RU2731280C1

RU2731280C1 - Method of liman irrigation and system for implementation thereof

Info

Publication number: RU2731280C1
Application number: RU2019109000A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Губин; Евгений Эдуардович Головинов; Андраник Мардиросович Каспарян
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-09-01

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture and will be used in irrigation along estuaries using flood water discharge or water intake from open water sources. Method includes spring application of mineral fertilizers and water supply with stages. At the first stage, water is supplied without fertilizer after thawing of soil layer in estuary at a depth of not less than 15–20 cm. At the second stage, water is supplied with addition of fertilizer solution during soil thawing to depth of 40 cm. Water supply norm with fertilizers is determined based on soaking of thawed layer. At the third stage, water is supplied without fertilizer during soil thawing to depth of 60 cm. At that, irrigation norm is determined based on humidification of upper 15–20 cm layer to 95–100 % of maximum moisture capacity. System of estuary irrigation includes earthen shafts enclosing the estuary and dividing it into compartments equipped with a water-passage structure with a water supply control device and a hydro-trolley. Water-passage structures are equipped with a flow rate meter connected to the computer of the water and fertilizer supply control panel. In the area of each compartment of the estuary at the freezing depth control wells are installed, in which there are devices for measuring soil temperature. Measuring devices represent a piece of pipe from insulating material with low heat conductivity, which is equipped with longitudinal slot and rings of material with high heat conductivity of diameter equal to well diameter, installed on external surface of pipe and coupled through slot with temperature sensors located inside pipe and connected communication system to computer of control panel.

EFFECT: technical result is providing equal depth of soil soaking in estuary, possibility of determining depth of fertilizer application and elimination of losses of fertilizers due to their carryover beyond root layer of soil.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при орошении по лиманам с использованием стока паводковых вод или водозабора из открытых водоисточников.The proposed invention relates to the field of agriculture and will find application in irrigation along estuaries using flood water runoff or water intake from open water sources.

Известен способ возделывания многолетних мятликовых трав, преимущественно пырея ползучего, на лиманах прикаспийской низменности, включающий обработку почвы, высев трав, осеннюю подкормку минеральными удобрениями, весеннее внесение по мерзлоталой почве азотных удобрений и последующее затопление лимана паводковыми водами. (Патент РФ №2374808, МПК А01В 79/02, опубл. 10.12.2009 г., Бюл. №34).A known method of cultivation of perennial bluegrass grasses, mainly creeping wheatgrass, on the estuaries of the Caspian lowland, including soil cultivation, sowing of grasses, autumn fertilizing with mineral fertilizers, spring application of nitrogen fertilizers on frozen soil and subsequent flooding of the estuary with flood waters. (RF patent No. 2374808, IPC А01В 79/02, publ. 10.12.2009, bull. No. 34).

Недостатком этого способа являются потери азотных удобрений, вносимых по мерзлоталой почве весной, из-за разложения их в предполивной период, а также неравномерность распределения оставшихся азотных удобрений в связи со смывом их первым потоком воды, поступающей в чек по оттаявшей почве.The disadvantages of this method are the loss of nitrogen fertilizers applied over the frozen soil in spring, due to their decomposition in the pre-irrigation period, as well as the uneven distribution of the remaining nitrogen fertilizers due to their washing off by the first stream of water entering the check through thawed soil.

Известна система лиманного орошения, включающая земляные водоудерживающие и разделительные дамбы с водопропускными регулирующими сооружениями и устройствами для растворения и внесения в поливную воду химмелиорантов. (Патент РФ №2588642, МПК A01G 25/00, опубл. 10.07.2016 г., Бюл. №19).The known system of estuary irrigation, including earthen water-retaining and dividing dams with culvert control structures and devices for dissolving and introducing chemical ameliorants into irrigation water. (RF patent No. 2588642, IPC A01G 25/00, publ. 10.07.2016, bull. No. 19).

Недостатком известной системы является невозможность обеспечить равномерное распределение удобрений и химмелиорантов по площади лимана, а также регулирование глубины их внесения.The disadvantage of the known system is the impossibility of ensuring a uniform distribution of fertilizers and chemical ameliorants over the area of the estuary, as well as regulation of the depth of their application.

Устранить эти недостатки позволяет способ лиманного орошения, включающий устройство системы ограждающих и разделяющих земляных валов, выравнивание поверхности обвалованного участка, обработку почвы, посев трав, весеннее внесение минеральных удобрений и подачу воды, в котором подачу воды осуществляют этапами, при этом на первом этапе подают воду без удобрений после оттаивания почвенного слоя в лимане на глубину не менее 15-20 см, на втором этапе производят подачу воды с добавлением раствора удобрений при оттаивании почвы до глубины 40 см, а норму подачи воды с удобрениями определяют из расчета промачивания оттаявшего слоя, и на третьем этапе проводят подачу воды без удобрений при оттаивании почвы до глубины 60 см., при этом поливную норму определяют из расчета увлажнения верхнего 15-20 см. слоя до 95-100%. наибольшей влагоемкости.The method of estuary irrigation can eliminate these disadvantages, which includes the device of a system of enclosing and dividing earth embankments, leveling the surface of the bunded area, tillage, sowing grasses, spring application of mineral fertilizers and water supply, in which water is supplied in stages, while at the first stage water is supplied without fertilizers after thawing the soil layer in the estuary to a depth of at least 15-20 cm, at the second stage, water is supplied with the addition of a fertilizer solution when the soil thaws to a depth of 40 cm, and the rate of water supply with fertilizers is determined based on the soaking of the thawed layer, and at the third stage, water is supplied without fertilizers when the soil thaws to a depth of 60 cm, while the irrigation rate is determined from the calculation of the moistening of the upper 15-20 cm layer to 95-100%. the highest moisture capacity.

Реализовать способ позволяет система лиманного орошения, включающая земляные валы, ограждающие лиман и делящие его на отсеки, снабженные водопропускным сооружением с регулирующим подачу воды устройством и гидроподкормщиком, в которой водопропускные сооружения снабжены измерителем подаваемого расхода, сопряженным с компьютером пульта управления подачей воды и удобрений, при этом по площади каждого отсека лимана на глубину промерзания выполнены контрольные скважины, в которых размещены устройства для измерения температуры почвы, представляющие собой отрезок трубы из изоляционного материала с низкой теплопроводностью, которая снабжена продольной прорезью и кольцами из материала с высокой теплопроводностью диаметром, равным диаметру скважины, установленными на наружной поверхности трубы и сопряженными через прорезь с термодатчиками, размещенными внутри трубы и подключенными системой связи к компьютеру пульта управления.The method can be realized by a firth irrigation system, which includes earth embankments enclosing the estuary and dividing it into compartments, equipped with a culvert with a device regulating the water supply and a hydraulic feeder, in which the culverts are equipped with a flow meter connected to the computer of the water and fertilizer supply control panel, when At the same time, control wells are made along the area of each section of the estuary to the depth of freezing, in which devices for measuring soil temperature are located, which are a piece of pipe made of insulating material with low thermal conductivity, which is equipped with a longitudinal slot and rings made of material with high thermal conductivity with a diameter equal to the diameter of the well, installed on the outer surface of the pipe and coupled through the slot with temperature sensors located inside the pipe and connected by the communication system to the computer of the control panel.

Новый технический результат от применения предложенного способа лиманного орошения с помощью предлагаемой системы состоит в том, что подача воды этапами по мере оттаивания почвы по командам компьютера на основании показаний датчиков температуры почвы позволяет, благодаря наличию водоупорного слоя в виде промерзшей почвы, обеспечить равномерное распределение удобрений в слое почвы, где находится основная масса поглощающих корней трав, и исключить вынос удобрений за пределы корнеобитаемого слоя.A new technical result from the application of the proposed method of estuary irrigation with the help of the proposed system is that water supply in stages as the soil thaws by computer commands based on the readings of soil temperature sensors allows, due to the presence of a waterproof layer in the form of frozen soil, to ensure uniform distribution of fertilizers in the soil layer, where the bulk of the absorbing roots of grasses is located, and exclude the removal of fertilizers outside the root layer.

Сущность предложения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид лимана в плане, на фиг. 2 - разрез скважины с датчиком температуры почвы.The essence of the proposal is illustrated by the drawing, where FIG. 1 shows a general view of the estuary in plan, fig. 2 - section of a well with a soil temperature sensor.

Система 1 лиманного орошения разделена земляными валами 2 на отсеки -участки 3, по верхнему краю участка 1 проложен водоподводящий канал 4, подключенный водозаборным трубопроводом 5 через задвижку 6 к насосу 7, снабженному механизмом дистанционного управления с центрального пульта 8, оснащенного компьютером. К насосу 7 через шланг 9 и задвижку 10 присоединен гидроподкормщик 11.The estuary irrigation system 1 is divided by earth embankments 2 into compartments - sections 3, along the upper edge of section 1 a water supply channel 4 is laid, connected by a water intake pipeline 5 through a valve 6 to pump 7, equipped with a remote control mechanism from a central console 8 equipped with a computer. A hydraulic feeder 11 is connected to the pump 7 through a hose 9 and a valve 10.

К напорной линии насоса 7 подключен водораспределительный перфорированный трубопровод 12. По нижнему краю системы проложен водоотводящий канал 13. На каждом участке 3 на глубину зонального промерзания почв просверлено несколько стационарных скважин 14 диаметром, соответствующим диаметру устройства 15 для измерения температуры почвы. Каждое устройство 15 выполнено в виде отрезка трубы 16 из теплоизоляционного материала с продольной прорезью 17. На наружной поверхности трубы установлены кольца 18 из теплопроводящего материала, сопряженные через прорезь 17 с термодатчиками 19, установленными внутри трубы 16. Термодатчики 19 соединены проводами 20 с передатчиком 21 сигналов о состоянии температуры почвы по глубине размещения того или иного датчика на пульт управления подачей воды и удобрений 8. Труба 16 устройства крепится в верхней части скважины 14 заглушкой 22.A water-distribution perforated pipeline 12 is connected to the pressure line of the pump 7. A drainage channel 13 is laid along the lower edge of the system. At each section 3, several stationary wells 14 with a diameter corresponding to the diameter of the device 15 for measuring soil temperature are drilled to the depth of zonal soil freezing. Each device 15 is made in the form of a pipe segment 16 made of heat-insulating material with a longitudinal slot 17. On the outer surface of the pipe, rings 18 made of heat-conducting material are installed, coupled through the slot 17 with temperature sensors 19 installed inside the pipe 16. Thermal sensors 19 are connected by wires 20 with a signal transmitter 21 on the state of the soil temperature by the depth of placement of one or another sensor to the control panel for the supply of water and fertilizers 8. The pipe 16 of the device is attached to the upper part of the well 14 with a plug 22.

Пример конкретного осуществления предлагаемого способа с помощью предлагаемой системы:An example of a specific implementation of the proposed method using the proposed system:

Система 1 лиманного орошения обвалована и разделена земляными валами на отсеки - участки 3. На каждом участке 3 с осени пробуривают скважины 14, в которых размещают предварительно смонтированные устройства 15 для измерения температуры почвы. В процессе их монтажа через прорезь 17 в трубе 16 к кольцам 18 подключают датчики температуры 19, провода от которых выводят на поверхность и соединяют с передатчиком сигналов 21. Кольца 18 фиксируют на заданной глубине измерения температуры. Высокая теплопроводность колец в сочетании с низкой теплопроводностью материала трубы обеспечивает возможность измерения температуры почвы именно в зоне контакта кольца 19 с почвой.The estuary irrigation system 1 is bounded and divided by earth embankments into compartments - sections 3. In each section 3, wells 14 are drilled since autumn, in which pre-assembled devices 15 are placed for measuring soil temperature. During their installation, temperature sensors 19 are connected to the rings 18 through the slot 17 in the pipe 16, the wires from which are brought to the surface and connected to the signal transmitter 21. The rings 18 are fixed at a given temperature measurement depth. The high thermal conductivity of the rings in combination with the low thermal conductivity of the pipe material makes it possible to measure the soil temperature precisely in the zone of contact between the ring 19 and the soil.

Датчики 18 установлены на разных глубинах в зависимости от водно-физических свойств почвы. Так глубина 15-20 см соответствует мощности пахотного слоя почвы, где формируются наиболее благоприятные условия для развития корневой системы трав и где располагается большая часть поглощающих корней трав, поэтому данный слой нуждается в первоочередном увлажнении. Слой 0-40 см - глубина проникновения основной массы корней трав. Глубина 60 см соответствует глубине слоя почвы, из которого происходит эффективное использование оросительной воды после окончания полива за счет ее капиллярного подъема.The sensors 18 are installed at different depths depending on the water-physical properties of the soil. So the depth of 15-20 cm corresponds to the thickness of the arable layer of the soil, where the most favorable conditions for the development of the root system of grasses are formed and where most of the absorbing roots of grasses are located, therefore this layer needs priority moistening. Layer 0-40 cm - the depth of penetration of the bulk of grass roots. The depth of 60 cm corresponds to the depth of the soil layer, from which the effective use of irrigation water after the end of irrigation occurs due to its capillary rise.

Весной при оттаивании почвы от датчиков 18, установленных в скважинах 14 на глубине 20 см, по проводам 20 на передатчики 21 поступают сигналы о температуре почвы на заданной глубине. С передатчиков эти сигналы поступают на компьютер пульта управления. Систематический контроль показаний датчиков позволяет установить момент повышения температуры почвы на глубине 20 см до +1-2°С. Это свидетельствует об оттаивании почвы на эту глубину. Компьютер, анализируя сведения, полученные от нескольких устройств, размещенных на участке 3, формирует команду на включение подачи воды через задвижку 6 к насосу 7. Насос 7 подает воду в поливной трубопровод 12, перфорация которого обеспечивает равномерное распределение ее по поверхности участка 3. Поливную норму, подаваемую на участок 3 при первом этапе, определяют как разницу между НВ (наивысшей влагоемкостью) почвы и содержанием влаги в слое 0-20 см с добавлением величины суточного испарения с открытой водной поверхности. Вода распределяется в пределах площади, ограниченной валами 2 по участку 3. Избыток воды стекает в канал 13 и отводится на соседний участок. После подачи расчетной нормы по команде с пульта 8 задвижку 6 закрывают. На участке 3 происходит постепенное впитывание поданной воды. Вода проникает до глубины мерзлого грунта, который служит водоупорным слоем и обеспечивает равномерное увлажнение пахотного слоя почвы. Перерыв в подаче воды продолжается до получения сигнала датчиков 19, установленных на глубине 40 см, о превышении температуры почвы величины +1-3°С, это позволяет осуществлять второй этап подачи воды уже с удобрениями. По команде с пульта при включенном насосе 7 открывают задвижку 10 на шланге 9, и раствор удобрений поступает в поток воды, подаваемый через трубопровод 12 на участок 3. После подачи расчетной нормы воды с удобрениями, обеспечивающей промачивание слоя 0-40 см, задвижку 10 перекрывают, а насос 7 отключают. Третий этап подачи воды производят после впитывания поданной воды с удобрениями и получения сигнала об оттаивании почвы на глубине 60 см. По команде с пульта 8 включают насос 7 и производят подачу чистой воды. Норму подачи рассчитывают, исходя из влажности почвы в слое 0-20 см. с доведением ее до 100% НВ. Благодаря этому происходит промывание пахотного слоя с перемещением подвижных форм удобрений на глубину 15-20 см - в зону доступности для основной массы поглощающих корней трав. После прекращения полива подвижная часть этих удобрений с восходящим капиллярным током переместится в верхний пахотный слой почвы.In the spring, when the soil thaws from sensors 18 installed in wells 14 at a depth of 20 cm, signals about the temperature of the soil at a given depth are sent through wires 20 to transmitters 21. These signals are sent from the transmitters to the control panel computer. Systematic monitoring of the sensor readings allows you to set the moment the soil temperature rises at a depth of 20 cm to + 1-2 ° C. This indicates thawing of the soil to this depth. The computer, analyzing the information received from several devices located on site 3, generates a command to turn on the water supply through the valve 6 to pump 7. Pump 7 supplies water to the irrigation pipeline 12, the perforation of which ensures its uniform distribution over the surface of the site 3. Irrigation rate supplied to section 3 at the first stage is determined as the difference between the HB (highest moisture capacity) of the soil and the moisture content in the 0-20 cm layer with the addition of the daily evaporation from the open water surface. Water is distributed within the area bounded by shafts 2 along section 3. Excess water flows into channel 13 and is discharged to an adjacent section. After the submission of the calculated rate on command from the remote control 8, the valve 6 is closed. In section 3, the supplied water is gradually absorbed. Water penetrates to the depth of the frozen soil, which serves as a waterproof layer and provides uniform moisture to the arable soil layer. The break in the water supply continues until the signal from sensors 19, installed at a depth of 40 cm, is received, about the soil temperature exceeding + 1-3 ° C, this allows the second stage of water supply to be carried out already with fertilizers. On a command from the remote control, when the pump 7 is turned on, the valve 10 on the hose 9 is opened, and the fertilizer solution enters the water stream supplied through the pipeline 12 to section 3. After the calculated rate of water with fertilizers is supplied, which ensures the wetting of a layer of 0-40 cm, the valve 10 is closed , and pump 7 is turned off. The third stage of water supply is carried out after absorbing the supplied water with fertilizers and receiving a signal about soil thawing at a depth of 60 cm. On command from the remote control 8, pump 7 is turned on and clean water is supplied. The feed rate is calculated on the basis of soil moisture in the 0-20 cm layer, bringing it to 100% HB. Due to this, the arable layer is washed with the movement of mobile forms of fertilizers to a depth of 15-20 cm - to the accessibility zone for the bulk of absorbing grass roots. After the termination of irrigation, the moving part of these fertilizers with an ascending capillary current will move to the upper arable layer of the soil.

Таким образом, реализация предложенного способа полива с использованием предложенной системы лиманного орошения позволяет обеспечить одинаковую глубину промачивания почвы в лимане, назначать глубину внесения удобрения и исключить потери удобрений за счет их выноса за пределы корнеобитаемого слоя почвы.Thus, the implementation of the proposed method of irrigation using the proposed system of estuary irrigation allows providing the same depth of soil wetting in the estuary, assigning the depth of fertilization and eliminating fertilizer losses due to their removal outside the root layer of the soil.

Claims

1. The method of estuary irrigation, including the spring application of mineral fertilizers and water supply, characterized in that the water supply is carried out in stages, while at the first stage water is supplied without fertilizers after thawing of the soil layer in the estuary to a depth of at least 15-20 cm, at the second stage, water is supplied with the addition of a fertilizer solution when the soil thaws to a depth of 40 cm, and the rate of water supply with fertilizers is determined based on the soaking of the thawed layer, and at the third stage, water is supplied without fertilizers when the soil thaws to a depth of 60 cm, while the irrigation rate determined from the calculation of the moistening of the upper 15-20 cm layer up to 95-100% of the maximum moisture capacity.

2. The estuary irrigation system for implementing the method according to claim 1, including earthen embankments enclosing the estuary and dividing it into compartments, equipped with a culvert with a device that regulates the water supply and a hydraulic feeder, characterized in that the culverts are equipped with a flow meter connected to a computer control panel for the supply of water and fertilizers, while on the area of each section of the estuary to the depth of freezing, control wells are made, in which devices for measuring the temperature of the soil are located, which are a piece of pipe made of insulating material with low thermal conductivity, which is equipped with a longitudinal slot and rings made of material with high thermal conductivity with a diameter equal to the borehole diameter, installed on the outer surface of the pipe and mated through a slot with temperature sensors located inside the pipe and connected by a communication system to the control panel computer.