Методы орошения. Разновидность и описание

Традиционные методы орошения. Эффективность эксплуатации традиционных систем потокового орошения низка; по этой причине существует востребованность современных экономичных методов орошения. К эффективным технологиям относятся полив по бороздам, нагонное орошение и системы принудительного орошения (капельное и разбрызгивание).

Нагонное орошение. Нагонное орошение — вполне современный метод поверхностного орошения (Stringham and Keller, 1979; Stringham, 1988). Орошение осуществляется путем нагона воды вниз по бороздам через заданные интервалы времени, пока вода не доходит до конца борозды.

За последние несколько лет исследователи, работающие в полевых условиях, изучали новые возможности использования нагонного потока, основывающиеся на его способности распределять воду равномерно, экономить ее, сокращать инфильтрацию и потери на глубокое просачивание, а также контролировать сток и дренаж через поверхностные системы.

Этот метод равномерного распределения воды используется для создания мелкого, однородного профиля воды и задержания ее в корневой зоне, исключая глубокое просачивание. Эффективность этого метода составляет 85 процентов, а экономия расхода удобрений достигает 25 процентов.

Системы принудительного орошения. При подаче воды через трубопроводную систему исключаются потери на транспортировку, что приводит к повышению эффективности орошения. Системы принудительного орошения отличаются высокой эффективностью водопотребления, повышением урожайности сельскохозяйственных культур при низких затратах труда и способностью адаптироваться к условиям холмистой местности.

Они подходят для районов с недостаточными водными ресурсами, могут снижать воздействие заморозков и позволяют с легкостью применять растворимые в воде удобрения. Эта система хорошо подходит для площадей, орошаемых по каналам, из ёмкостей и грунтовыми водами.

Все густорастущие сельскохозяйственные культуры, такие как зерновые, бобовые, масличные, сахарный тростник, хлопок и другие плантационные культуры могут орошаться методом разбрызгивания. Преимуществом этих систем является то, что неровные почвы и участки почвы на маломощном наносе могут орошаться без выравнивания уровня земли.

Капельное орошение. Капельное орошение является сравнительно современным методом полива. Первоначальные капитальные вложения в такие системы высоки, однако они подходят для ситуаций, требующих высокой эффективности использования воды и могут применяться на умеренно холмистом рельефе местности.

В течение последних 30 лет были проведены значительные экспериментальные исследования, с тем чтобы оценить экономию воды и повышение урожайности, конструкционные особенности соответствующих элементов систем и материалы, из которых они изготавливаются, распределение влаги и удобрений при капельном орошении. С помощью этого метода можно достигнуть эффективности использования воды 80-90 процентов.

Спринклерная система орошения. Спринклерные системы распределяют воду аналогично дождевым осадкам, поэтому сток и потери воды на глубокое просачивание сведены к минимуму, а применение этого метода дает результат, близкий к получаемому в условиях выпадения осадков.

Микроспринклерная система. Микроспринклеры обеспечивают распыление воды под кронами деревьев вокруг их корневой зоны на высоту около 30 см и работают при низком давлении. Орошение этим методом наименее подвержено воздействию ветра. Точное количество воды может доставляться ежедневно к корневой зоне каждого растения.

Вода подается только в область корневой зоны, как при капельном орошении, но распыляется гораздо более широко. Этот метод хорошо подходит для полива деревьев, садов и овощных культур, особенно в сочетании с использованием локальных возобновляемых источников энергии для перекачки воды.

Низкоэнергетические прикладные системы точечного применения. Последние новшества в сфере систем микроспринклеров — это низкоэнергетические системы точечного применения. В таких системах водоотводы оснащены пипетками с устройствами выброса под очень низким давлением, называемыми «носками».

Вода сбрасывается непосредственно над поверхностью земли в тупиковые борозды или микробассейны, таким образом предотвращая эрозию почвы и сток. Эти системы не подвержены воздействию ветра и, помимо экономии значительного количества энергии, они обеспечивают равномерное орошение и очень высокую эффективность применения, порядка 98 процентов.

Разработка систем поддержки принятия решений и использование географических информационных систем в оросительных работах. Полезно связывать модели имитации и системные модели с пространственными данными с помощью географической информационной системы, с тем чтобы развивать экспертные системы поддержки принятия решений в целях комплексного использования и организации оросительных работ в режиме реального времени.

Этот подход ориентирован на обеспечение поддержки процесса принятия решений для специалистов, занимающихся планированием орошения и его организацией, что позволит им без труда и более эффективно использовать пространственные данные и прогнозы.

Географические информационные системы для пространственного распределения восполнения запаса воды. Пространственное распределение восполнения запаса воды для изменяющихся условий погоды, почвы, землепользования и водообеспеченности относительно орошаемой площади проекта оросительной системы может обеспечиваться с помощью использования географической информационной системы. Новые типы покрытия могут быть получены путем наложения цифровой карты рассматриваемой площади на другие карты области, например карты осадков, грунтовых вод и посевных площадей.

Каждая из полигональных областей этого покрытия будет однородной по отношению ко всем используемым типам покрытия. Как таковые, эти полигоны могут быть использованы в качестве базовых величин для исследования водного баланса и планирования орошения (Chowdary and others, 2003).

Развитие системы поддержки принятия решений по управлению оросительными работами в режиме реального времени. Системы поддержки принятия решений могут быть разработаны для организации оросительных работ в режиме реального времени посредством объединения данных в реальном времени со схемой системы поддержки принятия решений, разработанной для планирования управления оросительными системами.

Простая модель баланса почва-вода может быть использована для оценки состояния влажности корневой зоны в почве, а простая модель потока в канале может применяться для учета фильтрационных потерь. Основываясь на этой информации и на данных о количестве воды, доступной в рукаве реки, а так же на среднесрочных прогнозах погоды, можно получить еженедельные потребности в воде для целей орошения для каждого рукава реки.

Затем эта информация может быть связана с географической информационной системой сети каналов на рассматриваемой площади в целях содействия следующим задачам:

- выбор рукава из сети каналов;
- запуск модели полевого водного баланса в режиме реального времени;
- подготовка сводки о текущем состоянии воды;
- подготовка заявки на изъятие воды для удовлетворения потребностей орошения в главном рукаве.

Комплексное использование поверхностных и подземных вод в орошении. Понятие «комплексное использование» относится к интегрированному согласованному управлению ресурсами поверхностных и подземных вод, с тем чтобы наилучшим образом использовать эти источники воды для удовлетворения определенных целей в отдельных районах.

В целях повышения эффективности водопользования на рассматриваемых подкомандных площадях оросительного канала оптимальное и эффективное использование поверхностных и подземных вод становится необходимым и должно быть рассмотрено уже на стадии планирования. Например, использование поверхностных вод в сезон дождей и подземных вод в другой период года для орошения одного и того же участка земли является одним из видов комплексного использования.

Аналогичным образом, течи из каналов и просачивание поливной воды — это пополнение запасов подземных вод, которые могут быть использованы в какой-либо момент для орошения. Это еще один, хотя и непреднамеренный пример комплексного использования.

Комплексное использование может помочь в достижении следующих целей:
- увеличение доступности воды для оросительных работ;
- повышение устойчивости долгосрочного равновесного режима подземных вод;

- улучшение регулирования и содействие поэтапной разработке водных ресурсов с использованием запасов водоносного горизонта;
- обеспечение гибкости водообеспечения для удовлетворения спроса на водные ресурсы, сглаживая пики естественного поступления поверхностных вод;
- сокращение заболачивания и засоления почв.

Руководства по совместному использованию. Планирование орошения для совместного использования требует рассмотрения количественных и качественных аспектов подземных и поверхностных водных ресурсов, а также экономических аспектов. Совместное использование их в оперативной практике требует разработки руководящих принципов (CWC, India, 1997), которые могут включать в себя следующие задачи:

- нанесение на карту подземных вод и их изменений во времени и пространстве;
- количественная оценка имеющихся подземных вод в регионе на основе детальных исследований водного баланса;

- оценка дополнительных источников зарядки подземных вод;
- оценка минимально желаемых и максимально допустимых пределов дополнительного извлечения подземных вод для целей совместного использования;

- широкий план использования водных ресурсов, основанный на существующих условиях водообеспеченности;
- планирование регулируемого совместного использования подземных и поверхностных вод во времени и пространстве;

- определение и детализация областей, которые будут обеспечены водой из поверхностных или подземных источников как по отдельности, так и совместно;
- оценка неблагоприятных социально-экономических последствий совместного использования в долгосрочной перспективе.

Использование воды низкого качества для орошения. Вода считается пригодной для целей орошения, когда она не оказывает отрицательного осмотического или специфичного токсичного воздействия на продукцию растениеводства, не содержит веществ, влияющих на химические или гидравлические свойства почвы и не вызывает ухудшения качества подземных или поверхностных вод.

Эти неблагоприятные условия вызываются, в первую очередь, накоплением солей в корневой зоне растений. Соответственно, вода низкого качества может использоваться во время стадий роста, которые менее чувствительны к некачественной воде, особенно к солености, а также при обеспечении того, что не будет, или будет как можно меньше, накопления солей в корневой зоне. Это можно предотвратить либо путем выщелачивания с помощью регулярного подвода воды нормального качества, либо путем применения специальных методов орошения.

В условиях недостатка воды или же её солености, капельные и т. н. питчерные методы орошения являются наиболее подходящими. При использовании этих методов соли не накапливаются у корней, поддерживается низкое напряжение почвенной влаги и, таким образом, растения защищаются от вредного воздействия.

Вода разного качества также может использоваться для орошения в условиях засушливого климата путем смешивания некачественной воды с водой хорошего качества в системе подвода воды для получения воды заданного качества, чтобы она соответствовала солеустойчивости растений.

Возможно использование альтернативных способов орошения качественной и некачественной водой из различных источников, таких как вода канала и соленые подземные воды. У сельскохозяйственных культур различный уровень солеустойчивости.

Если соленость не может поддерживаться на приемлемом уровне с помощью вышеописанных методов, желательно выбирать сельскохозяйственные культуры или сорта, устойчивые к засоленности почвы, такие как овощи, ячмень, сорго, пшеница, томаты, и применять соответствующие приемы управления почвенными и водными ресурсами наряду с разумным использованием удобрений.