Районирование территории Ростовской области по условиям тепло- и влагообеспеченности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Районирование территории Ростовской области по условиям тепло- и влагообеспеченности

Новикова И. В.

Географическое положение, рельеф, климат, водные ресурсы, почвенный покров Ростовской области создают благоприятные условия для выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе и картофеля. Однако низкая природная влагообеспеченность существенно ограничивает производительность сельхозугодий. Повысить эффективность сельскохозяйственного производства можно на основе развития мелиорации, прежде всего, орошения. увлажнение картофель орошение районирование

Обобщенными характеристиками тепло- и влагообеспеченности являются дефициты увлажнения и водопотребления. Они в комплексе с другими природно-хозяйственными показателями позволяют прогнозировать размеры гидромелиораций.

Недостаточная изученность составляющих уравнений водного и теплового балансов на исследуемой территории диктует необходимость применения расчетных методов. Одним из таких методов является метод гидролого-климатических расчетов, предложенный В. С. Мезенцевым [1; 2].

При определении количественных значений показателей тепло- и влагообеспеченности территории Ростовской области в качестве исходных данных взяты материалы наблюдений метеорологических станций, сравнительно равномерно расположенных на исследуемой территории. В расчетах использованы сведения об осадках, среднемесячной температуре и влажности воздуха за непрерывный ряд лет (1970-1989 гг.) по 31 метеостанции [3].

Расчет дефицитов увлажнения и водопотребления осуществлялся путем сравнения общего увлажнения и суммарного испарения в естественных и оптимальных условиях влагообеспеченности.

За оптимальное водопотребление принят суммарный расход влаги сельскохозяйственным угодьем на транспирацию и испарение с поверхности почвы в условиях, когда влага корнеобитаемого слоя почвы легко доступна растениям. Общая потребность сельскохозяйственных угодий в увлажнении численно приравнена к максимально возможному испарению.

Показатели тепло- и влагообеспеченности характеризуются следующими уравнениями:

,

,

где и - дефициты увлажнения и суммарного испарения, мм;

- максимально возможное испарение, мм;

- осадки, мм;

- влажность активного слоя почвы в начале и в конце расчетного периода, мм;

- суммарное испарение в условиях орошения, мм;

- суммарное испарение в естественных условиях, мм.

Максимально возможное испарение за месяц (с апреля по октябрь) определяется по формуле:

,

где А - коэффициент, равный для месяца 14,4;

- среднегодовой дефицит влажности воздуха, мб;

- среднемесячные дефициты влажности воздуха, мб;

- сумма среднесуточных температур воздуха выше +10.

По формуле (3) определены значения максимально возможного испарения помесячно с апреля по октябрь за каждый год рассматриваемого периода (20 лет). Полученные значения объединены за период май - август по каждому году, так как период вегетации картофеля весенней посадки на территории Ростовской области в среднем длится с мая по август.

В целом за рассмотренный период значения максимально возможного испарения составили: для крайнесухого года - 520-540 мм в северных районах области, 500-540 мм в западных, 600-680 мм в южных и 700-860 мм в восточных районах. В среднесухой год изменяется в пределах 470-530 мм на севере области, 630-640 мм на западе, 600-640 мм на юге и 590-700 мм на востоке области. В средний по обеспеченности осадками год максимально возможное испарение находится в пределах 360-400 мм на севере области, 450 мм на западе и 540-570 мм на юге и востоке. В средневлажный год колеблется от 330-380 мм в северных районах до 430-500 мм в южных и восточных районах области. И, наконец, во влажный год в северной части рассматриваемой территории составляет 300-350 мм, в южной и юго-восточной ее части - 360-420 мм.

При определении максимально возможного испарения в целом за год принята зависимость, предложенная Г. А. Сенчуковым:

.

Годовая норма максимально возможного испарения изменяется на территории области от 850 до 1220 мм в крайнесухой год, от 800 до 1000 мм в сухой, от 750 до 950 мм в средний, от 730 до 900 мм в средневлажный и от 700 до 810 мм во влажный год. Меньшие значения максимально возможного испарения отмечены в северных и западных районах, большие его значения в южных и восточных районах.

Максимально возможное испарение является характеристикой теплообеспеченности территории. Для определения характеристик увлажнения необходимо сначала определить потребность растений в воде, суммарное испарение и почвенные влагозапасы.

Экспериментальное определение суммарного испарения с суши весьма затруднительно, поэтому в настоящее время для установления этой характеристики применяются расчетные методы. В. С. Мезенцев [1; 2] рассматривает изменение суммарного испарения при изменении общего увлажнения как единый непрерывный процесс, при котором по мере иссушения почвы уменьшается суммарное испарение, а стадии ее просыхания определяются ходом испарения. В общем виде уравнение связи суммарного испарения и общего увлажнения представлено следующим образом:

,

где п - параметр, определяемый отношением фактического испарения в условиях оптимальной влагообеспеченности и максимально возможного испарения [4].

Связь суммарного испарения с общими влагозапасами может быть представлена уравнением:

,

где - средняя за расчетный период влажность деятельного слоя почвы в долях от наименьшей влагоемкости;

r - параметр, определяемый водно-физическими свойствами почв [4].

Поскольку в уравнениях (1), (5) и (6) фигурируют величины влажности почвы и ее среднее значение за расчетный промежуток времени , постольку последнее необходимо выразить через начальное и конечное значение. Наиболее простым выражением является среднее арифметическое:

.

Однако влагосодержание почвы далеко не всегда изменяется равномерно. Обычно в начале расчетного промежутка времени почва после увлажнения просыхает быстрее, а затем интенсивность уменьшения влагосодержания затухает.

Средняя за расчетный промежуток времени влажность почвы будет равна

.

Величина в интервале от 0,4 до 1,2 с достаточной точностью может быть также определена по соотношению:

, или .

С учетом выражения и выражений (7), (8) и (9), а также зависимостей (5) и (6) путем исключения величины получается зависимость:

.

Формула (10) выражает искомую среднюю влажность почвы в явном виде. Она без дополнительных преобразований может быть использована в расчетах балансовых уравнений.

Влажность на конец расчетного промежутка времени определяется по формуле:

.

В расчетах на 1 апреля 1970 года влажность почвы в долях от НВ была принята равной 1, то есть . Далее при использовании зависимости (11) определена влажность почвы на конец расчетного периода (месяца), то есть на 30 апреля - . Влажность почвы на начало следующего расчетного периода (1 мая) принималась равной влажности почвы в конце предыдущего периода, то есть , и так далее. Влажность почвы на 1 апреля 1971 года принималась равной влажности почвы на конец расчетного периода (ноябрь - март) 1970-1971 гг. (), и далее влажность почвы определялась по месяцам за непрерывный ряд лет для 31 метеостанции на территории Ростовской области.

Зная влажность почвы, можно определить суммарное испарение в естественных условиях за каждый месяц рассматриваемого периода.

Суммарное испарение за период май - август в естественных условиях увлажнения изменялось следующим образом. В крайнесухой год Е на севере области составило 100-140 мм, 170-180 мм - в южных ее районах и 200-230 мм - в восточных. В среднесухой год суммарное испарение колеблется в пределах 150-200 мм на севере и 200-240 мм на юге и юго-востоке области. В средний по обеспеченности осадками год в северных районах области величина Е изменяется от 160 до 200 мм, в южных и восточных - 150-250 мм. Интервал изменений Е в средневлажный год составил 200-250 мм на севере области и 170-260 мм на юге и востоке. Во влажный год величина Е была равна 220-300 мм.

Описанное изменение суммарного испарения во времени и по территории характерно для условий естественного увлажнения, при котором исследуемая величина ограничена ресурсами влаги. С переходом от естественных условий влагообеспеченности к оптимальным (последние на исследуемой территории возможны при орошении) суммарное испарение значительно возрастает и будет определяться в основном теплоэнергетическими ресурсами климата.

В условиях оросительных мелиораций суммарное испарение определяется по уравнению связи:

,

где - заданный средний за межполивной период уровень оптимального увлажнения расчетного слоя почвы.

В случае, когда увлажнение расчетного слоя почвы в среднем за межполивной период создается равным наименьшей влагоемкости , уровень оптимальности равен 1 (). При поддержании влажности почвы в течение всего периода вегетации в пределах 100-80 % НВ уровень увлажнения равен 0,9, то есть (высокая влагообеспеченность). При снижении уровня влагообеспеченности, когда влажность почвы в течение вегетационного периода находится в пределах 90-70 % НВ, .

Исходя из вышесказанного, дефициты увлажнения определяются по формулам для условий:

,

Дефициты водопотребления определяются по зависимостям:

По формулам (14), (15), (17) и (18) определены дефициты увлажнения помесячно за каждый год рассматриваемого периода. Расчет произведен для 31 метеостанции на территории Ростовской области. Полученные значения ранжированы в убывающем порядке, что дало возможность выделить реальные годы на заданные проценты обеспеченности по : 5 % - крайнесухой год; 25 % - среднесухой год; 50 % - средний год; 75 % - средневлажный год и 95 % - влажный год.

На основании установленных количественных показателей дефицитов увлажнения и водопотребления картофельного поля построены карты изолиний отмеченных дефицитов на территории Ростовской области для характерных по влагообеспеченности лет и выполнено районирование исследуемой территории.

При районировании выделены районы и подрайоны. Границы районов определены на основе анализа потребности картофельных угодий в дополнительном увлажнении. Они нанесены на основе совмещения карт изолиний различных показателей увлажнения в характерные по влагообеспеченности годы. Подрайоны в границах мелиоративных районов определены с учетом изменения оросительных норм.

Мелиоративный район 1 охватывает восточную и юго-восточную части области и включает в себя Заветнинский район (подрайон 1А), Дубовский, Зимовниковский, Орловский, Ремонтненский районы и южную часть Пролетарского района (подрайон 1Б). Сумма среднесуточных температур воздуха выше 10 составляет 3200-3400 и более. Максимально возможное испарение за период май - август для условий крайнесухого года составляет 700-860 мм, для условий среднесухого года - 610-720 мм, для условий среднего года - 550-570 мм, для условий средневлажного года - 370-500 мм и для условий влажного года - 340-420 мм. Дефициты увлажнения при высокой влагообеспеченности изменяются следующим образом: в крайнесухой год от 420-580 мм, в среднесухой год от 360 до 450 мм, в средний год - 220-300 мм, в средневлажный год - 180-250 мм и от 80 до 130 мм во влажный год. При снижении влагообеспеченности и поддержании влажности почвы в пределах 90-70 % НВ дефициты увлажнения несколько ниже и составляют для условий крайнесухого года 300 - 430 мм, для условий среднесухого года 240-320 мм, для условий среднего года 140-190 мм, для условий средневлажного года 110-160 мм, для условий влажного года 20-60 мм. Дефициты водопотребления при высокой влагообеспеченности изменяются в пределах: 350-500 мм в крайнесухой год, 250-350 мм в среднесухой год, 200-220 мм в средний год, 100-160 мм в средневлажный год и 10-100 мм во влажный год. При снижении влагообеспеченности дефициты водопотребления варьируют от 260 до 400 мм в крайнесухой год; 170-270 мм в среднесухой год; 140-170 мм в средний год; 50-100 мм в средневлажный год; 0-50 мм во влажный год.

Мелиоративный район 2 охватывает южную, центральную и центрально-восточную части Ростовской области и включает в себя Волгодонской, Мартыновский районы и северную часть Пролетарского района (подрайон 2А), Зерноградский, Целинский, Сальский, Песчанокопский, Егорлыкский, Кагальницкий, Константиновский, Усть-Донецкий, Октябрьский, Аксайский, Багаевский, Семикаракорский, Веселовский, Морозовский, Цимлянский районы (подрайон 2Б). Сумма активных температур воздуха равна 3100-3200. Максимально возможное испарение за период май - август изменяется от 550-670 мм в крайнесухой год до 340-400 мм во влажный год. Дефициты увлажнения при высокой влагообеспеченности для условий крайнесухого года составляют 300-370 мм, среднесухого - 220-320 мм, среднего - 170-250 мм, средневлажного - 90-180 мм, влажного - 10-50 мм. При необходимости создания пониженной влагообеспеченности дефициты увлажнения составляют: 200-270 мм в крайнесухой год; 130-230 мм в среднесухой год; 70-170 мм в средний год; 20-110 мм в средневлажный год. Во влажный год при дополнительное увлажнение не требуется. Дефициты водопотребления при поддержании влажности почвы в пределах 100-80 % НВ () составляют: 250-300 мм в крайнесухой год, 180-230 мм в среднесухой, 130-190 мм в средний год, 50-120 мм в средневлажный год. При снижении влагообеспеченности дефициты водопотребления в условиях крайнесухого года составляют 170-230 мм, в условиях среднесухого года 100-170 мм, в условиях среднего года 70-140 мм, средневлажного - 20-100 мм. В рассматриваемом районе во влажный год орошение требуется только при необходимости поддержания высокого уровня влагообеспеченности, при пониженном уровне влагообеспеченности картофель можно возделывать без орошения.

Мелиоративный район 3 охватывает западную и северную части области. В него входят Неклиновский, Матвеево-Курганский, Куйбышевский, Родионо-Несветайский, Мясниковский, Азовский, Красносулинский, Каменский, Милютинский, Тарасовский, Кашарский, Белокалитвенский, Миллеровский, Советский, Обливский, Тацинский, Верхнедонской, Шолоховский, Чертковский и Боковский районы. Сумма активных температур воздуха равна 2800-3100. В крайнесухой год дефициты увлажнения при высокой влагообеспеченности составляют здесь 250-320 мм, дефициты водопотребления - 200-240 мм, максимально возможное испарение равно 480-600 мм. В среднесухой год дефициты увлажнения составляют 150-250 мм, дефициты водопотребления - 100-190 мм. В средний год дефициты увлажнения находятся в пределах 80-170 мм, дефициты водопотребления 50-100 мм. В средневлажный год дефициты увлажнения изменяются от 20 до 70 мм, дефициты водопотребления находятся в пределах 10-50 мм. При поддержании пониженной влагообеспеченности дефициты увлажнения составляют 150-210 мм в крайнесухой год, 50-150 мм в среднесухой год, 10-80 мм в средний год. Дефициты водопотребления изменяются в пределах 100-180 мм в крайнесухой год, 50-130 мм в средний год, 0-80 в средний год. На рассматриваемой территории во влажный год орошение не требуется, в средневлажный год орошение картофеля необходимо только при поддержании высокого уровня влагообеспеченности. При снижении влагообеспеченности картофель в условиях средневлажного года можно возделывать без орошения.

Районирование и анализ показателей тепло- и влагообеспеченности выделенных районов с учетом результатов многолетних наблюдений по режимам орошения картофеля позволили рассчитать осредненные нормы орошения для характерных по влагообеспеченности лет.

Анализ дефицитов увлажнения и водопотребления показывает, что на всей территории Ростовской области при возделывании картофеля в крайнесухие, среднесухие и средние по обеспеченности годы необходимо дополнительное увлажнение. Возделывание картофеля без орошения возможно во влажные годы в северных, западных, северо-западных районах области. В центральных, центрально-восточных и южных районах области во влажные годы требуется небольшое доувлажнение только при необходимости создания высокой влагообеспеченности. В средневлажный год в северных, западных и северо-западных районах области возделывание картофеля без орошения возможно при поддержании влажности почвы в пределах 90-70 % НВ.

Список литературы

1. Мезенцев, В. С. Гидрологические расчеты в мелиоративных целях / В. С. Мезенцев : учеб. пособие. - Омск : Изд-во Омского СХИ, 1982.

2. Мезенцев, В. С. Гидролого-климатические основы проектирования гидромелиораций / В. С. Мезенцев : учеб. пособие. - Омск : Изд-во Омского СХИ, 1993.

3. Метеорологический ежемесячник. - Вып. 13. - Ч. 2. - Гос. ком. СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды Сев.-Кавк. тер. упр. по гидрометеорологии и контролю природ. среды. - Обнинск : ВНИИГМИ-МЦД, 1970-1989.

4. Сенчуков, Г. А. Ландшафтно-экологические и организационно-хозяйственные аспекты обоснования водных мелиораций земель. - Приложение 3 / Г. А. Сенчуков. - Ростов-н/Д : Изд-во СКНЦ ВШ, 2001.

Размещено на Allbest.ru