Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сельскохозяйственная гидрология - это изучение компонентов водного баланса, влияющих на управление водными ресурсами в сельском хозяйстве, особенно в ирригации и дренаже . [1]

Иллюстрация некоторых компонентов водного баланса

Компоненты водного баланса [ править ]

Компоненты водного баланса сельскохозяйственных угодий

Компоненты водного баланса можно сгруппировать в компоненты, соответствующие зонам в вертикальном разрезе в почвообразующих резервуарах с притоком, оттоком и накоплением воды: [2]

  1. поверхностный резервуар ( S )
  2. корневая зона или ненасыщенная ( зона вадозы ) ( R ) с преимущественно вертикальными потоками
  3. водоносный горизонт ( Q ) с преимущественно горизонтальными потоками
  4. переходная зона ( Т ), в которой вертикальные и горизонтальные потоки преобразуются

Общий водный баланс гласит:

  • приток = отток + смена хранилища

и это применимо к каждому из резервуаров или их комбинации.

В следующих балансах предполагается, что уровень грунтовых вод находится внутри переходной зоны.

Баланс поверхностных вод [ править ]

Компонентами входящего водного баланса в поверхностный резервуар ( S ) являются:

  1. Rai - Вода, поступающая к поверхности вертикально, например: осадки (включая снег), ливневые дожди , полив дождеванием.
  2. Ису - горизонтально поступающая поверхностная вода. Это может быть естественное затопление или поверхностный орошение.

Компонентами исходящего водного баланса из поверхностного резервуара ( S ) являются:

  1. Ева - Испарение из открытой воды на поверхности почвы (см. Уравнение Пенмана )
  2. Осу - поверхностный сток (естественный) или поверхностный сток (искусственный)
  3. Инфильтрация - проникновение воды через поверхность почвы в корневую зону.

Баланс поверхностных вод гласит:

  • Rai + Isu = Eva + Inf + Osu + Ws, где Ws - изменение запасов воды на поверхности почвы.
Поверхностный сток в методе номера кривой
Пример баланса поверхностных вод
Приведен пример поверхностного стока по методу числа кривых . [3] Применимое уравнение:
  • Osu = (Rai - Ws) 2 / (Pp - Ws + Rm)

где Rm - максимальное удерживание площади, для которой используется метод.

Обычно получается, что Ws = 0,2 Rm, а значение Rm зависит от характеристик почвы. Метод Curve Number предоставляет таблицы для этих отношений.

Метод дает значения кумулятивного стока. Для получения значений интенсивности стока или скорости стока (объема в единицу времени) совокупную продолжительность необходимо разделить на последовательные временные шаги (например, в часах).

Водный баланс корневой зоны [ править ]

Компонентами входящего водного баланса в корневую зону ( R ) являются:

  1. Инфильтрация - проникновение воды через поверхность почвы в корневую зону.
  2. Кап - Капиллярный подъем воды из переходной зоны

Компонентами исходящего водного баланса из поверхностного резервуара ( R ) являются:

  1. Эра - Фактическое испарение или эвапотранспирация из корневой зоны
  2. Пер - Просачивание воды из ненасыщенного корневой зоны в переходной зоне

Водный баланс корневой зоны гласит:

  • Inf + Cap = Era + Per + Wr, где Wr - изменение запаса воды в корневой зоне.

Водный баланс переходной зоны [ править ]

Компонентами входящего водного баланса в переходную зону ( Т ) являются:

  1. Перколяция воды из ненасыщенной корневой зоны в переходную зону.
  2. Lca - проникновение воды из рек, каналов или дренажных систем в переходную зону, часто называемое глубокими фильтрационными потерями.
  3. Ugw - вертикальное просачивание воды из водоносного горизонта в насыщенную переходную зону

Компонентами исходящего водного баланса из переходной зоны ( Т ) являются:

  1. Крышка - Капиллярный подъем воды в корневую зону
  2. Dtr - Искусственный горизонтальный подземный дренаж , см. Также Дренажная система (сельское хозяйство)
  3. Dgw - Вертикально нисходящий дренаж воды из насыщенной переходной зоны в водоносный горизонт.

Водный баланс переходной зоны гласит:

  • Per + Lca + Ugw = Cap + Dtr + Dgw + Wt, где Wt - изменение запасов воды в переходной зоне, заметное как изменение уровня грунтовых вод.

Водный баланс водоносного горизонта [ править ]

Компонентами входящего водного баланса в водоносный горизонт ( Q ) являются:

  1. Dgw - Вертикально нисходящий дренаж воды из насыщенной переходной зоны в водоносный горизонт.
  2. Iaq - горизонтально поступающие грунтовые воды в водоносный горизонт

Компонентами исходящего водного баланса из водоносного горизонта ( Q ) являются:

  1. Ugw - вертикальное просачивание воды из водоносного горизонта в насыщенную переходную зону
  2. Oaq - горизонтально выходящие грунтовые воды из водоносного горизонта
  3. Wel - сброс из (трубчатых) скважин, размещенных в водоносном горизонте

Водный баланс водоносного горизонта гласит:

  • Dgw + Iaq = Ugw + Wel + Oaq + Wq

где Wq - изменение запасов воды в водоносном горизонте, заметное как изменение артезианского давления .

Конкретные водные балансы [ править ]

Комбинированные балансы [ править ]

Водные балансы могут быть составлены для комбинации двух граничащих вертикальных зон почвы, в результате чего компоненты, составляющие приток и отток из одной зоны в другую, исчезнут.
При долгосрочном водном балансе (месяц, сезон, год) сроки хранения часто пренебрежимо малы. Их игнорирование приводит к устойчивому состоянию или равновесию водного баланса.

Комбинация поверхностного резервуара ( S ) и корневой зоны ( R ) в устойчивом состоянии дает водный баланс верхнего слоя почвы  :

  • Rai + Isu + Cap = Eva + Era + Osu + Per, где фактор связи Inf исчез.

Комбинация корневой зоны ( R ) и переходной зоны ( T ) в устойчивом состоянии дает баланс грунтовых вод  :

  • Inf + Lca + Ugw = Era + Dtr + Dgw, где Wr факторы связи Per и Cap исчезли.

Комбинация переходной зоны ( T ) и водоносного горизонта ( Q ) в устойчивом состоянии дает геогидрологический водный баланс  :

  • Per + Lca + Iaq = Cap + Dtr + Wel + Oaq, где Wr факторы связи Ugw и Dgw исчезли.

Объединение трех самых верхних водных балансов в устойчивом состоянии дает агрономический водный баланс  :

  • Rai + Isu + Lca + Ugw = Eva + Era + Osu + Dtr + Dgw, где факторы связи Inf , Per и Cap исчезли.

Объединение всех четырех водных балансов в устойчивом состоянии дает общий водный баланс  :

  • Rai + Isu + Lca + Iaq = Eva + Era + Osu + Dtr + Wel + Oaq, где исчезли факторы связи Inf , Per , Cap , Ugw и Dgw .
Схема повторного использования подземных вод для орошения колодцами
Пример общего водного баланса
Приведен пример повторного использования подземных вод для орошения насосными скважинами.

Полное орошение и инфильтрация:

  • Inf = Irr + Wel, где Irr = поверхностное орошение из системы каналов, а Wel = орошение из колодцев.

Эффективность полива поля ( Ff <1) составляет:

  • Ff = Era / Inf, где Era = суммарное испарение урожая (безвозвратное использование)

Значение Era меньше Inf , имеется избыток орошения, просачивающийся в недра ( Per ):

  • Per = Irr + Wel - Era, или:
  • Per = (1 - Ff) (Irr + Wel)

Перколяционный Per снова накачивается скважинами для орошения ( Wel ), отсюда:

  • Wel = Per, или:
  • Wel = (1 - Ff) (Irr + Wel), следовательно:
  • Wel / Irr = (1 - Ff) / Ff

С помощью этого уравнения можно составить следующую таблицу:

  Ff  0,20    0,25    0,33    0,50    0,75  
  Ну / Ирр    4  3  2  1  0,33

Видно, что при низкой эффективности орошения количество воды, закачиваемой скважинами ( Wel ), в несколько раз больше, чем количество поливной воды, подаваемой системой каналов ( Irr ). Это связано с тем, что капля воды должна быть рециркулирована в среднем несколько раз, прежде чем она будет использована растениями.

Уровень грунтовых вод за пределами переходной зоны [ править ]

Когда уровень грунтовых вод находится выше поверхности почвы, балансы, содержащие компоненты Inf , Per , Cap , не подходят, поскольку их не существует. Когда уровень грунтовых вод находится внутри корневой зоны, балансы, содержащие компоненты Per , Cap , не подходят, поскольку их не существует. Когда уровень грунтовых вод находится ниже переходной зоны, приемлемым является только баланс водоносного горизонта .

Уменьшено количество зон [ править ]

Компоненты водного баланса Saltmod

В определенных условиях может отсутствовать водоносный горизонт, переходная зона или корневая зона. Баланс воды можно производить, минуя отсутствующие зоны.

Чистая и избыточная стоимость [ править ]

Вертикальные гидрологические компоненты вдоль границы между двумя зонами со стрелками в одном направлении могут быть объединены в чистые значения .
Например: Npc = Per - Cap (чистая перколяция), Ncp = Cap - Per (чистый капиллярный подъем).
Горизонтальные гидрологические компоненты в одной зоне со стрелками, направленными в одном направлении, могут быть объединены в избыточные значения .
Например: Egio = Iaq - Oaq (избыточный приток грунтовых вод превышает отток), Egoi = Oaq - Iaq (избыточный отток грунтовых вод превышает приток).

Солевой баланс [ править ]

Сельскохозяйственные водные балансы также используются в солевых балансах орошаемых земель.
Кроме того, солевой и водный балансы используются в моделях агро-гидросоления и дренажа, таких как Saltmod .
Точно так же они используются в моделях солености грунтовых вод, таких как SahysMod, который представляет собой пространственную вариацию SaltMod с использованием полигональной сети.

Требования к орошению и дренажу [ править ]

Требование орошения (IRR) может быть рассчитана из верхнего слоя почвы водного баланса , в агрономической водного баланса или общий баланс воды , как определено в разделе «Комбинированные балансы», в зависимости от наличия данных о компонентах водного баланса.
Рассматривая поверхностное орошение , предполагая, что испарение поверхностной воды пренебрежимо мало (Eva = 0), устанавливая фактическую эвапотранспирацию равной потенциальной эвапотранспирации (Epo), так что Era = Epo и устанавливая приток поверхностной воды Isu равным Irr, чтобы Isu = Irr, остатки дают соответственно:

  • Irr = Epo + Osu + Per - Rai - Cap
  • Irr = Epo + Osu + Dtr + Dgw - Rai - Lca - Ugw
  • Irr = Epo + Osu + Dtr + Oaq - Rai - Lca - Iaq

Определяя эффективность орошения как IEFF = Epo / Irr, то есть долю поливной воды, потребляемую культурой, соответственно получается, что:

  • IEFF = 1 - (Osu + Per - Rai - Cap) / Irr
  • IEFF = 1 - (Osu + Dtr + Dgw - Rai - Lca - Ugw) / Irr
Слив слива определяет расстояние слива
  • IEFF = 1 - (Osu + Dtr + Oaq - Rai - Lca - Iaq) / Irr

Точно так же безопасна выход из скважин , извлечения воды из водоносного горизонта , без чрезмерной эксплуатации , может быть определена с использованием geohydrologic водного баланса или общий баланс воды , как определено в разделе «Комбинированные балансы», в зависимости от наличия данных о компонентах водного баланса .

Точно так же потребность в подземном дренаже может быть определена по расходу дренажа (Dtr) в балансе грунтовых вод , агрономическом водном балансе , геогидрологическом водном балансе или общем водном балансе .

Таким же образом, потребность в дренаже скважины может быть найдена из разряда скважины (Wel) в гидрогидрологическом водном балансе или общем водном балансе .

Требования к подземному дренажу и дренажу из скважины играют важную роль при проектировании сельскохозяйственных дренажных систем (ссылки:, [4] [5] ).

Средние климатические данные и дренаж в Нидерландах
Пример требований к дренажу и орошению
Требования к дренажу и орошению в Нидерландах основаны на климатических характеристиках (см. Рисунок).
  Климатические данные  
на рисунке (мм)		  Лето с  
апреля по август		  Зима,  
сентябрь – март		Ежегодный
Осадки P  360  360  720
Испарение E  480    60  540
Изменение хранения ΔW–120+120      0
Требование к дренажу D       0  180  180
Требование орошения  Переменная      0Переменная

Количество воды, сливаемой в обычную зиму, составляет:

  • D = P - E - ΔW

Согласно рисунку, период осушения длится с ноября по март (120 дней), а расход дренажной системы составляет
D = 180/120 = 1,5 мм / сутки, что соответствует 15 м 3 / сутки на га.

Зимой с большим количеством осадков, чем обычно, требования к дренажу соответственно возрастают.

Требования к поливу зависят от глубины укоренения сельскохозяйственных культур, которая определяет их способность использовать воду, накопленную в почве после зимы. Имея неглубокую корневую систему, пастбища нуждаются в орошении в количестве, равном примерно половине от истощения запасов летом. Практически пшеница не требует орошения, потому что у нее развиваются более глубокие корни, а в период созревания благоприятна сухая почва.

Анализ совокупной повторяемости [6] климатических данных играет важную роль в определении потребностей в орошении и дренаже в долгосрочной перспективе.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Н. А. де Риддер и Дж. Бунстра, 1994. Анализ водного баланса . В: HPRitzema (ред.), Принципы и применение дренажа, Публикация 16, стр. 601–634. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. ISBN  90-70754-33-9
  2. ^ Дренаж для сельского хозяйства: гидрология и водный баланс . Конспект лекций, Международный курс по дренажу земель (ICLD), Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В Интернете: [1]
  3. ^ «Публикация 16, Глава 4.1, Оценка пикового стока» . Проверено 9 августа 2010 .
  4. ^ Энергетический баланс потока подземных вод применительно к подземному дренажу в анизотропных почвах трубами или канавами с входным сопротивлением . В сети: [2] Архивировано 19февраля 2009 г. на Wayback Machine . Статья основана на: RJ Oosterbaan, J. Boonstra и KVGK Rao, 1996, Энергетический баланс потока подземных вод . Опубликовано в VP Singh and B. Kumar (ред.), Subsurface-Water Hydrology, p. 153–160, Том 2 материалов Международной конференции по гидрологии и водным ресурсам, Нью-Дели, Индия, 1993. Академическое издательство Kluwer, Дордрехт, Нидерланды. ISBN 978-0-7923-3651-8 . В Интернете: [3] 
  5. ^ Подземный дренаж скважинами (трубчатыми), 9 стр. Уравнения расстояния между скважинами для полностью или частично проникающих скважин в однородных или слоистых водоносных горизонтах с входным сопротивлением или без него . Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В Интернете: [4]
  6. ^ « CumFreq , программное обеспечение для кумулятивного частотного анализа» . Проверено 16 августа 2010 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-сайт по сельскохозяйственной гидрологии: [5]
  • Бесплатное программное обеспечение для расчетов по сельскохозяйственной гидрологии: [6]
  • Статьи по сельскохозяйственной гидрологии: [7]
  • Часто задаваемые вопросы о сельскохозяйственной гидрологии: [8]
  • Тематические исследования по сельскохозяйственной гидрологии: [9]
  • Водный след сельскохозяйственных культур | Visual.ly