Система орошения

Полив - это один из видов ухода за садом, который необходимо осуществлять, во время всего вегетативного периода. Делать это надо грамотно, т.к. одни растения требуют много влаги, а другим достаточно выпадающих дождей. Газонам необходима влажная почва, пропитанная водой на глубину 20 - 30 см, а деревья требуется поливать до тех пор, пока влага не пропитывает почву на глубину не менее метра.

Графики полива для различных культур в зависимости от климатических условий различны. Однако, в совместных высадках различные культуры, составляют определенный орошаемый массив, поэтому при составлении режима орошения нужно учитывать:

1. потребность в воде каждой культуры при определенной ее агротехнике;

2. почвенные, гидрогеологические и прочие условия каждого участка;

В соответствии с изменениями климатических, хозяйственных и агротехнических условий поливной режим каждой культуры подвержен значительным колебаниям по годам и отдельным периодам года. При проектировании технологии орошения необходимо устанавливать возможные размеры этих колебаний. Поэтому до установления поливного режима каждой культуры нужно знать то общее количество поливной воды, которое потребно данной культуре за весь вегетационный период при определенной агротехнике и данных природных условий для создания нормального развития растений. Это количество воды может быть установлено на основании анализа совокупности данных климатических, почвенных и некоторых других условий.

Общее количество потребляемой растением воды (транспирация культуры) может быть определено по следующему выражению:

Е = 10×j×b×d , мм

где j -коэффициент влагообмена, b - микроклиматическая поправка, d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха. мб.

Поэтому определенное количество воды (М), которое должно быть подано на полив определенной культуры за весь вегетационный период (величина оросительной нормы), определяется следующим уравнением:

М = Е - Ро - W + Ео , м³/га

где Е - общее водопотребление культуры (транспирация); Ро - количество осадков, поступающее в активный слой почвы в течение вегетационного периода; Ео - испарение с поверхности почвы за тот же период; W - используемые внутренние запасы влаги в почве за вегетационный период.

Запасы влаги в почве за вегетационный период вычисляются по формуле:

W = Wo - W1 + K, м³/га

где: Wо - запасы влаги в активном слое почвы в начале вегетационного периода; W1 -запасы влаги в этом слое в конце периода (эта величина на должна быть меньше минимально доступного растениям запаса влаги в данной почве); К - количество капиллярной влаги поступающей в активный слой почвы снизу от грунтовых вод при близком их залегании.

Как правило, поливной режим рассчитывается на год 95 % обеспеченности, т.е. среднестатистический год за многолетний ряд наблюдений (15-20 лет). Таким образом, учитывая климатические условия, поливная норма назначается с учетом увлажнения почвы на величину распространения корневой системы растений. В приложении А17 отражен поливной режим для трав, кустарников, плодовых деревьев.

Оптимальная величина поливной нормы определяется:

m = 100×а×h×n×s×(Wнв. – Wкр.), м³/га

где а - объемный вес почвы, т/м³; h - глубина промачиваемого (корнеобитаемого) слоя почвы, м; n - коэффициент неравномерности полива (0,9-0,95); s - площадь увлажнения, м²; Wнв. – влажность почвы, соответствующая наименьшей ее влагоемкости, % (65-75); Wкр. – критическая влажность почвы, % (для песчаных и супесчаных почв – 0,65Wнв., суглинистых почв – 0,75Wнв., глинистых почв – 0,8Wнв.).

В таблице 2 даны поливные нормы и число поливов для различных культур.

Таблица 2 – Поливные нормы и число поливов для различных культур

Для получения общего расхода воды, необходимого для орошения всей площади, занятой несколькими культурами, нужно просуммировать расходы воды для каждой культуры.

Сроки полива определяют в зависимости от климатических условий для различных регионов. В южных районах первый полив производят ранней весной до начала распускания почек и появления листьев; второй - после распускания листьев и появления бутонов; третий - во время цветения в продолжение лета. Заканчивают поливы поздней осенью в период от начала массового опадения листьев до замерзания почвы. В центральных и северных районах (районы неустойчивого увлажнения) первые поливы начинаются во время появления бутонов и начала цветения культур, т.к. в этих районах до начала лета весьма велики запасы воды в почве после зимне-весеннего накопления осадков. Кроме того, в эти периоды температура воздуха не способствует значительному испарению с поверхности почвы и транспирации растений. Исключением являются года с постоянной высокой температурой воздуха, устанавливающейся с конца апреля - начала мая. В этом случае поливы начинаются ранней весной. На разных типах почв продолжительность полива также различна (таблица 3).

Таблица 3 – Время полива культур на различных почвах

На плотных почвах (глинах, суглинках), поливы проводятся значительно дольше, чем на скважных почвах (пески, супеси, торфа). На плотных почвах поливы должны проводиться малыми нормами, чтобы обеспечить полное впитывание воды почвой. Кроме того, достаточно плотная структура почвы обеспечивает большую сохранность влаги в почве в течение длительного периода. Таким образом, поливы здесь могут проводиться достаточно редко. Интервал между ними, даже в достаточно напряженные периоды вегетации может составлять около 7-8 дней. Наоборот, на песчаных грунтах (супеси, пески, торф) поливы должны проводиться малыми нормами, но ежедневно. Продолжительность полива 1-4 часа для культур с небольшой корневой системой. Для кустарников и садовых культур продолжительность полива составляет до 10-14 часов.

На режим полива большое влияние оказывает способ подачи воды. Так, для газонов, цветников оптимальным способом полива может быть микродождевание с интенсивностью водоподачи не более 0,01 мм/мин. (мелкодисперсное дождевание). Для кустарников и плодовых деревьев более подходит поверхностный полив по бороздам. Но этот вид полива крайне не экономичен. Здесь более перспективно капельное орошение, при котором экономия воды может составлять до 30-50 %, от объема воды, затрачиваемого на традиционные способы полива.

В РГР студенту предлагается составить упрощенный проект поливной системы. Сначала нужно произвести обмер орошаемой площади, обозначить на эскизе проекта системы полива постройки, дорожки, настилы, подпорные стенки, детские, спортивные площадки и т.д. Необходимо показать деревья, кустарники, зоны цветников, определить границы лужаек и др. Полученный план будет основой, на которую будут наноситься построения системы полива

Как и любая система инженерных коммуникаций, система полива требует серьезного подхода на стадии проектирования. Система полива должна быть разделена на зоны (секторы). Каждая зона планируется таким образом, чтобы приспособить систему водоснабжения к наиболее эффективному объединению разбрызгивателей в группы. Шланги, соединяющие разбрызгиватели должны быть установлены по размерам соответствующим силе водяного напора в системе. Система должна быть разработана с учетом полного охвата. Разбрызгиватели должны быть отобраны на основе типа участка, который будет орошаться (деревья, кусты, цветники, газон и др.), характеристик системы водоснабжения (давление), состава почвы и площади, которая должна быть охвачена поливом.

Есть большое количество систем орошения, но самой прогрессивной считается автоматическая система полива. Это инженерно-технический комплекс, обеспечивающий автоматизированное орошение (дождевание) определенной территории по заданному графику. Работа системы полива заключается в следующем: вода с помощью насоса подается от источника по трубам к поливным устройствам, расположенным равномерно по участку.

Система автоматического полива состоит из следующих частей:

1. Контроллер.

Управляющее устройство (миникомпьютер или таймер), включающее клапаны для подачи воды в дождеватели. Контроллер управляет клапанами поочередно. При завершении полива одной зоны, он включает клапан следующей зоны полива. Контролер может комплектоваться датчиком дождя, ветра и снега, который приостанавливает действие программы в случае повышения влажности воздуха или почвы и позволяет за счет отключения системы в дождливое время сэкономить расход воды и электричества. За изменением погоды контроллер следит с помощью специально встроенной метеостанции.

2. Электромагнитный клапан.

Клапан включает линию (зону) полива с набором дождевателей. Эти зоны размещаются в соответствии с имеющимися типами растений, их расположением и максимальным количеством воды, которое необходимо для полива.

3. Дождеватель.

Гидравлическое устройство, смонтированное под землей, и имеющее выдвижной разбрызгиватель (шток с форсункой). Работает при определенном давлении в системе труб.

4. Гидравлическая сеть.

Система из пластмассовых трубопроводов различного диаметра (магистральной и боковых линий).

Различают два типа дождевателей - роторные (струя воды, с радиусом полива до 30 м, вращается по необходимому сектору полива от 10 до 360 градусов) и секторные (одновременный полив всего орошаемого сектора от 0 до 360 градусов, радиус полива от 1 до 5 м). Секторные (статические) дождеватели часто используются в цветниках, поэтому высота их подъема над уровнем земли может быть 10, 15 или 30 см (в зависимости от высоты растений). Дождеватели оснащаются соплами (с регулировкой сектора, радиуса, траектории полива) и насадками (баблерами для полива деревьев, микроспреями для полива цветов, прямоугольными насадками для полива узких участков).

Студент в соответствии с данными эскиза определяет радиус полива дождевателей соответствующего типа и круговыми дугами вычерчивает на плане зоны орошения. Располагая зоны орошения нужно по возможности максимально охватить территорию газона, цветников, сада (огорода), не допуская попадания прямой струи воды на постройки, хвою и кору деревьев и т.п. Для этого при расстановке дождевателей корректируется сектор полива. В кустарниковых посадках и среди цветников дождеватели устанавливаются с меньшим интервалом (радиус 2—2,5 метра), т.к. струйки воды гасятся о листву. Выделяются места с высокими растениями, где устанавливаются дождеватели с 30 см телескопической частью и радиусом полива до 5 м. Также студентом устанавливается территория, где полив не требуется (дороги, детская площадка, зона отдыха, зоны между забором и газоном и др.).

Студент определяет примерные места установки гидрантов. Сеть гидрантов постоянно находится под давлением, что обеспечивает простой и быстрый доступ к воде в любое время. Обычно гидранты нужны в местах, где необходим ручной полив (вблизи дома, детской площадки, зоны отдыха, у въездной дороги). Расстояния между гидрантами определяются длиной шланга, удобно пользоваться шлангом длиной не более 10-15 м, следовательно, устанавливаются гидранты приблизительно через 20-30 м. Гидранты можно объединить в каналы и оставить их под давлением, а можно поставить на напорную магистраль или ее ответвления.

При проектировании дождеватели объединяются группой трубопроводов, которые соединяются в монтажных колодцах, через которые проходит напорная магистраль с выходом на насосное оборудование. При автоматическом управлении вместе с напорной магистралью в траншею прокладывается низковольтный кабель 24V для управления электромагнитными клапанами в монтажных колодцах. Напорную магистраль желательно закольцевать, что позволит сократить диаметр труб и снизить потери в трубопроводе. На небольших участках (2-3 трубопровода), запорную арматуру целесообразно размещать около насосного узла, в противном случае она выносится на территорию участка (монтажные колодцы). Насосное оборудование желательно монтировать в подвальном помещении зданий.

На один канал (трубопровод) оптимально ставить не больше 6 статических или 4 роторных дождевателей. Статические и роторные дождеватели из-за разной интенсивности осадков нельзя использовать на одном канале. Лучше использовать роторные дождеватели на солнечной зоне (для полива газонов, больших открытых площадок и участков с редкими посадками), а статические дождеватели в тенистой зоне (для полива цветников, участков с плотными посадками и небольших открытых участков газона) участка. Для стабильной работы насоса необходимо, чтобы производительность дождевателей в разных зонах участка отличалась не более 25%. Для этого необходимо, чтобы на всех каналах был примерно одинаковый расход воды. При полном открытии у роторных дождевателей, в зависимости от сопла, расход колеблется от 0,23 до 2,44 м³/ч, у статических от 0,7 до 1,0 м³/ч.

При расчете расхода воды на один канал обязательно учитывается, что при изменении сектора полива у статических дождевателей расход изменяется, а интенсивность не меняется, у роторных дождевателей расход не изменяется, а интенсивность изменяется.

Для идеальной работы оросительной системы, источник водообеспечения (водопровод, колодец, скважина и др.) должен иметь соответствующее давление (3-3,5 атмосферы) и количество воды (одна поливочная головка расходует от 2 до 10 л/мин., в зависимости от сектора полива). При давлении 3,5 атмосферы у статических дождевателей раскрытых на 90°, 180°, 270°, 360° расход будет равен 0,2 м³/ч, 0,41 м³/ч, 0,62 м³/ч, 0,82 м³/ч. Для роторных дождевателей раскрытых на 180° расход составляет 1,24 м³/ч.

При подборе диаметра труб учитывается зависимость между скоростью движения воды, гидравлическими потерями в трубопроводе и мощностью насосной станции. Рекомендуемая расчетная скорость воды в трубопроводе из полимерных материалов 2,5-3,0 м/с. Согласно данных таблицы 4 студент подбирает необходимый диаметр труб.

Таблица 4– Диаметр труб ПНД в зависимости от скорости и расхода воды

При отсутствии у заказчика источника воды с требуемым дебитом и напорным давлением, устанавливают систему водонакопления (водоподготовки), состоящую из специальных пластиковых емкостей от 1 м³ и больше, а также водонапорного насоса, что вместе обеспечивает эффективную работу всех оросителей.

Подбор насосного оборудования.

Для правильного подбора насосного оборудования необходимо сделать гидравлический расчет с целью определения расхода и напора. Расчет производится по самой невыгодной трассе трубопроводов, подводящих воду к самому удаленному от насосного оборудования дождевателю, расположенному на самой высокой отметке.

Например, расход воды, проходящий по трубопроводу, через 5 статических дождевателей раскрытых на 360° составит 4,1 м³/ч (5 шт.×0,82 м³/ч = 4,1 м³/ч = 0,0011 м³/с). Для данного расхода подбираем трубу ПНД диаметром 32мм (таблица 4). Скорость потока в трубе составит:

V = Q/ω, (м/с),

где: Q – расход воды в трубопроводе, м³/с; ω – площадь внутреннего сечения трубы, м²,

ω = π × D²/4 = 3,14 × 0,025²/4 = 0,00049 м²,

где D – внутренний диаметр трубы, м (разница внешним и внутренним диаметром трубы 0,007 м).

V = 0,0011/0,00049 = 2,24 м/с.

Гидравлические потери в трубопроводе (Нпк) сложатся из сумм потерь по длине (Нд) и потерь на местные сопротивления (Нм):

Нпк = Нд + Нм, (м)

Потери по длине вычисляются по формуле Дарси (Нд = ξ х L х V² / dвн х 2g). В РГР студент для вычисления Нд использует таблицу потерь напора (приложение А18).

При расходе 4,1 м³/ч, потери напора в трубопроводе длиной 100м составят 12,99 м. Допустим, длина канала до дальнего дождевателя 33 м, соответственно потери напора по длине составят 4,29 м.

Потери на местные сопротивления вычисляются по формуле Вейсбаха:

Нм = (ξм×V²)/2g, (м)

Местные потери разделим на потери при повороте, потери при ответвлении, потери в запорной арматуре.

При поворотах значение коэффициента местного сопротивления ξм, в зависимости от угла поворота α, принимаем по таблице 5.

Таблица 5 – Коэффициент местного сопротивления в зависимости от угла поворота

Допустим, на канале 2 поворота на угол 90°, принимаем коэффициент местного сопротивления равным 1,1, тогда:

Нп = (2×1,1×2,24²)/(2×9,81) = 0,56 м

При ответвлениях значение коэффициент местного сопротивления ξм принимается в зависимости от угла подсоединения ответвления. Допустим, у нас имеется 2 ответвления со значением коэффициента местного сопротивления ξм=1,5, следовательно, Нотв = 2×1,5×2,24²/(2×9,81) = 0,77 м.

Поскольку диаметр трубопровода расчетного канала 32 мм, по каталогам подбирается электромагнитный клапан диаметром 3/4". Потери напора в клапане принимаются по графику, приведенному в каталоге. Для нашего расхода они составят 2 м. Гидравлические потери в трубопроводе составят:

Нпк = 4,29 + 0,56 + 0,77 + 2 = 7,62 м.

Аналогично рассчитываются потери на напорной магистрали (Нпм) от насосного узла до ближайшего монтажного колодца. Они составляют Нпм=12,97 метров. Для сокращения потерь по длине, выбирается диаметр напорной магистрали 40 мм, тогда потери на этом участке сокращаются до 4,29 м.

Суммарное значение потерь на участке от насосного узла до наиболее удаленного дождевателя составляет:

ΣНп = Нпк +Нпм (м),

ΣНп = 7,62 + 4,29 = 11,91 м

Расчитаем необходимое давление, которое должен выдавать насос на выходе:

Нн = Нг + Нпк + Нд, (м),

где Нг – максимальный геометрический перепад между отметкой оси насоса и дождевателем (определяется по топографической основе плана участка);

Нпк - гидравлические потери в трубопроводе;

Нд - давление, необходимое для работы дождевателя.

Нн = 2,0 + 11,91 + 30 = 43,91 м = 4,4 атм

Далее по каталогу оборудования (приложение А6) подбирается насос, при подаче 4,1 м³/час, напор на выходе из него должен быть не менее 4,4 атм.

Монтаж системы полива - следующий этап реализации проекта. Все работы можно разделить на следующие этапы: прокладка траншей, монтаж трубопроводов и дождевателей, монтаж блоков автоматики и напорного узла и пуско-наладка.

Наилучшим вариантом установки системы полива является период строительства (например, чтобы предусмотреть подземные проходы труб под дорожками), а также начальная стадия реализации проекта планировки участка (чтобы избежать повреждения корневой системы цветочных культур, а также целостности газона).

При монтаже автоматической системы полива сначала монтируется магистраль, затем боковые линии, и поливочные головки (разбрызгиватели, дождеватели). Трубы для монтажа поливочной системы могут быть поливинилхлоридные (ПВХ), полиэтиленовые (ПНД). Соединение труб может быть разное. Это может быть сварка в раструб, компрессионное или резьбовое соединение труб. Трубы магистральной линии должны быть на один размер больше, чем самый большой размер труб боковой линии. Питающие линии закладываются на глубине 25-30 см (по дренажным траншеям, вдоль дорог и тропинок).

Перед зимним периодом должна производиться плановая зимняя консервация системы полива, осушение сети трубопроводов и продувка сжатым воздухом, подготовка к хранению насосного оборудования и устройств управления. Если имеются пластиковые водонакопители, то из них необходимо слить всю воду, вымыть их и просушить. Весной осуществляется плановый запуск системы полива, очистка рабочих частей дождевателей от талых наслоений. Срок службы и износа составляющих систем полива колеблется от нескольких лет до нескольких десятков лет.

Студенту для упрощения расчета сметы следует принять стоимость оборудования 150 у.е. за 100 м² орошаемой площади. Работы по монтажу системы составляют 40-70% от стоимости оборудования.