Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 58331.3-2019 "Системы и сооружения мелиоративные. Водопотребность для орошения сельскохозяйственных культур. Общие требования" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 марта 2019 г. N 86-ст)

Reclamation systems and structures. Water requirement for irrigation of crops. General requirements

ОКС 65.020

Дата введения - 1 июля 2019 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Федеральным государственным бюджетным научным учреждением "Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения "Радуга" (ФГБНУ ВНИИ "Радуга")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 151 "Мелиорация"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 марта 2019 г. N 86-ст

4 Введен впервые

Введение

Настоящий стандарт разработан в соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" с целью обеспечения требований Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" и Федерального закона от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды".

Настоящий стандарт устанавливает нормативы водопотребности для орошения сельскохозяйственных культур по областям Центрального, Северо-Западного, Приволжского, Уральского, Сибирского, Дальневосточного, Южного и Северо-Кавказского федеральных округов.

В настоящем стандарте изложена методика определения показателей тепло-, влагообеспеченности территории и количественных параметров режимов орошения, а также представлены нормы водопотребности для орошения в регионах России (нетто, брутто и средневзвешенные на структурный гектар).

Основой расчета норм водопотребности являются дефициты водопотребления, скорректированные с учетом коэффициента потерь оросительной воды. Количественные значения норм водопотребности научно обоснованы и подтверждены на практике, для расчета использовались компьютерные программы "Расчет динамики агроклиматических ресурсов и их регулирование" и "Расчет параметров режимов орошения сельскохозяйственных культур", имеющие государственную регистрацию.

Актуальность разработанной методики заключается в том, чтобы при определении и назначении основных параметров орошения - оросительных и поливных норм, поливных режимов, а также при выборе технологии и технических средств полива строго соблюдалась их адаптация к лимитирующим показателям климата, почв, растений.

Практическое применение данной методики позволит обеспечить значительное водосбережение, снижение капитальных затрат и эксплутационных издержек, а также улучшение экологической ситуации в орошаемом земледелии, что подтверждает необходимость разработки настоящего стандарта.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормативы водопотребности для орошения сельскохозяйственных культур по субъектам Центрального, Северо-Западного, Приволжского, Уральского, Сибирского, Дальневосточного, Южного и Северо-Кавказского федеральных округов.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 аридная зона: Географическая зона, характеризуемая засушливым климатом с годовой испаряемостью, превышающей атмосферные осадки (сухие степи, полупустыни, пустыни).

2.2 величина стока: Количество воды, стекающей с водосбора за определенный интервал времени; как правило, величина стока выражена в виде объема, модуля или слоя стока.

2.3 влагоемкость почвы: Способность почвы поглощать и удерживать определенное количество воды, выраженная в количестве влаги в процентах от массы сухой почвы или от ее объема, а также в миллиметрах водного слоя.

2.4

водные ресурсы: Запасы поверхностных и подземных вод рассматриваемой территории. [ГОСТ 19185-73, статья 1]

2.5 водопользование: Использование водных объектов с изъятием и без изъятия вод.

2.6 водопотребление: Объем воды, расходуемой сельскохозяйственным полем на транспирацию растений и испарение с почвы.

2.7 гумидная зона: Географическая зона, характеризуемая превышением годовых атмосферных осадков над суммой испарения, транспирации и инфильтрации вод.

2.8 дефицит водопотребления: Разница между эвапотранспирацией и алгебраической суммой показателей, обуславливающих естественную природную увлажненность сельскохозяйственного угодья.

2.9 засушливая (полуаридная) зона: Географическая зона полусухого климата с периодическими засухами, в пределах которой сельскохозяйственные угодья испытывают дефицит увлажнения (умеренно сухая степная зона).

2.10 зона неустойчивого увлажнения: Географическая зона с годовыми и внутригодовыми колебаниями соотношения атмосферных осадков и суммы испарения, транспирации и инфильтрации вод (лесостепная и лесная зоны).

2.11 испаряемость (потенциальная эвапотранспирация): Максимально возможное испарение в конкретных природно-климатических условиях с данной подстилающей поверхности при достаточном, не ограничивающем процесс испарения, увлажнении почвогрунтов.

2.12 коэффициент природного увлажнения: Интегральный показатель изменчивости климата, который наиболее объективно характеризует тепло-, влагообеспеченность периодов в различные годы.

2.13 норма водопотребности: Количество воды, которое следует подать (или подается) на единицу площади поливного участка, м³/га или мм, для восполнения дефицита водопотребления культуры за расчетный отрезок времени.

2.14 оросительная норма нетто: Количество воды, которое следует подать (или подается) на единицу площади поливного участка, м³/га или мм, за весь оросительный период в целях получения прогнозируемого урожая.

2.15 оросительная норма брутто: Норма, включающая оросительную норму нетто и потери воды на пути от водоисточника до растения.

2.16 поливная норма: Количество воды, подаваемое на один гектар посева орошаемой культуры за один полив, зависящее от глубины корнеобитаемого слоя почвы, подлежащего увлажнению, особенностей культуры и фазы ее развития, гранулометрического состава и водно-физических свойств почвы, вида, способа и технологии полива.

2.17 режим орошения: Совокупность поливных норм, сроков, числа и продолжительности поливов сельскохозяйственных культур, рассчитываемая в соответствии с биологическими особенностями растений, климатическими, почвенными и гидрогеологическими условиями орошаемого участка, способом и техникой полива, агротехникой растений.

2.18 эвапотранспирация: Испарение с поверхности почвы совместно с транспирацией.

3 Основные нормативные положения

Основой расчета норм водопотребности являются дефициты водопотребления, скорректированные в каждом случае на потери оросительной воды.

3.1 Методика определения показателей тепло-, влагообеспеченности территории

3.1.1 Для полноценной оценки природного потенциала тепла и влаги сельскохозяйственно используемой территории рекомендуются следующие комплексные показатели:

- испаряемость (потенциальная эвапотранспирация);

- атмосферные осадки;

- активные влагозапасы почвы в диапазоне от наименьшей влагоемкости (HB) до влажности разрыва капиллярной связи;

- коэффициент природного увлажнения К_у, равный соотношению элементов водного и теплового балансов.

3.1.2 Испаряемость Е, мм, рассчитывают по модифицированной формуле Н.Н. Иванова

,

где K_t - энергетический фактор испарения, мм/мб, учитывающий нелинейность связи E и d при изменении температуры воздуха;

d - дефицит влажности воздуха, мб;

f(v) - ветровая функция, учитывающая влияние скорости ветра на интенсивность испарения.

Для выполнения расчетов выбраны репрезентативные в регионе метеостанции с наблюдениями метеоданных не менее чем за 35-60 лет.

3.1.3 Показатель тепло-, влагообеспеченности - коэффициент увлажнения K_у рассчитывают по зависимости

,

где K_у - коэффициент природного увлажнения за период, в течение которого среднесуточная температура воздуха t  5 °С;

W_a - активные запасы влаги в метровом слое почвы на начало расчетного периода (дата перехода среднесуточной температуры воздуха через + 5 °С), мм;

Р - сумма атмосферных осадков за расчетный период, мм;

Е - испаряемость (потенциальная эвапотранспирация) за тот же период, мм.

По средним многолетним значениям коэффициентов увлажнения K_у с использованием линейной интерполяции составляют карту изолиний K_у, показывающая изменчивость K_у по территории. Выделяют физико-географические (природные) зоны на те территории, границы которых сопряжены с граничными значениями K_у.

Градации K_у и соответствующие им природные зоны:

K_у < 0,20 - пустынная зона;

K_у = 0,21-0,30 - полупустынная зона;

K_у = 0,31-0,40 - сухостепная зона;

K_у = 0,41-0,50 - умеренно сухая степь;

K_у = 0,51-0,80 - лесостепная зона;

K_у > 0,80 - лесная зона.

3.2 Методика определения суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур

Эвапотранспирацию (суммарное испарение) сельскохозяйственных культур E_v, мм, как исходную величину водно-балансовых расчетов при определении оросительных норм, рассчитывают по формуле

,

где Е - испаряемость, мм;

K_б - биологический коэффициент, характеризующий роль растений в расходовании влаги сельскохозяйственным полем;

K_o - микроклиматический коэффициент, учитывающий изменение микроклимата сельскохозяйственного поля под влиянием орошения.

Пропорциональность между суммарным водопотреблением и испаряемостью фиксируется коэффициентами биологическим K_б и микроклиматическим K_o, для определения которых использованы опытные данные, получаемые в условиях изучаемого региона (см. приложение А).

3.3 Основные положения методики определения оросительных норм нетто

3.3.1 Оросительную норму нетто М_нт, мм, сельскохозяйственной культуры рассчитывают по зависимости:

,

,

где - дефицит водопотребления культуры за расчетный интервал (декада, месяц), мм;

Е_v - оптимальное водопотребление культуры за расчетный период, мм;

W_а - активные влагозапасы в деятельном слое почвы к началу расчетного периода, мм;

Р - атмосферные осадки за расчетный период, мм;

G - капиллярное использование грунтовых вод при их близком залегании (не более 3 м), мм;

Y - отток влаги за пределы орошаемого поля, в том числе поверхностный и глубинный, мм.

3.3.2 Декадные дефициты водопотребления для сельскохозяйственных культур должны быть рассчитаны по каждой метеостанции. Многолетние ряды дефицитов статистически обрабатывают и строят кривые обеспеченности.

3.3.3 Оценку прогнозных значений параметров орошения производят с использованием кривой вероятности (обеспеченности), позволяющей выделять расчетные параметры в годы различной увлажненности:

- 5 и 25 % - влажные годы;

- 50 % - средний год;

- 75, 85 и 95 % - сухие годы.

3.3.4 Полученные данные по оросительным нормам нетто служат основой для составления проектных и эксплуатационных режимов орошения, планов водопользования, водохозяйственных расчетов.

3.4 Поливная норма нетто

3.4.1 Размер поливной нормы зависит от водно-физических свойств почвы, степени ее иссушения к моменту полива, состояния агрофона, рельефа орошаемой поверхности, а также способа и технологии полива.

3.4.2 В соответствии с водоудерживающей способностью почвы максимальный размер поливной нормы нетто m_max, мм, рассчитывают по зависимости

,

где W_НВ - запасы влаги в расчетном слое почвы, соответствующие HB, мм;

W_o - допустимые или фактические предполивные запасы воды в том же слое почвы, мм;

- плотность сложения расчетного слоя почвы, т/м³;

h_p - расчетная глубина промачивания, м;

- влажность почвы при HB, % массы сухой почвы;

- предполивная (допустимая) влажность почвы, % массы сухой почвы.

3.4.3 Допустимый порог иссушения почвы принято оценивать в долях от наименьшей влагоемкости (водоудерживающей способности) почвы.

3.4.4 Реализуемая поливная норма не должна превышать предельную (эрозионно допустимую) норму. Выполнение этого требования обеспечит защиту орошаемых почв от эрозии и сохранение их плодородия.

3.4.5 При поливе дождеванием следует учитывать неизбежные потери оросительной воды непосредственно на поле.

3.5 Оросительная норма брутто

3.5.1 Нормы водопотребности (оросительных норм брутто) рассчитывают по формуле

,

где М_бр и М_нт - оросительные нормы брутто и нетто соответственно;

- суммарный коэффициент, учитывающий потери воды на поле в процессе полива (, где - один из видов потерь, перечисленных ниже).

3.5.2 Коэффициент потерь воды на поле при дождевании учитывает потери:

- на испарение и унос ветром;

- на поверхностный сток и глубинную фильтрацию;

- из трубопроводной сети в пределах поля;

- из открытой временной сети, от которой работают дождевальные машины.

3.6 Укрупненные нормы водопотребности

Укрупненные нормы водопотребности для орошения представляют собой удельное потребление воды на единицу орошаемой площади под каждой группой сельскохозяйственных культур в регионе.

3.7 Средневзвешенные нормы водопотребности

3.7.1 Средневзвешенная норма водопотребности определяется на структурный поливной гектар. Под ним понимается фиктивная единичная площадь орошения, на которой условно выращиваются все характерные для данного района сельскохозяйственные культуры в соотношениях, соответствующих принятым севооборотам и структуре поля. Укрупненные показатели разрабатываются по регионам на основе норм орошения.

3.7.2 Средневзвешенные нормы потребности сельскохозяйственных культур в оросительной воде рассчитывают по формуле

,

где М_ср - средневзвешенная норма водопотребности (брутто-поле), отнесенная к структурному гектару;

M₁, М₂, М_i - оросительная норма брутто-поле i-й сельскохозяйственной культуры, м³/га;

K₁, K₂, K_i - коэффициент, учитывающий долю, %, i-й сельхозяйственной культуры в структуре орошаемых земель расчетной территории - административной области.

3.8 Состав базы данных

3.8.1 База данных включает в себя:

3.8.1.1 Базу метеоданных, которую группируют по регионам.

Один элемент базы - метеостанция, входящая в состав определенного федерального округа Российской Федерации, на которой хранятся метеорологические наблюдения за период от 35 до 60 лет (с марта по октябрь) по следующим параметрам:

- среднедекадная температура воздуха, °С;

- относительная влажность воздуха, %;

- среднедекадная скорость ветра, м/с;

- суммы декадных атмосферных осадков, мм.

Данные предоставлены государственными метеорологическими службами.

3.8.1.2 Данные по водно-физическим свойствам почвы и динамике изменения почвенных влагозапасов в конкретные годы.

3.8.1.3 Биоклиматические коэффициенты водопотребления и глубину корнеобитаемого слоя сельскохозяйственных культур.

3.8.1.4 Структуру посевных и орошаемых площадей по областям федеральных округов. В расчете использованы данные по материалам ФСХП - Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2006 г.