Научно-технический обзор Ресурсосбережение как важнейший фактор повышения конкурентоспособности . мелиоративного сектора АПК (стр. 9 )

Системы внутрипочвенного орошения разделяют на трубчатые, капельные и машинные. Лучшим материалом для трубчатых сетей внутрипочвенного орошения является ПНД и ПВД. Трубчатая система внутрипочвенного орошения состоит из напорной распределительной сети с водовыпускными устройствами, к которым подключена низконапорная оросительная сеть из полиэтиленовых труб диаметрами 110…225 мм и длиной 150…200 м. К оросительной сети подключены увлажнители из полиэтиленовых труб диаметром 20…40 мм с толщиной стенки 1,5…2 мм и длиной 150…200 м. Глубина заложения увлажнителей 0,4…0,6 м (в зависимости от вида культур). Расстояние между увлажнителями на среднесуглинистых и глинистых почвах составляет для овощных и кормовых культур – 1,25…2 м, для ягодных культур и виноградников – 2,5…3 м, для плодовых насаждений – 3…3,5 м. На 1 га требуется от 3 до 8 км полиэтиленовых труб.

Увлажнители подключены с другого конца к водоотводящей аэрационной сети из полиэтиленовых труб диаметром 75…110 мм, проходящей на глубине 0,55…0,65 м. На водоотводящей аэрационной сети устанавливают колодцы-стояки, которые служат для отвода вытесняемого водой воздуха и контроля за заполнением водой увлажнителей, а также за опорожнением сети при подготовке системы к зимнему сезону.

При внутрипочвенном капельном орошении воду и питательные вещества подают в почву у корневой системы растений непрерывно, но в небольших количествах, как бы по каплям, в соответствии с количеством воды и питательных веществ, потребляемым растениями. Системы капельного орошения позволяют снизить расходы воды (в ряде случаев на 40…60 %), причем они могут располагаться на неровных поверхностях.

В состав капельных систем входят: насосы, фильтры, регуляторы напора и расхода, магистральные трубопроводы из пластмасс диаметром 50…63 мм, распределительные трубопроводы диаметром 32…40 мм, трубопроводы увлажнительной сети диаметром 12…16 мм с капельницами или трубами с двойными стенками.

Увлажнительную сеть из пластмассовых труб прокладывают в подпахотном слое на глубине 15…30 см от поверхности либо непосредственно на поверхности поля. В последнем случае упрощается очистка капельниц, но вода не попадает непосредственно в корнеобитаемый слой почвы. Воду подают в увлажнительную сеть при рабочем давлении 0,1…0,2 МПа. Расстояние между трубами увлажнителей принимают в соответствии с шириной междурядий (от 0,8 до 6 м).

Для овощных и цветочных культур расстояние от труб до растений составляет 0,5…1 м, для виноградников и фруктовых садов с тесным  расположением  деревьев – 1…1,25 м,  для фруктовых садов 2…
6 м.

При выращивании растений в защищенном грунте в теплицах и парниках дополнительная прибавка урожая может быть получена за счет обогрева грунта с помощью “теплоносителя”, подаваемого в полиэтиленовые или полипропиленовые трубы диаметром 20…32 мм.

Закрытые дренажные сети

Пластмассовые трубы можно применять в коллекторно-дренажной сети оросительных и осушительных систем.

Гидравлический расчет закрытых дренажных сетей проводят для безнапорного режима работы. Трубчатые дрены диаметром 50…100 мм должны иметь минимальный уклон 0,002, дрены диаметром 125…200 мм – 0,0015, а дрены диаметром более 200 мм – 0,001. Максимальная длина дрен – 150…300 м.

Коллекторы для отвода грунтовых вод имеют глубины 3…3,5 м в зависимости от глубины дрен, “впадающих” в коллектор. Регулирующую осушительную сеть располагают перпендикулярно направлению потока вод и обязательно ограждают каналами.

Минимальная глубина закладки дрен  для регулирующей сети в минеральных и торфяных грунтах (после осадки торфа) принимается равной 1 м; для садов глубина залегания труб определяется с учетом развития корневой системы. Сопряжение дрен с коллектором производят под углом 60…90°. 

Трубопроводы проводящей и оградительной сетей рассчитывают на пропуск необходимых расходов воды при скоростях течения, не допускающих заиления труб и вымывания грунта засыпки. Минимальная высота засыпки под трубой 0,8 м. Максимальный диаметр трубы  принимают не более 300 мм.

Трубы в оградительной сети закладывают в грунт ниже глубины сезонного промерзания. Фильтрационные отверстия труб защищают обратными фильтрами.

Производство работ, связанных с устройством закрытой дренажной сети, в зимнее время не допускается.

Для дренажа лучше всего использовать гофрированные перфорированные трубы из ПВХ и ПНД.

Для облегчения контроля за работой дрен устраивают смотровые колодцы, которые располагают в местах соединения дрен с коллекторами. Исправность дрены проверяют, подавая в нее через колодец под небольшим давлением в течение определенного времени воду. Появление воды в устье дрены свидетельствует о том, что она исправна.

* Высокопрочные трубы из чугуна с шаровидным графитом

трубный завод, металлургический завод “Свободный сокол”

Трубы из чугуна с шаровидным графитом предназначены для использования в гидромелиоративном строительстве и сельскохозяйственном водоснабжении, а также других отраслях народного хозяйства, где требуется прочность, надежность, долговечность и антикоррозийная стойкость труб.

Трубопроводы и трубы могут испытывать большие прогибы при эксплуатации, сохраняя все функциональные характеристики, что позволяет использовать их при большой глубине траншей (8…10 м), больших транспортных нагрузках и их сочетаниях. По стойкости к аварийным разрушениям такие трубы превосходят стальные минимум в 8 раз, а их коррозийная стойкость превышает стойкость стальных труб в 4-5 раз.

Трубы сертифицированы по международному стандарту ИСО 2531 и по системе ГОСТ.

* Насосные станции из стеклопластика

Корпус насосной станции в форме цилиндра диаметром от 800 до 3000 мм и высотой до 12 м изготовлен из армированного стеклопластика; там размещается насосное и вспомогательное оборудование: погружные насосы, внутренние трубопроводы, запорная арматура, соединительные патрубки, лестница. В комплект входят щит управления и автоматика.

Каждая насосная станция создается индивидуально в соответствии с техническим заданием заказчика (полный цикл – от чертежа до пусконаладки – не превышает двух-трех месяцев).

* Оптимизация параметров трубопроводных систем с большим количеством участков

ФГНУ ЦНТИ “Мелиоводинформ”

Основные параметры напорных, в том числе закрытых оросительных, систем определяются путем гидравлического или технико-экономического расчета (этому вопросу посвящена большая литература). Гидравлический расчет позволяет определить параметры напорных систем, но не дает возможности найти оптимальные значения этих параметров. Методы технико-экономических расчетов напорных трубопроводных систем не совсем удобны из-за своей громоздкости, а также тем, что их трудно автоматизировать.  Данного недостатка не имеет подход, с помощью которого определяются оптимальные параметры систем подачи и распределения воды. (Кикачейшвили оптимальных параметров систем подачи и распределения воды. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1980.)

В частности, задача определения оптимальных диаметров водопроводных линий и требуемого напора насоса для разветвленной сети с одним источником питания представляется в соответствии с этим подходом в виде задачи линейного программирования (для решения которой применен симплекс-метод).

Однако количество участков напорной системы может измеряться сотнями и даже тысячами (вообще научно-технический прогресс характеризуется появлением систем все увеличивающейся размерности), и потому решение задачи может вызвать затруднения. В таких случаях целесообразно применение методов декомпозиции, при использовании которых задача, содержащая большое число переменных или ограничений (или тех и других вместе), заменяется последовательностью подзадач меньших размерностей.

Методам решения задач большой размерности, основными приемами которых являются декомпозиция и агрегирование, посвящено достаточно много работ. Декомпозиция состоит в разложении исходной задачи на ряд независимых задач, агрегирование – в замене какой-либо группы переменных, характеризующих состояние системы, одной переменной, называемой агрегатом. Эти приемы успешно используются в самых различных областях (разложение функций в ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, матричная и тензорная запись, исследования атомов и элементарных частиц, анатомия, конвейерная технология производства и т. д.).

Идея разложения больших задач на ряд более мелких лежит в основе методов решения задач больших размерностей математического программирования: методов Данцига-Вольфе; Бендерса; разложения по действию правых частей; разложения, связанного с агрегированием переменных, и других. Эти методы применимы к задачам со специальной структурой. В частности, метод Данцига-Вольфе можно использовать, например, для решения задач линейного программирования, матрицы ограничений которых имеют так называемую блочно-диагональную структуру с соединенными ограничениями. Рассматриваемая задача относятся именно к такому классу, потому данный метод  можно применить и здесь.

Применяя метод разложения, можно находить оптимальные значения параметров и для других типов схем напорных трубопроводных сетей (например, кольцевых), так как матрицы ограничений соответствующих задач также имеют блочно-диагональную структуру. 

Энергетические ресурсы

* Энергосберегающая система управления режимом работы насосных станций

Государственный научный центр Российской Федерации (ГНЦ РФ) ФГУП “НИИ ВОДГЕО”

В систему входят:

– технологические датчики давления или уровня;

– промышленный компьютер или микропроцессорный контроллер;

– монитор оператора или задатчик технологического параметра;

– преобразователь регулируемого электропривода (частотный групповой, частотный индивидуальный, асинхронно-вентильного каскада или другого вида);

– регулируемые насосные агрегаты различного типа, оснащенные синхронными, асинхронными или другими электродвигателями мощностью 1000…1600 кВт и выше.

Система обеспечивает:

– экономию электроэнергии от 5…10 % до 20…25 %;

– уменьшение расхода чистой воды на 3…5 %;