Свистунов, Алексей Юрьевич. Повышение эффективности эксплуатации рисовых мелиоративных систем за счет рационального использования водных ресурсов

Краткое описание

Свистунов, Алексей Юрьевич. Повышение эффективности эксплуатации рисовых мелиоративных систем за счет рационального использования водных ресурсов : диссертация ... кандидата технических наук : 06.01.02 / Свистунов Алексей Юрьевич; [Место защиты: Волгогр. гос. аграр. ун-т].- Новочеркасск, 2013.- 161 с.: ил. РГБ ОД, 61 13-5/1790

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫС¬ШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ АКАДЕМИЯ»
На правах рукописи
04-2013
Свистунов Алексей Юрьевич
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РИСОВЫХ МЕ-ЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ ЗА СЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗО¬ВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Ольгаренко И.В.
Новочеркасск, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СОСТОЯНИЕ РИСОВЫХ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ
НИЖНЕЙ КУБАНИ, ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РИСА 9
1.1 Условия рисосеяния в Краснодарском крае 16
1.2 Водопотребление на рисовых мелиоративных системах 18
1.3 Природно-климатические условия производства риса на Нижней
Кубани 20
1.3.1 Динамика урожайности сельскохозяйственных культур при
изменении климатических характеристик 21
1.3.2 Адаптация сельскохозяйственного производства к изменениям
природно-климатических факторов 23
1.4 Режим орошения риса 25
1.5 Оценка работоспособности каналов рисовых мелиоративных
систем 27
1.6 Выбор основных направлений исследования 34
2 МЕТОДИКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 36
2.1 Анализ динамики природно-климатических характеристик
Нижней Кубани 36
2.2 Схема опыта и методика проведения эксперимента по изучению
влияния слоя воды на развитие растений риса 43
2.3 Схема опыта и методика исследований бокового водослива 46
2.4 Методика натурных исследований 49
2.4.1 Методика натурных исследований по определению
гидравлических характеристик каналов 49
2.4.2 Методика натурных исследований по изучению влияния слоя
воды на развитие растений риса..
50
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 51
3.1 Результаты анализа природно-климатических характеристик 51
3.1.1 Результаты анализа осадков 51
3.1.2 Анализ динамики температурного режима 54
3.1.2.1 Статистический анализ динамики температурного режима 55
3.1.2.2 Результаты фрактального анализа временных рядов температуры
воздуха 61
3.1.2.3 Результаты частотного анализа временных рядов 66
3.2 Анализ математической обработки результатов многофакторного
эксперимента по изучению влияния слоя воды на развитие растений риса 75
3.2.1 Обоснование режима орошения риса 81
3.3 Результаты исследования пропускной способности бокового
водослива 83
3.4 Оценка гидравлических показателей работы каналов рисовых
мелиоративных систем 84
3.5 Анализ качества планировки рисовых чеков 90
3.6 Результаты исследований влияния слоя затопления рисовых
чеков на плотность стеблестоя риса 92
Выводы по главе 93
4 ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЛАНИРОВАНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НА РИСОВЫХ СИСТЕМАХ
НИЖНЕЙ КУБАНИ 95
4.1 Анализ эффективности водопользования 95
4.2 Оценка качества планирования водопользования 98
4.3 Совершенствование планирования на основе комплекса 
математических моделей 101
4.4 Автоматизация севооборотного участка рисовой системы 110
4.5 Оценка экономической эффективности внедрения 113
Выводы по главе 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 122
Приложение А 139
Приложение Б 147
Приложение В 151
Приложение Г 158
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследовании. Анализ научно-производственной дея-тельности в области рисосеяния показывает, что потенциальные возможности культуры используются далеко не полностью. Недобор урожаев риса происходит из-за ряда организационных, технологических, технических недостатков. Задача¬ми эксплуатационных водохозяйственных организаций разного уровня являются рационализация водопользования на основе повышения технического уровня оро-сительных систем, совершенствования управления водопользованием за счет применения водосберегающих и экологически безопасных технологий и опти¬мальных режимов эксплуатации рисовых систем. Рисосеяние в условиях все воз¬растающего дефицита оросительной воды должно развиваться на основе разра¬ботки и внедрения методов рационального использования водных ресурсов с уче¬том повторного их использования, а также рациональной стратегии водопользо¬вания с целью увеличения водообеспеченности систем и их экологического ба¬ланса.
Степень разработанности темы. Интенсификация рисоводства, в послед¬нее время сопровождается развитием негативных процессов, ведущих к деграда¬ции рисовых агроландшафтов. Исследования в первую очередь базировались на научных и практических результатах видных ученых в области рисоводства, экс¬плуатации рисовых систем, автоматизации водораспределения и системного ана¬лиза: Е.Б. Величко, Б.Б. Шумакова, И.П. Кружилина, Е.В. Кузнецова, В.Г. Гриня, В.И. Ольгаренко, С.А. Владимирова, J1.M. Рекса, В.Н. Щедрина и других, в кото¬рых 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 возде¬лывания риса с учетом особенностей культуры, технического состояния внутри¬хозяйственного звена системы орошения, средств управления водораспределени- ем, планирования водопользованием является актуальной задачей.
Цель исследования. Повышение эффективности использования оро¬сительной воды во внутрихозяйственном звене рисовых систем на основе совершенствования процесса возделывания риса, обеспечивающего сниже¬ние удельного водопотребления и повышения урожайности.
Задачи исследования:
- провести анализ научно-технической информации по эффективности во-допользования на рисовых мелиоративных системах Нижней Кубани;
- провести анализ динамики средней температуры воздуха в приземном слое атмосферы на Нижней Кубани в период вегетации риса, оценить соответст¬вие температурного режима территории требованиям культуры;
- 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 эффек¬тивности использования оросительной воды в рисосеянии Краснодарского края.
Научная новизна работы состоит в том, что:
- получена математическая модель, описывающая динамику температурно¬го режима воздуха вегетационного периода риса;
- разработан прогноз динамики временных рядов средней температуры воз¬духа вегетационного периода риса, позволяющий корректировать сроки выполне¬ния основных технологических операций возделывания риса;
- установлена зависимость влияния различного слоя воды в чеке на разви¬тие риса в условиях его постоянного затопления от всходов до восковой спелости;
-разработан алгоритм и программа планирования водопользования севообо¬ротного участка, которая, с учетом агроклиматических, почвенно¬гидрогеологических факторов, обеспечивает разработку плана водопользования рисовой системы на основе расчета режима орошения риса и расходов в распре¬делительных каналах рисовой системы;
- разработан комплекс мероприятий по совершенствованию рисовых сис¬тем Нижней Кубани, включающий формирование плана водопользования систе¬мы, автоматизацию водораспределения севооборотного участка, интенсификацию работ по уходу за элементами внутрихозяйственного звена рисовой системы.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая зна¬чимость заключается в научном обосновании процесса совершенствования техно¬логии возделывания риса и методов эксплуатации рисовых систем в условиях из¬менения климатических параметров территории, ухудшения технического со¬стояния элементов системы. В разработке новых технических решений по рацио¬нальному 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 водовыпус- ках из распределителя в оросители и из оросителей в чеки.
Работа выполнена в рамках темы 03.01.01.01 - «Разработка систем и техно¬логий комплекса мелиораций, охраны и управления рациональным использовани¬ем земель», которая является составной частью тематического плана НИР НГМА по проблеме 03.
Методология и методы исследования. Методической основой исследова¬ния является системный анализ, методы математической статистики, теории пла¬нирования эксперимента, теории автоматического регулирования. Эксперимен¬тальные исследования проводились в соответствии с общепринятыми методиками выполнения гидравлических, водно-балансовых опытов, включают натурные об¬следования элементов рисовых систем, стендовые и опытно-производственные испытания. Аналитическая обработка экспериментальных данных выполнена с применением методов корреляционного, регрессионного и дисперсионного ана¬лизов 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 пла-нирования режимов орошения риса, обеспечивающие многовариантность расче¬тов в режиме реального времени;
- экспериментальная зависимость водопотребления и урожайности риса в за-висимости от режима орошения;
- система управления водораспределением севооборотного участка.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность и обос-нованность подтверждается использованием фундаментальных положений ме-лиоративной науки, результатами статистической обработки экспериментальных данных, сходимостью теоретических исследований с практическими результата¬ми опытов, выполненных в производственных условиях.
Основные положения и результаты диссертационных исследований докла¬дывались, 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. Зер- ноград, 2012 г.), на трех Международных научно-практических конференциях (Краснодар, КубГАУ, 2010 г., Волгоград, ВГАУ, 2012, 2013 г), на теоретическом семинаре инженерных факультетов ВолГАУ (2013 г.) и опубликованы в 8 науч¬ных работ, в том числе три, в рекомендуемых ВАК РФ изданиях, получен патент РФ на полезную модель № 112595. Общий объем публикаций 2,9 п.л, из них лич¬ный вклад автора 1,8 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, за¬ключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, включая 52 рисунка, 36 таблиц, 4 приложе¬ния. Список использованной литературы включает 199 наименований, в том чис¬ле 16 зарубежных авторов.

Список литературы

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 спо¬собности оросительных каналов в результате зарастания их водной растительно¬стью в 1,3-5 раз, ухудшения микрорельефа рисовых чеков. Значительная часть по¬терь оросительной воды происходит из-за нарушения расчетного режима ороше¬ния при отсутствии средств водоучета и водораспределения во внутрихозяйствен¬ном звене рисовых систем.
2 Разработана математическая модель, методика анализа и прогнозирова¬ния изменчивости климатических параметров. Установлены закономерности рос¬та 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, сев риса следует начинать не ранее 2 декады мая.
4 Для оперативного управления режимом орошения риса разработан алго¬ритм и программа расчета плана водопользования на рисовых мелиоративных системах. Получены зависимости, обосновывающие из условий максимальной урожайности и минимального водопотребления постоянный слой затопления ри¬совых чеков слоем 10 см от фазы всходов до фазы молочно-восковой спелости.
5 Разработана схема автоматизации севооборотного участка рисовой сис¬темы. В условиях рисовой системы испытаны пропорциональные делители для рисовых чеков. В лабораторных условиях определена расчетная зависимость (?бв=0,973/гбв2Д5ідля бокового водослива.
6 Определены показатели экономической эффективности. При площади внедрения 372 га дисконтированный срок окупаемости равен 4 годам, индекс до¬ходности 2,17.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абальянц, С.Х. Гидравлические сопротивления в земляных каналах / С.Х. Абальянц // Труды САНИИРИ. - Ташкент, 1960. Вып. 108. - 80 с.
2. Агроскин, И.И. Гидравлический расчет каналов / И.И. Агроскин - М. - Л.: Госэнэргоиздат, 1958. - 80 с.
3. Айвазян, О.М. Гидравлические сопротивления и пропускная способность равномерных аэрированных и не аэрированных бурных потоков в бетонных рус¬лах / О.М. Айвазян // Гидротехническое строительство. 1992. №6. С. 33-39.
4. Айвазян, О.М. Зона гидравлического сопротивления земляных каналов /
О.М. Айвазян // Гидротехническое строительство. 1987. №11. С. 54-58.
5. Айвазян, О.М. К расчету пропускной способности земляных каналов и русел / О.М. Айвазян //Гидротехническое строительство. 1989. №1. С. 18-26.
6. Айвазян, С.А., Мхитарян ВС. Теория вероятностей и прикладная
статистика/С.А. Айвазян, ВС. Мхитарян - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.-656 с.
7. Айдаров И.П. Цели и задачи комплексных мелиораций
сельскохозяйственных земель / И.П. Айдаров // Мелиорация и водное хозяйство.- 2003,-№5,-с.11-13.
8. Алешин Е.П. Передовые приемы возделывания риса / Е.П. Алешин, А.П. Сметанин, И.Н. Елагин.- М.: Колос, 1972.- 172 с.
9. Алешин, Е.П., Величко Е.Б., Джулай А.П. Культура риса на Кубани / Е.П. Алешин, Е.Б. Величко, А.П. Джулай.- Краснодар, 1980,-198с
10. Алешин, Е.П. Рис / Е.П. Алешин, Н.Е. Алешин. - М.: Заводская правда, 1993.-508с.
11. Алиев, Т.А., Картвелишвили Л.Н. Экологическая надежность гидроме¬лиоративных систем / Алиев Т.А. - М.: ЗАО «МЭЙН», 2001. - 50 с.
12. Алтунин, B.C. Мелиоративные каналы в земляных руслах / А.Г. Алимов.- М.: Колос, 1979.-255 с.
13. Алтунин, B.C., Алиев Т.А. Особенности взвесенесущего потока в канале и расчет надежности / B.C. Алтунин // Гидротехническое строительство. 1989.
№7. С. 11-16.
14. Алтунин, B.C., Желобаев А.А., Новикова Н.М. и др. Кадастр крупных земляных каналов СССР / B.C. Алтунин, А.А. Желобаев, Н.М. Новикова. - М.: Союзгипроводхоз, 1986. - 212 с.
15. Альберг Дж., Нильсон Э, Уолт Дж. Теория сплайнов и ее приложения / Дж. Альберг, Э. Нильсон, Дж. Уолт,- М.: Мир, 1972.-316 с.
16. Альтшуль, А.Д. Гидравлические сопротивления / А.Д. Альтшуль. - М.: Недра, 1982.-222 с.
17. Андерсен, Т.В. Статистический анализ временных рядов / Т.В. Андерсен. -М.: Мир, 1976.-235С.
18. Андрюшин, М.А. Орошение риса / М.А. Андрюшин. - М.: Колос, 1977,- 128с.
19. Антроповский, В.И. О коэффициентах шероховатости и расчете неукреп¬ленных каналов в естественных грунтах / В.И. Антроповский // Межведомствен¬ный сборник. 1983. Вып. 83. с. 66-72.
20. Асанова, Д.А. Гидравлические сопротивления заросших каналов / Д.А. Асанова // Гидравлика водопроводящих сооружений: Сб. тр. ТИИМЕХ. - Таш¬кент. 1987.-с. 80-85.
21. Асанова, Д.А. Гидравлические сопротивления и кинематика заросших ка¬налов / Д.А. Асанова // Труды Московского гидромелиоративного института.
1981. т. 68. с. 135-141.