Содержание к диссертации
Введение
РОЗДІЛ 1 Сучасні технології та технічні засоби теплової меліорації грунту з використанням скидних теплих вод енергетики та промисловості .13
1.1 Проблема скидних теплих вод в енергетиці та промисловості 13
1.2 Шляхи корисного використання скидних теплих вод .15
1.3 Теплова меліорація земель з використанням скидних теплих вод .17
1.4 Гідротехнічні системи обігріву грунту на базі використання скидних теплих вод.. 22
1.5 Математичне моделювання теплових процесів у середовищі «грунт -повітря» при застосуванні тепломеліоративних заходів .31
1.6 Висновки до розділу 1 .36
РОЗДІЛ 2 Задачі, об’єкти, методи і методики досліджень .38
2.1 Обґрунтування, мета і задачі досліджень .38
2.2 Характеристика скидних теплих вод об’єкта дослідження 44
2.3 Характеристика агрокліматичних умов періоду досліджень 47
2.4 Методика експериментальних гідравлічних досліджень 51
2.5 Методика натурних тепломеліоративних досліджень і спостережень...57
2.6 Статистична обробка експериментальних даних .64
2.7 Методи і методики теоретичних досліджень теплообміну і теплопереносу при поверхневому обігріві грунту .67
2.7.1 Принципи математичного моделювання процесів теплообміну та теплопереносу при обігріві грунту 67
2.7.2 Принципи комп’ютерного моделювання роботи системи поверхневого обігріву грунту .69
2.8 Висновки до розділу 2 72
РОЗДІЛ 3 Обгрунтування принципових схем та основних параметрів елементів гідротехнічної системи поверхневого обігріву грунту 74
3.1 Обгрунтування форми оболонок-рукавів та принципової схеми блок-секції ГС ПОГ 74
3.2 Дослідження гідравлічних параметрів одиничних оболонок-рукавів 80
3.2.1 Дослідження гідравлічних характеристик оболонок-рукавів у формі трубопроводів 82
3.2.2 Дослідження впливу нерівностей поверхні на втрати напору в оболонках-рукавах .92
3.3 Дослідження гідравлічних параметрів блок-секцій із декількох оболонок-рукавів у формі трубопроводів 95
3.3.1 Дослідження гідравлічних характеристик блок-секцій 95
3.3.2 Дослідження рівномірності розподілу води в блок-секціях ГС ПОГ .104
3.4 Висновки до розділу 3 106
РОЗДІЛ 4 Натурні дослідження термічних ефектів та впливу поверхневого обігріву на температурний і водний режими грунту та приземного шару повітря 109
4.1. Вплив поверхневого обігріву грунту оболонками-рукавами на температурний режим грунту .111
4.1.1 Особливості формування температурного режиму грунту в блок-секції ГС ПОГ протягом вегетаційного періоду .111
4.1.2 Особливості формування температурного режиму грунту в блок-секціях ГС ПОГ у місячному та добовому циклах 114
4.2 Формування температурного режиму приземного шару повітря в блок-секціях ГС ПОГ 129
4.2.1 Особливості температурного режиму приземного шару повітря в блок-секціях ГС ПОГ протягом вегетаційного періоду 129
4.2.2 Особливості формування температурного режиму приземного шару повітря в в блок-секціях ГС ПОГ у місячному та добовому циклах 132
4.3 Зв’язок між температурним режимом повітря і грунту в блок-секції ГС ПОГ 143
4.4 Вплив поверхневого обігріву на водний режим грунту в блок-секціях ГС ПОГ 146
4.5 Висновки до розділу 4 155
РОЗДІЛ 5 Теоретичні дослідження процесів теплопередачі та теплообміну в блок-секції гідротехнічної системи поверхневого обігріву грунту . 157
5.1. Математична модель теплопередачі та теплообміну .157
5.2. Аналіз процесів теплопередачі та теплообміну в блок-секції ГС ПОГ .162
5.3 Висновки до розділу 5 170
РОЗДІЛ 6 Загальна конструкція та техніко-економічна ефективність створення гідротехнічних систем поверхневого обігріву грунту 171
6.1 Обгрунтування загальної конструкції ГС ПОГ .171
6.1.1 Дослідження теплотехнічних характеристик блок-секції ГС ПОГ .172
6.1.2 Загальна принципова схема ГС ПОГ .178
6.1.3 Обгрунтування параметрів водопровідної мережі ГС ПОГ 181
6.2 Агроефективність експлуатації ГС ПОГ з оболонками-рукавами 188
6.3 Економічна ефективність функціонування ГС ПОГ .189
6.4 Рекомендації виробництву 197
6.5 Висновки до розділу 6 .198
Висновки 200
Література .203
Додатки .225
- Теплова меліорація земель з використанням скидних теплих вод
- Характеристика агрокліматичних умов періоду досліджень
- Дослідження гідравлічних характеристик оболонок-рукавів у формі трубопроводів
- Особливості формування температурного режиму грунту в блок-секціях ГС ПОГ у місячному та добовому циклах
Теплова меліорація земель з використанням скидних теплих вод
За статистичними даними перше місце за кількістю води, забраної із водних об єктів, належить енергетиці та промисловості (близько 48 % водозабору). Вода в промисловості використовується на різноманітні потреби, зокрема, і як теплоносій для охолодження нагрітого у технологічних процесах обладнання, агрегатів, механізмів, інструменту і т.д. Найбільше використання води, як охолоджуючого середовища, припадає на чорну металургію – 17 %, хімічну та нафтохімічну промисловість – 6 %, харчову промисловість – 5 %, промисловість будівельних матеріалів – 3,5 % [21]. Проте максимальні об єми використання природної води для охолодження обладнання мають місце в електроенергетиці на теплових і атомних електростанціях.
Сучасна теплова електростанція (ТЕС) потужністю 1,0 млн. кВт потребує для нормальної роботи в літній період 45…50 м3/с води, а атомна електростанція (АЕС) - у 1,2-1,8 рази більше порівняно з тепловою. У процесі проходження води крізь охолоджуючі установки станцій (конденсатори турбін), вона відбирає тепло обладнання і нагрівається. Її температура, порівняно з початковою, підвищується влітку на 7…8 С, а взимку – на 12…14 С. Так, навесні її температура складає 20-25 С, що є важливим тепловим ресурсом для аграрного сектору [166, 136]. Для повторного її використання застосовують замкнені системи технічного водопостачання, у яких вода охолоджується в спеціальних водосховищах-охолоджувачах, бризкальних басейнах або градирнях [172]. І хоча за останні десятиріччя, внаслідок значного зменшення обсягів матеріального виробництва, кількість забраної води із водних об єктів у промисловості зменшилася, та разом з тим, в електроенергетиці, об єми споживання води і, відповідно, об єми скидних теплих вод, залишаються постійно сталими і досить значними. Так, за даними А.В. Яцика, енергетика як споживач водних ресурсів, щороку потребує близько 2,5 км3 водних ресурсів [170, 171, 172]. При скиданні нагрітої води з промислових підприємств, а особливо атомних електростанцій, у водні об єкти, температура води в них підвищується, що зумовлює явище «теплового забруднення» природного середовища. За діючими нормативами температура води не має перевищувати температуру води водойми більше чим на 3…5 С. Проте навіть незначний підігрів води, порівняно з природною температурою водного джерела, сприяє виникненню низки негативних біологічних і хімічних змін її якості: прискорюється обмін речовин організмів, які містяться в водоймі, збільшується споживання ними продуктів харчування та кисню з води, гальмуються процеси самоочищення води, збільшується ріст синьо-зелених водоростей (цвітіння води), підвищується випаровування з водної поверхні і мінералізація води, посилюються розвиток мікро- і макропланктону, змінюється колір і запах води тощо [91, 113, 158, 43, 141, 85, 140].
Крім того, при охолодженні циркуляційних вод в градирнях відбувається викид значної кількості тепла і вологи в атмосферу, що сприяє утворенню низької хмарності, зниженню сонячної освітленості, підвищенню вологості повітря в холодний період, утворенню туманів, ожеледиць, що можуть бути насиченими шкідливими для навколишнього середовища з єднаннями кислотного характеру і завдавати шкоди ґрунтовому покриву території, прилеглої до енергетичного підприємства [60, 91, 113, 85].
Аналогічна ситуація є притаманною промисловим підприємствам різних галузей, що використовують водні ресурси в теплообмінних технологічних циклах, а тому проблема використання теплих скидних вод залишається актуальною для будь-якої розвиненої країни і набула важливого значення. Вирішенням цієї проблеми вже декілька десятиліть займаються вчені провідних країн світу: США, Франції, Німеччини, Японії, Болгарії, Росії, Білорусії, а також України. Про це свідчить значна кількість опублікованих літературних джерел з означеної проблеми у різні роки [124, 163, 46, 68, 173, 186, 179, 195, 166, 136, 148, 190, 193, 183, 18, 176, 123, 35].
У провідних країнах світу ці наукові питання розглядались і розглядаються на рівні урядових наукових і виробничих програм. Так, у Німеччині у 80-ті роки минулого століття діяла урядова програма «Agrotherm». У колишньому СРСР розроблялась державна науково-технічна проблема, одним із завдань якої було “Розробити та перевірити технологію використання скидних теплих вод ТЕС і АЕС у сільському господарстві”.
З наукових позицій ця проблема має комплексний міждисциплінарний характер і підлягає всебічному аналізу фахівцями різних галузей з метою удосконалення технологій промислового виробництва, розробки ефективних, ресурсо- та енергозберігаючих способів використання (утилізації) скидного тепла промислових та енергетичних підприємств та застосування новітніх досягнень науки і техніки.
Порівняно низький температурний потенціал значної кількості скидних теплих вод (20-35 С) є основною перешкодою при використанні скидного тепла, зокрема в промислових масштабах. Цей тепловий ресурс, як вважають вчені, навіть має «від ємну» вартість, оскільки є технологічно необхідним і несе в собі негативне еколого-економічне навантаження.
Однак, учені і практики вже досить давно зауважили, що більшість представників флори і фауни потребують для свого розвитку саме такий діапазон температур, який мають скидні теплі води. Тому на практиці виявляються можливості науково обґрунтувати і виділити такі сфери людської виробничої діяльності, де застосування теплих скидних вод може дати значний екологічний та соціально-економічний ефект.
Серед перспективних шляхів використання скидних теплих вод науковці виділяють такі: S житлово-побутове теплопостачання, в тому числі з використанням теплонасосних установок [46, 68]; обігрів тваринницьких і тепличних комплексів [186, 19, 16]; S аквакультура та рибне господарство [15]; теплова меліорація ґрунту [94, 123, 64, 191, 175, 70]. Найбільш перспективним напрямом використання низькопотенціального тепла теплообмінних вод, як засвідчили розробки вчених різних країн, є його використання в сільському господарстві, а саме для потреб рослинництва [123, 49, 138, 145, 122, 28]. Причому найбільший ефект очікується від комплексного поєднання різних напрямків у складі так званих «енергобіологічних комплексів» (ЕБК), що вирішують одночасно проблеми промисловості, енергетики, сільського господарства, рибництва і навколишнього середовища [136, 146, 19, 149].
ЕБК, як правило, повинні включати в себе енергетичне чи промислове підприємство, яке має низькотемпературне скидне тепло, підприємство басейнової аквакультури, водоймище-охолоджувач, мікробіологічне та холодильне виробництво, тепличне господарство, ділянки грунту, що обігріваються і зрошуються теплою водою (тепломеліорований грунт).
Отримання продукції рослинництва в складі ЕБК пов язане з створенням ділянок тепломеліорованого грунту, зокрема використання теплої скидної води за допомогою спеціальних інженерних пристроїв для покращення теплових умов вирощування сільськогосподарських культур.
Характеристика агрокліматичних умов періоду досліджень
За таких умов обрахуємо частки поверхонь широких рукавів-оболонок, що обігрівають повітря та грунт як площі, що дотичні до них. За основу візьмемо дослідний рукав товщиною 0,05 м та з можливою кількістю наскрізних отворів в ньому під рослини від мінімальної до максимальної кількості, тобто від 2 до 12 на 1 погонний метр.
За умов використання широкого рукава товщиною 0,05 м питома площа поверхні, що обігріває повітря під укриттям складає 55 % (0,86 м2), а грунт – 45 % (0,7 м2) (рис. 3.2) на один погонний метр (без отворів для рослин). Уся площа теплообміну складає 1,56 м2.
В розрахунках лінію контакту оболонки з грунтом приймаємо від точки А до точки В знизу, а з повітрям – від точки А до точки В зверху (рис. 3.2). При умовній товщині оболонки h=0 довжини цих ліній будуть однакові, а при збільшенні товщини оболонки довжина верхньої лінії і, відповідно, площа контакту оболонки з повітрям теж збільшується.
Вище було показано, що на грядці шириною 1 м при використанні загущених посівів і розміщенні 4-х рядків доцільно широкий рукав трансформувати у не менше, як 5 окремих оболонок-трубопроводів (рис. 3.3). При створенні в оболонках-стрічках наскрізних отворів для висадки рослин, площа теплообміну з повітрям буде зростати за рахунок бічної поверхні отворів, а з грунтом, навпаки, зменшуватись.
Теоретично, при такій трансформації широкого рукава, питома площа теплообміну з грунтом наближається до нуля, бо коло має тільки одну точку контакту з поверхнею грунту, а площа теплообміну з повітрям складає всю величину бічної поверхні п яти труб діаметром 0,1 м, тобто 1,57 м/п.м. Фактично, в натурних умовах, певна площа контакту круглої оболонки-рукава з грунтом завжди існує за рахунок нерівності поверхні грунту та сплющення самого рукава. Умовно цю величину можна приймати до 5 % від загальної питомої площі теплообміну круглих рукавів. За такою схемою площа теплообміну з повітрям для схеми обігріву грунту п ятьма рукавами-трубопроводами діаметром по 0,1 м складе 1,49 м2/п.м. (95 %), а з грунтом 0,08 м2/п.м. (5 %). При цьому більше місця з являється для рослин і виникає можливість висаджувати (розміщувати) рослини вузькими рядками.
Зменшення кількості рукавів на ширині 1 м буде вести до зменшення теплової потужності системи обігріву і зменшення ступеня нагрівання повітря і грунту. При цьому можливе різне варіювання кількості рукавів, їх форми, діаметра тощо. Результати аналізу можливих варіантів схем широкого рукава 0,8 м із різною кількістю наскрізних отворів наведено в табл. 3.1.
Збільшення кількості наскрізних отворів до максимально можливого числа наближає його до варіанту перетворення у секцію із одиничних оболонок-трубопроводів з вузькими перетинками між отворами. При цьому зі збільшенням кількості отворів зменшується загальна площа теплообміну. Найбільш раціональним можна вважати рукав з отворами 0,1 м. Навіть при 12 отворах на 1 п.м. (12 рослин) площа теплообміну складає 1,503 м2, що майже рівноцінно варіанту з 5-ти круглих оболонок-рукавів діаметром 0,1 м у вигляді трубопроводів.
Очевидно, що при ширині грядки 0,8 м на ній може бути розташовано максимально 4 оболонки-рукава у вигляді трубопроводів та 3 рядки рослин. Щодо довжини рукавів-оболонок для однієї секції-грядки, то вона може бути прийнята різною, виходячи із господарських умов, але не більше певної максимальної довжини, яка не дозволяє ефективно експлуатувати ділянку грунту-грядку.
Із господарсько-організаційних умов довжина грядки може бути від 5 до 30 м і більше. І. В. Романюк рекомендує довжину оболонки-рукава приймати в межах до 20 м. В умовах створення реального господарства тепломеліорованого грунту на площі до 1 га довжина блок-секції та, відповідно рукавів, може бути 20-25 м [123]. На цю величину вказує також досвід експлуатації парників та плівкових тунельних укриттів. Рух води в оболонках-рукавах, як і у будь-яких трубопровідних мережах, описується диференціальним рівнянням руху рідини та фундаментальними положеннями теорії руху рідини зі змінною витратою. Вагомий вклад в розвиток цієї теорії зробили Н.Г. Малішевський, В.М. Макавеєв, І.М. Коновалов, Я.Т. Ненько, Г.А. Петров, П.Г. Кисельов, М.С. Таршиш, В.Н. Талієв, О.Я. Олійник, В.В. Смислов, А.І. Єгоров, М.Г. Хубларян, А.М. Кравчук, І.І. Науменко, Simon N., Zsak E., Claudio D. та ін. В роботах Кравчука А.М., Науменка І.І., Волощука В.А., Токар Л.О., Пашкевич О.І. [66, 89, 25, 143, 102] вдосконалено методику інженерного розрахунку та математичні моделі, які описують рух рідини в розподільчих і збірних трубопроводах гідротехнічних систем. Гідравлічні дослідження підґрунтових ГС із пластмасових труб провів Ольховик О.І. У його дисертаційній роботі [94] досліджено конструктивні схеми розміщення елементів та визначені найбільш раціональні схеми подачі та відводу теплоносія до блок-модулів підґрунтових ГС з точки зору рівномірності розподілу води та обігріву грунту, встановлені залежності для розрахунку коефіцієнта гідравлічного тертя обігрівачів та гідравлічних характеристик блок-модулів при різноманітному рельєфі в умовах напірного режиму, досліджено вплив температурних факторів на режим роботи підґрунтових систем та розроблена методика інженерного розрахунку. Гідравлічні аспекти систем поверхневого обігріву грунту широкими рукавами-оболонками частково досліджувались І.В. Романюком під керівництвом В.П. Вострікова [123]. Оболонки-рукави фізично являють собою гнучкі тонкостінні трубопроводи. До них, частково, можна віднести гнучкі трубопроводи, що знайшли широке застосування в меліорації, зокрема при поверхневому поливі, краплинному зрошенні, у водопровідних системах дощувальних машин, при транспортуванні води для пожежогасіння тощо. Вивченням гідравліки та аналізом гідравлічних опорів таких трубопроводів займалися Г.А. Сухоручкін, Е.П. Окуліч-Казарін, М.Д. Челюканов, З.А. Сиром ятнікова, В.А. Сурін, А.І. Петрухно, Г.Я. Ян, Х.Д. Бікмамотов, І. Верлев, І. Богарді, В.О. Орлов, Є.В. Анісімов, І.В. Войтович та ін.
Дослідження гідравлічних характеристик оболонок-рукавів у формі трубопроводів
Досліджено вплив штучних нерівномірностей на поверхні грунту на характер формування втрат напору в оболонках-рукавах, встановлено емпіричні залежності гідравлічного похилу оболонки-рукава діаметром 50 мм в умовах підтопленого витікання за різної питомої нерівномірності поверхні, отримано узагальнену залежність втрат напору від витрати з врахуванням коефіцієнта нерівномірності поверхні для рукава діаметром 50 мм. Встановлено, що для невеликих витрат води в рукавах (0,1-0,3 л/с) нерівності поверхні висотою 2-3 см збільшують втрати напору при транспортуванні води на незначну величину (1-2 міліметри) і ними можна нехтувати у практичних розрахунках.
Експериментально досліджено 11 принципових схем компонування секцій із рукавів-оболонок з фасонними частинами підведення і відведення води до розподільчого та збираючого колекторів, виявлено вплив на формування втрат напору в них різних видів фасонних частин та монтажних вставок, отримано емпіричні залежності зміни втрат напору води в секціях із п яти рукавів для умов вільного та під топленого витікання. Визначено, що при витраті води в секції в межах 1,0-1,4 л/с втрати напору в ній складають для більшості схем - 4-7 см і витрачаються на подолання місцевих опорів у розподільчому та збираючому колекторах, оскільки втрати напору в рукавах складають лише декілька міліметрів. До практичного використання рекомендовано схему №9 (рис. 3.12). бічних оболонках запропоновано комплектувати розподільчі колектори розподілювачами потоку води спеціальної конструкції. Досліджено ефективність роботи розподілювача потоку води у розподільчому колекторі, показано доцільність його застосування для покращення розподілу води між оболонками-рукавами. Рекомендовано схему №9 доповнити розподілювачем потоку води у розподільчому колекторі.
Особливістю проживання рослин є їхнє перебування одночасно у двох дуже різних за властивостями середовищах – грунті і повітрі. Верхній, родючий шар грунту і приземний шар повітря, разом, утворюють середовище проживання рослин. Тому методи, способи і технічні засоби теплових меліорацій повинні бути спрямовані на все середовище проживання рослин, і грунт, і повітря. Дослідження процесів формування теплового режиму та оцінка теплового стану має також проводитись для двох середовищ, теплові процеси у яких тісно взаємопов язані. Натурні дослідження дозволяють отримати фактичні дані з формування водно-теплового режиму грунту і приземного шару повітря у реальних умовах і, тим самим, визначити більш достовірно тепломеліоративну ефективність ПОГ та порівняти отримані дані з теоретичними моделями. Метою ПОГ, як інженерного тепломеліоративного заходу, є покращання теплового режиму, в першу чергу, у несприятливі періоди. Такими несприятливими періодами для рослин є ранньовесняні місяці, коли сонячної радіації вже достатньо для освітлення, але недостатньо для нагрівання грунту і приземного шару повітря. ПОГ оболонками-рукавами відноситься до активних способів впливу на тепловий режим грунту та приземного шару повітря, тому від нього варто очікувати значного підвищення температури в середовищі проживання рослин. Головним завданням натурних досліджень є встановлення особливостей і закономірностей його формування за різних природно-кліматичних і часових умов. Дослідженням теплового режиму грунту в природних умовах присвячена значна кількість наукових праць, зокрема і при застосуванні різноманітних тепломеліоративних заходів [58, 123]. Так, в роботі Романюка І.В. [123] досліджено формування гідротермічного режиму грунту навесні, в добовому та місячному циклах, встановлено його закономірності та особливості при ПОГ широкими рукавами-стрічками з круглими отворами для рослин. Встановлені також певні кількісні і якісні показники оцінки впливу обігріву на температурний і водний режим грунту та приземного шару повітря. Зміна форми оболонки-рукава з одиничного широкого на рукави-трубопроводи, що розташовані у міжряддях (див. розділ 3.1), змінює умови теплообміну та теплопередачі в системі «грунт - оболонка - приземний шар повітря», що не може не відобразитись на формуванні теплового режиму в середовищі «грунт - рослина - приземний шар повітря». З метою дослідження цих особливостей нами були проведені натурні дослідження роботи однієї блок-секції ГС ПОГ і досліджено вплив ПОГ оболонками-трубопроводами на комплекс основних факторів: температурний і водний режими. Дослідження проводились на дослідній ділянці на землях приватного фермерського господарства в межах приміської зони м. Рівне (див. розділ 2). Як відомо, ефективність будь-якого тепломеліоративного заходу характеризується локальним і середнім об ємним показником термічного ефекту [117].
Особливості формування температурного режиму грунту в блок-секціях ГС ПОГ у місячному та добовому циклах
Зміни в температурному режимі ґрунту в умовах поверхневого обігріву, що викладені вище, без сумніву відображаються і на формуванні його водного режиму. Вплив поверхневого обігріву на формування водного режиму ґрунту вивчався нами шляхом систематичних спостережень за режимом вологості ґрунту на ділянці з поверхневим обігрівом та на контрольній ділянці, результати яких викладені в даному розділі.
Для оцінювання вологозабезпеченості сільськогосподарських культур зазвичай використовують показники найменшої вологоємності (НВ) та вологості в янення (ВВ), максимально та мінімально допустимої вологості, які характеризують продуктивний запас вологи в грунті та наведені у додатку З.
Основний вплив на формування водного режиму ґрунту здійснюють атмосферні опади, температура повітря й грунту, характер рослинності і фізичні властивості ґрунту. В умовах грунту, закритого плівковим укриттям, опади фактично не впливають на водний режим грунту, а його формування відбувається за механізмами перерозподілу вологи в межах укриття.
Під впливом нагрівання грунту та розвитку рослин відбувається інтенсивне фізичне випаровування та транспірація вологи рослинами з наступною конденсацією вологи на внутрішній поверхні плівки та стіканням конденсату по плівці. Конденсат, що стікає по внутрішній поверхні плівки та атмосферні опади, які стікають по зовнішній стороні плівки формують специфічний для укриття водний режим грунту (рис. 4.15).
Під плівковим укриттям виникає специфічний кругообіг вологи. Частина вологи, що конденсувалась на внутрішній поверхні плівки, падає вниз на грунт, рукави і рослини, а частина стікає по плівці у бокові смуги грунту, зволожуючи його. Ці бокові смуги грунту біля першого і п ятого рукавів додатково зволожуються також атмосферними опадами, що потрапляють на укриття ззовні.
Такий механізм кругообігу вологи приводить до того, що волога під укриттям довгий час зберігається у нормативних межах, грунт біля бічних країв ділянки додатково зволожується, а смуги грунту між 2 і 3 та 4 і 5 рукавами частково втрачають вологу (підсихають). При провітрюванні укриттів починаються інтенсивні втрати вологи за межі простору укриття разом з повітрям. В цей час кореневий шар грунту підсихає і виникає потреба у додатковому зволоженні грунту. Проаналізуємо динаміку зміни вологості та вологозапасів у грунті у натурному експерименті 2011 року. Загальний характер зміни вологості грунту у шарі 0-50 см є майже однаковим і на контролі, і на ділянці з поверхневим обігрівом (рис. 4.16, 4.17, додаток И). Вологість поступово зменшується протягом березня-травня від певного максимального значення, яке дорівнює повній вологоємності (ПВ), що складає для грунту дослідної ділянки 42,2 % на початку березня, до певного мінімального – допустимого значення, яке складає 60 % від найменшої вологоємності (НВ). Середнє значення НВ складає для грунту дослідної ділянки обігріву 29,4 %, а 0,6 НВ=17,6 %. Вологість грунту на ділянці з обігрівом у березні-квітні, коли тунельне укриття закрите, утримується вище НВ, причому на початку розігріву і відтаювання грунту вологість досягає рівня ПВ. Із збільшенням температур грунту при обігріві, інтенсивним ростом рослин (полуниць), збільшенням сумарного випаровування, починається поступове зменшення вологості грунту, особливо у шарі 0-10 см. При цьому найбільші втрати вологи і підсихання грунту відбувається в шарі 0-5 см. Інтенсивність втрати вологи на ділянці обігріву грунту зростає при нарощуванні урожаю полуниць у кінці квітня та при одночасному зростанні інтенсивності провітрювання тунелів вдень. У цей час виникає необхідність проведення заходів з додаткового зволоження грунту. Протягом травня місяця (після збору урожаю і зняття плівкового укриття) грунт переходить у природний стан і при діючому обігріві вологість грунту поступово ще зменшується, що вимагає проведення постійного моніторингу за вологістю грунту і, при потребі, подачі певних порцій (норм) води на зволоження. Аналіз даних спостережень за динамікою вологості досліджуваного контрольного ґрунту показує, що найбільша вологість спостерігається на початку розрахункового періоду, а найменша – в кінці. Висока вологість ґрунту на початку розрахункового періоду обумовлюється насиченням його вологою в період сніготанення і рясних весняних дощів, а спад вологості впродовж розрахункового періоду проходить під впливом випаровування її із ґрунту, посиленої транспірації і споживання вологи рослинами. На контрольній ділянці, яка не обігрівалась, вологість грунту також поступово зменшувалась, проте у березні і до середини квітня тримається на рівні НВ. Зменшення вологості в контрольному грунті починається з середини квітня, коли значно зростають температури повітря на дослідній ділянці. Збільшення вологості на контрольній ділянці відбувається за рахунок природних опадів. Значні опади, що пройшли наприкінці квітня, дозволили підвищити вологість грунту з 15-20 % до 28-30 %. У подальшому (у травні) вологість грунту на контрольній ділянці поступово зменшується, особливо у шарі 0-10 см за рахунок збільшення втрат на сумарне випаровування і відсутності опадів, що могли б покрити цей дефіцит.
Аналогічні тенденції мають місце і в зміні вологозапасів у грунті (табл. 4.21 та рис. 4.18). Особливостями формування вологозапасів є наступні. При розігріві грунту, таненні льоду і снігу, у грунті, що обігрівається, мають місце максимальні запаси вологи. Так у шарі 0-10 см вони досягають 47-50 мм, а у шарі 0-50 см 225-230 мм. До кінця березня, у наслідок роботи системи обігріву, інтенсивного сумарного випаровування і провітрювання укриття вони зменшились до 14 мм у шарі 0-10 см та до 128 мм у шарі 0-50 см.
Було витрачено понад 35 мм у шарі 0-10 см та біля 100 мм у шарі 0-50 см за березень-квітень. Таке зменшення вологозапасів, особливо у верхньому шарі, викликало необхідність поповнити вологозапаси в грунті і провести полив. Полив було проведено за допомогою системи краплинного зрошення, що була змонтована із краплинних стрічок, укладених у рядки біля рослин.