание в стоках патогенных бактерий, вирусов и яиц гельминтов. Для этих целей используют поля орошения,на которых помимо орошения одновременно происходит почвенная очистка сточных вод, эффективность которой зависит от вида грунтов, уровня грунтовых вод, характера рельефа местности, продолжительности вегетационного периода. Для орошения могут быть также использованы промышленные стоки пищевой промышленности и сточные воды животноводческих комплексов после их обеззараживания.

Поля фильтрации используют только для биологической очистки сточных вод.

Орошение теплыми водами. Теплые воды забираются из верхних слоев прудов-охладителей ТЭС, где температура воды на 8…15^оС выше температуры придонных слоев. Воды прудов-охладителей имеют заметное положительное влияние на урожайность, особенно при их подаче в весенний и осенний периоды. Кроме того, теплые воды интенсифицируют микробиологические процессы, происходящие в почве.

Теплые воды обеспечивают требуемый температурный режим для растений в теплицах, что способствует их более интенсивному росту и созреванию.

Сельскохозяйственное водоснабжение – предназначено для обеспечения водой поселки, колхозы, животноводческие фермы и пастбища. Наиболее распространенная схема сельского водоснабжения включает сооружения: водозабор с насосной станцией, комплекс для очистки и обеззараживания воды, регулирующие сооружения (водонапорная башня, резервуар для хранения противопожарного запаса воды), разводящая сеть.

Для населения и водопоя животных используется вода только питьевого качества, причем температура воды для водопоя животных должна находиться в пределах 8…15^оС при необходимости воду подогревают.

Нормы расхода воды для сельского населения зависят от степени благоустройства жилых помещений и находятся в пределах 40…300 л/сут на 1 чел.

Нормы расхода воды на 1 голову скота или 1 птицу указаны в специальных нормативах и составляют, (л/сут): корова молочная - 100; корова мясная – 70; молодняк (до 2-х лет) – 30; лошадь рабочая – 60; свиноматка с поросятами – 60; утка, гусь – 2.

В установленную норму включен расход воды на мойку стойла или клетки, питье животных, приготовление кормов, мойку молочной посуды, охлаждение продуктов.

Для удаления навоза из стойла или клетки принимается дополнительный расход воды, который составляет 4…10 л на 1 голову скота или 1 птицу, причем может использоваться вода не питьевого качества, но не содержащая болезнетворных бактерий.

Нормы расхода воды на эксплуатацию технического оборудования установлены в специальных нормативах и составляют, (л/сут): трактор – 100; комбайн – 120; автомобиль грузовой – 30.