Насосы и насосные станции

8. Насосы и насосные станции.

Насосная станция — комплексная система для перекачки жидкостей из одного места в другое, включает в себя здание и оборудование: насосные агрегаты (рабочие и резервные) — насосы, трубопроводы и вспомогательные устройства (например, трубопроводную арматуру). Используются в качестве инфраструктуры для нужд водоснабжения, канализации, на месторожденияхнефти и т. д. Также используются для удаления воды на территориях в низменности, обводненных в результате прорыва воды или наводнения.

Насосные станции на каналах

Насосные станции часто встречаются в странах с развитой системой каналов. Из-за работы системы шлюзов на канале уровень воды падает на верхней части канала при каждом прохождении судов через шлюзы. Кроме того, многие шлюзы не герметичны, и вода просачивается из верхней части канала в нижнюю.

Очевидно, что уровень воды в верхней части канала требуется поднять (компенсировать), иначе, в конечном итоге, уровня воды перед шлюзом не хватит для судоходства. Обычно каналам требуются дополнительные объёмы воды, которые поступают путём направления воды из рек и ручьёв в верхнюю часть канала. Однако при отсутствии таких источников для поддержания уровня используется насосная станция.

Насосные станции в системе водопровода и канализации

Наибольшее распространение насосные станции получили в системах водоснабжения загородных домов, коттеджей, участков. Насосная станция представляет поверхностный насос, соединенный гибкой подводкой с гидроаккумулятором и управляющим насосом реле давления. Поверхностный насос осуществляет забор воды из открытого источника и подачу её под давлением в гидроаккумулятор. После выключения насоса, водоснабжение потребителей осуществляется за счет воды, запасенной под давлением в гидроаккумуляторе. После того, как давление воды в гидроаккумуляторе упадет до заданного уровня, реле давления включит насос и цикл повторится. В ряде случаев, насосные станции используются для повышения давления воды в системе.

22. Виды дождевания  и дождевальных оросительных  систем.

Дождевание — способ полива с.-х. культур, при котором вода разбрызгивается в виде дождя над поверхностью почвы и растениями.

По сравнению с поливами поверхностными дождевание имеет ряд преимуществ. Оно улучшает условия произрастания растений, т.к. увеличивает влажность не только почвы, но и приземного слоя воздуха, понижая их температуру, потери на испарение с поверхности почвы. При дождевании с растений смывается пыль, что усиливает их дыхание, ассимиляцию углерода, развитие и накопление органического вещества. После дождевания структура почвы менее разрушается и послеполивную обработку можно начинать раньше, благодаря чему в почве сохраняется больше влаги. Дождевание даёт возможность вместе с поливной водой вносить удобрения. Дождевание можно проводить в любое время суток и давать любые поливные нормы, начиная с самых малых (30 м3/га). Оно позволяет поддерживать оптимальную для растений влажность почвы на землях со сложным рельефом и на участках с маломощными почвами, расположенными на сильно водопроницаемых породах (песок, галечник), на которых поверхностные поливы требуют большого объёма планировочных работ или связаны со значительными потерями воды на фильтрацию. При поливе дождеванием обычно нет мелких каналов и борозд, поэтому более полно используется земельная территория и производительнее работают с.-х. машины. Иногда этот способ полива экономически менее выгоден, чем поверхностный, например при орошении большими поливными нормами (более 700 м3/га) и значительном числе поливов.

Дождевание применяют для вегетационных, освежительных, подкормочных и утеплительных поливов, провокационных поливов в борьбе с сорняками и др. Его широко используют при выращивании овощных, технических, кормовых, зерновых и плодово-ягодных культур, особенно в зоне неустойчивого увлажнения. Наиболее эффективно дождевание на фоне осенней влагозарядки почвы. В засушливые годы дождевание даёт большую прибавку урожая в нечернозёмной зоне и даже на севере (например, под Якутском). Оросительные нормы при дождевании обычно несколько ниже оросительных норм при поверхностных поливах. Поливные нормы от 30 до 600 (в благоприятных условиях до 800) м3/га; при вегетационных поливах они должны обеспечить увлажнение корнеобитаемого слоя почвы. Проводить дождевание нужно таким образом, чтобы вода равномерно распределялась по полю, не образуя луж и стока. Время наступления стока зависит от водно-физических свойств почвы, крупности капель дождя, его интенсивности (слой дождя в мм в единицу времени) и характера поступления — непрерывное и периодическое (с интервалами 1-8 мин и более). Полив хорошего качества можно получить, если диаметр капель не превышает 1,5-2 мм, а интенсивность меньше фактической проницаемости почвы. Для конкретных условий эти величины обычно определяют опытным путём.

Источниками воды для полива дождеванием могут быть реки, пруды, каналы и др. водоёмы и водотоки. Проводящая (каналы, стационарные трубопроводы) и распределительная (открытая, закрытая и комбинированная) сеть подаёт воду на поливной участок и распределяет её внутри участка, подводя к дождевальным машинам и установкам. Расположение в плане и расчёт проводящей и распределительной сети при поливе Д. имеют следующие особенности: форма поливного участка должна быть близка к прямоугольной, ширина его кратна ширине захвата дождевальной машины, а длина не менее 400-600 м; временные оросители и трубопроводы располагают параллельно один другому, расстояние между ними равно двойной длине крыла машины или радиуса разбрызгивания (с учётом площади перекрытия).

Источник: БСЭ

По сравнению с другими способами полива дождевание обладает рядом преимуществ, которые сводятся к следующему:

• механизация процессов труда, а, следовательно, полное сочетание полива с технологией других сельскохозяйственных работ, проводимых в хозяйстве;

• возможность получения дружных и полных всходов, укоренение и развитие растений в начальный период на всех почвах;

• возможность загущения посевов сельскохозяйственных культур с соблюдением оптимальной площади питания и расположения рядков растений с расчетом на оптимальный режим освещения, а, следовательно, и на максимальное использование энергии тепла солнечной радиации;

• применение на сложных рельефах и больших уклонах, а также на песчаных и слаборазвитых почвах без проведения или при минимуме планировочных работ;

• проведение частых поливов малыми нормами с целью не только увлажнения почвы, но и улучшения микроклимата приземного слоя воздуха (освежительные поливы), а, следовательно, создания благоприятных условий для протекания физиологических процессов и накопления урожая при минимальных затратах воды;

• благодаря обогащению кислородом, углекислотой и газообразным азотом капли дождя снабжают почву и растения дополнительным питанием;

• точная дозировка поливной воды применительно к периодам роста и развития растений и мелиоративному состоянию земель;

• возможность орошения сельскохозяйственных культур с одновременным внесением удобрений при подкормках и ядохимикатов при борьбе с вредителями и болезнями, а также при дефолиации листьев растений перед уборкой;

• благодаря комплексному воздействию на почву, растение, а, следовательно, и направленному изменению водного и питательного режимов легче формировать и регулировать урожай;

• за счет более экономного расходования поливной воды коэффициент полезного использования оросительной воды повышается на 25-30%.

Однако при больших достоинствах у дождевания имеются и некоторые недостатки, которые надо учитывать при организации полива сельскохозяйственных культур, особенно на больших массивах:

• высокая интенсивность дождя, неравномерное увлажнение почвы при поливе в ветреную погоду и относительно низкое качество дождя, что при повышенных поливных нормах - 600 м3/га и более приводит к разрушению структуры почвы и ее уплотнению, образованию луж и появлению поверхностного стока и как следствие на больших уклонах к водной эрозии;

• зависимость распределения дождя и равномерности увлажнения почвы от скорости и направления ветра, что при наличии понижений рельефа приводит к застою воды, неравномерному развитию растений и их полеганию. В районах, подверженных сильным ветрам, бывают простои дальнеструйных машин, то есть снижается коэффициент полезного использования их рабочего времени или заменяется круговое дождевание на секторное;

• небольшие поливные нормы - 300-400 м3/га брутто, а, следовательно, и малая глубина промачивания почвы в сухой степи и тем более в аридной зоне, особенно на солонцеватых и бесструктурных почвах, приводят к чрезмерно большому числу поливов. Это удорожает поливы, увеличивает непроизводительные потери воды на испарение в атмосферу, нередко приводит к развитию болезней у овощных, бахчевых культур и винограда.

Несмотря на это, дождевание является перспективным способом орошения, особенно при более совершенных типах дождевальных систем и установок.

Виды дождевания

По срокам и характеру подачи воды, а, следовательно, увлажнению почвы и биологическому воздействию на полевые, овощные, чай и плодовые культуры различают три вида дождевания: обычное, импульсное, аэрозольное. При обычном дождевании воду подают на поля в виде дождя со значительным интервалом - 6-12 суток для смягчения микроклимата приземного слоя воздуха (высокая температура, низкая относительная влажность) и создания оптимальных запасов влаги в активном слое почвы 0,5-0,6 м.При импульсном дождевании воду подают на культуру ежедневно в период наиболее высоких дневных температур - с 13 до 15…16 ч для снижения дефицита влажности воздуха. Аппараты импульсного дождевания работают отдельными циклами, причем каждый цикл состоит из периодов-пауз, то есть накопления воды в котле, создания максимального давления и «выстрела», или выбрасывания воды в атмосферу. При аэрозольном дождевании вода подается, как и при импульсном, ежедневно в течение 4-5 ч (с 13 до 16…17 ч) в период высоких температур и низкой относительной влажности воздуха для орошения овощных культур и чайных плантаций. Мощные установки забирают воду из каналов или трубопроводов и под большим давлением выбрасывают ее в воздух. В зависимости от силы и направления ветра капли дождя в виде тумана распространяются на 200-300 м и более.

Стационарное дождевание

  Стационарное дождевание - способ полива, при котором перемещаются только дождевальные аппараты, а другие звенья дождевальной системы (насосно-силовое оборудование, главный и распределительный трубопроводы) имеют стационарное обслуживание.

  При поливе дождеванием оросительная система состоит, из водоисточника насосной станции с двигателем, водопроводящей сети каналов, гидротехнических сооружений, дождевальных машин и установок. По принципу работы системы дождевания делятся на: стационарные, полустационарные и передвижные.

На стационарных системах все элементы (т.е. насосные станции, все трубопроводы, дождевальные аппараты) устраивают постоянными. На таких системах целесообразно широко и применять автоматику, устанавливать самопогружающиеся дальнеструйные установки в специальных колодцах, откуда они под напором воды поднимаются для полива и опускаются после полива. На автоматизированных стационарных системах устанавливают короткоструйные, среднеструйные и дальноструйные машины и установки. На таких системах могут быть созданы наиболее благоприятные условия для регулирования режима почв по их влажности на основе использования тензиометров. На стационарных системах насосная станция, водопроводящая сеть и гидротехнические сооружения имеют постоянное местонахождение (не передвигаются). Трубопроводы заложены в земле. На поверхность вводятся лишь гидранты (краны) от закрытых трубопроводов, к которым подключаются дождевальные машины и установки.

В стационарных системах все элементы, кроме дождевальных аппаратов, занимают постоянное положение. Такие системы используют в парниках и теплицах, для орошения горных склонов, высокорентабельных сельскохозяйственных культур.

Для небольших участков площадью 25-50 га при возделывании овощных культур и многолетних цитрусовых насаждений стационарные системы устраивают из труб, протянутых над землей на высоте 2,5 м с закрепленными на них короткоструйными или среднеструйными аппаратами. В тепличном хозяйстве используют стационарные дождевальные автоматические системы, которые состоят из распределительных трубопроводов с дождевальными аппаратами радиусом действия не более 2,5 м.

Полустационарное дождевание

Полустационарное дождевание - способ полива, при котором насосно-силовое оборудование, главный и распределительный трубопроводы имеют стационарное положение, а полевые – с дождевальными устройствами перемещаются.

На полустационарных дождевальных системах насосные станции, хозяйственные и участковые распределители, групповые оросители (или трубопроводы) устраивают постоянными, оросители и транспортирующие трубопроводы — временными, а дождевальные устройства — самоходными или переносными. В настоящее время именно эти системы получили наибольшее распространение. К подвижным дождевальным агрегатам и машинам относятся ДДН-70, ДДН-100, ДЦА-100М(А), «Фрегат», «Волжанка», «Днепр», «Кубань».

На полустационарных оросительных системах насосная станция и магистральный трубопровод занимают неподвижное положение, а распределительные трубопроводы и подключаемые к ним дождевальные машины и установки перемещаются по орошаемой площади.

Полустационарные дождевальные системы получили наибольшее распространение. На этих системах насосные станции и транспортирующие трубопроводы, как правило, стационарные, а дождевальные машины и установки, дождевальные трубопроводы - передвижные.

При полустационарных дождевальных системах насосные станции, хозяйственные, участковые распределители, групповые оросители или трубопроводы устраивают постоянными, оросители и транспортирующие трубопроводы — временными, а дождевальные машины и установки — самоходными или переносными, то есть подвижными. Полустационарные системы при дождевании наиболее распространены. К подвижным дождевальным машинам и агрегатам относятся ДДН-70, ДДН-100, ДДА-100М, ДДА-100МА, «Фрегат», «Волжанка» и др.

Дождевание передвижными машинами

Дождевание передвижными машинами - способ полива, при котором перемещаются все звенья дождевальных систем.

При подвижных дождевальных системах подводящие, распределительные и транспортирующие трубопроводы устраивают из быстроразборных металлических трубопроводов. Подвижные системы при дождевании в настоящее время устраивают обычно на небольших участках (орошаемые овощные участки, культурные орошаемые пастбища и др.), где не требуется пропуска больших расходов воды. Наиболее типичной для настоящего времени подвижной системой является система орошения культурных долголетних пастбищ площадью от 150 до 300 га.

Передвижные оросительные системы применяют для полива небольших участков, расположенных вблизи водоисточников. Их оросительная сеть состоит из быстроразборных трубопроводов и передвижной насосной станции.

В передвижных дождевальных системах все элементы в процессе полива перемещаются. Например, закончив подачу воды на одной позиции, насосная станция перевозится вместе с трубопроводами на другую, где подает воду в переносные или передвижные дождевальные установки или машины.

Передвижные дождевальные машины ПДМ-2500, ПДМ-3000 применяется для искусственного орошения сельскохозяйственных угодий, в том числе сенокосов, пастбищ, пропашных культур, овощей и др.

Оросительная сеть при дождевании

Составными элементами дождевальной оросительной системы являются: источник орошения; постоянные и подвижные насосные установки; постоянная сеть каналов и трубопроводов; временная сеть каналов или быстроразборных транспортирующих трубопроводов; стационарные и подвижные дождевальные машины и установки с системой разбрызгивающих аппаратов.

Оросительная сеть при дождевании может быть открытой, закрытой и комбинированной.

Открытую сеть выполняют в виде постоянных и временных каналов или лотков, закрытую - в виде трубопроводов (стальных, чугунных, железобетонных, асбестоцементных, пластмассовых).

Комбинированная сеть сочетает открытые проводящие каналы и распределительную трубчатую сеть, воду в которую подают насосные станции.

Трубчатая (закрытая) сеть включает трубопроводы: магистральный (или главный), проводящий воду от водозабора до орошаемой площади; распределительные различных порядков; поливные с гидрантами. Она может быть стационарной, передвижной и полустационарной.

Наиболее совершенна стационарная сеть, позволяющая создавать автоматизированные оросительные системы с использованием высокопроизводительной дождевальной техники. Передвижную сеть выполняют из быстроразборных трубопроводов, укладываемых по поверхности поля, что требует больших затрат ручного труда. Полустационарная сеть сочетает стационарные (обычно магистральные и распределительные) и разборные поливные трубопроводы.

По сравнению с открытой трубчатая сеть имеет следующие преимущества: высокий КПД, так как потери воды из нее незначительны; высокий КЗИ орошаемой площади; отсутствие помех для механизации полевых работ; возможность применения при сложном рельефе местности. Основные ее недостатки - потребность в большом количестве труб и значительные капитальные и эксплуатационные затраты. Схема оросительной сети на полях должна быть увязана с технологическими схемами работы конкретных дождевальных машин, конфигурацией орошаемых участков, рельефом и др. Оросительная сеть должна обеспечивать подачу воды к дождевальным машинам в соответствии с графиком поливов.

Диаметры трубчатой оросительной сети, напоры, необходимые для подачи требуемых расходов воды, определяют гидравлическими расчетами. При этом расчетные расходы воды должны быть согласованы с расходами дождевальных машин.

40. Влияния орошения на почву, микроклимат и урожай с/х культур

Влияние орошения на почву, растения и урожай сельскохозяйственных культур. Поливная вода оказывает глубокое, многостороннее воздействие на почву, растения и их урожай.

Под ее влиянием существенно изменяются агрономические свойства почвы, водно-воздушной, тепловой и питательный режимы, микробиологическая активность почвы, микроклимат над орошаемой территорией. Все это обязывает тружеников орошаемого земледелия выполнять все работы высококачественно, квалифицированно, на научной основе.

Поливная вода оказывает не только положительное, но и отрицательное воздействие на почву, растения и их урожай.

Вода оказывает глубокое воздействие на почвообразовательный процесс, вызывая существенные изменения физического состояния почвы, солевого режима, тепловых свойств и воздушного режима, химических и микробиологических процессов, темпа накопления и разложения органического вещества почвы.

Оптимально увлажненная почва приобретает физическую спелость. При обработке такая почва лучше рыхлится и крошится, меньше оказывает механическое сопротивление тяговым усилиям.

С оросительной водой вносятся в почву илистые частицы (коллоидная фракция), с отложением которых образуются плодородные наносы. Вода является хорошим растворителем, а это способствует мобилизации элементов питания и улучшает питательный режим растений.

При поддержании благоприятного водно-воздушного режима путем орошения в почве активно протекают микробиологические процессы: аммонификация и нитрофикация, деятельность клубеньковых и свободно живущих азотфиксирующих бактерий, в результате чего значительно улучшается азотное питание растений.

При орошении значительно усиливаются ростовые процессы, разрастается мощная корневая система растений, что способствует обогащению почвы растительными остатками, органическим веществом.

Наряду с положительным влиянием орошения на почву и ее плодородие, неурегулированные поливы (несвоевременность поливов, избыток или недостаток поливных норм) вызывают большие отрицательные последствия. Так, под влиянием потоков воды при наземных способах полива и ударов капель при дождевании разрушаются структурные агрегаты, образуется корка на поверхности почвы, ухудшается воздушный и пищевой режимы.

Вода, просачивающаяся в глубь почвы, переносит илистые и коллоидные частицы из верхних слоев в нижние, в результате чего образуется уплотненная прослойка, которая препятствует проникновению воды, воздуха и корней растений в более глубокие слои.

Поверхностные поливы на участках с большими склонами приводят к смыву и размыву, т. е. к развитию так называемой ирригационной эрозии почвы.

При неурегулированных поливах повышается уровень грунтовых вод, что может вызвать заболачивание или засоление почвы и резко снизить урожайность. Вредные для растений соли оросительных и минерализованных грунтовых вод вызывают вторичное засоление корнеобитаемого слоя почвы.

Избыток поливной воды вызывает потери питательных веществ и загрязнение окружающей среды, особенно естественных или искусственных водоемов, куда переносятся с водой, например, нитраты.

Орошение оказывает существенное влияние на микроклимат местности — изменяется температура, влажность приземного слоя воздуха и верхних слоев почвы. Орошаемая вода, задерживаясь на листьях, стеблях растений, снижает их температуру. Увлажненная почва медленнее нагревается и остывает, т. е. теплоемкость ее возрастает, мощная листовая поверхность травостоя культурных растений лучше затеняет почву, которая меньше прогревается, улучшается температурный режим почвы.

Положительное влияние орошения на микроклимат лучше всего проявляется при наличии лесонасаждений: полезащитных лесополос, посадок вдоль постоянных оросительных и сбросных каналов. Над полями, защищенными лесными насаждениями, скорость движения воздуха обычно меньше, а относительная влажность приземного слоя выше.

Орошение оказывает многостороннее влияние на величину и качество урожая. У орошаемых культур формируются мощная листовая поверхность, корневая система, что обеспечивает образование большой общей вегетативной массы, способствует повышению продуктивности сельскохозяйственных культур и качества урожая. Так, опытах Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства урожайность кукурузы (зерна) при орошении в среднем за три года составила 58 ц/га при урожайности ее без полива 36 ц/га. Имеется много примеров, когда урожайность культур при орошении в 1,5—3 раза превышает урожайность без орошения. Во многих районах среднеазиатских стран земледелие без орошения вовсе невозможно.

Наряду с урожайностью под влиянием орошения значительно повышается качество урожая. Так, в опытах научно- исследовательского института масличных культур содержание масла в семенах сои повышалось с 21,8 % без орошения до 23,3 % при трех поливах. Под влиянием орошения повышается содержание белка в листостебельной массе люцерны.

Установлено также, что сахаристость корнеплодов сахарной свеклы несколько снижается при орошении, но в результате резкого повышения урожайности сбор сахара резко увеличивается. Так, в опытах на Валуйской опытной станции в среднем за четыре года были получены такие результаты: без орошения урожайность корнеплодов составила 102 ц/га, сахаристость — 22,3%, собрано сахара — 22,8 ц/га, а при поливах с поддержанием влажности почвы на уровне 70 % полевой влагоемкости урожайность достигла 547 ц/га, сахаристость уменьшилась на 3,5 % (была 18,8 %), но сбор сахара достиг 102,9 ц/га, т. е. увеличился на 80,1 ц/га.

Имеется много примеров, когда под влиянием орошения снижается содержание протеина в зерне пшеницы, кукурузы и других культур. В таких случаях причиной снижения качества продукции является низкий уровень обеспеченности растений элементами минерального питания, а не орошение.

55. Допустимые сроки отвода избыточных  вод. 

Затопление поверхности осушаемых земель летнепаводковыми водами (речными и склоновыми) в течение вегетации не допускается,поскольку это приводит к резкому угнетению растений из-за недостатка кислорода в почве, особенно если поверхностные воды прогреваются и количество растворенного в воде кислорода уменьшается. Поэтому интенсивно вегетируюшие зерновые и пропашные культуры гибнут после затопления в течение нескольких суток, сильно "нижается урожайность и у более влаголюбивых трав . 
Допустимая продолжительность весеннего затопления сенокосов и пастбищ зависит от состава трав. По данным Б.Д.Оношко, травы можно разделить на три группы: выдерживающие длительное затопление от 20 до 40 сут (бекмания, канареечник, мятлик болотный), допускающие затопление не более 20 ....25 сут (тимофеевка, клевер белый, мятлик луговой, полевица белая), не выдерживающие затопления более 7... 10 сут (овсяница луговая, ежа сборная, клевер красный, райграс).

Отвод избыточных вод, образуемых продолжительно выпадающими летними и осенними осадками, должен быть осуществлен ( по обобщенным данным) в сроки, указанные в таблице. 
Сроки (сут) отвода избыточных вод в вегетационный период (нарастающим итогом)

73. Тепловые мелиорации

В настоящее время можно выделить четыре группы мелиоративных мероприятий, позволяющих улучшать этот важный для жизнедеятельности растений режим почв.

Первая группа мероприятий направлена на изменение (снижение) теплоемкости поверхностных горизонтов почв. Это удается осуществить путем внесения в пахотный горизонт тяжелых минеральных почв каменистого материала (щебня, гравия, галечника, шлака и др.). Каменистый материал обладает невысокой теплоемкостью, он быстро нагревается и, остывая, отдает аккумулированное им в дневной период тепло мелкоземистому материалу поверхностных горизонтов почвенного профиля.