СПОСОБ ПОЛИВА ПО БОРОЗДАМ ПЕРЕМЕННЫМ РАСХОДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF IRRIGATION ON FURROWS WITH VARIABLE FLOW AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к механизированному поливу сельскохозяйственных культур по бороздам, расположенным поперек линии гидрантов.
Известен способ полива по бороздам переменным расходом, включающий последовательную подачу воды в поливные борозды расходами, уменьшающимися в период доувлажнения, из периодически перемещающегося поперек борозд гибкого трубопровода с выполненными в его концевой части водовыпусками уменьшающегося размера к его концевой части [1].
Реализацию известного способа полива осуществляют с помощью стационарного устройства, включающего оснащенный гидроприводом с командным клапаном вращающийся на оси барабан с намотанным на нем гибким трубопроводом, один конец которого соединен с гидрантом сети, а другой снабжен группой водовыпусков уменьшающегося диаметра к его концевой части. Для полива гибкий трубопровод растягивают поперек борозд на исходную позицию с помощью трактора или вручную, с помощью лебедки открывают гидрант, вода поступает в гидропривод и гибкий трубопровод, а из него - распределяется по его водовыпускам и соответствующим расходом поступает в борозды. Перемещение гибкого трубопровода осуществляется через определенные промежутки времени в соответствии с установленной программой на командном клапане.
При срабатывании гидропривода обеспечивается вращение барабана, намотка на него гибкого трубопровода, перемещение его водовыпусков над бороздами и подача в них переменного, уменьшающегося по величине расхода воды.
После намотки на барабан всего трубопровода подачу воды из гидранта прекращают, выдвигают гибкий трубопровод на новую позицию по другую сторону от барабана и аналогичным образом осуществляют полив.
Главный недостаток известного способа полива состоит в том, что величина уменьшенного расхода, подаваемого на доувлажнение, принимается без учета скорости его передвижения по увлажненной борозде, что вызывает формирование концевого сброса.
Другой недостаток известного способа полива заключается в его высокой энергоемкости проведения полива, поскольку перемещение шлейфа и полив из него осуществляются одновременно, а при этом непрерывное перемещение заполненного водой гибкого трубопровода приводит к разрушению гребней борозд, объединению подаваемых расходов и снижению качества полива.
Недостаток известного способа полива и устройства для его осуществления также состоит в том, что поливные борозды, увлажненные на заданную поливную норму, выходят из-под полива не одновременно группой, а последовательно, одна за другой, и последующее проведение послеполивной культивации почвы такого политого участка затруднено из-за различной степени готовности почвы к обработке и сопровождается испарением воды с ранее политых борозд.
Недостаток известного способа полива и стационарного устройства для его осуществления состоит и в том, что его применение эффективно только при поливе по длинным бороздам. Однако наличие на поливном участке уплотненных и рыхлых борозд, при подаче в них равных расходов формирует в них разные скорости пробега воды и разное время добегания воды до их конца. В результате чего с уплотненных борозд будет происходить концевой сброс. С увеличением длины борозд величина сброса возрастает.
Для сокращения концевых сбросов можно было бы осуществлять дифференцированную подачу расходов воды в уплотненные и рыхлые борозды, однако в этом случае усложняется процесс водораспределения и конструкция поливного устройства. Наиболее целесообразно сократить длину поливных борозд, но это принципиально меняет способ полива.
Известен реализуемый способ полива по длинным бороздам, с рассредоточенной и одновременной подачей постоянного расхода через короткие расстояния по их длине [2]. Полив по известному способу применяют на участках с поливными бороздами, расположенными поперек линии гидрантов. Полив орошаемой площади проводят позиционно по двум смежным участкам постоянным расходом на норму добегания и последующего, после смены позиций, одновременного доувлажнения нижележащего участка этим же расходом при увеличенной в два раза длине борозды, в течение времени, равного времени добегания воды по сухой борозде.
Главный недостаток известного способа полива состоит в том, что с его применением достигается только некоторое снижение концевого сброса, но не его исключение. Это происходит потому, что при назначении величины расхода в период доувлажнения не учитывается многократное увеличение скорости продвижения воды по ранее увлажненной борозде, вызванное не только снижением скорости инфильтрационного впитывания воды почвой в период доувлажнения, но и из-за создания паузы между периодами добегания и доувлажнения. Длительная пауза, а в реальных условиях она определяется временем, затрачиваемым на перемещение поливного устройства при смене позиций (20…30 мин), влияет на изменение скорости впитывания, аналогично дискретному или импульсному поливу. В результате чего в период доувлажнения вода быстро достигает конца ранее увлажненных борозд и формирует концевой сброс.
Увеличение длины борозды в период доувлажнения даже в два раза, как это решается в известном способе полива, или больше, хотя и позволяет сократить концевой сброс в период доувлажнения, но без уменьшения абсолютной величины подаваемого расхода и, соответственно, уменьшения смоченного периметра борозды, происходит увеличение впитывания поливной нормы в начале борозды, где она и так наиболее увлажнена в период добегания. Это увеличивает общую неравномерность распределения поливной нормы по длине поливных борозд.
Другой недостаток известного способа полива состоит в том, что доувлажнение борозд проводят без уменьшения абсолютной величины первоначально подаваемого расхода, что приводит к размыву почвы на верхних участках поливных борозд независимо от того, во сколько раз в последующем увеличивается длина поливных борозд в период доувлажнения.
Реализацию известного способа полива осуществляют с помощью многоопорного поливного трубопровода, включающего водопроводящий трубопровод с установленными на нем опорными колесами и водозаборными вращающимися муфтами с подсоединенными к ним поливными шлейфами, оснащенными водовыпусками, рассчитанными на подачу равных расходов [2]. При этом поливные шлейфы выполнены равного сечения по их длине, оснащены водовыпусками, равномерно распределяющими равный расход по их длине. Поливные шлейфы имеют два чередующихся типоразмера по длине: длинные и короткие. В середине водопроводящего трубопровода установлена приводная тележка для перемещения трубопровода при смене позиций. Полив из известного трубопровода осуществляют позиционно, из гидрантов оросительной сети последовательно по участкам. С одной позиции одновременно поливают два смежных участка. Из них верхний участок поливают на норму добегания воды по сухой борозде из всех коротких и верхних секций длинных шлейфов, а нижний участок после перемещения трубопровода к следующему гидранту поливается только из нижней секции длинных шлейфов нормой доувлажнения.
Недостаток известной конструкции многоопорного поливного трубопровода состоит в том, что его разной длины поливные шлейфы при равных расходах водовыпусков требуют подачи в них разных расходов воды. Это усложняет конструкцию поливных шлейфов, технологию их изготовления и распределения по ним заданных расходов воды.
Недостаток известного многоопорного поливного трубопровода также состоит в том, что при равных подаваемых расходах в длинные и короткие поливные шлейфы равного диаметра, сечение нижней части длинных шлейфов будет использовано не полностью, а следовательно, малоэффективно, при этом увеличивается их материалоемкость.
Кроме того, различная длина шлейфов и, соответственно, их масса создают неравномерное распределение нагрузки по длине колесного трубопровода, ухудшают условия его фронтального перемещения. Необходимость установки на одном из концов колесного трубопровода только длинного шлейфа приводит к изгибу трубопровода, что снижает надежность его эксплуатации и при смене позиций вызывает необходимость вручную заносить его концевую часть и устанавливать ее против гидранта.
Главный недостаток известной конструкции многоопорного трубопровода состоит в том, что расстояния между секциями его поливных шлейфов периода доувлажнения и диаметры их водовыпусков с соответствующими им расходами воды приняты без их взаимосвязи с диаметрами водовыпусков их верхних секций, рассчитанных на подачу норм добегания за равную продолжительность времени водоподачи.
Принятые расстояния между секциями поливных шлейфов в период доувлажнения в два раза больше, чем расстояния между ними в период добегания, при равных подаваемых расходах их водовыпусков обеспечивают только снижение концевого сброса, но не его исключение, поскольку вода по ранее увлажненной борозде продвигается в несколько раз быстрее, чем по сухой борозде. После добегания воды до конца увлажненных борозд с них будет формироваться сброс, который будет продолжаться при проведении периода добегания.
Таким образом, общий недостаток известных способов полива переменным расходом заключается в недостаточной эффективности достижения поставленной цели по сокращению концевого сброса.
Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности снижения концевых сбросов с поливных борозд в период доувлажнения при позиционном поливе и повышение надежности устройства для его осуществления.
Поставленная цель достигается тем, что в период доувлажнения подача воды в борозды осуществляется уменьшенным расходом, величину которого назначают из условий равенства времени его добегания до конца увлажненной борозды и добегания расхода, подаваемого в сухую борозду, а длину борозд в период добегания и доувлажнения принимают равной. Причем величину подаваемых расходов в период добегания и доувлажнения определяют оптимизацией по времени их продвижения по сухой и по увлажненной борозде при их равной длине и при равной продолжительности периодов добегания и доувлажнения.
Сущность предлагаемого способа полива по бороздам приведена на Фиг.1.
По предлагаемому способу поливной участок 1 с бороздами 2, нарезанными поперек линии гидрантов 3 оросительной сети 4, разделяют на равные смежные участки 5 и 6 одновременного полива. К гидранту 3 оросительной сети 4 против верхней границы 7 участка одновременного полива 6 подсоединяют расположенное поперек борозд 2 поливное устройство 8, состоящее из двух секций 9 и 10 одинаковой длины, равных по ширине участкам одновременного полива 5 и 6. На каждой секции поливного устройства 8 выполнены водовыпуски 11 и 12 соответствующего размера: на верхней секции 9 водовыпуски 11 большего размера, а на нижней секции 10 водовыпуски 12 меньшего размера. Секции 9 и 10 поливного устройства соединены между собой быстроразъемным соединением 13.
Полив орошаемого участка 1 по предлагаемому способу полива начинают с полива первого поливного участка.
Для этого к первому гидранту 3 оросительной сети 4 подсоединяют поливное устройство 8 с отсоединенной в разъемном соединении 13 поливной секцией 10. При этом поливная секция 9 с водовыпусками 11 располагается поперек поливных борозд 6.
Открывают гидрант 3, и вода по водовыпускам 11 поливного устройства 8 подается в поливные борозды 6 наибольшим расходом. Полив осуществляется нормой добегания расхода по сухой борозде в границах 7 поливного участка 1. После завершения периода добегания на оросительной сети закрывают гидрант 3, поливное устройство 8 отсоединяют от гидранта 3, к его поливной секции 9 подсоединяют соединением 13 поливную секцию 10 и все поливное устройство 8 перемещают к следующему гидранту 3 оросительной сети 4. При этом поливная секция 9 с водовыпусками большего размера будет располагаться против сухих борозд, а нижняя секция 10 с водовыпусками 12 меньшего размера против ранее увлажненных поливных борозд с нижнего, первого гидранта 4.
При этом величину подаваемых расходов из водовыпусков нижней секции устанавливают таким образом, чтобы время его пробега по увлажненной борозде было бы равно времени пробега подаваемого расхода из водовыпусков верхней секции поливного устройства 8.
После одновременного завершения периодов добегания и доувлажнения на двух смежных участках 5 и 6 гидрант 3 на оросительной сети 4 закрывают, перемещают поливное устройство к следующему гидранту, из которого проводят аналогичный полив смежных участков, увлажняя сухие борозды и доувлажняя ранее политые и равные им по длине нормами добегания соответствующих расходов по сухим и увлажненным бороздам.
Пример расчета величины расхода, подаваемого в период доувлажнения по предлагаемому способу полива:
Продолжительность времени добегания воды по сухой борозде определяют по известной формуле А.Н.Костякова [3] или по краткой формуле [4, 5]
Продолжительность времени добегания по увлажненной борозде [3]
1С
С
1у
у
С
у
где x - длина борозды в период добегания, м; ℓ - длина борозды в период доувлажнения, м; V - скорость пробега в первую единицу времени (мин) по сухой борозде первоначального расхода, м/мин; γ - показатель степени затухания процесса продвижения этого расхода воды по сухой борозде; V - скорость продвижения в первую единицу времени по увлажненной борозде в период доувлажнения уменьшенным расходом, м/мин; γ - показатель степени затухания процесса продвижения уменьшенного расхода воды по увлажненной борозде, м/мин; t, t - время продвижения подаваемых расходов воды по сухой и увлажненной борозде, мин.
1С
1у
С
у
Входящие в уравнения (1 и 2) параметры: V; V; γ; γ - зависят от сочетания водопроницаемости почв, уклона борозды и подаваемых расходов, их значения определяют по известным рекомендациям или проведением пробных пусков воды в борозды.
1C
Например, в реальных условиях, на почвах пониженной водопроницаемости с уклонами 0,003-0,005 скорость V связана с расходом для сухой борозды
и для увлажненной борозды:
Показатели степени затухания процесса пробега воды в бороздах, в этих же условиях, соответственно равны:
при поливе по сухой борозде
и по увлажненной борозде
c
При подаче первоначального расхода в сухую борозду q=0,2 л/с с учетом зависимостей (3, 5) получаем
1С
0,613
V=7,25·0,2=2,70 м/мин
С
0,178
γ=0,84·0,2=0,63
Время добегания расхода 0,2 л/с на длину сухой борозды, например, равной x=50 м, составляет:  мин.
Для снижения концевого сброса продолжительность доувлажнения и продолжительность добегания воды по увлажненной борозде этой же длины также должна быть равна 102,74 мин.
С
1C
1у
у
у
С
у
По известной связи между величиной поливной струи первоначального расхода q и скоростями V и V, времени добегания t и степени затухания пробега воды γ и γ необходимый расход в период доувлажнения q определяют подбором или графически, путем построения зависимостей q=f(t). Для расчета величину расхода в период доувлажнения принимают уменьшенным в 2…5 раз от первоначального. Для рассматриваемого примера из диапазона расходов от 0,10 до 0,04 л/с, по расчету величина уменьшенного расхода при добегании на длину 50 м за 102,7 мин составляет около 0,047 л/с, с округлением в большую сторону - 0,05 л/с. По известным зависимостям гидравлики, задаваясь напором 0,5 м, определяют диаметр последнего водовыпуска на конце поливного трубопровода (шлейфа). Остальные диаметры водовыпусков определяют известным расчетом с учетом транзитного расхода.
1у
Для сравнения: при поливе по известному аналогичному способу полива, когда в увлажненную борозду увеличенной длины (например, 100 м) подают неизменный первоначальный расход 0,2 л/с, продолжительность добегания воды по увлажненной борозде (при V=4,87 м/мин, γ=0,84) составляет всего 36,5 мин. Следовательно, на окончание периода увлажнения борозд из верхней секции поливного шлейфа (102,7 мин); с доувлажняемых борозд из нижней секции поливного шлейфа будет происходить сброс в течение 66,2 мин. Таким образом, предлагаемый способ полива в большей степени отвечает поставленной цели сокращения концевых сбросов.
Для осуществления предлагаемого способа полива предложена конструкция поливного устройства, приведенная на Фиг.2. Устройство для полива представляет собой многоопорный поливной трубопровод, который состоит из водопроводящего трубопровода 14, на котором, как на оси, жестко установлены опорные колеса 15 и вращающиеся водозаборные муфты 16. В середине колесного трубопровода установлена приводная тележка 17. К водозаборным муфтам 16 подсоединены однотипные поливные шлейфы 8 равной длины. Поливные шлейфы 8 состоят из двух секций 9 и 10 одинаковой длины, равной расстоянию между гидрантами 3 на оросительном трубопроводе 4. На длине поливной секции 9 поливного шлейфа 8 с расстоянием, равным ширине поливных междурядий, установлены оснащенные гасителями водовыпуски 11 для полива нормой добегания по сухой борозде, а на нижней секции 10 поливного шлейфа 8 выполнены водовыпуски 12 для полива нормой добегания по увлажненной борозде. Водовыпуски 12 на нижней секции 10 выполнены меньшим размером, чем водовыпуски 11 на его верхней секции 9, причем нижняя секция 10 поливного шлейфа 8 выполнена меньшим диаметром, чем его верхняя секция 9.
Секции 9 и 10 поливного шлейфа 8 соединены между собой быстро-разборным соединением 13, с установленным на нем защитным кожухом 18 из мягкого материала, например из прорезиненной ткани, закрепленной с помощью хомута 19 на конце верхней секции 9. В конце поливного шлейфа 8 установлена концевая заглушка 20.
Конструкция быстроразъемного соединения приведена на Фиг.3.
Подсоединение водопроводящего трубопровода 14 к гидрантам 3 оросительного трубопровода 4 осуществляется подсоединительным трубопроводом 21.
Работа устройства для реализации предлагаемого способа полива осуществляется следующим образом.
Водопроводящий трубопровод 14, опирающийся на колеса 15 с помощью приводной тележки 17, перемещают к гидранту 3 оросительной сети 4 и с помощью подсоединительного трубопровода 21 подсоединяют к гидранту 3 оросительной сети 4 и открывают задвижку. Вода из гидранта 3 по подсоединительному трубопроводу 21 подается в водопроводящий трубопровод 14, а из него через водозаборные муфты 16 равными расходами поступает в поливные шлейфы 8. На верхней секции 9 поливного шлейфа 8 вода через водовыпуски 11 с гасителями поступает в борозды наибольшим расходом, а из его нижней секции 10 - через водовыпуски 12 вода уменьшенным расходом поступает в ранее увлажненные борозды. С верхней секции 9 поливного шлейфа осуществляют полив нормой добегания, а с нижней секции 10 осуществляют доувлажнение ранее политого участка уменьшенным расходом из ее водовыпусков 12 меньшего диаметра. При этом продолжительность добегания и доувлажнения между собой принимаются равными. При таком поливе на каждый участок выдается поливная норма, слагающаяся из суммы нормы добегания и доувлажнения.
После выдачи заданной поливной нормы на оросительном трубопроводе 4 закрывают работающий гидрант 3, отсоединяют от него подсоединительный трубопровод 21 и с помощью приводной тележки 17 перегоняют трубопровод к следующему гидранту сети.
Перемещаясь по полю, многоопорный трубопровод тянет за собой поперек борозд подсоединенные к водопроводящему трубопроводу 14 через шарнирные муфты 16, соединенные между собой секции 9 и 10 поливных шлейфов 8. При этом защитные кожуха 18 на быстроразъемных соединениях 13, закрепленные хомутом 19 на секции 9, защищают растения от повреждения. У гидранта сети 3 поливные шлейфы 8 располагаются так, что верхние их секции 9 устанавливаются для полива по сухим бороздам, а нижняя 10 - для доувлажнения политой площади с предыдущей позиции. Затем подсоединяют соединительный трубопровод 21 к гидранту 4, открывают его и проводят полив следующего участка.
После выдачи норм добегания по сухим и увлажненным бороздам многоопорный трубопровод перемещают к следующему гидранту сети, где полив осуществляется в аналогичном порядке.
Проведение на первой и последней позиции осуществляют с некоторой особенностью реализации периодов увлажнения, хотя их доля в общей площади поливного участка невелика.
На первой позиции многоопорный трубопровод устанавливают таким образом, чтобы полив по бороздам осуществлялся только из верхних секций 9 всех поливных шлейфов 8 на норму добегания по сухой борозде. Для этого совмещают их концевые водовыпуски 6 с гасителями 8 с поливными бороздами, расположенными у края поля, а нижнюю секцию 10 шлейфа 8 отсоединяют в быстроразборном соединении 13 и устанавливают съемную заглушку на выходе воды в нижнюю секцию 10 поливного шлейфа. Подсоединяют подсоединительный трубопровод 21 к первому гидранту 3 и открывают его.
После выдачи на площадь с нормы добегания первой позиции закрывают гидрант 3, отсоединяют от гидранта подсоединительный трубопровод 21, снимают установленные заглушки на нижних концах секции 9 поливных шлейфов 8, подсоединяют быстроразборными соединениями 13 секции 10, закрывают разборные соединения 13 защитными кожухами 18 и с помощью приводной тележки 17 перемещают многоопорный трубопровод к следующему гидранту 3 оросительной сети 4 и проводят полив по смежным участкам.
На последней позиции, где обычно почва требует большей поливной нормы, после выдачи нормы добегания у последнего гидранта поливные шлейфы 8 перекидывают по другую сторону колесного трубопровода. В разборных соединениях 13 отсоединяют секции доувлажнения 10, устанавливают заглушки в конце секции 9 с водовыпусками большего расхода и перегоняют колесный трубопровод к предпоследнему гидранту, откуда и осуществляют доувлажнение только из секции 9. После выдачи нормы добегания по увлажненной борозде подачу воды в трубопровод прекращают, подсоединяют секции доувлажнения 10 с секцией 10 и перегоняют колесный трубопровод на исходную позицию к первому гидранту оросительной сети.
Источники информации
1. Авторское свидетельство №695616, кл. A01G 25/02, 1977 г.
2. Авторское свидетельство №1713504, кл. A01G 25/09, 1990 г.
3. Костяков, А.Н. Основы мелиорации / А.Н.Костяков. - М.: «Колос», 1951.
4. Чичасов, В.Я. Техника полива сельскохозяйственных культур / В.Я.Чичасов, В.В.Изюмов, В.Ф.Носенко, Д.А.Штоколов. - М.: «Колос», 1970. - С. - 50, 62-63.
5. Терпигорев, А.А. Механизированные технологии полива с дискретным регулированием подачи воды в борозды / А.А.Терпигорев // МиВХ. - 2004. - №3.