Методика расчета систем капельного орошения

Определение потребности в воде, на заданную площадь, и количества оросительной трубки.

   Выбрав на основе почвенных, водных, маркетинговых исследований набор культур, их площади и фирму - производителя оборудования переходят непосредственно к расчету самой системы, используя следующий порядок проектирования.

  • Предварительный расчет водопотребления;
  • Расчет количества оросительной трубки на участок, согласно схемы посадки;
  • Деление участка на поливные блоки (учитывается длина рядов, мощность насоса, дебет скважины);
  • Подбор фильтростанции (учитывается расход воды по блокам, желаемое время полива участка);
  • Подбор материалов магистральных и разводящих трубопроводов.

   Для начала определяют максимальную ежедневную потребность в воде с целью проверки возможностей водоисточника, выбора фильтростанции и остальной фурнитуры. На юге за максимальную ежедневную оросительную норму принимают 60-70 м3/га. Исходя из этого, и производят предварительный расчет пропускной возможности фильтростанции по формуле:

 1

где: Q - пропускная способность фильтростанции, м3/ч; S - планируемая площадь орошения, га; Т - планируемое время работы системы в сутки, 16-20 ч.

   Если источник водоснабжения позволяет расчетный расход воды, следует переходить к следующему этапу расчета проекта. Расчет количества оросительной трубки ведется, с учетом перечня возделываемых культур.

   Для каждой культуры, с учетом возделываемой площади и схемы посадки, рассчитывается потребность в оросительной трубке:

2

где: Lt - потребность в оросительной трубке, м; Sк - площадь возделываемой культуры; L - расстояние между оросительными трубками (схема посадки).

   Разбивка участка на поливочные блоки или зоны.

   При разбивке участка на поливочные блоки необходимо знать, что максимальная пропускная способность магистрального рукава LAY FLAT 4" составляет 80м3/ч, а пропускная способность - LAY FLAT 3" - 40м3/ч. В особых случаях возможно повышение пропускной способности на 10-15%. Следовательно, водопотребление одного поливного блока, не должно превышать пропускной возможности трубопровода. Поскольку, в качестве отводного трубопровода используются, помимо гибких рукавов, и жесткие трубопроводы из ПНД, то за контрольные показатели для разбивки на блоки, следует брать значения пропускной способности трубопроводов

Пример: Культура - томаты.
Расстояние между оросительными лентами - 1,8 м.
Магистральный трубопровод - LAY FLAT - 4".
Расстояние между эмиттерами - 0,3 м.
Расход воды на один эмиттер - 1,1 л/ч.

3

Зависимость для расчета размеров поливочного блока,  Га: 

где: Qt - Пропускная способность разводного трубопровода, м3/ч;
L - Расстояние между оросительными трубками (схема посадки), м;
х - Расстояние между эмиттерами оросительной трубки, м.
q - норма вылива одного эмиттера л/ч.

   Далее определяется предварительное количество поливочных блоков. Для этого общую площадь возделываемой культуры делят на расчетную площадь блока и округляют в сторону увеличения. При невозможности размещения или экономической нецелесообразности расчетного количества поливочных блоков идут на увеличение их количества.

Для определения расхода воды на гектар пользуются следующей зависимостью, м3/ч:


 4

   Следующий этап - определение геометрических размеров поливочных блоков. Магистральный трубопровод, может проходить через поливной блок по середине (или со смещением), или по границе поливного блока. Более выгодно, в большинстве случаев, разводной трубопровод располагать по середине орошаемого блока с двусторонней разводкой оросительных трубок, из-за высокой стоимости трубопровода. Однако, нельзя забывать, что у капельной ленты есть ограничение максимальной длины. В отдельных случаях экономически более целесообразно одностороннее расположение оросительных трубок относительно разводного трубопровода при неудобной конфигурации поля и высоких затратах на магистральные трубопроводы.

   Второй фактор, влияющий на геометрические размеры поливных блоков - это техническая характеристика оросительной трубки. Можно задавать 5-15% неравномерностью полива. Для самой массовой, оросительной трубки (диаметром 16 мм, норме вылива на эмиттер 1,2 л/ч и расстоянием между эмиттерами 0,3 м) при неравномерности 10% максимальная длина поливных линий составляет около 150 м. Таким образом, необходимо изучить технические характеристики предлагаемой оросительной трубки. Разбивая поле на поливочные блоки, экономически целесообразно использовать поливочные линии длиной 70-90% от максимальной. Определив длину поливочных блоков, рассчитывают длины магистральных трубопроводов. 

   Следует не допускать выращивания в одном блоке разных культур, особенно с разными нормами полива и нормами удобрений. Если возникает такая необходимость, используют соединительные фитинги с кранами. Также нельзя использовать различные схемы посадки с разных сторон одного разводного трубопровода.

Уточнение потребности в воде и составление схемы полива

   После определения количества и размеров поливочных блоков уточняют расход воды на каждый поливочный блок, м3/ч:

5

где Wi - расход воды конкретного поливочного блока;
W - расход воды на гектар используемой схемы посадки;
Sб - площадь конкретного поливочного блока.

   Следующий этап составление схемы полива. Для этого максимальная поливная норма (60-70 м3/га) делится на гектарный расход воды (м3/га в час), используемой схемы посадки и определяется максимальное время полива конкретного блока. Для рассматриваемого примера (томаты) гектарный расход воды (за один час работы системы) составляет 26 м3, а максимальное время полива (при максимальной дневной норме 70 м3/га) около 3 часов.

Выбор установки фильтростанции

     При выборе фильтростанции необходимо учитывать источник водоснабжения (открытый водоем или скважина), степень загрязненности воды и6 вид загрязнителя, часовую потребность в воде (пропускную способность), а также производительность насосной станции и количество других потребителей. Следует иметь ввиду наличие необходимости проведения анализов воды на химический состав, наличие биологических и механических загрязнителей с целью определения пригодности для орошения и подбора фильтростанции. При использовании поливной воды из открытых водоемов, следовательно, имеющей большое количество биологических загрязнителей, необходимо включать в состав фильтростанции песчано-гравийный фильтр, а при большом количестве взвешенных песчаных частиц целесообразно использование гидроциклонов. Также, помимо песчано-гравийного, в состав фильтростанции (при заборе воды с открытых водоемов) входит страхующий сетчатый или дисковый фильтр.

   Если используется вода со скважины то, обычно достаточно одного дискового или сетчатого фильтра. При большом количестве взвешенных песчаных частиц целесообразно использование гидроциклонов. Определившись с типом фильтростанции, на основании анализа источника водоснабжения, переходят к выбору типа фильтров и расчета их количества.
Перед выбором пропускной способности фильтростанции, необходимо уточнить производительность (при наличии) насосной станции и наличие других потребителей воды. При избыточной мощности насосной станции возможна ситуация когда дополнительные затраты на подачу воды превысят стоимость дополнительных фильтров. Поэтому необходимо также экономическое обоснование пропускной способности фильтростанции.
Определившись с максимально необходимой пропускной способностью фильтростанции и ее типом, начинают комплектацию. По пропускной способности подбирают марку фильтра и их количество. Также выбирается удобрительный узел. Удобрительный узел обычно состоит из задвижки, инжектора и соединительно-запорной арматуры. В зависимости от пропускной способности фильтростанции инжектор может быть от 0,5" до 1,5".

Расчет магистральных трубопроводов

   Гидравлический расчет водопроводной сети заключается в определении диаметров трубопроводов по известному расходу воды и потерь напора на всех ее участках, а также определения минимального давления на входе системы.
Диаметр трубопроводов D, определяется по формуле, м: 

где: 1,13- коэффициент получаемый при переходе от живого сечения потока к диаметру трубопровода;
Wi - Расчетный поток воды, протекающий по данному участку трубопровода, м3/ч;
V - Экономически целесообразная скорость движения воды в трубопроводе - 0,9...1,9 м/с.


Полученные фактические значения диаметров труб округляем до ближайшего большего стандартного значения.
После определения  диаметров трубопроводов   определяем фактическую скорость движения воды в трубопроводах Vf, м/с:

   7   w - площадь живого сечения трубопровода м2;

8 Df - принятый диаметр трубопровода, м.

Потери напора hn, м (примерно 0,1 бар), определяются по формуле:

9где: А - удельное сопротивление труб, (с/м2),
Lт - расчетная длина трубопровода, м;
b - поправочный коэффициент

Порядок расчета трубопроводов

  • Определяются диаметры трубопроводов по расходу воды и скорости потока для каждого участка;
  • Определяются потери напора по участкам;
  • Определяется максимальная потеря напора;
  • Определяется минимальное входное давление;
  • Сравниваются возможности источника водоснабжения с потребностями системы.

Порядок и основные требования к монтажу

     На участке, предназначенном для размещения системы капельного орошения, предварительно проводится предпосевная обработка почвы и, при необходимости, внесение почвенных гербицидов. Монтаж производится в следующей последовательности:

     Монтируется фильтростанции и магистральные трубопроводы, согласно проекта;

     Производится посев и укладка оросительной трубки при сеяной культуре, или укладка трубки при рассадной культуре (производится вручную или с помощью укладчиков расположенных на раме сеялки или культиватора);

Укладывается распределительный трубопровод и подсоединяется к магистральному трубопроводу;

Оросительные трубки, через фитинги, подсоединяются к распределительному трубопроводу. Для этого в трубопроводе, с помощью перфоратора, делаются отверстия под фитинг;

Промывают систему водой в течении 10-15 минут. Для этого в начале промывают фильтростанцию до появления чистой воды, а затем промывают оросительные трубки;

По окончании промывки закрывают концы оросительных трубок;

Производят регулировку давления согласно паспортных данных.

Эксплуатация системы

     Стоимость систем капельного орошения довольно высокая, поэтому очень важно правильно спланировать все работы по эксплуатации системы. Если планирование будет осуществлено неверно, что повлечет за собой неправильную эксплуатацию системы, затраты не окупятся, так как прибыль будет низкой. Выращивание овощей на капельном орошении предполагает применение самых передовых технологий, поэтому получение высоких урожаев возможно только при обязательном выполнении всех агротехнических мероприятий по защите растений, внесению удобрений, уходу за растениями. Система капельного орошения не защищена от неправильной обработки почвы и ухода за растениями, поэтому все работы необходимо выполнять своевременно и качественно.

     Качество каждой из систем зависит от толщины (плотности) трубки или ленты. Трубка или лента с высокой плотностью может использоваться несколько лет. Срок использования наиболее тонкой ленты составляет один год. Лента с наименьшей плотностью закладывается в почву на глубину 5 см. Более плотная трубка или лента может использоваться на поверхности почвы. При эксплуатации самой тонкой ленты важно проследить, чтобы она была уложена в почву точно на глубину 5 см. К сожалению, ещё нет техники для точной укладки ленты в почву, различия в глубине составляют ± 5 см. Если лента расположена слишком глубоко, есть риск изменения давления и объема воды в ленте, так как после сильных дождей почва существенно уплотняется. Так же будет трудно убрать ленту из почвы после окончания сезона, если она находится слишком глубоко в почве.

     Если лента с наименьшей плотностью расположена слишком мелко, могут возникнуть проблемы с почвенными вредителями (проволочник, медведка). Очень важно сразу же после укладки ленты внести в почву с поливной водой инсектициды в следующей пропорции:

Децис форте- 0,1 л/га.
Базудин -1,5 л/га.
Золон - 1,5л/га.

     Необходимо регулярно осуществлять промывку фильтростанции и постоянно контролировать давление в системе, устранять возможные утечки.
По завершению поливного сезона проводится демонтаж и закладка всех элементов на хранение. Если использовалась многолетняя трубка её необходимо промыть, чтобы удалить все микро и макро частицы, накопившиеся за период эксплуатации. Для этого, на концах трубки открываются заглушки, и потоком воды промывается система до тех пор, пока не пойдет чистая вода. Эта работа проводится по поливным блокам операторами. Если для полива использовалась вода из открытых водоёмов, возникает угроза распространения сине-зеленых и других водорослей и бактерий, которые образуют слизь, забивающую капельницы. Поэтому на таких системах необходимо ввести в поливную воду хлор в концентрации 20 мг/л. Такая промывка производится через инжектор в течение 30-60 минут. Так как, в течение сезона для подкормки растений применяются удобрения содержащие соли кальция и магния, может произойти блокировка капельниц этими солевыми остатками. Для удаления этих солей в конце сезона применяют техническую азотную, ортофосфорную или хлорную кислоту в концентрации 0,6 % по действующему веществу. Продолжительность кислотной ирригации около одного часа.