Способ регулирования водного, воздушного и солевого режима орошаемых почв

)5 Е 02 В 11/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР зпрруцвц 1 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИТЕ.(54)СПОСО ВОЗДУШН ОРОШАЕМ (57) Изобре зяйству, а быть испол РЕГУЛИРОВАНИЯОГО И СОЛЕВОГОХ ПОЧВение относится к семенно к мелиорациэовано для регулир ВОДНОГО, РЕЖИМА ьскому хои, и может ования рено-подвешеннуюха, причем давленвоздушных питате(1.) между ними озависимостей; тключают подачу воздуие (Р) сжатого воздуха в лях-дренах и расстояние ределяют из следующих- Рг) пв(2)пфс),После про влаги к нижне слоя почвы по телям-дренам, 1,5-3 м от пове тый воздух под перехода грави сачивания гравитационнойгранице корнеобитаемого рубчатым воздушным пита- расположенным на глубине рхности земли, подают сжадавлением (Р), а затем после ационной влаги в капиллярвлаги в ижней г а(71) Волжский государственный проектноизыскательский институт по проектированию водохозяйственных объектов(56) Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Учебник/Под ред.Е.С.Маркова, М,: Колос, 1981, с, 19, 180-181. Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к мелиорации, и может быть использовано для регулирования водного, воздушного и солевого режимов почв на орошаемых землях.Цель изобретения - снижение потерь воды на глубинную фильтрацию,Способ осуществляют следующим ображима орошения сельскохозяйственных культур, Цель изобретения - снижение потерь на глубинную фильтрацию. После того, как оросительная вода, поданная на орошаемый участок, просочится к нижней границе корнеобитаемого слоя, подают под давлением сжатый воздух. Воздух подают по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным ниже глубины корнеобитаемого слоя, Давление сжатого воздуха в питателях-дренах и расстояние между ними определяют по формулам. Влажность почвы в корнеобитаемом слое по площади орошаемого участка контролируется с помощью почвенных тенэиометров, А по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влагоемкости почвы подачу воздуха прекращают. Для ускорения вегетации культур в ранний весенний период по трубчатым воздушным дренам-питателям подают нагретый воздух 1 з.п. ф-лы, 1 табл,Кпвж - коэффициент водопроницаемостогрунта в корнеобитаемом слое;в - атмосферное давление;г - гидростатическое давлениевом пространстве почвы на нице корнеобитаемого слоя;а - коэффициент пропорциональности прямой, характеризующей экспериментальную зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кпв в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателей-дреи от обратного среднего давле 10,5 (01+02)Р 1 и Р 2 - граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образца почвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и отметкой заложения воздушных питателейдрен;К,г - коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в горизонтальном направлении;Кп.в, - коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в вертикальном направлении;Н - глубина заложения воздушных питателей-дрен;йк - глубина корнеобитаемого слоя.С целью повышения эффективности промывки засоленных земель путем обеспечения растворения и выноса солей рассоляемый слой увлажняют до полной влагоемкости и для образования воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе рассоляемого слоя по трубчатым воздушным питателям-дренам, расположенным на глубине 1,5 - 3 м от поверхности земли, подают сжатый воздух под давлением (Р), устанавливаемым из зависимости (1), и после насыщения почвенного раствора солями отключают подачу воздуха, сбрасывают минерализованную воду через воздушные питатели-дрены путем их вакуумирования. Процесс повторяют 3 - 5 раз до снижения содержания солей в верхней метровой толще ниже порога токсичности,П р и м е р 1, Влагозэрядковцй полив орошаемых культур на участке с уклоном 0,005 производится поверхностным способом путем затопления по широким глинн ым полосам нормой 1000 м /га. Температура поливной воды 20 С,Почвы темно-каштановые с коэффициентом фильтрации в корнеобитаемом слое (до йк = 0,5 м) Кф = 0,5 м/сут, наименьшей влагоемкостью НВ=22 ои всасывающим давлением (при НВ=22 о ) Рв=3,5 м вод,ст,Гидростатическое давление влаги в поровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя после полива составляет (Рг) 0,05 ат, Н - Ь1КпвНиже корнеобитаемого слоя залегаютмелкозернистые пылеватые пески мощно стью 2,5 м с коэффициентом водопроницае.мости в вертикальном направлении КЖ=1 л 5 (дарси) = 0,9 м/сут, подстилаемые водоупорными глинами с коэффициентом фильтра ции Кф = 0,01 м/сут.Опытными испытаниями путем нагнетания сжатого воздуха в образцы почвогрун.10 та в слое между нижней границейкорнеобитаемого слоя и отметкой заложе.ния воздушных питателей-дрен установле.но, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых 15 пылеватых песков от обратного среднегодавления характеризуется следующим выражением:100в - ж +05(Р 1+ Р 2)20 где Р 1 и Р 2 - граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образцов в слое мелкозернистых пылеватцх песков откуда следует, что коэффициент пропорциональности прямой, 25 характеризующей зависимости коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления, составляет (а) 100, Коэффициент воздухопроницаемости мелко зернистых пылеватых песков поэкспериментальным данным принимаем Кп.в = К п.г. = 81 д.Воздушные питатели-дрены из ПВХтрубФ 40 - 60 мм с защитным фильтром из 35 синтетических материалов уложены на глубине 2,5 м суклоном 0,005, равным уклону орошаемого участка.Расстояние между воздушными питателями-дренами составляет403 = - (2,5-0,5) =2 м.8181Время продвижения гравитационнойвлаги от верхней к нижней границе корне 0,5 мобитаемого слоя , - 1 сут0,5 м/сутДавление сжатого воздуха в воздушных питателя-дренах, подаваемого к нижней границе корнеобитаемого слоя составляетР - (1 +0,05) =1.45 ат,Время продвижения сжатого воздуха книжней границе корнеобитаемого слоя составляет55где ю = 0,0176 см /с кинетическая вяз 2кость воздуха (принята для температурывоздуха 20 С).2,5-0,51,06 ч,- в, , 98010 81 0,0176В результате созданного воздушногопротивофильтрационного экрана на нижней границе корнеобитаемого слоя переходгравитационной влаги в капиллярно-подвешенную влагу осуществляется за счет равномерного ее распределения поддействием капиллярных сил в вертикальноми горизонтальном направлениях корнеобитаемого слоя по площади орошаемого массива,Влажность почвы в корнеобитаемомслое по площади орошаемого массива контролируется с помощью почвенных тензиометров, регистрирующих всасывающеедавление в поровом пространстве почвы взависимости от ее влажности. В рассматриваемом примере при достижении в корнеобитаемом слое всасывающего давленияпочвы Р = 3,5 м вод,ст., что соответствуетнаименьшей влагоемкости почвы 22, отключают подачу воздуха в воздушные питатели-дрены, По экспериментальнымданным в рассматриваемом примере времяперехода гравитационной влаги после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную науровне 22 составляет 1 сут.Таким образом, в рассматриваемомпримере предлагаемый способ регулирования водного, воздушного и солевого режимов орошаемых почв реализуютсяследующим образом.Производится подача воды на орошаемый участок путем затопления по широким длинным полосам поливной нормой1000 мз/,аПосле продвижения гравитационнойвлаги к нижней границе корнеобитаемогослоя через 1 сут после подачи воды на орошаемый участок по воздушным питателямдренам с уклоном 0,005, расположенным наглубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг отдруга; подается сжатый воздух поддавлением 1,45 ат,После перехода гравитационной влагив капиллярно-подвешенную на уровне 22через 1 сут после достижения ее нижнейграницы корнеобитаемого слоя отключаютподачу воздуха в воздушные питатели-дрены,П р и м е р 2. Почвенные и инженерногеологические условия, глубина заложениявоздушных питателей-дрен, их уклоны, диа, метры и расстояния между ними приняты по;примеру 1.Полив производится позиционно дождевальной машиной ДФ"Днепр". С одной позиции поливается лпощаздь 2,5 га 5 (460 х 54 м) поливной нормой 600 м /га. Расстояние между оросителями закрытой оросительной сети составляет 920 м, между гидрантами - 54 м. Напор воды у гидранта 45 м, расход подаваемой на полив воды 120 л/с. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 По экспериментальным данным установлено. что время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижней границы корнеобитаемого слоя) в капилляр- но-подвешенную влагу на уровне 22 в рассматриваемом примере составляет 0,5 сут.Остальные исходные и расчетные параметрыприняты по примеру 1.В рассматриваемом примере предлагаемый способ реализуют следующим образом.Полив производится позиционно дождевальной машиной ДФ - 120 "Днепр". Содной позиции поливается площадь 2,5 га срасходом подаваемой воды 120 л/с при поливной норме 600 м /га.После подачи воды на участок, обслуживаемый машиной с одной позиции. ДФ"Днепр" переезжает на другую позицию ипри достижении гравитационной влагинижней границы корнеобитаемого слоя через 1 сут после подачи воды на орошаемыйучасток по воздушным питателям-дренам суклоном 0,005, расположенным на глубине2,5 м и на расстоянии 2 м друг от друга, подается сжатый воздух под давлением 1,45 ат.После перехода гравитационной влаги вкапиллярно-подвешенную на уровне 22через 0,5 сут после достижения ее нижнейграницы корнеобитаемого слоя отключаютподачу воздуха в воздушные питатели-дрены.П р и м е р 3, Почвенные и инженерногеологические условия, глубина заложениявоздушных питателей-дрен. их уклоны, диаметры и расстояния между ними приняты попримеру 1,Подпочвенный полив нормой 600 м /гапроизводится по трубчатой внутрипочвенно-увлажнительной сети из керамическихпористых трубок с внутренним диаметром70 мм, заложенных на глубине 25 см с уклоном 0,005, Расстояние между керамическими трубками-увлажнителями 0,8 м,Время продвижения гравитационнойвлаги к нижней границе корнеобитаемогослоя составляет0,25 м = 0,5 сут,0,5 м 7 сутПо экспериментальным данным установлено, что время перехода гравитационной влаги (после достижения ее нижнейграницы корнеобитаемого слоя) в капиллярно-подвешенную на уровне 22 в рассматриваемом примере составляет 0,5 сут,Остальные исходные и расчетные параметры приняты по примеру 1.В рассматриваемом примере предлагаемый способ реализуют следующим абразом,Подпочвенный полив нормой 600 м/гапроизводится по трубчатой внутрипочвенно-увлажнительной сети из керамическихпористых трубок с внутренним диаметром 1570 мм, заложенных на глубине 25 см с уклоном 0,005, Расстояние между керамически- .ми трубками-увлажнителями 0,8,При достижении гравитационной влагинижней границы корнеобитаемого слоя 20чере 0,5 сут после подачи воды в корнеобитаемый слой по воздушным питателям-дренам с уклоном 0,005, расположенным наглубине 2,5 м и на расстоянии 2 м друг отдруга, подается сжатый воздух под давлением 1,45 ат.После перехода гравитационной влаги вкапилЛярно-подвешенную на уровне 22через 0,5 сут после достижения ее нижнейграницы корнеобитаемого слоя отключают 30подачу воздуха в воздушные питатели-дрены.П р и м е р 4. Для ускорения вегетациикультур в ранний весенний период в условиях примеров 1 - 3 до производства поливов 35по трубчатым питателям-дренам подают нагретый до 60 С сжатый воздух.Рассмотренные примеры 1 - 3 могутбыть реализованы в условиях орошенияпочв сточными водами, что исключает эагрязнение токсичными веществами нижележащих после корнеобитаемого слоягоризонтов почвогрунтов и грунтовых вод.П р и м е р 5. Опытная промывка засоленных почв в метровой толще производилась 45путем затопления по широким длинным полосам общей нормой 6400 м/га. Температурапромывной воды 20 С. Разовая норма затопления 1500 м /га. Промывные нормы подавазлись на участок 4 раза через 12-15 сут, 50Коэффициент фильтрации промываемых почв0,25 м/сут. Гидростатическое давление влаги в паровом пространстве засоленных почв на метровой отметке после их увлажнения до полной влагоемкости составляет Рг=0,1 ат,Ниже корнеобитаемого слоя залегают мелкозернистые пылеватые пески мощностью около 4 м с коэффициентом водопроницаемости в вертикальном направленииКж=1 д=0,9 м/сут.Опытными испытаниями путем нагнетания сжатого воздуха в образцы почвогрунтав слое между нижней границей промываемой метровой толщи засоленных грунтов иотметкой заложения воздушных питателейдрен установлено, что зависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистыхпылеватых песков от обратного среднего давления характеризуется следующим выражением:1000,5 (Р 1+ Р 2)где Р и Р - граничные давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе ивыходе образцов в слое мелкозернистыхпылеватых песков.Откуда следует, что коэффициент пропорциональности прямой, характеризущейзависимость коэффициента воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватых песков от обратного среднего давления,составляет в=100. Коэффициент воздухопроницаемости мелкозернистых пылеватыхпесков по экспериментальным данным принимаем Кп.в.=Кп.гг 81 дВоздушные питатели-дрены из ПВХтруб 6 40 - 60 мм с защитным фильтром изсинтетических материалов уложены на глубине 3,0 м с уклоном 0,005; равным уклонуорошаемого участка.Расстояние между воздушными питателями-дренами составляет1 = - (3 - 1) =2 м.8181Время заполнения пор рассоляемогослоя составляет1,0 м0,5 м/сут=4 сут,Давление сжатого воздуха в воздушныхпитателях-дренах, подаваемого к нижнейгранице рассоляемаго слоя, составляетР = 81 1 - (1+01) =14 ат.2 100Время продвижения сжатого воздуха книжней границе рассоляемого слоя (Ь ) составляет 1 -- . -- 0,044 сут.Н - Ь 3 - 1- 980Кпв 1 УВ результате созданного воздушного противофильтрационного экрана на нижней границе рассоляемого слоя, увлажненного до полной влагоемкости, происходит активное насыщение почвенного раствора солями, и после этого через 8 - 11 сут отключают подачу воздуха, сбрасывают высокоминера1656058 10 Р (Ра ф Рг)1 у пг (Н у)КпгКпагде Кж - коэффициент водопроницаемостипочвогрунта в корнеобитаемом слое;Ра - атмосферное давление; Па амет ы Показатели 1000,650,10,470,0720,310,0460,150,0210,010,007 Мощность рассоляемого слоя. смИсходное содержание солей, Исходное содержание хлора, Содержание солей после 1-промывки, Содержание хлора после 1-промывки, Содержание солей после 2-промывки,Содержание хлора после 2-промывки,Содержание солей после З-промывки, Содержание хлора после З-промывки, Содержание хлора после 4-промывки, 7 ь Содержание солей после 4-промывки,Составитель Т,СвинцоваТехред М,Моргентал Корректор С.Черни Редактор М.Петрова Заказ 2033 Тираж 398 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва; Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101 лизованную воду через воздушные питатели-дрены путем их вакуумирования, В рассматриваемом примере этот процесс повторен 4 раза до снижения содержаний солей в верхней метровой толще ниже порога токсичности.Результаты промывки засоленных почв представлены в таблице,Формула изобретения 1. Способ регулирования водного, воздушного и солевого режима орошаемых почв, включающий подачу воды на орошаемый участок и фиксирование влажности почвы по глубине корнеобитаемого слоя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения потерь на глубинную фильтрацию, после просачивания оросительной воды к нижней границе корнеобитаемого слоя подают под давленем сжатый воздух по трубчатым питателям-дренам, расположенным ниже корнеобитаемого слоя, причем давлением Р сжатого воздуха в питателях-дренах и расстояние Е между ними определяют по зависимостям: Рг - гидростатическое давление влаги в.поровом пространстве почвы на нижней границе корнеобитаемого слоя;в - коэффициент пропорциональности 5 прямой, характеризующей зависимость коэффициента воздухопроницаемости почвогрунта Кп.в, в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и глубиной заложения питателей-дрен от обратного среднего 10 давления 0,5(Р 1+Р 2) ;Р 1 и Р 2- границы давления нагнетаемого воздуха соответственно на входе и выходе образца прочвогрунта в слое между нижней границей корнеобитаемого слоя и 15 отметкой заложения питателей-дрен;Кп.г. - коэффициент воздухопроницаемости почвогрунта в горизонтальном направлении;Кп.в. - коэффициент воздухопроницае мости почвогрунта в вертикальном направлении;Н - глубина заложения воздушных питателей-дрен;Ь - глубина корнеобитаемого слоя, за висящая от орошаемой культуры,а по достижении в корнеобитаемом слое наименьшей влагоемкости почвы подачу воздуха прекращают.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я 30 тем, что, с целью ускорения вегетации культур в ранний весенний период, в корнеобитаемый слой подают нагретый воздух по трубчатым воздушным питателям-дренам.