Система внутрипочвенного орошения
SUBSURFACE IRRIGATION SYSTEM

Изобретение относится к области сельского хозяйства для орошения земель различных видов назначения, благоустройства городской среды и может быть использовано при строительстве новых и реконструкции существующих оросительных и увлажнительных систем.
Известно устройство системы внутрипочвенного орошения с керамическими пористыми трубами, которое заключается в выкапывании траншей на глубину 300 мм для подводящих трубопроводов из пластмассовых труб и подключенным к ним внутирипочвенных керамических пористых увлажнителей. Систему используют для регулирования водного и воздушного режимов почвы, а также для подачи в корнебитаемый слой микроэлементов, бактериальных препаратов, удобрений и других целей.
В другом изобретении предложено располагать трубы-увлажнители с обратными уклонами из-за низкой воздухопроницаемости труб. При подаче воды с нижних по уклону концов воздух вытесняется вверх по уклону. Чтобы избежать заиления, необходимо в конце оросительного сезона проводить промывки.
Известна фильтровальная автоматическая установка (авторское свидетельство №713576), которая изготавливается стационарной в промышленных условиях, а для условий небольшого водопотребления -передвижной. Распределительную и подводящую сеть выполняют из труб с нужной для обслуживания данного числа увлажнителей пропускной способностью. Для этого применяют низконапорные полиэтиленовые трубы, а также возможны варианты стальных, керамических, тонкостенных стальных с песчано-битумным слоем труб.
Известна система внутрипочвенного орошения (авторское свидетельство №738556), которая состоит из распределительно-увлажнительной сети, водоочистного сооружения и запорно-регулирующих трубчатых элементов W-образной формы с воздуховыпусками в верхнем и нижнем изгибах. Поливная вода подается по распределителям в увлажнители. В другой системе качестве увлажнителей применены полиэтиленовые перфорированные трубки диаметром 20; 16; 12,5 мм, длиной 40…120 м. Воду подают из двух параллельных лотков распределительными трубами диаметром 150 мм. Все увлажнительные трубки закольцованы, каждый участок имеет сброс в коллектор.
Наиболее близким прототипом по отношению к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков относится внутрипочвенно-кротовая система (Источник информации: Григоров М.С. Внутрипочвенное орошение. - М. Колос, 1983.128 с.).
Внутрипочвенно-кротовые системы основаны на применении искусственных кротовин для подачи воды в почву. Оросительная сеть при внутрипочвенно-кротовом орошении состоит из открытой сети каналов и траншей или из закрытой сети трубопроводов.
При открытой сети воду из участкового канала подают во временный ороситель, из которого она поступает в выводные борозды-траншеи. Из выводных борозд траншей вода распределяется по кротовым увлажнителям, а из них увлажняет корнеобитаемый слой. Ширина выводных борозд-траншей 40 см, глубина 90…100 см стенки вертикальные.
В этой системе после устройства траншеи нужна ручная доочистка входов в кротовины. Устойчивость кротовин зависит от крутизны свода: чем круче свод, тем устойчивость выше. Уплотнение свода также способствует увеличению устойчивости. Но нельзя в оросительный период осуществлять механизированные работы по уходу за культурами, так как после первого же полива траншеи обрушиваются и заиливают входы в кротовины.
Использование известного решения в производство сдерживается малым сроком службы кротовин-увлажнителей, их разрушением и заилением, отсутствием надежных машин для устройства кротовин. Недостатком известного технического решения является регулирование влажности только в узком диапазоне. При этом происходит неравномерное влагонасыщение по длине увлажнителя, верхние слои почвы над увлажнителем могут оставаться сухими. Возможно заиление трубопроводов.
Из анализа известных аналогичных технических решений выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств для предотвращения иссушения приземного слоя воздуха и верхнего пахотного горизонта.
Технический результат изобретения - обеспечение экологической безопасности внутрипочвенных оросительных систем на любых типах почв, в том числе подверженных засолению.
Для решения указанной проблемы и получения заявленного технического результата в системе внутрипочвенного орошения, включающей водоисточник, сопряженный через насосный агрегат с закрытой сетью распределительных трубопроводов и с сетью подпочвенных увлажнителей, подпочвенные увлажнители выполнены в виде водопроницаемых безоболочных водоводов - влагообменников, представляющих собой фибросубстрат, уложенный в траншею, при этом в верхней четверти тела водоводов - влагообменников проложены распределительные трубопроводы, снабженные равномерно распределенными по всей их длине капельными микроводовыпусками, а на поверхности водоводов - влагообменников проложен трубопровод с микродождевателями, подключенными к поливному трубопроводу с возможностью выдвижения на поверхность за счет напора воды, создаваемого насосной станцией. Для подачи сжатого воздуха в тело водоводов - влагообменников система дополнительно снабжена компрессором. При этом водоводы-влагобменники выполнены из фибросубстрата, полученного из сухой цементной фибросмеси предварительно затворенной водой.
Материал водовода предотвращает возможность заиления микроводовыпусков за счет соответствующей плотности и пористости фибросубстрата,-который обеспечивает аккумуляцию оросительной воды в его теле и за счет капиллярного влагообмена и гравитационных перетоков внутри его структуры. Влагонасыщенный фибросубстрат формирует в течение заданного времени (поливного периода) направленную фильтрацию заданных расчетом недостающих объемов воды в глубинные почвенные горизонты без размывания их структуры, тем самым обеспечивая условие продуктивной вегетации орошаемых растений. Устройство проиллюстрировано на чертежах.
На фиг.1 - представлена схема расположения оборудования системы внутрипочвенного орошения;
На фиг.2 - представлен разрез устройства с поперечным сечением тела фибросубстрата мелиоративного водовода-влагообменника в открытой траншее.
Система внутрипочвенного орошения включает: насосный агрегат 1 с пунктом автоматического управления, подающий оросительную воду в систему орошения; фильтр грубой очистки 2 на распределительной сети; смеситель 3 для подготовки питательных оросительных растворов удобрений (полезных химикатов) и их дозированного внесения в распределительные трубопроводы через инжектор; автоматически управляемые задвижки 4 на распределительных трубопроводах 5, которые служат для подачи воды в подводящие трубопроводы ярусов; автоматическая регулирующая задвижка 6 яруса трубопроводов с микродождевателями; автоматическая регулирующая задвижка 7 яруса трубопроводов с микроводовыпусками; распределительные патрубки 8; микрофильтры 9 на трубопроводах; компрессор и шланг для нагнетания сжатого воздуха 10; автоматически управляемый воздушный штуцер 11; разводящие патрубки 12; полиэтиленовые шланги (трубопроводы) с установленными через определенное расстояние калиброванными капельными микроводовыпусками 13 для устойчивого увлажнения порового водопроводящего пространства; водопроницамые мелиоративные безоболочные водоводы-влагообменники 14 для направленного влагонасыщения зоны аэрации глубоких почвенных горизонтов корнеобитаемого объема почвы; подводящие трубопроводы 15 с подключенными к ним микродождевателями заглубленного типа для создания благоприятного микроклимата; автоматически регулируемые концевые сбросные задвижки 16; обратная засыпка траншеи почвой 17; автоматически выдвигающийся микродождеватель заглубленного типа 18 для создания благоприятного микроклимата.
Устройство внутрипочвенной оросительной системы, включает в себя следующие составные технологические элементы: подкачивающая насосный агрегат 1, с пунктом автоматического управления, подающая с требуемым напором и расходом оросительную воду в закрытую сеть распределительных трубопроводов 5 и смесительную установку (смеситель) 3 для приготовления концентрированного питательного раствора; вода через фильтр грубой очистки 2 освобождается от крупных взвешенных наносов; далее в оросительную воду через инжектор дозировано поступает концентрированный питательный раствор и уже в виде питательного оросительного раствора вода делится между двумя ярусами системы автоматически управляемыми задвижками 4 на распределительных трубопроводах 5, расположенных в колодцах; затем через кустовые автоматически регулируемые задвижки ярусов трубопроводов 6 и 7 оросительная вода через фильтры тонкой очистки 9, распределительные 8 и подводящие 12 патрубки попадает соответственно в ярус полиэтиленовых шлангов (трубопроводов) с установленными через определенное расстояние калиброванными капельными микроводовыпусками 13, заглубленные на 300-450 мм от уровня поверхности, или в ярус подводящих трубопроводов 15 с подключенными к ним микродождевателями, заглубленные на 150-250 мм от уровня поверхности, вода из трубопроводов 15 с определенным напором обеспечивает выдвижение на поверхность дождевальных насадок 18; в конце указанных трубопроводов установлены автоматически регулируемые сбросные задвижки 16 для опоражнивания системы; для продувки порового пространства и акселерации поливов на ярус шлангов с капельными водовыпусками через автоматически управляемый воздушный штуцер 11 подключен компрессор и шланг для нагнетания сжатого воздуха 10. Основным элементом изобретения является безоболочные мелиоративные водоводы-влагообменники из фибросубстрата 14, расположенные в плане ярусами через определенный интервал, изображены на фиг.2.
Тело водовода выполнено из фибросубстрата. Оно формируется в траншее или кротовине, которые устраивают механизированным способом на глубине от 0,3 до 1,0 м параллельно поверхности или с уклоном до 0,005, возможно создание обратного уклона для вытеснения защемленного воздуха. Расстояние между траншеями устанавливается расчетом в зависимости от гранулометрического состава почвы, от 1,5-2 м на легких почвах и до 4-6 м на тяжелых. Разработка формы для заполнения фибросмеси производится открытым (траншейным) или бестраншейным методом. Подготовка трассы для мелиоративного водовода-влагообменника производится по нормам и правилам для подобных видов линейных гидротехнических сооружений.
Параметры длина и размера поперечного сечения водовода из фибросубстрата определяются водохозяйственным расчетом. Длина принимается в пределах 10-150 м по условиям равномерности водообмена, допустимой поливной нормы и времени добегания потока. Поперечное сечение в траншее прямоугольное или трапециидальное, ширина траншеи от 150 мм до 500 мм. Разрабатывают траншеи или кротовины на заданной глубине от 0,2 до 1,0 м с расчетным уклоном. В головной и концевой части водовода устраивают смотровые колодцы для подачи и сброса воды с подключением к водоподводящему тракту и водоотводящему тракту соответственно.
Трубопровод с капельными водовыпусками через 0,5-1,2 м прокладывают безуклонно или с уклоном не более 0,001 и располагают в теле водовода. После укладки трубопровода с капельницами его аккуратно засыпают фибросмесью на глубину 50-100 мм от верхней границы тела водовода. Далее тело субстрата затворяется водой в расчетной пропорции.
Затем в траншею на поверхность субстрата укладывают поливной трубопровод и монтируют к нему стаканы с автоматически выдвигаемыми микродождевателями. Они закладывается на расстояние эффективного диаметра увлажнения (от 1,5 до 5 м). Радиус действия микродождевателя должен гарантировано перекрывать половину расстояния между ярусами водоводов в плане. Толщина пористой засыпки поверх фибросубстрата 250-300 мм. Засыпка производится вынутым объемом почвы.
Работает устройство следующим образом - в распределительные трубопроводы 5 вода подается насосным агрегатом 1. Мощность насоса позволяет одновременно подавать необходимый расход воды с требуемым напором как в ярусы водоводов из фибросубстрата, так и в распределительные трубопроводы 5 с микродождевателями по поливным блокам системы. Вода из подающих трубопроводов с определенным напором, обеспечивающих выдвижение на поверхность дождевальных насадок, двигаясь через форсунки превращается в дождевые капли и равномерно распределяется по поверхности орошаемого участка. Микродождевание осуществляется через стандартные микродождеватели заглубленного типа, которые устроены таким образом, что при подаче воды под давлением подвижная часть дождевателя 18 с форсунками выдвигается из под земли и орошает зону за счет вращения вокруг оси. После окончания времени полива и падения давления в трубопроводной сети дождеватель 18 возвращается в подземное положение. Трубопровод для микродождевания заглубляется на глубину 150-200 мм, расстояние между поливными трубопроводами равно эффективному диаметру насадки дождевателя. Посредством дождевания происходит увлажнение приземного слоя воздуха и верхнего пахотного горизонта почвы, который не обеспечивается поливом из внутрипочвенного яруса водоводов.
При этом обеспечивается требуемая влажность приземного слоя воздуха и пахотного горизонта почвы. Поливы дождеванием производятся в заданной последовательности и в соответствии со складывающимися климатическими условиями.
Орошение корнеобитаемых горизонтов почвы ниже пахотного от 100-150 мм до 150-250 мм ниже уровня поверхности осуществляется посредством предлагаемых изобретением водоводов-влагообменников 14 из фибросубстрата. При поливе глубинных горизонтов почвы вода в фибросубстрат попадает из уложенных в верхнюю часть его тела трубопровода с капельными микроводовыпусками, равномерно распределенными через расчетный интервал по всей длине. Волокнистая структура фибросубстрата гарантированно препятствует забивание отверстий илистыми частицами почвы.
Вода в поливные ярусы подается через распределительные трубопроводы 5 с необходимым напором и расходом, который создается участковым насосным агрегатом 1 с автоматическим управлением. В качестве обеспечивающего и сопровождающего оборудования для процесса направленного влагообмена используется сеть шлангов, подводящих сжатый воздух от компрессора 10 в распределительное устройство каждого водовода-влагообменника 14 для продувки порового пространства и регенерации застойных участков водовода, а также для акселерации водораспределения (создания эрлифта) в слабопроницаемых почвенных горизонтах. Для этого по шлангам от компрессора 10 организуется распределение сжатого воздуха, подача непосредственно в тело фибросубстрата происходит через автоматически управляемый штуцер 11. Для внесения растворимых удобрений с поливной водой монтируется узел водоподготовки, система оборудуется фильтрами на распределительной и поливной сети.
Устройство энергоснабжения и автоматического включения нагнетательного насосного агрегата 1, управляющих задвижек представляют собой кабельные электролинии для передачи соответствующих напряжений и силы тока от источника электроэнергии и дистанционного пульта управления. Устройство пульта управления компонуется с расчетом обеспечить процессы по регулированию режима влажности и управлению технологическими элементами гибридной системы внутрипочвенного орошения. Автоматически управляемыми задвижками являются электромагнитные клапаны соответствующей конструкции, также автоматически управляются штуцеры для подачи воздуха. К пульту управления дистанционно подключаются расходомеры, уровнемеры и датчики давления.
По сравнению с прототипом предложенную систему внутрипочвенного орошения позволит обеспечить экологическую безопасность
внутрипочвенных оросительных систем на любых типах почв, в том числе подверженных засолению, на тяжелосуглинистых или глинистых почвах с хорошо выраженной капиллярностью, так и на легких супесчаных и беструктурных песчаных почвах.
Несущая способность и долговечность безоболочной структуры водоводов обеспечивается кристаллической структурой бетона, входящего в состав фибросубстрата. Фибросубстрат из экструдированного каолинового волокна обеспечивает водопроводящую способность водоводов.
Кроме того предложенное устройство позволяет при атмосферной засухе и образования дефицита влажности обеспечить оптимальный водно-воздушный режим, как на поверхности в приземном слое, так и в корнеобитаемом слое почвы за счет дополнительной опции микродождевания.