Экономия воды для полива растений. Капельное орошение

Капельное орошение

Огородники и садоводы знают, что урожайность и рост растений во многом зависят от полива. Сколько времени и сил порой уходит на это дело. Только бывает и так, что неправильное орошение дополнительно вредит овощам и фруктам. Уже давно разработаны современные системы, которые просто необходимо иметь на земельных участках.

Многие наслышаны о такой системе, как капельное орошение, только порой не все представляют, что это такое. Такая система используется для теплиц, парников и порой для обычного огорода. Если многие думают, что это система, которая была сделана в далекие девяностые годы в прошлом столетии, из тяжелых металлических массивных труб, то они ошибаются. Новое «капельное орошение» совсем другое. Это уже не громадные трубы с накладными капельницами, это очень простые нетяжелые системы, где установлены интегрированные эмиттеры. Современные садоводы уже давно по достоинству их оценили.

Для их изготовления используются полиэтиленовые трубы или шланги, фильтры, счетчики для воды, фитинги, капельницы, манометры. Если покажется, что все выйдет в копеечку, то напрасно. Такой способ полива совсем не дорог. Водные ресурсы экономятся, нет лишней утечки воды, а если использовать качественные материалы, то прослужит система очень долго. Кроме того, хозяину не нужно будет переживать, что земля под овощами будет слишком сухой, либо грядки утонут в воде.

Капельное орошение – это современная система, над созданием которой поработали ученые-биологи, агрономы. Вода будет поступать не в огромном объеме, а небольшими порциями. Затем она через небольшие отверстия будет проступать сквозь трубы. Эту системы можно использовать и для подкормки удобрениями. Надо только добавить в резервуар с водой немного специальных витаминов, питательных элементов или удобрений. Вместе с водой подкормка будет поступать в небольшом количестве.

Преимущества капельной системы полива:

• Использовать ее можно как на открытых участках, так и в парниках, теплицах;
• Применение системы очень разнообразно – это поливка овощей, садовых деревьев, кустарников. Можно подключать ее и к живым изгородям;
• Есть возможность использовать систему в качестве системы подкормок;
• Она позволяет экономить водные ресурсы.

Впервые такая система появилась в Израиле. Она напоминала трубопровод с большим количеством отверстий. Отверстия быстро набивались песком, и поэтому вода поступала на землю в виде капелек. Современный капельный полив выглядит несколько иначе, но все равно, если за системой не смотреть она может быстро засориться и выйти из строя. Уход не сложный - достаточно время от времени делать продув труб воздухом. Также достаточно просто держать емкость с водой закрытой, не будет попадать грязь и не будет засорений. Кроме того установка фильтров на распределительных лентах оказывает также хорошую защиту.

Чтобы система прослужила долго не рекомендуется на длительное время оставлять без присмотра. И тогда всегда будут радовать огороды-сады своих хозяев прекрасными урожаями.

При поверхностном орошении или при поливе дождеванием вследствие большого межполивного интервала в почве периодически создаются условия местного переувлажнения с последующим высыханием, что, безусловно, подвергает растения стрессам и нарушает нормальный ритм их развития.

В отличие от дождевания, капельное орошение основано на поступлении воды малыми дозами в прикорневую зону растений, количество и периодичность подачи воды регулируется в соответствии с потребностями растений. Вода поступает ко всем растениям равномерно и в одинаковом количестве.

Капельное орошение позволяет поддерживать влажность корнеобитаемого слоя во время всего вегетационного периода на оптимальном уровне без значительных ее колебаний, характерных для всех других способов орошения. При капельном орошении увлажнение почвы осуществляется капиллярным путем. За счет этого сохраняются оптимальные водно-физические свойства почвы. Вследствие чего корневая система развивается лучше, чем при любом другом способе орошения. Основная масса корней сосредотачивается в зоне капельниц, корневая система становится более мочковатой, с обилием активных корневых волосков. Увеличивается интенсивность потребления воды и питательных веществ.

В последнее время проблемам капельного орошения уделяется особое внимание во всех странах мира с развитым поливным земледелием. Энтузиазм, с которым повсеместно внедряется этот способ орошения, объясняется как возможностью полной автоматизации этого процесса, так и экономией воды, удобрений, ручного труда, а также значительным повышением урожая.

При поливе с помощью каналов – необходимо провести очень большую работу по подготовке площадей. По сравнению с каналами капельницы дают 70% экономии воды и увеличение урожая на 30% - 40%.

Изучение мирового опыта и результатов многолетних экспериментов с системами капельного полива в нашей стране в различных климатических и почвенных условиях показывает, что создание поливных систем такого типа эффективно и экономически выгодно при орошении многолетних насаждений, овощных, пропашных и технических культур, декоративных насаждений, питомников и т.д.

Капельное орошение. Применение

Капельное орошение имеет почти универсальное применение, в частности, оно применимо там, где другие способы полива использовать невозможно или неэффективно:

- при сложном рельефе и большом уклоне участка ;

- в районах с продолжительными засухами и постоянными сильными ветрами;

- на почвах с малой мощностью и очень низкой или высокой гигроскопичностью;

- на почвах склонных к засолению;

- при использовании для орошения воды с большим содержанием водо-растворимых солей.

Очень эффективным является использование систем капельного полива при интенсивных технологиях выращивания с/х. культур, прежде всего - овощных, когда размер и качество получаемого урожая в значительной степени зависят от точности поддержания влажностного режима и режима питания.

Преимущества систем капельного орошения:

1. Повышение количества и качества урожая.

Капельное орошение позволяет поддерживать оптимальный водно-физический режим в корнеобитаемой зоне (особенно в критические фазы их развития), что создает условия для получения высоких урожаев. Этот эффект более ярко выражен при засушливом климате, но и в более влажных районах капельное орошение позволяет существенно улучшить качественные показатели продукции. При использовании традиционных методов орошения влажность почвы изменяется от избыточной (сразу после полива) до, практически, влажности увядания (в конце межполивного периода). Корни растений должны преодолевать это напряжение и расходовать огромное количество энергии для того, чтобы потреблять в таких условиях воду и питательные вещества. Эти непроизводительные потери энергии играют негативную роль в росте и развитии растений. При капельном орошении частоту поливов можно регулировать в полном соответствии с водопотреблением растений, поддерживая оптимальную влажность и давая растениям возможность легко получать влагу и необходимые в данный момент и в нужном количестве питательные вещества. Таким образом, сбереженная энергия полностью направляется на рост и развитие растений и, в конечном счете, на увеличение урожая.

Справка: прибавка урожая за счет применения капельного способа полива и питания растений обычно достигает в плодовых насаждениях и на виноградниках 20-40%, а на овощных культурах - 50-80% (при этом созревание овощей происходит на 10-15 дней раньше).

2. Экономия труда.

По сути, системы капельного орошения являются стационарными и позволяют автоматизировать весь процесс полива и питания растений, что, в свою очередь приводит к значительной экономии трудозатрат.

3. Экономия воды.

Возможность более эффективного использования воды - одна из самых главных положительных характеристик капельного орошения. Снижение расхода воды при использовании систем капельного полива составляет от 20 до 80% в сравнении с другими методами орошения.

Величина этой экономии зависит от климатических условий, вида насаждений, типа почв, технических характеристик самой системы полива и обычно достигается за счет:

- специфичного режима полива, при котором достигается соответствие между поливной нормой и величиной водопотребления насаждений;

- ограничения орошаемой площади вследствие "адресной" подачи воды к корням растений;

- уменьшения величины испаряемой с поверхности почвы влаги, т.к. часть орошаемой площади остается сухой;

- ограничения развития сорняков, которые являются конкурентами культурных растений в борьбе за воду;

- устранения рассеивания поливной воды и ее испарения с листьев растений, наблюдаемого при дождевании.

При капельном орошении увлажняется только небольшой процент почвенного слоя, а именно - корнеобитаемая зона. При этом остальная часть почвы остается сухой, однако это не означает, что снижение расходов воды происходит за счет лишения растений необходимой влаги. Наоборот, при этом методе полива коэффициент полезного использования влаги составляет свыше 95% в отличие от арычного орошения, когда этот коэффициент составляет около 5%, и дождевания, где он равняется примерно 65%.

Кроме трех вышеперечисленных преимуществ, капельное орошение имеет ряд других положительных сторон:

- Аэрация почвы

C помощью систем капельного орошения, можно удерживать влажность почвы в оптимальных пределах, это обеспечивает интенсивное дыхание корней на протяжении всего цикла роста, не прерывающееся во время или непосредственно после орошения. Почвенный кислород позволяет активно функционировать корневой системе.

- Корневая система

Корневая система развивается лучше, чем при любом другом способе орошения. Основная масса корней сосредотачивается в зоне капельниц, корневая система становится более мочковатой, с обилием активных корневых волосков. Увеличивается интенсивность потребления воды и питательных веществ.

- Питание

Растворенные удобрения вносятся непосредственно в корневую зону вместе с поливом. Происходит быстрое и интенсивное поглощение питательных веществ. Это самый эффективный способ внесения удобрений в засушливых климатических условиях.

- Защита растений

Листья растений не увлажняются, как при дождевании, снижается вероятность распространения болезней, инсектициды и фунгициды не смываются с листвы.

- Агротехнология

Капельное орошение позволяет осуществлять обработку почвы, опрыскивание и сбор урожая в любое время, независимо от проведения орошения, так как участки почвы между рядами на протяжении всего сезона остаются сухими.

- Предотвращение эрозии почвы

Капельное орошение дает возможность применять полив на склонах или участках со сложной топографией, без сооружения специальных уступов или переноса почвы.

- Значительная экономия воды:

увлажняется только прикорневая зона растений, от 30 до 60% объема общей площади;

снижаются потери на испарение;

отсутствуют потери от периферийного стока воды.

- Энергетические и трудовые затраты:

уменьшаются трудовые затраты на проведение поливов;

медленная подача воды обеспечивает экономию энергии и трубопроводов;

система слабо чувствительна к падению давления в трубопроводе.

- Возможность выращивать растения на умеренно-засоленных почвах, применение для полива слабосоленой воды

При капельном орошении происходит интенсивное выщелачивание солей вблизи капельниц. Накопление солей по краям не оказывает слишком сильного воздействия на развитие растений. Вода и питательные вещества поглощаются частью корневой системы из выщелоченных зон почвы.

Методика расчета систем капельного орошения. Информация для профи

Новизна, приоритеты и перспективы овощеводства

О преимуществах использования капельного орошения в сельском хозяйстве известно давно. На Украине и в России капельное орошение начали использовать более 20 лет назад. Сегодня наблюдается тенденция увеличения площадей где используется капельный полив.

Основные термины и определения

Как любая система, капельное орошение имеет свою терминологию, которую необходимо знать:

• Источник водоснабжения — канал, бассейн или скважина, откуда производится забор воды.
• Насосная станция и водозабор предназначены для забора воды из источника.
• Фильтрационная станция предназначена для доведения качества воды до установленных параметров. В зависимости от наличия в воде определенных примесей и величины орошаемой площади, фильтрационная станция может включать сетчатые, дисковые, гравийные, гидроциклонные фильтры или их комбинации.
• Узел внесения удобрений — предназначен для дозированно го внесения, совместно с поливной водой, удобрений и СЗР. Может состоять из удобрительной головки и инжектора или дозатрона, а также емкости для приготовления раствора удобрений.
• Контроллер — устройство для автоматического контроля и управления работой системы капельного орошения.
• Регулятор давления — устройство для поддержания постоянного давления в системе, согласно паспортных данных.
• Оросительные трубки или ленты — капельные линии, укладываемые параллельно друг другу, согласно технологии, и соединенные с поперечной магистралью трубопровода.
• Эмиттеры — капельные увлажнители (капельницы) скрепленные с трубопроводом или составляющие с ним единое целое, в зависимости от конструкции. Их назначение - дозированный выпуск воды из трубопровода в небольших количествах.

Классификация и типы оросительных трубок

Трубки классифицируются:

• По типу трубки, лента или шланги.
• По типу капельницы — с жесткой капельницей и мягкой. Компенсированные и не компенсированные.
• По жесткости — мягкие (тонкие, однолетние) и жесткие (прочные).

Комплектация систем капельного орошения. Основные составляющие системы капельного орошения.

В настоящее время базовая комплектация системы капельного орошения состоит из:

• Источника водоснабжения.
• Узла подготовки и внесения удобрений.
• Фильтростанции.
• Магистральных трубопроводов.
• Регуляторов давления.
• Разводящих трубопроводов.
• Соединительной фурнитуры.
• Запорной фурнитуры.

Дополнительно система может содержать узлы автоматического контроля и управления системой, а также учета расхода воды.


Фильтрационная станция — один из важнейших элементов системы. В зависимости от наличия в поливной воде определенных примесей и величины орошаемой площади, фильтрационная станция может включать сетчатые, дисковые, гравийные и гидроциклонные фильтры. Сетчатые фильтры устанавливаются не только с очистительной целью, но и с предупредительной, после гравийного. Состоят из корпуса и фильтрующего элемента в виде мелкоячеистой сетки. Применяют для фильтрования воды при невысоком содержании неорганических частиц. Степень очистки воды зависит от размеров ячейки фильтрующей сетки, а пропускная способность от площади. При засорении фильтрующий элемент промывается обратным потоком воды.

Дисковые фильтры разработаны для более глубокого фильтрования. Состоят из корпуса и фильтрующего элемента в виде набора плотно сжатых тонких дисков с радиальными канавками. Они сочетают надежность и наименьшую себестоимость обслуживания. Используются для удаления неорганических и органических частиц. Обычно используются при заборе воды из скважин. При засорении могут промываться обратным потоком воды.

Гравийные фильтры используются для удаления органических и неорганических частиц. Применяемый в качестве фильтрующего элемента песок, за счет своей высокой удельной фильтрационной поверхности, позволяет удерживать большие количества взвешенных частиц. Используются при заборе воды из открытых водоемов. Промывка производится обратным потоком воды. Засыпаемая гравийно-песчаная смесь используется двух фракций: крупная (1,2-2,4 мм) засыпается снизу, а мелкая (0,5-0,8) засыпается сверху. Гидроциклоны используются для разделения и удаления тяжелых частиц из воды (в основном песка). Используются при большом загрязнении воды тяжелыми частицами, для предварительной очистки.

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

Агрономия не является точной наукой, как, например математика. И не смотря на то, что, на протяжении нескольких веков в этой области проводились масштабные исследования, получен значительный объем ин формации о влиянии орошения, удобрений и т. д. на развитие растений, мы не можем говорить о полном прогнозировании и планировании процессов в с/х производстве. Тем не менее, даже при отсутствии четких зависимостей, мы можем, исходя из имеющейся информации, оказывать значительное влияние на урожайность с/х культур путем корректировки определенных факторов. Одним из таких факторов является орошение. А если речь идет об орошении в овощеводстве, то на сегодняшний день можно с уверенностью говорить о том, что наиболее эффективным является капельное орошение.

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 схеме 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:

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:

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 (табл. 1).

Таблица 1. Максимальная пропускная способность 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

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:

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:

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 и вид загрязнителя, часовую потребность в воде (пропускную способность), а также производительность насосной станции и количество других потребителей. Следует иметь ввиду наличия 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:

w — площадь живого сечения трубопровода м2; Df — принятый диаметр трубопровода, м.

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

где: 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 проекту.
• 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 течение 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 паспортным данным

источник http://polimerprom.su/