АГРОНОМИЯ

В.И. Ольгаренко, член-корреспондент РАН, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А.К. Кортунова -

филиал Донского государственного аграрного университета

РФ, 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Пушкинская,111

Г.В. Ольгаренко, член-корреспондент РАН, профессор

Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга»

РФ, 140483, Московская обл., Коломенский гор. окр., пос. Радужный, 38

И.В. Ольгаренко, доктор технических наук, доцент

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А.К. Кортунова -

филиал Донского государственного аграрного университета

В.И. Ольгаренко, кандидат технических наук

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации

РФ, 346421, Ростовская обл., г. Новочеркасск, Баклановский пр-т, 190

E-mail: olgarenko@mail.ru

УДК 631.675

DOI:10.30850/vrsn/2022/1/42-46

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭВАПОТРАНСПИРАЦИИ

С УЧЕТОМ ВЕРОЯТНОСТНОГО ХАРАКТЕРА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ

И ВОДНОБАЛАНСОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Цель работы - найти и определить точность модели расчета эвапотранспирации с учетом вероятностного характера

гидрометеорологической и воднобалансовой информации орошаемого агроландшафта. Многолетними экспериментальными

исследованиями на оросительных системах Юга России для различных почвенно-климатических зон орошения установлены

эмпирические зависимости эвапотранспирации сельскохозяйственных культур и фактической влагообеспеченности корне-

обитаемого слоя почвы для соответствующих фаз развития растений с последующим сравнением полученных результатов

с данными потенциальной эвапотранспирации по метеостанциям. Вычисленные абсолютные значения коэффициентов кор-

реляции между сопоставляемыми значениями эвапотранспирации и составляющими характеристиками водного баланса

изменяются в широком диапазоне от 0,34 до 0,98, а эмпирические зависимости в общем виде описываются нелинейными

математическими уравнениями. Значительное повышение точности определения фактических величин эвапотранспирации

сельскохозяйственных культур для конкретных почвенно-климатических зон орошения - главный фактор по установле-

нию как фактической динамики изменчивости влагозапасов в расчетном слое почвы, так и достоверных поливных и оро-

сительных норм в течение всего периода. Установлено, что методика определения изучаемых параметров по уравнениям:

А.М. Алпатьева дает существенные ошибки; С.И. Харченко - в целом удовлетворительная, однако показывает недопусти-

мые отклонения в частных решениях; искомой модели - хорошая, с допустимыми отклонениями расчетных величин от их

фактических значений.

Ключевые слова: эвапотранспирация, потенциальная эвапотранспирация, влагозапасы, статистика, методика, точ-

ность, Юг России.

V.I. Ol’garenko, Сorresponding member of the RAS, Professor, Honoured Scientist of the Russian Federation

Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute - branch of the Don State Agrarian University

RF, 346428, Rostovskaya obl., g. Novocherkassk, ul. Pushkinskaya, 111

G.V. Ol’garenko, Сorresponding member of the RAS, Professor

Federal State Budget Scientific-Research Establishment «All-Russia Scientific Research Institute for Irrigation

and Farming Water Supply Systems «RADUGA»

RF, 140483, Moskovskaya obl., Kolomenskij gor. okr., pos. Raduzhnyj, 38

I.V. Ol’garenko, Grand PhD in Engineering sciences, Docent

Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute - branch of the Don State Agrarian University

V.I. Ol’garenko, PhD in Engineering sciences

Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems

RF, 346421, Rostovskaya obl., g. Novocherkassk, Baklanovskij pr-t, 190

E-mail: olgarenko@mail.ru

ACCURACY EVALUATION OF EVAPOTRANSPIRATION DETERMINING

TAKING INTO ACCOUNT THE PROBABILISTIC NATURE

OF HYDROMETEOROLOGICAL AND WATER BALANCE INFORMATION

The purpose of the scientific article is to develop and determine the accuracy of the model for calculating evapotranspiration, taking

into account the probabilistic nature of the hydrometeorological and water balance information of the irrigated agricultural landscape.

Empirical dependences of various crops evapotranspiration and the actual moisture supply of the soil root layer have been determined

for the corresponding phases of plant development by long-term experimental studies on the irrigation systems of the South Russia region

for various soil and climatic irrigation zones, followed by comparison of the data obtained with the potential evapotranspiration data at

the corresponding meteorological stations. Data analysis shows that the calculated absolute data values of the correlation coefficients

between the compared values of the studied parameters vary in a wide range from 0.34 to 0.98, and obtaining empirical dependencies is

generally described by nonlinear mathematical equations. Thus, it was found that the method for determining the parameters under study

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 1-2022

АГРОНОМИЯ

according to A.M. Alpatev equation gives significant errors; according to S.I. Kharchenko equation - is generally satisfactory, but allows

unacceptable deviations in particular solutions; according to model - a good one, with allowable deviations of the calculated values from

their actual values.

Key words: evapotranspiration, potentional evapotranspiration, moisture reserves, statistics, methodology, accuracy, South of Russia.

Информационно-аналитический анализ спе-

на опытных орошаемых участках различных по-

циальных литературных материалов как в рос-

чвенно-климатических зон Юга России, в том

сийской [1-3], так и зарубежной мелиоративной

числе Ростовской области, на основе нового мето-

практике [5] указывает на наличие разных эм-

дического подхода, позволил установить фактиче-

пирических зависимостей определения эвапо-

ские значения эвапотранспирации, потенциальной

транспирации сельскохозяйственных культур,

эвапотранспирации, и элементов водного баланса

которые очень важны в расходной части уравне-

орошаемого поля. Значения для условий Ростов-

ния водного баланса орошаемого поля. Величина

ской области были сопоставлены с данными, по-

эвапотранспирации зависит от природных фак-

лученными на соответствующих метеостанциях за

торов (водно-физические и химические свойства

тридцатилетний период и установлена их взаимос-

почвы, фактические гидрометеорологические

вязь на основании рассчитанных коэффициентов

условия, влажность почвы, гидрологические ха-

корреляции с последующим определением стати-

рактеристики участков соответствующих зон

стических характеристик количественной измен-

орошения) и физиологических свойств растений,

чивости для каждого показателя.

прогрессивных технологий их возделывания с

Выявлена степень влияния каждого гидромете-

учетом мелиоративного профиля. Чтобы опреде-

орологического фактора на величину эвапотран-

лить объемы подачи воды в хозяйства различных

спирации и других изучаемых параметров, полу-

форм собственности, и расположенные в зонах

ченных на опытных участках различных почвенно-

обслуживания федеральных оросительных си-

климатических зон орошения, степень точности

стем, необходимо установить с достаточной сте-

которой определяется абсолютным значением ко-

пенью точности величины эвапотранспирации

эффициента корреляции. Например: «эвапотран-

сельскохозяйственных культур для соответствую-

спирация - потенциальная эвапотранспирация»,

щих природно-климатических зон.

r = 0,96 (надежная и точная связь); «урожайность

Для решения данной проблемы необходимо, во-

сельскохозяйственных культур - эвапотранспи-

первых, теоретически обосновать и вывести обоб-

рация» и

«потенциальная эвапотранспирация»,

щенные эмпирические зависимости по определе-

соответственно, r = 0,86 и r = 0,76 (хорошая взаи-

нию величины эвапотранспирации на основе ме-

мосвязь и достаточная точность); «урожайность -

тодологического подхода с учетом вероятностного

оросительная норма», r = 0,51 (очень слабая взаимо-

характера динамики фактических метеорологиче-

связь и недостаточная точность).

ских параметров и тепловлагообеспеченности в рас-

четном слое почвы, обеспечивающих значительное

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

повышение точности величины эвапотранспира-

ции. Во-вторых, следует провести статистический

Экспериментальными исследованиями установ-

анализ и установить закономерности за продолжи-

лены эмпирические зависимости эвапотранспира-

тельное время между фактическими значениями

ции сельскохозяйственных культур от фактической

эвапотранспирации и гидрометеорологическими

влагообеспеченности корнеобитаемого слоя почвы

параметрами на экспериментальных участках раз-

по фазам развития растений с последующим срав-

личных природно-климатических зон орошения с

нением в относительных координатах полученных

соответствующими вышеуказанными величинами,

значений эвапотранспирации с величинами по-

полученными на метеорологических и воднобалан-

тенциальной эвапотранспирации, определяемыми

совых станциях, в зоне обслуживания которых рас-

по данным метеостанций с учетом фаз развития

полагаются опытные участки.

растений (рис. 1), которые описываются уравне-

Данный методологический подход обеспечи-

ниями параболы:

вает наиболее рациональное и эффективное ис-

пользование водных ресурсов, повышает точность,

надежность и реализацию внутрихозяйственных и

(1)

системных планов водопользования, а также важен

при диспетчерском управлении водораспределени-

ем по системе оросительных каналов.

Цель работы - найти и определить точность мо-

где Eω - потенциальная эвапотранспирация по

дели расчета эвапотранспирации с учетом вероят-

данным метеостанции, мм; W₀ - относительные

ностного характера гидрометеорологической и во-

днобалансовой информации.

влагозапасы:

; W_Н, W_К, WНВ -

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Анализ результатов многолетних исследова-

влагозапасы, соответственно, начальные, конечные

ний [4] по определению фактической величины

и при влажности, наименьшей влагоемкости (НВ),

эвапотранспирации сельскохозяйственных культур

мм; a, а₁ и а₂ - эмпирические коэффициенты.

АГРОНОМИЯ

тически полученной обобщенной эмпирической

(а)

зависимости (1):

ET W

P M V

(2)

где P - эффективные осадки, мм; M, Vgr, Vsp, Vu -

соответственно величины оросительной нормы,

подпитки грунтовыми водами, поверхностного стока,

инфильтрации, мм.

Преобразовав уравнения (1) и (2), получаем:

(б)

(3)

Обозначив известную величину при неизвест-

ном в первой степени и известную при неизвестной

величине во второй как коэффициенты А₁, А₂ и А₃,

выводим квадратное уравнение, определяющее ве-

личину конечных влагозапасов в расчетном слое

почвы:

(4)

(в)

(5)

(6)

Рис. 1. Эмпирические зависимости эвапотранспирации

люцерны от продуктивных влагозапасов: a - отрастание

(7)

(r = 0,90), б - бутонизация (r = 0,92), в - начало цветения

(r = 0,99).

где А₁, А₂, А₃ - коэффициенты перехода, необходи-

Для расширения ареала применения разрабо-

мые для вывода квадратного уравнения.

танного методологического подхода по определе-

Для нахождения фактических значений эвапо-

нию фактических значений эвапотранспирации

транспирации сельскохозяйственных культур про-

сельскохозяйственных культур на основе данных

ведены преобразования:

наблюдений за гидрометеорологическими па-

раметрами теоретически разработана и обосно-

(8)

вана методика расчета неизвестных величин в

уравнении водного баланса орошаемого участка.

Сущность ее заключается в нахождении искомых

величин: фактические значения эвапотранспи-

рации соответствующей сельскохозяйственной

культуры и конечные влагозапасы в расчетном

(9)

слое почвы.

Применяем способ совместного решения урав-

нения водного баланса орошаемого поля (2) и фак-

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 1-2022

АГРОНОМИЯ

(10)

Обозначим:

(11)

(12)

.(13)

Получаем квадратное уравнение, решение кото-

рого определяет величину эвапотранспирации:

(14)

Фактические величины эвапотранспирации

сравнивали с разработанной методикой (17) и об-

щепринятыми аналитическими зависимостями

А.М. Алпатьева (15) и С.И. Харченко (16) стандарт-

ными методами математической статистики с полу-

ченными коэффициентами внутриродовой корре-

Рис. 2. Фактические (WKф) и расчетные (W ) влагозапасы

KТ

ляции менее 0,5 (рис. 2):

почвы: сплошная и пунктирные линии указывают на WKф = W_K

и ± 5 % их равенства соответственно.

(15)

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Бородычев, В.В. Технико-технологические основы ре-

(16)

гулирования гидротермического режима агрофитоце-

ноза в условиях орошения / В.В. Бородычев, М.Н. Лы-

тов // Научная жизнь. - 2019. - Т. 14. - № 10(98). -

С. 1484-1495.

(17)

2. Васильев, С.М. Регулирование управленческих про-

цессов в структурированных проблемных ситуациях

АПК / С.М. Васильев, Ю.Е. Домашенко // Вестник

Отклонение величин влагозапасов в расчет-

российской сельскохозяйственной науки. - 2018. -

ном слое почвы за вегетацию, рассчитанных по

№ 4. - С. 12-13.

эмпирической зависимости (15), от фактических

3. Лихацевич, А.П. Использование обобщенной математи-

значений - на 1,0…20,0 %; (16) - 0,5…10,0; (17) -

ческой модели для анализа результатов многофакторных

1,0…5,0 %;

агрономических опытов / А.П. Лихацевич // Мелиора-

Если критерий качества η  0,5 - методика рас-

ция и водное хозяйство. - 2018. - № 1. - С. 19-23.

чета хорошая с доспустимыми отклонениями ве-

4. Ольгаренко, В.И. Оптимизация процессов водополь-

личин; 0,5 < η  0,8 - в целом удовлетворительная

зования на основе методологии ландшафтно-эколо-

с недопустимыми отклонениями; η > 0,8 - дает

гического подхода: монография / В.И. Ольгаренко,

существенные ошибки в отдельные временные пе-

Г.В. Ольгаренко, И.В. Ольгаренко. - Новочеркасск:

риоды.

Лик, 2019. - 624 с.