Совершенствование методов расчета капельного орошения плодовых культур в условиях Египта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.02, кандидат технических наук Махмуд Мохамед Али Абдель Азим

• Махмуд Мохамед Али Абдель Азим
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Махмуд Мохамед Али Абдель Азим

Общая характеристика работы.

Глава 1. Географический очерк Египта и существующие способы орошения.

1.1. Географический очерк Египта.

1.2. Население.

1.3. Природные условия.

1.3.1. Рельеф местности и геология.

1.3.2. Почвы, растительность и животный мир.

1.3.3. Климат.

1.3.4. Возделываемые культуры.

1.3.5. Водные ресурсы и оросительные системы Египта.

1.4. Экономика, Географическая дифференциация хозяйственной Деятельности.

1.5. Древняя система орошения в Египте.

1.6. Существующие способы орошения.

Глава 2. Расчет и моделирование капельного орошения.

2.1. Существующие методики расчета (обзор).

2.2. Цель создания модели, требования к ней.

2.3. Модель капельного орошения применительно к условиям

Египта.

2.4. Обустройство модели.

2.5. Существующие способы определения суммарного Водопотребления.

2.6. Оценка применимости некоторых методов оценки потенциального суммарного испарения в условиях Египта.

2.7. Оценка способа расчета оросительных норм при капельном орошении сада в условиях Египта.

Глава 3. Исследования влияния предполивной влажности на размер оросительной нормы сада в условиях Египта.

Глава 4. Влияние капельного орошения садовых культур на прилегающие земли в условиях Египта.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов расчета капельного орошения плодовых культур в условиях Египта»

Цель работы: обосновать уточненные способы расчета режима орошения с учетом специфики условий Египта и агробиологических свойств плодовых деревьев, обеспечивающие экономию водных ресурсов, охарактеризовать статьи водного баланса, существенно влияющие на расходование влаги. Задачи работы:

• оценить применимость различных способов оценки потенциальной эвапотранспирации (суммарного испарения);

• разработать двумерную математическую модель формирования водного режима почв при характерном для Египта способе капельного орошения плодовых культур, заключающемся в сплошном увлажнении узкой траншеи шириной порядка 1 метра, где расположена основная масса корней; проверить эту модель имеющимся полевым экспериментом;

• исследовать предполивную влажность почвы в траншее, формирующую в основном величину оросительных норм; оценить изменение продуктивности растений; показать необходимость увлажнения корнеобитаемого объема почвы во вне вегетационный период, поддерживающего жизнедеятельность плодовых деревьев;

• оценить величину и направление горизонтального влагообмена между увлажняемой траншеей и прилегающей почвой междурядий, влияющего на размер оросительных норм.

Исследования проводились на основании анализа природных условий Египта, производственного опыта, математического моделирования, статистического анализа результатов.

Научная новизна работы:

• выявлены наиболее подходящие к условиям Египта способы оценки потенциального суммарного испарения в зависимости от местоположения метеопунктов относительно побережья Средиземного моря; для ряда метеостанций применима формула Н.И. Иванова (приморская зона), для пустынной зоны — метод Блейни и Криддла и стандартный метод ФАО РАД;

• на основании разработок кафедры мелиорации и рекультивации земель МГУП предложен и верифицирован вариант модели двумерного влагопере-носа при специфическом (траншейном) капельном увлажнении;

• исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62.0,65 ППВ; во вневегетационный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ;

• исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период; показано, что направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

На защиту выносятся:

• результаты моделирования влагопереноса при капельном орошении в условиях Египта; размеры оросительных норм при траншейном капельном орошении;

• результаты исследования рациональной предполивной влажности в период вегетации и во вневегетационный период для плодовых культур;

• объемы бокового оттока влаги в междурядья в зависимости от предполивной влажности.

Практическое значение и реализация работы:

• результаты исследований позволяют принимать научно-обоснованные решения при оценке рациональности и продуктивности орошения плодовых культур в условиях Египта;

• получать разумные урожаи плодов и фруктов при экономном расходовании поливной воды;

• поддерживать жизнедеятельность плодовых культур в засушливый вневегетационный период.

Достоверность результатов основана на: детальном учете природных условий орошаемых земель Египта; использовании современных разработок в области влагопереноса при орошении, использовании практического опыта орошаемого садоводства, статистической обработке экспериментов.

Апробация результатов исследований и публикации.

Основные методические положения и полученные результаты докладывались и обсуждались на научно-технических ком^е^к^Ч" (МГУП-2008, 2009 гг.); на Международной конференции молодых учёных-мелиораторов 24 сентября 2009г. Коломне, (ВНИИ «Радуга»); the First International Conference on: Economists and Management of Water in Arab World and Africa 18-19 November, 2009 Assiut. Egypt; на международной научной конференции "Водное хозяйство - состояние и перспективы развития", 15-16 апреля 2010 года в Национальном университете водного хозяйства и природопользования, г. Ровно (Украина).

Благодарность

Хочу выразить благодарность моему руководителю, д.т.н., профессору Александру Ивановичу Голованову за его помощь в работе над диссертацией, поблагодарить всех профессоров кафедры Мелиорации и рекультивации земель, лично Сергея Алексеевича Максимова. А так же сказать большое спасибо моей семье за поддержку.

Заключение диссертации по теме «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», Махмуд Мохамед Али Абдель Азим

Общие выводы и предложения

1. Проанализированы природные условия Египта, показана необходимость исследования и внедрения в практику ирригации прогрессивных водо-сберегающих и природосохраняющих технологий полива, в частности, капельного орошения плодовых культур.

2. Обобщены данные по погодным условиям 12 метеостанций, выполнен сравнительный статистический анализ результатов по 9 распространенным в мире способам расчетов потенциального суммарного испарения (эвапотранспи-рации), для условий Египта наиболее подходящими являются формула Н.И. Иванова (для приморской зоны), стандартный метод ФАО РАД и метод Блейни и Криддла (для пустынной зоны).

3. Обобщены многолетние данные практического использования капельного орошения садовых культур (персика, яблока, винограда, цитруса, манго) в климатических условиях метеостанций Бехера, Гиза, Исмаила, Фаем, Вади; анализировались средние за 10 лет значения относительной урожайности и размеры оросительной нормы в м /феддан нетто.

4. Эти данные были использованы для верификации уточненной модели капельного орошения, основанной на описании двумерного влагопереноса в увлажняемой траншее и на прилегающей территории; получено удовлетворительная сходимость опыта и моделирования. В модели реализован применяемый в практике орошаемого садоводства Египта способ сплошного капельного полива почвы в траншее, где сосредоточена основная масса корней (ширина траншеи 1 м . глубина около 1 м).

5. Исследовано влияние предполивной влажности на размер оросительной нормы и продуктивность плодовых деревьев; оптимальным уровнем влажности является значение 0,62.0,65 111 IB, которое обеспечивает получение около 85 % урожайности и сокращение оросительной нормы примерно на 40%, что и имеет место на практике; во вневегетационный период для поддержания жизнедеятельности растений редкие поливы следует назначать при снижении предполивной влажности до 0,5 ППВ;

6. Исследован горизонтальный поток влаги в сторону междурядий в период интенсивных поливов (вегетация) и во вневегетационный период; показано, что направление потока изменяется на противоположное, тем самым часть влаги возвращается в траншею, что снижает потери поливной воды и уменьшает негативное влияние орошения на прилегающие земли, предложена формула для оценки бокового оттока.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Махмуд Мохамед Али Абдель Азим, 2010 год

1. Аверьянов С.Ф. Об осушении низинных болот // Научные записки МИИВХ. Т.19., 1957.

2. Аверьянов С.Ф., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Расчет водного режима мелиорируемых земель // Гидротехника и мелиорация, 1974, № 3.

3. Айдаров И.П., Голованов А.И. Мелиоративный режим орошаемых земель и пути его улучшения Гидротехника и мелиорация, 1986, №8.

4. Айдаров И.П., Голованов А.И., Никольский Ю.Н. Оптимизация мелиоративных режимов орошаемых и осушаемых земель (рекомендации). М.: Агро-промиздат, 1990.

5. Алексашенко А.А. Влагоперенос в полуограниченном теле при переменной скорости капиллярного движения. Сб. Математические методы и применение ЭВМ в мелиорации и водном хозяйстве. Тр. ВНИНГИМ, Т.53.М.1972.

6. Алпатьев С. М. Поливные режимы при капельном и капельно-инъекционном орошении. Гидротехника и мелиорация 1981.№6.

7. Арабская Республика Египет. Справочник. М., 1990.

8. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат,1948.

9. Багров М. Н., Кружилин И. П., Сельскохозяйственная мелиорация, М., 1985.

10. Беляев И.П., Примаков Е.М. Египет: время президента Насера. М., 1981.

11. Богушевский А.А., Шабанов В.В. Исследования по комплексным мелиора-циям в проблемной лаборатории МГМИ (1972-1982 гг.). Сборник трудов.-"Теория и практика комплексного мелиоративного регулирования".- М.: МГМИ, 1983.

12. Болцату И.Н. Исследование закономерностей передвижения воды в почве при капельном орошении садов в условиях Молдавии. Автореферат дисс. канд. техн. наук 1979.

13. Борисенков Е.ГГ. Естественные и антропогенные факторы изменения климата. // Теория и методы управления водными ресурсами. — М.: Наука, 1982.

14. Будаговский А.И. Водопотребление растений и его связь с гидроклиматическими факторами. М.: Наука, 1960.

15. Голованов А.И. Мелиорация ландшафтов. Мелиорация и водное хозяйство, 1993, №3.

16. Голованов А.И. Оптимизация режимов орошения черноземов. Почвоведение, 1993, №6.

17. Голованов А.И. Расчет впитывания влаги в почву при неглубоких грунтовых водах. Тр. МГМИ, том 65, М., 1981.

18. Голованов А.И., Кузнецов Е. В., Основы капельного орошения (теория и примеры расчетов). Краснодар: КГАУ, 1996.

19. Голованов А.И., Новиков О.С. Математическая модель переноса влаги и растворов солей в почвогрунтах на орошаемых землях. Труды МГМИ. 1974.Т.З 6 .с.87-95.

20. Губер К.В. Технологические способы реконструкции внутрихозяйственных оросительных систем. /Губер К.В., Губин В.К., Канардов В.И., Лямперт Г.П., Храбров М.Ю.// Вопросы мелиорации, ЦНТИ "Мелиоводинформ", 19996. №1,2. 30 с.

21. Губер К.В., Гидромелиоративные системы с замкнутым циклом водооборо-та. /Губер К.В., Храбров М.Ю. // Защитное лесоразведение и мелиорация земель. 1999а. Волгоград. 191-197 с.

22. Данильченко А.Н. Влияние глубины залегания грунтовых вод на режим орошения и урожайность кукурузы. // Мелиорация и водное хозяйство. -2002. № 5.

23. Зайдельман Ф.Р., Скрынникова И.Н., Чумичева Г.Д., Никифорова А.С., Морозова Е.Ю. Почвенно-мелиоративные условия // Почвенно-геологические условия Нечерноземья. -М.: МГУ, 1984.

24. Иванов, Н. Н. Карта испаряемости равнинной части СССР Тр. ЛГУЛ 1959 Серия географическая наук 13.

25. Кац Д.М., Пашковский И.С. Мелиоративная гидрогеология. М.: Агро-промиздат, 1988.

26. Кирейчева Л.В., Решеткина Н.М. Концепция создания устойчивых мелиорированных агроландшафтов. М.: ВНИИГиМ, 1997.

27. Колосков П.И. Вопросы агроклиматического районирования СССР. // Труды НИИАК. М., 1958. Вып. 6.

28. Константинов А.Р. Испарение в природе. Л.: Гидрометеоиздат. 1968

29. Костяков А. Н., Основы мелиорации, 6 изд., М., 1960; его же. Избранные труды (по мелиорации., т. 1—2, М., 1960.

30. Костяков А.Н. К динамике коэффициента впитывания воды в почву и необходимость динамического подхода в целях мелиорации // Почвоведение, 1932, №3.

31. Ландшафтоведение. Учебник. / Под ред. А.И. Голованова. М.: Колос, 2005.

32. Манукьян Д.А., Галибин Н.С. Изучение процессов солепереноса с помощью радиоиндикационных методов // «Коллекторно-дренажные системы в аридной зоне». М., ВНИИГиМ, 1986.

33. Мессахел Мекки. Поргноз водно-солевого режима почв при орошении садов на примере Молдавии. Автореф. дис.к.т.н. М.1983.

34. Нестерова Г.С., Зонн И.С. Капельное орошение. Обзорная информация ВНИИТЭИСХМ. 1973.

35. Никитенков Б.Ф, Моделирование и модельный эксперимент в сельскохозяйственных мелиорациях. // Методы полевых исследований по осушительным мелиорациям / ВАСХН, М.: 1983.

36. Основы природообустройства. Учебник / Под ред. А.И. Голованова. М.: Колос, 2001.

37. Отчет о почвенно- мелиоративных изысканиях проекта опытно-производственной системы капельного орошения высокоинтенсивного сада на плошади 160 га в базовом хозяйстве УКРНИИГИМ к-з им. В.И. Ленина. Крымский филиал УКРГИПРОВОДХОЗА. 1977.

38. Отчет по теме «Разработка и уточнение прогнозных расчетов процессов засоления почв при капельном орошении» Отв. Исп. А.И: Голованов. Архив НИСМГМИ.М. 1991.

39. Пенман X.JI. Физические основы контроля испарения. // Бюллетень научно-технической информации по агрономической физике. — 1956. №1.

40. Плюснин И.И., Голованов АИ. Мелиоративное почвоведение. М. Ко-лос.1983.

41. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. ГИТТЛ, М., 1952.45. практика мелиорации. Труды ВНИИГиМ. Том 75. М. 1989.

42. Природообустройство (под ред. А.И. Голованова)-М. КолосС, 2008,- 552 с.

43. Результаты поездки министров водного хозяйства членов МКВК в Египет в сентябре 1996г.

44. Ромашенко М.И. Исследование влагопереноса с целью регулирования режима орошения садов. Автореферат дисс. к.т.н. Киев. 1981.

45. Сейрашгн Б.Г. Египет. В кн.: «Новейшая история арабских стран Африки». 1917-1987. М., 1990.

46. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Учебник / Под ред. Маркова Е.С. М.: Колос, 1981.

47. Храбров М.Ю. Совершенствование систем микроорошения. /Храбров М.Ю.// Мелиорация и водное хозяйство. Сборник научных трудов. Новочеркасск. Выпуск 1. 2003г.

48. Храбров М.Ю. Технология малообъемного орошения. /Храбров М.Ю.// Мелиорация и водное хозяйство. 2000. №4.

49. Храбров М.Ю. Особенности расчета распространения влаги в почве при капельном орошении. /Храбров М.Ю. // Вопросы мелиорации. М.1997.

50. Храбров М.Ю. Расчет распространения влаги в почве при капельном орошении. /Храбров М.Ю. // Мелиорация и водное хозяйство. 1999. №4.

51. Шабанов В.В. Влагообеспеченность яровой пшеницы и ее расчет.- JL: Гид-рометеоиздат, 1981.

52. Шеин Е.В. Курс физики почв. Учебник М.: Изд-во МГУ, 2005

53. Шуравилин А.В. Мелиорация. М.: Экмос, 2006.

54. Abou-Zeid, S. and Ibrahim, A. (1998): "Data acquisition and remote control decision support system for water resources management", Proc. of the joint Egyptian-Syrian Workshop, Damascus, Syria.

55. Ahmed, O.M. 1997. A study on available alternative in planning of a trickle irrigation network. M.Sc. Thesis. Agricultural Mechanization Dept., Fac. of Agric., Ain Shams Univ.

56. Allen, R.G. and Pruitt, W.O., 1986. Rational use of the FAO Blaney-Criddle formula. J. Irri. Drain. Eng. Div., 122 (2), 139-155.

57. Allen, R.G., 1996. Assessing integrity of weather data for reference evapotranspi-ration estimation. J. Irri. Drain. Eng., 122 (2), 97-106.

58. Allen, R.G.; Pereira, L.S.; Raes, D. and Smith, M., 1998. Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, Rome, Italy. 300.

59. Awady, M.N.; and O.M. Ahmed. 1996. Planning trickle irrigation systems by computer aid 4thConf. Of MSAE 13 (4): 87-104.

60. Bijuet, A. G. ; Reddy, B. R. S.; Raghuwanshi, N. S. and Wallender, W. W., 2002. Decision support system for estimating reference evapotranspiration. J. Irri. Drain. Eng., 128(1),1-10.

61. Blaney H.F., Criddle W.D. Determining water requirements in irrigated areas from climatologically and irrigation data U.S.D.A S.C.S. — TR. 96, Washington, D.C., 1950.

62. Brant A. et al. Infiltration from a trickle sourse. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. v 35.1971.

63. Breasler E. et al. Infiltration from a trickle source 2. Experimental data and theoretical predictions. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. v 35.1971.

64. CNCID (2004): Chinese National Consultation on Country Policy Support Programme (CPSP), Beijing, China.

65. Coelho, F.E.; and D.Or .1999. Root distribution and water uptake patterns of corn under surface and subsurface drip irrigation. Plant and Soil. 206: 126-136.

66. Doorenbos, J. and Pruitt, W.O., 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. Irrigation and Drainage Paper 24, FAO, Rome, Italy. 144.

67. EL-Nesr, M.N.B. 1999. Computer aided design and planning of trickle irrigation systems. M.Sc. Thesis. Agree. Eng. Dept. Fac. of Agree., Alex. Univ.

68. FAO. 2000. Crops and Drops: making the best use of land and water. Advance edition. Rome.

69. Frevert, D.K.; Hill, R.W. and Braaten, B.C., 1983. Estimation of FAO evapo-transpiration coefficients. J. Irri. and Drain. Eng., ASCE, 109 (2): 265-270.

70. Georgakakos, A.P., Yao, H., Yu, Y. (1995): Adecision support system for the High Aswan Dam, Ministry of Public Works and Water Resources/F AO/US AID,

71. Ghadekar, S.R.; Pati, V.P.; and Y.M. Choudhari. 1990. Comparative studies of the various climatological methods for potential evapotranspiration prediction and seasonal variations of PAN/ETp in subhumid regions.

72. Hargreaves, G. H. and Samani, Z. A., 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Eng., in Agric., 1(2): 96-99.

73. Hassan, M.E., Fahmy, B.S., and Attia, B.B. (1999):"The decision support system for the Nile River", Proc. 7th.

74. Heerman, D.F.; Martin, D.L.; Jackson, R.D. and E.C. Slegman. 1990. Irrigation scheduling control and techniques. CSSA SSSA. 677 soth seqoe rood, madiso, Wi 53711. USA. Irrigation of agriculture crops-Agronomy Monograph No. 30.

75. Irmak, S. Irmak, A., Allen, R. G. and Jones, J.W., 2003. Solar and net radiation-based equations to estimate reference evapotranspiration in humid climate. J. Irri. Drain. Eng., 129 (5), 336-346.

76. Jensen, M.E. and Haise, H.R., 1963. Estimating evapotranspiration from solar ra-dia.

77. Jensen, M.E.; Burman, R.D. and Allen, R.G., 1990. Evapotranspiration and irrigation water requirements. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practices No.70, Am. Soc. Civil Engrs., NY, U.S.A.:360 pp.

78. Jensen, M.E.; Robb, D. C. N. and Franzoy, С. E., 1970. Scheduling irrigation using climate-crop-soil data. J. Irri. Drain. Eng., 96(1) 25-38.

79. Kotsopoulos S.; and C. Babajimopoulos. 1997. Analytical estimation of modified Penman equation parameters. J. Irrig. and Drain. Eng. ASCE, 123(4), 253 -256.

80. Master Water Plan Project (1984): The operational distribution model, Tech. Rep. No. 26, Ministry oflrrigation, UNDP, IBRD, Cairo, Egypt.

81. MichaloPoulou, H.; and G. Papaioannou. 1991. Reference crop evapotranspiration over Greece. Agric. water management 20 (3): 209 21.

82. Middleton J.T. Proebsting E.L. Roberts S. Apple Orchard Irrigation by Trickle Sprinkler. Transaction of the ASAE.22.1979.

83. Mohan, S. 1991. Intercomparison of evapotranspiration estimates. Hydrological Sciences journal. 36(5): 447 460.

84. Moliterno, P.F.; and B.T. Foley. 1985. Optimized drip irrigation design costs and benefits. Drip/Trickle irrigation in action, proceeding of the third international Drip/ Trickle Irrig. Congress (1): 35- 40.

85. Morad, M.M.; and M.A, Arnaout. 1992. A study on some hydraulic characteristics of trickle irrigation lateral lines. Misr J. Ag. Eng., 9(1): 23-31.

86. Morcos, M.A.; Bader, A.E.; El-Ebady, F.G.; and M.A. Kassem. 1993. Soil modeling and mathematical analysis for relating the engineering affecting factors with soil moisture distribution and tension under drip irrigation. Misr J. Ag. Eng., 10(4): 842.

87. Nile Basin Initiative. 1998. Nile River Basin Action Plan Review: Towards a Priority Action Plan. Revised Draft Report, February 1998.

88. Parmele,L. H. and McGuinness, J. L., 1974. Comparison of measured and estimated daily potential evapotranspiration in a humid region. J. Hydrology. 22 (1974), 239-251.

89. Penman, H.L., 1948. Natural evaporation from open water, bare soil and grass. Proc. R. Soc. London, Ser. A, 193, 120-146.

90. Phocaides, A. 2001. Handbook on pressurized irrigation techniques. Food and Agriculture organization of the united nations. Roma, Italy.

91. Priestley, С. H. B. and Taylor, R. J., 1972. On the assessment of surface heat flux and evaporation using large scale parameters. Mon. Weath. Rev., 100: 81-92.

92. Reddy, K.Y.; Tiwari, K.N.; and V. Ravindra. 2000. Hydraulic analysis of trickle irrigation system for economic design. International Agricultural engineering Journal, 9(2): 81-95.

93. Reichrt, J. 1990. The comparison of some method of evapotranspiration calculation Vedecke-Prace-ustavu-Zavlahoveho-Hospodars tava.No.19,183-192.CF.Soils and Fertilizers 1992,55-9148.

94. Sage, A.P. (1991): Decision support systems engineering, John Wiley and Sons, Inc., New York, USA.

95. Smith, M., Allen. R.G.; Montieth, J.L.; Perrier, A.; Pereira, L. and Segeren, A., 1991. Report of the expert consultation on revision on procedures for revision of (FAO) guideline prediction of crop water requirements. Rep.,UN-FAO, Rome, Italy.

96. Turc, L., 1961. Estimation of irrigation water requirements, potential evapo-transpiration: A simple climatic formula evolved up to date. Ann. Argon. 12, 1314.

97. World Bank. 1990. Population Growth, Wood Fuels, and Resource Problems in Sub-Saharan Africa. Industry and Energy Department Working Paper. Energy Series Paper No. 26. Washington DC.