A methodology for determining the irrigation rate value, which ensures the formation of a primary local contour of moistened soil in the soil space under drip irrigation with one drip emitter has been developed. The methodological and factual basis of the development were materials and empirical dependencies obtained from the data of author's field studies of local moisture contours formed under various soil conditions with top and ground drip irrigation. The known approaches to the calculation of drip irrigation rates of plants were analyzed and evaluated, a direction of the development of the methodology was determined. Based on the materials of field and their laboratory investigation, 11 contour profiles of drip-moistened soil formed under various soil and technological conditions of drip irrigation were obtained. Soil conditions are characterized by a wide range of changes in the following parameters: the content of physical clay is from 20.8 to 74.6% of the dry soil weight (DSW), the lowest moisture capacity is from 16.9 to 32.2% of DSW, the level of pre-irrigation moisture is from 60 to 70% of the lowest moisture capacity. Moisture contours were formed with an average soil moisture content of 90% of the lowest moisture capacity. Empirical dependencies were obtained for determining the maximum and average radius (diameter) of moisture contours at given depths of the moistened soil layer, which make it possible to predict the volumes of moisture contours. The dependence and a procedure for calculating the irrigation rate value, which ensures the formation of a moisture contour of a given depth and a given soil hydration level are obtained for a wide range of granulometric and water-physical characteristics of soils. A procedure for calculating the irrigation rate required for the formation of a local moisture contour in soil space with specified dimensional and moisture parameters during irrigation water delivery by one drip micro emitter is proposed. | Разрабатывали методику определения величины поливной нормы, обеспечивающей формирование в почвенном пространстве первичного локального контура увлажненной почвы при капельном поливе одной капельницей. Методологическую и фактологическую основу разработки составили материалы и эмпирические зависимости, полученные по данным полевых авторских исследований локальных контуров влажности, формирующихся в различных почвенных условиях при надземном и наземном капельном орошении. Результаты и обсуждение. Проведен анализ и дана оценка известных подходов к расчету поливных норм для капельного орошения растений, определено направление разработки методики. По материалам полевых исследований и их камеральной обработки получено 11 профилей контуров капельно-увлажненной почвы, сформировавшихся в различных почвенных и технологических условиях капельного полива. Почвенные условия характеризуются широким спектром изменения их параметров: содержание физической глины от 20,8 до 74,6% массы сухой почвы (МСП), наименьшая влагоемкость от 16,9 до 32,2% МСП, уровень дополивной влажности от 60 до 70% наименьшей влагоемкости. Формировались контуры увлажнения со средней влажностью почвы, составляющей 90% от наименьшей влагоемкости. Получены эмпирические зависимости для определения максимального и среднего радиуса (диаметра) контуров влажности при заданных глубинах увлажняемого слоя почвенной толщи, позволяющие прогнозировать объемы контуров влажности. Получены зависимость и методика расчета величины поливной нормы, обеспечивающей формирование контура влажности заданной глубины и заданного уровня увлажнения почвы, для широкого спектра гранулометрических и водно-физических характеристик почв. Предложена методика расчета поливной нормы, необходимой для формирования в почвенном пространстве локального контура влажности с заданными размерно-влажностными параметрами при подаче поливной воды одним капельным микроводовыпуском.

The purpose of the research is to develop an algorithm for soil water regime modeling on reclaimed fields of double regulation reclamation systems (drainage-humidification, drainage-irrigation) further to develop information and software tools ensuring rapid soil water management regimes on reclaimed agricultural fields in various regions of the Russian Federation. The methodological and informational basis was formed by methods of collecting and processing information, methods of systematization, regulatory-technical documents, information technology methodology, as well as existing means of information technology support to land reclamation problems. The simulation algorithm includes 3 stages: preparation for simulation, simulation itself, simulation results evaluation. At the modeling stage, the water supply mode to the object (reclaimed field) by the surface method (sprinkling) and (or) by moistening (feeding) with groundwater was set, and then the moisture content at the object was calculated. At the stage of evaluating the modeling results, the terms, discharges and volumes supplied to the object by the surface method and by moistening the soil with groundwater were determined. The data on the results of the modeling were formed. To display the results visually, the main screen form of the water regime modeling program in "Water consumer" control loop was developed. As a result of the research, the water regime modeling algorithm in "Water consumer" control loop (reclaimed field) was developed. The developed algorithm makes it possible to adjust quickly the moisture storage in soil for given crop irrigation regimes due to sprinkling and (or) raising the groundwater level. | Цель исследований - разработка алгоритма моделирования водного режима почв на мелиорируемых полях мелиоративных систем двойного регулирования (осушительно-увлажнительных, осушительно-оросительных) для последующей разработки информационных и программных средств, обеспечивающих возможность оперативного регулирования водных режимов почв на мелиорируемых полях с.-х. культур в различных областях и регионах РФ. Методологическую и информационную основу составили методы сбора и обработки информации, методы систематизации, нормативно-технические документы, положения по разработке информационных технологий, а также существующие средства информационно-технологической поддержки задач в мелиорации. Алгоритм моделирования включает в себя 3 стадии: подготовка к моделированию, непосредственно моделирование, оценка результатов моделирования. На стадии моделирования задавался режим подачи воды на объект (мелиорируемое поле) поверхностным способом (дождевание) и (или) путем увлажнения (подпитки) грунтовыми водами и далее рассчитывались влагозапасы на объекте. На стадии оценки результатов моделирования определялись сроки, расходы и объемы, подаваемые на объект поверхностным способом и путем увлажнения почвы грунтовыми водами, формировались данные о результатах моделирования. Для визуального отображения результатов разработана главная экранная форма программы моделирования водных режимов в контуре регулирования "Водопотребитель". В результате исследований разработан алгоритм моделирования водных режимов в контуре регулирования "Водопотребитель" (мелиорируемое поле). Разработанный алгоритм позволяет оперативно проводить регулирование влагозапасов в почве для заданных режимов орошения культур за счет дождевания и (или) поднятия уровня грунтовых вод.

The research purpose is to develop the concept of irrigation management systems using integrated artificial intelligence technologies (IAIT). The working hypothesis is the assumption of the priority of the cluster application of IAIT in solving urgent problems of irrigation management. The basis of the information-computing unit of the irrigation control system should be deterministic algorithms using practically proven solutions. Within the framework of the proposed concept, a neural network can be used as the basis for solving a problem, or it can only be used to adapt the parameters of the models used. The meeting points of traditional, analytical irrigation management systems and IAIT are determined by the need to adapt parameters, fine-tune the coefficients of the methodological tools used. The scope of IAIT application in irrigation management improving is quite wide. IAIT can be used to solve the issues of irrigation planning and operational management, image recognition in satellite monitoring of soil moisture, interpolation these data by area, forecasting the soil moisture profile. An algorithm has been developed, that use IAIT to improve the reliability of forecasting the total water consumption of irrigated crops in the regional and landscape aspects. The proposed algorithm allows the system to self-learn and refine the regional values of bioclimatic coefficients, with respect to cumulative influence of local factors. Conclusions are the following: the developed concept and proposed scientific approaches allow effectively solving the problem of adapting the parameters of methodological irrigation management tools at the level of an irrigated field, and even considering intra-field variability. | Цель исследования - разработка концепта систем управления орошением с интегрированными технологиями искусственного интеллекта (ТИИ). Рабочая гипотеза - предположение о приоритете кластерного применения ТИИ в решении актуальных задач управления орошением. Основу информационно-вычислительного блока системы управления орошением должны составлять детерминированные алгоритмы с использованием проверенных практикой решений. В рамках предлагаемого концепта нейронная сеть может быть положена в основу решения задачи, а может использоваться лишь для адаптации параметров используемых моделей. Точки соприкосновения традиционных, аналитических систем управления орошением и ТИИ определяются необходимостью адаптации параметров, точной настройки коэффициентов используемого методологического инструментария. Сфера применения ТИИ в решении задач управления орошением довольно широка: это решение задач планирования и оперативного управления орошением, распознавания образов при спутниковом контроле влажности почвы, интерполяции данных о влажности почвы по площади, прогнозирования профиля увлажнения почвы. Разработан алгоритм, использующий ТИИ для повышения надежности прогноза суммарного водопотребления орошаемых культур в региональном и ландшафтном аспекте. Предложенный алгоритм позволяет системе самообучаться и уточнять региональные значения биоклиматических коэффициентов с учетом совокупного влияния местных факторов. Выводы: разработанный концепт и предложенные научные подходы, позволяют эффективно решать задачу адаптации параметров методологического инструментария управления орошением на уровне орошаемого поля, и даже с учетом внутриполевой вариабельности.

Проведен анализ водоемкости производства риса, обоснованы мероприятия по водосбережению, позволяющие сократить использование водных ресурсов при выращивании риса и сопутствующих культур, снизить водоемкость производства единицы продукции при сохранении высокой урожайности. Использованы методы анализа и синтеза для обоснования режима орошения риса и сопутствующих культур. Проведенный анализ результатов многолетних исследований ФГБНУ "РосНИИПМ" показал, что проектные нормы водопотребности для орошения риса превышаются в 1,5–2,0 раза. Например, в маловодном 2020 г. оросительные нормы (ОН) риса на рисовых системах Ростовской области колебались в сельхозпредприятиях от 27 до 47 тыс. куб. м/га. Предложены мероприятия по экономии водных ресурсов: содержание мелиоративной сети и гидротехнических сооружений в исправном состоянии, плановое водопользование и водораспределение, совершенствование техники и технологий орошения. Больше всего на величину ОН влияет выравненность поверхности чеков, так как при отличии высот в чеке более 0,03–0,05 м от проектной ОН может увеличиться вдвое в связи с необходимостью создания заданного слоя воды на всей площади чеков. На величину ОН также влияют природная увлажненность территории, гранулометрический состав почвы, скорость фильтрации, глубина грунтовых вод, степень засоления и осолонцевания почвы. В зависимости от этих факторов в условиях Ростовской области ОН для риса может изменяться от 27 до 36 тыс. куб. м/га и более. Для уменьшения ОН рекомендованы режимы орошения по укороченному типу затопления и получение всходов на естественных запасах влаги. Требует изучения возделывание риса и сопутствующих культур по гребневой технологии при периодическом орошении с поливом дождеванием или периодическим напуском воды в чеки. | An analysis of the rice production water intensity has been carried out and measures for water saving that allow reducing the use of water resources for growing rice and companion crops, to reduce water intensity of production unit while maintaining high yields have been substantiated. Methods of analysis and synthesis to substantiate the rice and companion crops irrigation regime were used. The analysis of the results of long-term studies of the FSBSE "RSRILIP" showed that the water demand design norms for rice irrigation are exceeded by 1.5–2 times. For example, in the low-water year 2020, the rice irrigation rates (IR) on the rice systems of the Rostov region fluctuated in agricultural enterprises from 27 to 47 thousand cub. m/ha. Measures are proposed to save water resources: maintaining the reclamation network and hydraulic structures in good condition, planned water use and water distribution, improving irrigation equipment and technologies. Most of all the IR value is influenced by the evenness of the check surface, since if the height in the check is more than 0.03–0.05 m from the design IR can double due to the need to create a given layer of water over the entire check area. It was found that the irrigation rate value is also influenced by the natural moisture content of the territory, the granulometric composition of the soil, the rate of filtration, the depth of groundwater, the degree of soil salinity and alkalinization. Depending on these factors under the conditions of the Rostov region, the IR for rice can vary from 27 to 36 thousand cub. m/ha and more. To reduce the IR, irrigation regimes of the shortened type of flooding and obtaining seedlings on natural moisture reserves are recommended. The rice and companion crops cultivation using the ridge technology with periodic sprinkler irrigation or check flooding requires study.