РОЗДІЛ 2
МЕТА, ЗАДАЧІ, УМОВИ, ОБ’ЄКТ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ
ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Мета і задачі досліджень
Виконаний аналіз літературних джерел показав необхідність розробки та
обґрунтування більш ефективних методів і способів теплових меліорацій з
використанням скидних теплих вод, які б забезпечували максимальні
тепломеліоративні ефекти і дозволяли б отримувати ранні і високі урожаї
сільськогосподарських культур.
Їх відсутність спонукала до виконання дисертаційного дослідження на тему:
„Теплова меліорація грунту скидною теплою водою за допомогою гідротехнічної
системи з теплообмінниками - рукавами (в умовах Західного Полісся України)”.
Науковою гіпотезою дослідження стала гіпотеза про те, що низькопотенційний
тепловий ресурс у вигляді скидної теплої води необхідно максимально наблизити
до зони росту рослин, тобто до кореневмісного шару грунту та приземного шару
повітря і використати при цьому гідротехнічні засоби розподілення води.
Такий підхід дозволить тепловий потенціал води спрямувати безпосередньо в зону
проживання рослин і за рахунок тепломеліоративних ефектів покращити тепловий
режим грунту, отримати можливість ранньої культивації рослин навесні
(березень-квітень), коли світлової енергії вже достатньо, а лімітуючим фактором
є температурний.
Технологічно вказане завдання може бути вирішене методом подачі та розподілу
теплої води шаром по поверхні грунту, а технічно реалізовано застосуванням
теплообмінників – оболонок із тонкостінних гнучких матеріалів (рукавів) з
каналами для пропуску води і отворами для розміщення рослин та створенням на їх
основі спеціальних гідротехнічних систем [115, 116, 120, 154, 156, 157].
Поставлене науково-практичне завдання в умовах України не досліджувалось і є
новим.
Тому за мету досліджень прийнято теоретичне та експериментальне обґрунтування
доцільності теплової меліорації грунту скидною теплою водою за допомогою
гідротехнічної системи з теплообмінниками - рукавами (на прикладі
природно-кліматичних умов Західного Полісся України).
Для досягнення поставленої мети були сформульовані наступні задачі:
1. Аналіз сучасних методів, способів, технологій і технічних засобів теплових
меліорацій, у тому числі з використанням скидних теплих вод.
2. Теоретичне обґрунтування термічної ефективності обігріву грунту
теплообмінниками - рукавами методами математичного моделювання процесів
теплообміну в ґрунті та їх реалізацією на ЕВМ.
3. Розробка і обґрунтування конструкції теплообмінника - рукава та визначення
основних технологічних параметрів його роботи.
4. Експериментальне дослідження термічної ефективності обігріву
теплообмінниками - рукавами та його вплив на гідротермічний режим грунту,
приземний шар повітря, поживний режим грунту, врожайність сільськогосподарських
культур на прикладі суниць.
5. Розробка і обґрунтування принципової конструктивної схеми гідротехнічної
системи поверхневого обігріву грунту теплообмінниками - рукавами та оцінка
техніко-економічної ефективності їх створення.
Об’єктом дослідження є – процеси теплової меліорації грунту шаром теплої води,
що рухається по його поверхні у герметичних оболонках – рукавах.
Предметом дослідження є – технологічні і технічні параметри процесу теплової
меліорації грунту гідротехнічною системою з теплообмінниками - рукавами та її
агроекономічна ефективність на прикладі умов Західного Полісся України.
Вирішення поставленої мети і завдань базувалось на методології теоретичних і
експериментальних досліджень. В основу досліджень ефективності теплової
меліорації покладено методологію А.М. Рокочинського на основі розробленої ним
моделі типу: „ефект – режим – технологія – конструкція”, для оптимізації
прийняття інженерних рішень у водорегулюванні на осушуваних землях. Для умов
теплових меліорацій ця модель нами трансформована до вигляду:
„тепломеліоративний ефект – технологія теплових меліорацій – конструкції
гідротехнічних тепломеліоративних систем” і прийнята за основу в дослідженнях.
Роботи, в яких вивчався температурний режим мінеральних ґрунтів Західного
Полісся України, свідчать про те, що температурний режим цих ґрунтів не є
оптимальним для вирощування всіх сільськогосподарських культур, а особливо
теплолюбних (табл. 2.1) [8, 23, 24, 90, 102].
В Західному Поліссі України прихід сонячної радіації (рис. 2.1, додаток Б) вже
в березні складає 6…7 ккал/см2, що повністю достатньо для активної
фотосинтетичної діяльності рослин. Але в результаті повільного прогрівання
ґрунту весною і частих заморозків період активної вегетації зміщується на
кінець квітня – початок травня.
Таблиця 2.1
Потреба сільськогосподарських культур в теплі [145]
Культура
Температура початку росту, 0С
Оптимальна температура для рослин, 0С
Середньобагаторічна, середньомісячна температура ґрунту на глибині 10 см в зоні
Західного Полісся, 0С
березень
квітень
травень
Кукурудза
10...11
25...30
3,4
9,4
19,3
Капуста
15...18
Огірки
12...15
25...30
Перець
15...16
28...30
Помідори
12…15
25...30
Цукровий буряк
20...25
Яра пшениця
4...5
18...20
Ячмінь
4...5
18...20
Суниця
5…7
18…20
Середньодобові температури грунту на глибині 10 см в умовах Західного Полісся
України (дані Волинського центру з гідрометеорології, метеостанція Маневичі),
впродовж розрахункового періоду (березень-травень), нижчі оптимальних для
більшості культур. І тільки лише для холодолюбних культур, таких як: озима
пшениця, жито, капуста, ячмінь, температура ґрунту у цей період досягає
оптимуму (див. додатки А, А.1, А.2).
Рис. 2.1. Динаміка інтенсивності середньодекадн
- Київ+380960830922