Ресурсосберегающие технологии и технические средства орошения (стр. 3 )

Экспериментальные данные показали, что при уклонах 0,05 и 0,12 устройство лунок под капельницами позволяет полностью исключить влияние уклона участка и обеспечить формирование симметричного контура увлажнения, соответствующего по размерам зоне распространения основной массы поглощающих корней, в данном случае, виноградной лозы. На уклонах 0,2...0,42 устройство лунок хотя и обеспечивает значительное уменьшение смещения контура в сторону склона, но не исключает его полностью.

а) при i=0,0 б) при i=0,05 в) при i=0,2

∆L ∆L

Рисунок 8. Смещение контура увлажнения при различных уклонах

Для уменьшения количества водовыпусков используют системы микродождевания, где вместо капельниц используют микродождеватели. При работе микродождевателя на поверхности почвы образуется увлажненный контур в виде круга, от которого под действием капиллярных и гравитационных сил происходит распространение влаги вниз и в стороны, образуя контур увлажнения почвы. Распространение контура увлажнения при поливе микродождевателями имеет цилиндрическую форму (рисунок 9). Глубина промачивания составляет 1,0-1,2 м при поливной норме 300м3/га. Использование микродождевания ограничено уклонами 0,1...0,15. При таких уклонах изменение расхода насадок по длине поливного трубопровода не превышает 10...15 %. При больших уклонах неравномерность увлажнения почвенного профиля увеличивается. Полив из микронасадок обеспечивает увлажнение не только почвы, но и приземного слоя воздуха.

микродождеватель

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

800 60 80

расстояние, см

Рисунок 9. Распространение влаги в почве от микродождевателя при поливной норме 300 м3/га.

Основная качественная характеристика искусственного дождя – степень равномерности распределения его по орошаемой площади. Агротехническими требованиями к дождевальным машинам и установкам предусмотрено значение коэффициента эффективного полива не менее 0,7. Это означает, что более 70% площади должно быть полито с интенсивностью дождя не менее 0,75ρm и не более 1,25 ρm. Для определения качества распределения слоя дождя по площади полива на землях с различными уклонами были проведены исследования на участках с уклонами от 0,03 до 0,25. Увеличение расстояния между импульсными дождевателями приводит к снижению равномерности распределения слоя дождя, подаваемого на орошаемую площадь (таблица 5).

Таблица 5. Качество распределения слоя осадков по площади полива

Уклон местности	Расстояние между аппаратами при треугольной схеме их расстановки, м	Коэффициент эффективного полива (от 0,75ρm до1,25 ρm)	Коэффициент избыточного полива (более 1,25 ρm)	Коэффициент недостаточного полива (менее 0,75ρm)
0,03	48‘48	0,47	0,27	0,26
	48‘45	0,69	0,155	0,155
	45‘45	0,67	0,155	0,17
0,07	42‘42	0,71	0,2	0,19
	39‘39	0,787	0,118	0,095
	51‘51	0,46	0,28	0,26
	48‘48	0,65	0,13	0,22
0,15	45‘45	0,72	0,15	0,13
	42‘42	0,511	0,316	0,173
	39‘39	0,579	0,207	0,214
	48‘48	0,44	0,16	0,4
0,25	45‘45	0,61	0,18	0,21
	42‘42	0,54	0,18	0,28

На основе полученных данных для обеспечения равномерности полива установлены зависимости для определения рационального расстояния как между поливными трубопроводами Lm, так и между импульсными дождевателями Ld при треугольной схеме их расстановки:

Lm = (1,54 – 0,98 i) R (21)

Ld = (1,78 – 1,26 i) R (22)

где: R - радиус действия импульсного дождевального аппарата, м; i - уклон местности.

Эти формулы получены для уклона поверхности до 0,05 при суточной водоподаче системой синхронного импульсного дождевания до 90 м3/га. Расстояния, определенные по этим формулам, обеспечивают коэффициент эффективного полива не менее 0,7.

Капельное орошение на опытно-производственном участке исследовалось в условиях возделывания винограда. При определении режима водоподачи на винограднике за основу были приняты потребности виноградной лозы во влажности почвы в периоды: до конца цветения, налива ягод и их созревания. По данным института виноградарства в период до конца цветения нижний уровень влажности следует поддерживать на уровне 80 % НВ; в период налива ягод и их созревания он должен быть снижен до 60...70% НВ. Для поддержания такого режима проведение поливов осуществлялось с разовой нормой подачи воды 200...230 л на растение при межполивном периоде 5...7 дней (рисунок 10).

Рисунок 10. Режим орошения виноградника на опытно-производственном участке системой капельного орошения

Анализ результатов определения влажности в период систематических поливов показал, что увлажнение почвы происходило на всю расчетную глубину, а расходование влаги - по всему увлажняемому слою. Переувлажнение в период полива и сильное иссушение наблюдалось преимущественно в слое 0...0,10 м. Последний полив обеспечил повышение влажности до НВ практически на всю глубину увлажнения; эти запасы влаги обеспечивали поддержание влажности почвы на заданном уровне вплоть до начала уборки урожая в третьей декаде сентября. Результаты сбора урожая показали, что средняя урожайность винограда составила 22,0 т/га.

Исследования по определению режима орошения люцерны при синхронном импульсном дождевании проводились на склоновых землях с уклонами 0,1...0,3. Величина суточного водопотребления определялась методом теплового баланса, глубину расчетного слоя приняли равной 1,0 м (, 1971). Величина расчетной поливной нормы обеспечивалась за счет регулирования продолжительности паузы между импульсами выплеска воды. На рисунке 11 приведен фактический режим орошения люцерны второго года.

Рисунок 11. Режим орошения люцерны системой импульсного дождевания

Экспериментальные работы показали, что при проведении ежедневных поливов достигается более равномерный режим влажности почвы в расчетном слое в течение всего вегетационного периода, и создаются условия для лучшего роста и развития люцерны. В соответствии с полученными результатами нами был рекомендован круглосуточный полив при орошении кормовых трав синхронным импульсным дождеванием.

Таким образом, в результате экспериментальных исследований, подтверждены теоретические закономерности формирования водного баланса зоны аэрации орошаемых агроландшафтов в зависимости от выбранного способа полива, опытным путем установлены размеры контуров увлажнения при локальной подаче оросительной воды и апробированы режимы орошения на опытно-производственных участках.

Анализ применения малообъемных способов орошения на опытно-производственных участках показал, что необходима разработка технологии создания модульных систем и технических средств малообъемного орошения применительно к рельефным, гидрологическим, микроклиматическим особенностям агроландшафта, а также разработка методов расчета систем, принципиальных схем, способов модернизации существующих оросительных систем и технологий выращивания сельскохозяйственных культур при малообъемных способах орошения.

Глава 4. Разработка технологии создания модульных систем малообъемного орошения

В главе 4 представлена технология создания модульных систем малообъемного орошения (рисунок 12), принципиальные схемы модульных участков, особенности технологии малообъемного орошения при возделывании различных сельскохозяйственных культур, а также способы модернизации существующих дождевальных систем.

Технология создания модульной системы малообъемного орошения включает анализ исходных данных по природным условиям, расчет элементов технологии поливов, выбор системы малообъемного орошения.

Анализ природных условий включает сбор и анализ информации по природным условиям территории, в том числе климатические, почвенные, инженерно-геологические и геоморфологические условия.

Анализ биологических особенностей сельскохозяйственных культур включает анализ требований растений к уровню влажности почвы по фазам вегетационного полива, к влажности и температуре воздуха, к питательному режиму и др.

При оценке ресурсов для создания систем и их эксплуатации рассматривают водные, земельные, социальные, энергетические ресурсы, а также наличие строительных материалов. Определяется наличие водоисточника и его дебит, способ подачи воды. Оценивается площадь орошения, уклоны местности, механический состав почвы. Проводится обследование на наличие квалифицированных кадров для подбора обслуживающего персонала. В расчете на 50га, для обслуживания большинства систем малообъемного орошения требуется один оператор, со знанием правил эксплуатации микропроцессора. В круг его обязанностей входит проведение подкормок, замена или промывка засорившихся водовыпусков. Техническое обслуживание: осенью подготовка к зимнему хранению и весной - расконсервация: бригада из 3 человек, слесарь Y разряда - 1, механик Y разряда - 1, электрик Y разряда –1.Для малообъемного орошения необходимо также наличие линий электропередач и достаточная их мощность. Основными строительными материалами для изготовления оросительной сети систем малообъемного орошения являются полимеры: полиэтилен или поливинилхлорид (ПВХ). Распределительная сеть последнего порядка строится из длинномерных полимерных труб диаметром 150-110 мм и труб диаметром 63 мм в бухтах. Поливные трубопроводы выполняют из труб 20...32 мм, выпускаемых в бухтах. Вентильные задвижки и другая соединительная арматура изготавливаются из ПВХ. Водовыпуски изготавливаются из различных видов пластмасс. Расход полиэтилена составляет от 200 до 600 кг/га.

Предварительный выбор системы малообъемного орошения. Все системы малообъемного орошения строятся по модульному принципу, т. е. образуются из отдельных модулей, каждый из которых может содержать все элементы системы и использоваться как самостоятельно, так и в совокупности с другими модулями. Модуль системы малообъемного орошения состоит из головного напорообразующего узла, блока автоматизации управления поливом, гидроподкормщика и трубопроводной сети с водовыпусками.

Расчет элементов технологии поливов проводится на основе математической модели водного баланса зоны аэрации. Расчетная зона увлажнения для фруктовых деревьев и плодовых кустарников определяется горизонтальной проекцией основной массы кроны. Расчетный слой увлажнения принимают в соответствии с агробиологическими показателями сельскохозяйственных культур и водно-физическими свойствами почвы в зависимости от расхода водовыпусков и продолжительности полива. Продолжительность полива определяют при отсутствии фильтрационных потерь в нижележащие горизонты в зависимости от расчетной глубины увлажнения и скорости впитывания воды в почву. Поливы производят нормой, соответствующей количеству воды, израсходованной полем в предшествующие сутки.

Рисунок 12. Схема технологии создания модульной системы малообъемного орошения

Расчет элементов технологии капельного и внутрипочвенного орошения, микродождевания проводится по дефициту водного баланса d корнеобитаемого слоя почвы (Пособие к СНИП 2.06.03-85 «Капельное орошение», 1986г):

(23)

где - эвапотранспирация (транспирация растений и испарение с поверхности почвы), м3/га; - эффективные осадки, м3/га; - подпитывание расчетного слоя почвы подземными водами, м3/га.

Эвапотранспирация зависит от среднесуточных температур воздуха:

(24)

где - биофизический коэффициент (расход влаги за расчетный период на 1 оС), м3/га на 1 оС; - сумма среднесуточных температур за тот же период, оС.

Расход капельных водовыпусков подбирается в зависимости от водно-физических свойств почвы, а также суточного водопотребления культуры и уклона местности. Расход насадки для микродождевания назначается в зависимости от вида культур, водно-физических свойств почвы, климатических условий, требуемой площади увлажнения.

В таблице 6 представлены установленные расходы водовыпусков в зависимости от гранулометрического состава почвы. Гидравлический расчет оросительной сети ведется на максимальный расход, соответствующий интенсивности водоподачи при минимальном межполивном периоде.

Удельный расход при подаче установленной поливной нормы рассчитывается по эмпирической формуле:

(25)

где: - удельный расход, л/с на 1 га; - поливная норма, м3/га; 3,6 - переводной коэффициент; t- продолжительность полива, ч.

Таблица 6. Расход капельных водовыпусков для различных уклонов и гранулометрического состава почвы

Гранулометрический состав почвы	Расход капельниц, л/ч
	уклон до 0,04	уклон от 0,05 до 0,2	уклон более 0,2
Легкие	2...5	2...4	2...4
Средние	£8	4...5	2...4
Тяжелые	£8	£4...5	£2...4

Расход воды для площади одновременного полива определяется по формуле:

(26)

где: - расчетный расход, л/с; - КПД системы при капельном орошении, равный 0,95.

Доля площади, подлежащая увлажнению, рассчитывается по формуле:

(27)

где n - число водовыпусков; w - расчетная площадь увлажнения, м2; a × b - схема посадки культур, м2. При орошении пропашных культур резко возрастают показатели « n », «a×b», а «S» стремится к единице.

Время подачи воды на одно растение определяется в зависимости от необходимой глубины промачивания почвенного профиля и скорости впитывания в почву. Ориентировочно время полива можно установить по зависимости:

(28)

где: - время подачи воды, ч; - необходимая глубина увлажнения, м; К- скорость промачивания, зависящая от водно-физических свойств почвы, м/ч. (для суглинистых почв 0,01...0,03, для легких почв до 0,10 м/ч).

Поливная норма при локальной подаче воды определяется по зависимости:

mnt=100gh Ant(wFC-wPW) (29)

h - глубина расчетного слоя почвы, м; g - плотность почвы, т/м3; Ant - площадь увлажнения, м2; wFC - наименьшая влагоемкость от массы абсолютно сухой почвы, %; wPW - предполивная влажность почвы, соответствующая нижней границе оптимального увлажнения почвы, %.

Расчет элементов технологии низконапорных систем капельного орошения

В результате разработки и исследований новых систем капельного орошения предложена методика расчета их основных параметров. Низконапорная система капельного орошения работает за счет использования уклона местности, обеспечивающего в поливных трубопроводах постоянный ток воды при заполнении сечения трубы примерно на 2/3 диаметра. На рисунке 13 представлена эмпирическая зависимость пропускной способности поливного трубопровода от уклона его укладки. Предел наполнения трубопровода зависит от конструкции микроводовыпусков. Нижний предел наполнения определяется минимально допустимым расходом трубопровода в концевой части.

Равномерное распределение поливной воды между капельницами обеспечивает практически одинаковый напор в них, который равен сумме глубины наполнения трубопровода и высоты емкости водовыпуска.

Расход истечения жидкости из отверстия определяется по формуле: