Дождевание

Дождевание

ДОЖДЕВАНИЕ, один из видов искусственного орошения земельных угодий. При нем вода распределяется по орошаемой площади закрытым трубопроводом под напором, а затем поступает в особые приборы для разбрызгивания над растениями в виде дождя. Дождевание требует высоких эксплуатационных расходов, сложного технического оборудования и ухода; поэтому оно применяется для орошения наиболее дорогих культур в механизированных хозяйствах. Дождевание применимо в районах неустойчивого увлажнения, в отдельные засушливые периоды в течение года или в отдельные годы. Дождевание имеет следующие достоинства: 1) при дождевании расходуются меньшие количества оросительной воды (15—40 мм за один полив); 2) благодаря меньшему поступлению воды в почву явления заболачивания и засоления почвы, а также ухудшение ее физических свойств (уплотнение) не так опасны, как при обычном орошении; по той же причине получаются в почве более нормальные соотношения между содержанием влаги, воздуха и питательных веществ; 3) не требуется устройства мельчайшей регулирующей сети и планировки полей; 4) сбросная и дренажная сеть м. б. развиты слабее, а иногда и вовсе отсутствовать; 5) можно более точно дозировать количество даваемой растениям воды; 6) увлажняется не только почва, но и окружающий растения воздух, в связи с чем можно ожидать некоторого уменьшения транспирации влаги. К недостаткам дождевания, кроме указанных уже дороговизны эксплуатации и сложности установки, делающих этот способ малодоступным, относятся необходимость высокого давления в трубах, дороговизна трубопровода (до 65% всей стоимости), несовершенство аппаратуры (которая, впрочем, в последние годы совершенствуется) и малая пригодность для некоторых культур и почв.

При дождевании происходят значительные потери воды относом ее ветром, оседанием на листьях растений и испарением. Дождевание применимо на разных почвах, но наиболее оно пригодно для нетяжелых, но достаточно влагоемких (суглинистых и богатых органическими веществами) почв. Легкие песчаные почвы, быстро пропускающие воду, невыгодно дождевать в условиях сухого климата, так как в этом случае требуются большие количества воды; дождевание на легких почвах оказывается успешным лишь при большом количестве осадков (свыше 600 мм в год), например, во многих районах Западной Европы и, в частности, Германии. Практическое применение дождевания находит пока в Германии и в США. Установка для дождевания состоит из: 1) двигателя, 2) насоса высокого давления, 3) нагнетательных проводящих труб с арматурой и 4) приборов, разбрызгивающих воду.

Из двигателей для дождевания применяются двигатели внутреннего сгорания, паровые машины и электромоторы. Двигатели должны быть приспособлены к переменной нагрузке, которая резко колеблется в зависимости от удаленности поливаемого участка, от места установки двигателя. Ветряные двигатели не применяются вследствие их недостаточной и, главное, непостоянной мощности, не дающей напора надлежащей величины и равномерности. Потребность в мощности на 1 га составляет от 0,2 до 0,4 л. с. Мощность двигателя для одной установки колеблется в среднем от 15 до 40 л. с.

Насосы ставят обычно центробежные, могущие нагнетать воду непосредственно в проводящие трубы. Их не приходится останавливать во время перестановки оросительных приборов. Насосы должны быть высокого давления, так как даже в устройствах средних размеров требуется напор около 5—6 atm; это обусловлено тем, что 1) потери напора в трубопроводе велики, 2) для распыления струи вода должна поступать в приборы под высоким давлением.

Система нагнетательных труб разделяется на главную и распределительную сети. Трубы в виду высокого давления дождевания д. б. железные или чугунные (диаметром 10—20 см). Главная сеть труб, проводящая воду от насоса к орошаемым угодьям, обычно укладывается под землей и состоит из чугунных водопроводных труб с муфтами или фланцами. Распределительная сеть, разводящая воду по орошаемым полям, делается или в виде неподвижной постоянной сети, состоящей из труб с муфтами, или чаще - из переносных тонкостенных железных труб с фланцами и приспособлениями для легкого и быстрого соединения отдельных звеньев этих труб между собою. Постоянная система труб стоит дороже (больше труб), но зато эксплуатация ее легче; переносная же система дешевле и легче приспособляется к неровностям рельефа, но перекладка, сборка и разборка труб обходятся около 4—5 коп. на каждый погонный метр труб. Выбор той или иной системы зависит от местных условий и в частности от интенсивности дождевания: при интенсивном дождевании применяется неподвижная система; в противном случае - переносная. Система распределительных труб имеет следующие части: 1) соединительные тройники, или гидранты, для присоединения к трубам, боковым отводам и рукавам дождевых приборов; 2) задвижки на трубопроводе (через каждые 100—200 м) для возможности изолировать участки труб от напора воды; 3) спускные краны для опоражнивания труб от воды (например, на зиму).

Оросительные аппараты, получая воду из распределительного трубопровода под давлением, распыляют ее в виде дождя по орошаемому полю. В устройстве этих аппаратов и заключаются различия в системах дождевания. Существует свыше 20 систем разбрызгивающих аппаратов. В основе всех этих приборов лежит труба, в стенке которой на известных расстояниях сделаны отверстия, снабженные наконечниками, распыляющими проходящую через них под давлением воду. Эта труба соединяется гибким или жестким рукавом с распределительным трубопроводом. В одних системах эта труба помещается на колесах, образуя оросительную тележку, которая (в одиночку или в виде системы нескольких соединенных в ряд тележек) перемещается по полю, последовательно орошая полосу земли шириной 100 и более метров вдоль распределительного «полевого» трубопровода (перпендикулярно к главному трубопроводу). В других системах дождевания трубы, разбрызгивающие воду, помещаются на постоянных или переносных подставках на определенной высоте над орошаемой культурой. К первой группе систем дождевания принадлежат оросительные системы Родаца, Гартмана, Щепковского, а из новейших - Тромплера. Аппараты этих систем представляют собой оросительные тележки, соединяемые гибким рукавом с водопроводными трубами; при этом в системах Щепковского и Тромплера несколько тележек соединены гибкими рукавами по длине, так что вода проходит через все тележки; сразу орошается полоса земли длиной до 200 и шириной до 7 метров; в системах же Гартмана и Родаца тележки работают индивидуально, орошая площадь в 200—400 м2, и потому их надо часто передвигать, прекращая во время передвижки пуск воды.

Ко второй группе систем дождевания принадлежат: 1) Немецкая, Лапнингера, и американская, где трубы помещаются над орошаемыми культурами на постоянных стойках, высотой 1—2 м, на расстоянии 18—20 м друг от друга. Диаметр труб - 20—50 см. Трубы имеют по длине отверстия, через которые вода бьет на 8—10 м в сторону, и могут поворачиваться вокруг своей оси, так что орошается полоса в 15—20 м вдоль ряда труб (фиг. 1).

Дождевание

2) Новая система Краузе, в которой дождевание производится трубами 40—57 мм, укладываемыми на железных козлах на высоте около 0,85 м; трубы имеют длину 6 м и соединяются очень быстро специально сконструированными гибкими муфтами. Каждая труба имеет на середине штуцер с вентилем и распылителем (дюзы), который распыляет струю воды под углом 45° по кругу диаметром 6—8,5 м. Длина оросительных труб делается около 180 м (30 звеньев); т. о. одновременно увлажняется полоса земли 180·6 = 1080 м2. Главный трубопровод этой системы состоит из труб с фланцами, диаметром 51—80 мм и длиной колен 6 м.

Эти трубы кладутся по земле на деревянных брусках. Через каждые 7—9 труб, т. е. через 42—54 м, главный трубопровод имеет штуцеры, снабженные соединительным краном. При помощи этих кранов и соединительных труб к главному трубопроводу присоединяются оросительные трубы. Схематически устройство дождевания по системе Краузе показано на:

Система дождевания Краузе - главный трубопровод

фиг. 2 - главный трубопровод;

Система дождевания Краузе - соединение труб с главным трубопроводом

фиг. 3 - соединение труб с главным трубопроводом;

Главная соединительная муфта для сборки оросительных труб

фиг. 4 - главная соединительная муфта для сборки оросительных труб и фиг. 5 - расположение главных и оросительных труб в плане.

Расположение главных и оросительных труб в плане

В системе Лапнингера, кроме постоянных устройств, применяются и перевозные дождеватели. Каждый отдельный прибор состоит из трубы, поддерживаемой двумя парами колес, которые м. б. поставлены и вдоль и поперек. Труба длиной до 30 м поддерживается тяжелыми двуногими козлами. Наконечники в большом числе помещаются на трубе наклонно к ее оси так, что вода разбрызгивается под разными углами наклона полосой в 10—16 м. Отдельные приборы соединяются в длинную сплошную линию дождевателей. Трубы соединяются гибкими муфтами, допускающими изгиб системы по неровной местности. Боковой трубопровод м. б. длиной 200—1000 м, при длине главного нулевого трубопровода до 5000 м (фиг. 6).

Боковой трубопровод м. б. длиной 200—1000 м, при длине главного нулевого трубопровода до 5000 м

При конструировании дождевых аппаратов стремятся: 1) заменять дорогие и непрочные пеньковые и резиновые рукава железными соединительными трубами с гибкими муфтами, увеличивая расстояние между тройниками на главном трубопроводе; 2) заменять дождевальные тележки перекладными трубами с распылителями (или с вращающейся вокруг вертикальной оси деталью) для полива вдоль ряда труб полосы земли шириной 15—20 м в обе стороны.

Расчетные данные. По опытам профессора Крюгера в Германии, интенсивность дождевания (слой дождя в мм, падающего в 1 мин.) должна соответствовать проницаемости почвы: для легких почв она не д. б. больше 1,5 мм в мин. (т. е. 1,5 л на 1 м2), а при тяжелых почвах - не больше 0,75 мм в мин. Поливная норма при дождевании колеблется от 15 до 30 мм и чаще всего – 20 мм за один полив; т. о., при интенсивности дождевания в 1 мм в мин. продолжительность орошения данной площади будет равна 20 минутам. В Америке в полузасушливых районах принято давать на 1 полив норму 12—25 мм, а для засушливых 25—37 мм на один полив, производя его в среднем раз в неделю (для садовых, ягодных и огородных культур). Оросительные нормы, т. е. расход воды за весь вегетационный период, по германским данным, таковы: для ржи 40—80 мм за лето (поливы в мае); для овса - 120 мм (поливы с конца мая до половины июня); для овощей - 200 мм (поливы с половины июля по сентябрь); для пропашных культур 150 мм. По опытам дождевания в СССР (на Тингутинской оросительной станции и Безенчукской сельскохозяйственной станции) оросительные нормы колеблются от 60 до 120 мм. Расход воды определяется следующим образом. При интенсивности дождевания 1,5 мм в мин. и одновременно орошаемой площади 800 м2 расход подачи в трубах д. б. равен 0,0015·800 = 1,2 м3/мин, или 20 л/сек, а продолжительность полива каждого отдельного участка при поливной норме в 30 мм будет равна 30/1,5 = 20 минутам. В среднем за 10-часовой рабочий день может быть орошена площадь 1,5—4 га, причем необходимое число рабочих составляет от 2 до 5 человек. Модуль подачи воды на валовую единицу  орошаемой площади может быть исчислен по общему методу:

Dojdevanie 7

где m - поливная норма (15—30 мм), а - доля одновременно поливаемой площади, от всей площади орошаемого участка, t - продолжительность поливного периода в сутках. Если принять m = 30 мм, т. е. 300 м3 на га, а = 0,5, t = 10 дням, то q = 0,42 л/сек на га. Такое значение фиктивного среднего расхода на га принимает профессор Крюгер, т. е., например, для дождевания площади в 50 га достаточна установка с расходом около 20 л/сек. В этом случае за 10 ч. работы подается около 720 м3 воды. Зная количество воды, какое надо подавать в систему, высоту подъема воды, длину труб, КПД машин, можно подсчитать мощность двигателя и диаметр труб. Скорость в трубопроводе м. б. определена по формуле:

Dojdevanie 8

где h - потеря напора в трубопроводе, l - длина труб; d - диаметр труб, k - коэффициент (при d = 0,04—0,10 м, имеем k = 0,0038; при d = 0,125 м, k = 0,0030 и при d = 0,15 м, k = 0,0025). Если расход в трубопроводе равен

Dojdevanie 9

то

Dojdevanie 10

откуда получаем:

Dojdevanie 11

т. е. потеря напора возрастает при уменьшении диаметра труб пропорционально пятой степени его, а вместе с этим возрастает и потребная мощность двигателя, которая равна:

Dojdevanie 12

где Н - полезная высота подъема воды, γ - удельный вес, а η - КПД установки. Вместе с этим растут и эксплуатационные расходы, а равно и стоимость двигателя. С другой стороны, значительно увеличивать диаметр труб нельзя по двум причинам: 1) удорожается капитальная стоимость, 2) трудно переносить трубы. По этим соображениям, даже при легких тонкостенных трубах, диаметр их не делается больше 15 см. При таком диаметре труб и при скорости течения воды в трубах 1,0—1,5 м/сек (скорость не д. б. больше 2,0 м/сек) эти трубы способны пропускать 18—35 л/сек, т. е. обслуживать площадь орошения от 70 до 100 га. При диаметре труб в 12,5 см они пропускают 16—24 л/сек и могут обслуживать площадь 40—50 га. Надо выбирать такой диаметр труб, при котором эксплуатационные расходы были бы наименьшие.

По данным германских заводов, стоимость оборудования дождевания в настоящее время обходится 200—280 марок на га, причем это - минимальные цифры, взятые для сравнительно больших площадей (около 100 га) и при благоприятных условиях расположения источника воды по отношению к орошаемой площади. По данным фирмы Лапнингер, стоимость оборудования дождевания составляет на 1 га, при площади орошения до 10 га, 300—1000 р.; до 20 га – 200—400 р.; до 30 га – 170—330 р.; до 50 га – 150—300 р. По американским данным, капитальная стоимость дождевания составляет в небольших установках около 1220 руб. на га. Главную часть затрат составляет стоимость труб, и потому в удешевлении последних заключается условие удешевления дождевания. Что касается эксплуатационных расходов, то они слагаются: 1) из расходов на погашение капитальных затрат, ремонт и % на капитал - эти расходы принимают в 13—15% от капитальных затрат; 2) из расходов собственно эксплуатационных, т. е. на топливо, смазку, рабочую силу и т. д., - эти расходы зависят от количества работы и цен на топливо и рабочие руки и в среднем составляют, по германским данным, 2—5 к. на каждый м3 воды; по американским данным, эти расходы выше и составляют около 4—8 к. на каждый м3.

Увеличение урожая от дождевания составляет, по опытам профессора Крюгера в Бромберге, на 1 га: для картофеля (среднее за 10 лет, 1909—19 гг.) 7,0 т; для овса (среднее за 9 лет) - 790 кг зерна и 940 кг соломы; для озимой ржи (среднее за 10 лет) - 370 кг зерна и 830 кг соломы. По опытам дождевания в Поволжье (1914—17 гг.), прибавка урожая составляла: для хлебов 7—46%; для люцерны 100—180%; для картофеля 6—125%, в зависимости от климатических условий года и времени поливов. В Америке, в виду дороговизны, дождевание применяется только для ягод (клубника, земляника и пр.), фруктовых садов, табака, овощей; кроме того, дождевание здесь большей частью соединяют с обычными способами орошения.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.