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

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Свистунов Алексей Юрьевич

Новочеркасск 2013



Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Научный руководитель: Ольгаренко Игорь Владимирович кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Попов Вячеслав Алексеевич доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ГНУ ВНИИ риса РАСХН

Пахомов Александр Алексеевич кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», доцент кафедры сельскохозяйственного водоснабжения и гидравлики

Ведущая организация: ФГБНУ Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации (РосНИИПМ)

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. Волгоград, пр-т Университетский, 26, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «20» мая 2013 года и размещен на официальных интернет-сайтах ВАК РФ и Волгоградского ГАУ.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ряднов Алексей Иванович



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Анализ научно-производственной деятельности в области рисосеяния показывает, что потенциальные возможности культуры используются далеко не полностью. Недобор урожая риса происходит из-за ряда организационных, технологических, технических недостатков. Задачами эксплуатационных водохозяйственных организаций разного уровня являются рационализация водопользования на основе повышения технического уровня оросительных систем, совершенствование управления водопользованием за счет применения водосберегающих и экологически безопасных технологий и оптимальных режимов эксплуатации рисовых систем. 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.

Степень разработанности темы. Интенсификация рисоводства в последнее время сопровождается развитием негативных процессов, ведущих к деградации рисовых агроландшафтов. Исследования, в первую очередь, базировались на научных и практических результатах видных ученых в области рисоводства, эксплуатации рисовых систем, автоматизации водораспределения и системного анализа: Е.Б. Величко, Б.Б. Шумакова, И.П. Кружилина, Е.В. Кузнецова, В.Г. Гриня, В.И. Ольгаренко, С.А. Владимирова, Л.М. Рекса, В.Н. 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. Следовательно, проведение научно-исследовательских работ, направленных на разработку технологии возделывания риса с учетом особенностей культуры, технического состояния внутрихозяйственного звена системы орошения, средств управления водораспределением, планирования водопользованием, является актуальной задачей.

Цель исследования. Повышение эффективности использования оросительной воды во внутрихозяйственном звене рисовых систем на основе совершенствования процесса возделывания риса, обеспечивающего снижение удельного водопотребления и повышения урожайности.

Задачи исследования:

- провести анализ научно-технической информации по эффективности водопользования на рисовых мелиоративных системах Нижней Кубани;

- 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

- разработать модель адаптации производства риса в регионе к изменениям температурного режима;

- изучить влияние слоя затопления чека на водопотребление и урожайность риса;

- установить степень влияния зарастания каналов рисовых систем водной растительностью на их работоспособность;

- разработать систему мероприятий, обеспечивающих повышение эффективности использования оросительной воды в рисосеянии Краснодарского края.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- получена математическая модель, описывающая динамику температурного режима воздуха вегетационного периода риса;

- разработан прогноз динамики временных рядов средней температуры воздуха вегетационного периода риса, позволяющий корректировать сроки выполнения основных технологических операций возделывания риса;

- установлена зависимость влияния различного слоя воды в чеке на развитие риса в условиях его постоянного затопления от всходов до восковой спелости;

-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;

- разработан комплекс мероприятий по совершенствованию рисовых систем Нижней Кубани, включающий формирование плана водопользования системы, автоматизацию водораспределения севооборотного участка, интенсификацию работ по уходу за элементами внутрихозяйственного звена рисовой системы.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в научном обосновании процесса совершенствования технологии возделывания риса и методов эксплуатации рисовых систем в условиях изменения климатических параметров территории, ухудшения технического состояния элементов системы. В разработке новых технических решений по рациональному распределению оросительной воды по чекам, а также в новом подходе к влиянию слоя воды в чеке на удельное водопотребление и урожайность риса, в разработке автоматической системы водораспределения севооборотного участка рисовой системы с использованием пропорциональных делителей на водовыпусках из распределителя в оросители и из оросителей в чеки.

Работа выполнена в рамках темы 03.01.01.01 - «Разработка систем и технологий комплекса мелиораций, охраны и управления рациональным использованием земель», которая является составной частью тематического плана НИР НГМА по проблеме 03.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров и аспирантов в НГМА и КубГАУ.

Методология и методы исследования. Методической основой исследования являются системный анализ, методы математической статистики, теории планирования эксперимента, теории автоматического регулирования. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с общепринятыми методиками выполнения гидравлических, водно-балансовых опытов, включают натурные обследования элементов рисовых систем, стендовые и опытно-производственные испытания. Аналитическая обработка экспериментальных данных выполнена с применением методов корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов с использованием компьютерных технологий.

Положения, выносимые на защиту:

- эмпирическая зависимость изменения гидрометеорологических параметров Нижней Кубани, характеризующая их цикличность, обеспечивающая повышение точности прогноза;

- алгоритм, процедуры и модель компьютерной технологии оперативного планирования режимов орошения риса, обеспечивающие многовариантность расчетов в режиме реального времени;

- кспериментальная зависимость водопотребления и урожайности риса в зависимости от режима орошения;

- система управления водораспределением севооборотного участка.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность и обоснованность подтверждается использованием фундаментальных положений мелиоративной науки, результатами статистической обработки экспериментальных данных, сходимостью теоретических исследований с практическими результатами опытов, выполненных в производственных условиях.

Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались, были обсуждены и одобрены на региональных научно-технических конференциях НГМА, КубГАУ в 2010-2012 годах, на «Донской аграрной научно-практической конференции», посвященной 75-летию Ростовской области (г. Зерноград, 2012 г.), на трех Международных научно-практических конференциях (Краснодар, КубГАУ, 2010 г., Волгоград, ВолГАУ, 2012, 2013 г), на теоретическом семинаре инженерных факультетов ВолГАУ (2013 г.) и опубликованы в 8 научных работ, из которых три в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, получен патент РФ на полезную модель № 112595. Общий объем публикаций 2,9 п.л, из них личный вклад автора 1,8 п.л.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна, достоверность выводов, теоретическая и практическая значимость разработок, новизна научных положений, выносимых на защиту.

В первой главе дан анализ публикаций по прогнозированию климатических параметров, изучены направления адаптации сельскохозяйственных культур к изменениям природной среды. На основе анализа литературных источников рассмотрены основы возделывания риса и элементы технологии. Обозначены нерешенные и слабо изученные вопросы, обоснованы задачи исследований.

Большой вклад в изучение и разработку приемов получения высоких урожаев риса, технологии его возделывания, совершенствование конструкций рисовых систем и автоматизацию водораспределения внесли П.С. Ерыгин, Е.Б. Величко, В.Б. Зайцев, С.В. Кибальников, П.И. Коваленко, В.А. Попов, З.Ф. Тулякова, Б.Б. Шумаков, В.Н. Щедрин и другие ученые.

Повышению точности управления режимами орошения посвящены работы Е.П. Галямина, М.С. Григорова, Н.А. Ивановой, И.Н. Ильинской, А.Н. Костякова, В.П. Остапчика, Г.В. Ольгаренко, А.Ю. Черемисинова, Б.Б. Шумакова, В.Н. Щедрина и других, в которых отмечается необходимость учета изменчивости климатических факторов при планировании орошения.

Сформулированы проблемы водопользования и направления их решения. По мнению И.П. Айдарова, М.С. Григорова, А.В. Колганова, В.И. Ольгаренко, Б.Б. Шумакова, В.Н. Щедрина и других авторов отрицательное влияние на окружающую среду при орошении часто является причиной нерациональной управленческой и хозяйственной деятельностью.

Приведен анализ результатов исследований по вопросам изучения гидравлики процессов в каналах с земляным руслом в работах И.И. Агроскина, B.C. Алтунина, А.Д. Альтшуля, И.А. Долгушева, Н. Дэскулеску, И.Ф. Карасёва, Ю.М. Косиченко, Ц.Е. Мирцхулавы, В.Т. Чоу, P.P. Чугаева, Д.В. Штеренлихта и других.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе сформулирована рабочая гипотеза, программа, методика и условия проведения научных исследований. Схема проведения исследования представлена на рисунке 1.

С целью определения характера изменчивости температурного режима территории, по данным метеостанции Славянска на Кубани проведены исследования климатических рядов статистическим, фрактальным и частотным методами.

Фрактальный анализ выполнен методом изучения размаха температуры воздуха и среднеквадратичного отклонения (метод Херста), одним из преимуществ которого является малая чувствительность к длине ряда.

Частотный анализ основан на дискретном преобразовании Фурье. Задача состоит в определение частоты и периода сезонных колебаний и расчёта параметров периодических функций, описывающих сезонные колебания.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Схема проведения исследований

При аналитическом изучении изменений уровней ряда применена формула

y_t = а₀ + ?(а_кcoskt + b_ksinkt). (1)

В формуле (1) k определяет номер гармоники, которая используется с различной степенью точности.

Значения коэффициентов определяются методом наименьших квадратов.

; ; . (2)

При анализе климатического ряда значения t_i принимаются по результатам частотного анализа.

С целью уточнения влияния слоя воды на водопотребление и продуктивность риса реализован трехуровневый план Бокса-Бенкина. Результатом эксперимента является математическая модель, связывающая исследуемые параметры с влияющими на него факторами. Объект исследования - рис сорта Регул.

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.

Таблица 1

Условия кодирования и пределы варьирования переменных

Переменные, код	h1, см	h2, см	h3, см
Интервал варьирования	5	5	5
Нижний уровень, (-)	5	5	5
Основной уровень, (0)	10	10	10
Верхний уровень, (+)	15	15	15

Задачей натурных исследований явилось определение гидравлических характеристик каналов в различных условиях эксплуатации. Измерения расхода в каналах оросительной сети выполнялись методом скорость-площадь. В качестве показателя работы канала рассчитывались коэффициенты шероховатости русла, гидравлических сопротивлений, показатели снижения пропускной способности и технического состояния каналов.

В третьей главе приводятся результаты анализа температурного режима междуречья Кубань-Протока, результаты исследований технического уровня рисовых мелиоративных систем.

Статистическая обработка рядов метеорологических параметров в целом и по периодам показала, что коэффициенты вариаций значений температур воздуха колеблются в пределах 0,7-2,1% и осадков 36% и более. Полученные значения отражают несущественные отклонения температуры воздуха от среднемноголетних значений и значительный разброс количества осадков.

Анализ изменений средних, размаха, асимметрии и эксцесса ряда и его периодов показывает, что тепловой режим на исследованной территории становится более благоприятным для развития рисоводства.

Отмечается постепенное повышение среднего и максимального значений температуры воздуха в разные фазы вегетации риса. Повышаются минимальные значения в конце срока вегетации, причем достаточно быстрыми темпами. При этом отмечается уменьшение температуры воздуха в апреле и первой декаде мая.

Для изучения динамики тренда температур воздуха исходный ряд был разбит на десятилетние периоды и построен линейный тренд (рис. 2).

Рисунок 2 Динамика тренда среднегодовой температуры

Динамика тренда по участкам ряда говорит об устойчивом характере повышения среднегодовой температуры. Применив методику фрактального анализа, получили показатель Херста для этого ряда Н=0,72, что показывает, что ряд является устойчиво персистентным. Анализ изменения угла наклона прямых тренда (рисунок 2) и значения показателей Херста Н (рисунок 3) по периодам, показывает, что на протяжении всего ряда наблюдений, отмечается с разной скоростью, но постоянное увеличение среднегодовой температуры. Показатель Херста на исследуемом интервале увеличивался от 0,79 до 0,88 и от 0,69 до 0,87, а за последнее десятилетие уменьшился до 0,51, оставаясь персистентным во все периоды.

Рисунок 3 Динамика показателя Херста по периодам ряда среднегодовой температуры воздуха

Используя данные анализа, полученные с помощью трендового и фрактального подходов, можно сделать вывод, что в регионе наблюдается устойчивое повышение среднегодовых температур, при уменьшении персистентности.

Полученные данные о динамике точек смены R/S траектории подтверждают факт циклической природы температурных рядов и определяют границы циклов в составе ряда.

Предварительный частотный анализ модели динамики температур воздуха выполнен по автокорреляционной функции, значения которой на лагах 6, 27 и 32 имеют значительные выбросы, что предполагает наличие сезонной составляющей. В результаты проведенного спектрального анализа временного ряда выявлено шесть наивысших пиков. Определены частотные характеристики среднемесячных температур воздуха вегетационного периода.

На основании анализа остатков проведена оценка адекватности построенного прогноза. Модель с а = 0,3 (рисунок 4) адекватна описываемому процессу, так как значения остаточной величины удовлетворяют свойствам случайности, независимости и в большей степени подчиняются нормальному закону распределения.



Рисунок 4 Прогноз динамики среднемесячных температур мая

Значения коэффициентов ряда Фурье, характеризующие динамику температурного режима месяцев вегетационного периода риса, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Коэффициенты, характеризующие динамику климатических параметров

Показатели	Коэффициенты
	a0	а1	а2	а3	a4	b1	b2	bз	b4
Температура 3 декады апр.	12,65	0,22	-0,73	-0,32	0,11	0,63	-0,32	-0,29	0,07
Температура 1 декады мая	14,58	0,03	-0,71	-0,08	0,33	0,57	-0,36	0,16	0,05
Температура 2 декады мая	16,67	-0,02	0,04	-0,20	0,57	0,15	-0,03	-0,33	0,01
Температура 3 декады мая	18,12	0,41	0,32	-0,64	0,08	-0,34	-0,75	-0,38	-0,75
Температура май	16,46	0,14	0,33	0,33	0,33	-0,20	-0,07	-0,07	-0,07
Температура июнь	20,73	0,14	-1,06	-1,06	-1,06	-0,05	-0,09	-0,09	0,08
Температура июль	23,81	1,17	0,09	0,09	0,09	-0,33	0,22	0,22	0,22
Температура август	22,56	0,88	0,05	0,05	0,05	-0,61	0,5	0,5	0,5
Температура сентябрь	17,36	0,34	0,012	0,012	0,012	-0,32	0,66	0,66	0,66
Температура среднегодовая	10,96	0,03	0,05	0,02	0,04	2,21	2,22	2,24	2,25
Среднегодовые осадки	628,5	6,93	28,09	-23,5	-14,7	-10,6	-13,7	17,56	2,31
Продолжительность вегетационного периода	193,0	-4,61	-59,78	-1,56	-15,3	-3,38	-58,4	-4,15	-11,7

По данным таблицы 2 построены модели температуры вегетационного периода риса по месяцам и их прогноз.

В результате математической обработки экспериментальных данных по исследованиям влияния слоя воды на развитие растений риса получили уравнение регрессии (3) для водопотребления риса за период вегетации:

Y_h=590,65+42,3x₁+24,97x₃-35,12x₁x₂-28,92x₁x₃-45x₁²+31,17x₂²+38,42x₃²,

при -1? х ? 1. (3)

Значимость коэффициентов уравнения регрессии проверялось по критерию Стьюдента, а само уравнение - по критерию Фишера.

Поверхности откликов изучались с помощью двумерных сечений, в результате минимальное водопотребление риса отмечено при h₁ =10 cм, h₂ = h₃ = 5 см.

Вторым откликом в матрице планирования эксперимента является урожайность риса. В результате математической обработки экспериментальных данных получили уравнение регрессии:

Y_y=751,33-32,02x₂-20,02x₁x₃+29x₂x₃-39,85x₁²-92,02x₂²-19x₃³,

при -1? х ? 1.(4)

Анализ двумерных сечений показал, что максимальная урожайность риса отмечается при h₁= h₂ = h₃ =10 см.

В качестве одного из откликов при планировании эксперимента нами принят коэффициент кустистости, который характеризует плотность стеблестоя и определяется как отношение количества стеблей к количеству растений на контрольной площади.

Уравнение регрессии имеет вид:

К_куст=1,83-0,43x₂-0,0314x₃+0,062x₂x₃-0,172x₂², при -1? х ? 1.(5)

Наибольший коэффициент кустистости наблюдается в центре плана при h₁=h₂=h₃= 10 см.

Оценка гидравлических показателей работы каналов рисовых мелиоративных систем выполнена сравнением значений коэффициентов допустимого снижения нормативных показателей пропускной способностиб₀, КПД в₀, технического состояния канала у₀, с данными действующих оросительных каналов.

Для статистической оценки значений коэффициента допустимого снижения пропускной способности б₀ определен показатель снижения пропускной способности канала по отношению к проектному расходу

a'=Q/Q_np, или а'=п_пр/п, (6)

Q -измеренный расход в канале за характерный период; Q_np- проектный (расчетный) расход); п_пр - коэффициент шероховатости по проекту; п- коэффициент шероховатости русла, определенный по результатам исследований при расходе Q.

В результате статистической обработки результатов натурных исследований определен коэффициент допустимого снижения пропускной способности каналов внутрихозяйственной сети рисовой системы

следовательно,? 0,77, тогда каналы с а' < 0,77 нуждаются в проведении мероприятий по уменьшению коэффициентов шероховатости русла.

Среднее значение КПД для межхозяйственных каналов в земляном русле составляет з=0,834, среднеквадратическое отклонение у=0,075. Доверительный интервал варьирования КПД каналов межхозяйственного звена составил 0,818-0,851, а показатель допустимого его снижения в₀= t_a,_kу_з =0,033 или 3,3%.

Подобная статистическая обработка натурных данных была проведена по показателю технического состояния каналов Р_э = з/з_тр.

Среднее значение показателя технического состояния каналов Р_э =0,927. Коэффициент допустимого снижения показателя Р_э составляет 0,021.

Натурные исследования по определению работоспособности оросителей проводились в 2011и 2012 годах на рисовой системе агрофирмы «Полтавская», представленной картами Кубанского типа.

Для определения коэффициента шероховатости п и коэффициента гидравлических сопротивлений л русел оросителей проводились замеры расходов воды в оросителе, параметров поперечного сечения и уклона свободной поверхности. Расходы воды в оросителе изменялись регулирующим сооружением в голове оросителя, измерялись треугольными водосливами, установленными на водовыпусках из оросителя в рисовые чеки, уклоны свободной поверхности - нивелированием (таблица 3).

Наряду со значительным увеличением коэффициента сопротивлений оросителей за счет зарастания водной растительностью отмечены деформации русел, что требует выполнения большого объема работ по очистке и восстановлению проектных параметров оросителей.

Таблица 3

Результаты гидравлических исследований

b, м	h, м	m	В,м	щ,м2	ч, м	R, м	i	n	л	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 ч1,0). 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 = 0,973h^2,353, описывающая экспериментальные точки с коэффициентом детерминации R² = 0,99.

В работе выполнена оценка эффективности внедрения раз-работанных 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.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. 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 из-за нарушения расчетного режима орошения при отсутствии средств водоучета и водораспределения во внутрихозяйственном звене рисовых систем.

2. Разработана математическая модель, методика анализа и прогнозирования изменчивости климатических параметров. Установлены закономерности роста температур воздуха в течение вегетационного периода риса с июня до конца сентября, при уменьшении температур апреля и мая.

3. Разработана модель адаптации производства риса в регионе к изменениям температурного режима вегетационного периода риса, предложено сев риса начинать не ранее 2 декады мая.

4. 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.

5. Разработана схема автоматизации севооборотного участка рисовой системы. В условиях рисовой системы испытаны пропорциональные делители для рисовых чеков. В лабораторных условиях определена расчетная зависимость Q_бв=0,973h_бв^2,353для бокового водослива.

6. Определены показатели экономической эффективности. При площади внедрения 372 га дисконтированный срок окупаемости равен 4 годам, индекс доходности 2,17.

Рекомендации производству

1. В результате изменения температурного режима территории, с целью повышения эффективности рисосеяния сев риса начинать не ранее 2 декады мая.

2. Обеспечить постоянное затопления рисовых чеков слоем 10 см от фазы всходов до фазы молочно-восковой спелости.

3. С целью повышения урожайности риса до 6,0-6,5 т/га и экономии оросительной воды до 2 тыс. м³/га при составлении планов водопользования применять программу расчета режима орошения риса.

4. Для реализации расчетного режима орошения риса в условиях дефицита водных и трудовых ресурсов предусмотреть внедрение системы автоматизированного водораспределения севооборотного участка.

Перспективы дальнейшей разработки темы

1. Продолжить работы по изучению влияния слоя затопления на урожайность и удельное водопотребление перспективных сортов риса.

2. Адаптировать алгоритм и программу расчета режима орошения риса к различным климатическим, гидрогеологическим и почвенным условиям.

3. Разработать конструкции гидротехнических сооружений, обеспечивающих пропорциональное распределение и учет оросительной воды между структурными элементами севооборотного участка.

4. Разработать технические мероприятия по снижению непроизводительных потерь оросительной воды из каналов внутрихозяйственной сети рисовой мелиоративной системы.

5. Продолжить работы по совершенствованию методики оценки технического состояния рисовой системы.



Основные положения диссертации опубликованы

-в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Малышевич, Б.Н. Отличительные особенности систем земледелия нового поколения Краснодарского края / Б.Н. Малышевич, А.Ю. Свистунов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2010. №60(06). Шифр Информрегистра: 0420900012. Режим доступа: http://ei/kubagro.ru/2010/06/pdf/14.pdf.

2. Свистунов, Ю.А. Изменение параметров каналов рисовых оросительных систем в процессе эксплуатации / Ю.А. Свистунов, А.Ю. Свистунов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2012. №78(04). Шифр Информрегистра: 0420900012. Режим доступа: http://ej/kubagro.ru/2012/04/pdf/27.pdf.

3. Свистунов, Ю.А. Технический уровень Петровско-Анастасиевской рисовой оросительной системы и эффективность водопользования / Ю.А. Свистунов, А.Ю.Свистунов, А.С. Шишкин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. Краснодар: КубГАУ, 2012. №04(78). Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/04/pdf/82.pdf.

-в других изданиях:

4. Свистунов, А.Ю. Урожайность риса и рельеф чеков / А.Ю.Свистунов, В.А. Фетисов, Н.А. Троян // Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия. Материалы 3-й международной научно-практической конференции. Краснодар: изд. ООО «Боссиком», 2010. с.189-191.

5. Свистунов, А.Ю. Изменения климата в рисосеющей зоне Краснодарского края/ А.Ю. Свистунов // Аграрная наука - основа успешного развития АПК и сохранение экосистем. Материалы международной научно-практической конференции, том 1. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2012. с. 279-285.

6. Свистунов, А.Ю. Автоматизация севооборотного участка рисовой системы / А.Ю. Свистунов, А.Ю. Галкин // Интеграция науки и производства - стратегия устойчивого развития АПК России в ВТО. Материалы международной научно-практической конференции, том 2. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2013. с. 217-220.

7. Свистунов, А.Ю. Технологии водораспределения на рисовых системах / А.Ю. Свистунов // Интеграция науки и производства - стратегия устойчивого развития АПК России в ВТО. Материалы международной научно-практической конференции, том 2. Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2013. с. 220-224.

8. Патент на полезную модель № 112595 Российская Федерация. Установка для исследования режима орошения риса / А.Ю. Свистунов, В.А. Фетисов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет.- №2011132023; заявл. 29.07.2011; опубл. 20.01.2012, Бюл. № 2.

Размещено на Allbest.ru

...