Оросительные системы

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..3

1. Понятие и виды орошения……………………………………………………….3

2. Роль орошения в развитии  сельского хозяйства………………………………..4

I Способы орошения и полива…………………………………………………….10

1.1  Методы распределения поливной  воды……………………………………...10

1.2 Способы орошения……………………………………………………………..10

1.3 Преимущества и недостатки  дождевания…………………………………….12

1.4 Типы дождевальных машин и  установок. Качество дождя из  поливной машины……………………………………………………………………………...13

1.5 Техническая характеристика и схема работы дождевальной машины  ДКШ-64 «Волжанка»………………………………………………………………18

II Режим орошения…………………………………………………………………20

2.1 Сущность и задачи режима орошения………………………………………..20

2.2 Качество поливной воды………………………………………………………25

2.3 Интенсивность дождя. Расчёт интенсивности дождя………………………..27

2.4 Сроки полива овощных культур  с учётом фаз развития растений…………29

2.4.1  Методы определения сроков  полива……………………………………….29

2.4.2 Сроки и схемы полива овощных  культур…………………………………..32

2.5 Поливные нормы, оросительная норма. Расчёт поливных норм и оросительной нормы по каждой культуре, указанной в задании……………….33

2.6 Поливной гидромодуль и расходы  воды. Расчёт поливного гидромодуля            и расходов воды по каждой культуре, указанной в задании…………………….37

2.7 Длительность полива. Расчёт  продолжительности полива (стояния)           машины на одной позиции по каждой культуре, указанной в задании………...39

III Оросительные системы…………………………………………………………41

3.1 Виды оросительных систем……………………………………………………41

3.2 Основные элементы оросительной  системы…………………………………42

3.3 Схема оросительной системы…………………………………………………45

Вывод……………………………………………………………………………….46

Список литературы………………………………………………………………...48

Введение

1. Понятие и виды орошения

С технической точки зрения орошение — это искусственное увлажнение почвы. Его применяют в том случае, если естественного увлажнения почвы осадками недостаточно для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Орошение обеспечивает наиболее благоприятные для произрастания растений водный, питательный, воздушный, тепловой, солевой и микробиологический режимы почв.

По воздействию на почву и растения орошение может быть [13, c.57]:

- увлажнительным, когда в почве  ощущается недостаток усвояемой  влаги для растений. С этой целью воду из рек и водохранилищ по системе оросительных каналов и трубопроводов подают на поля, занятые культурой;

- удобрительным, когда вместе с  водой на поля подается необходимое  количество растворенных в ней  питательных веществ и различных интерградиентов (использование бытовых и промышленных вод);

- утеплительным, когда воду (весенние  паводковые воды, термальные воды, поступающие с заводов, теплоцентралей, гейзеров) подают на поля, в теплицы, парники с целью согревания  почвы;

- окислительным, когда речную воду, обогащенную кислородом, подают на поля, луга и рисовые массивы, где почва обеднена кислородом и где закисные соединения превалируют над окисными (орошение полыми водами пойменных лугов, орошение рисовых земель, дренаж и окисление тяжелых почв с близким рудяковым горизонтом);

- влагозарядковым, или запасным, когда  вода из рек и водохранилищ  в осенний и зимний периоды  подается на поля или многолетние  насаждения (озимые, травы, сады, виноградники) для создания необходимых запасов воды не только в верхнем (1 м), но и в более глубоких (2 м) слоях почвы. К этому виду запасного орошения относится также подача воды в специальные скважины или фильтрующие каналы с целью повышения запасов грунтовых вод в подземных водохранилищах, используемых для орошения сельскохозяйственных культур;

- промывным, когда воду подают  на поля или отдельные участки  для растворения и вымывания  из корнеобитаемого слоя почвы  вредных солей. 
Несмотря на многообразие различных видов орошения, необходимо отметить их комплексное воздействие на почву, растения и окружающую среду. Так, орошение полой речной водой не только увлажняет почву, но и изменяет ее термический режим, обогащает кислородом, а следовательно, изменяет ее окислительно-восстановительный потенциал. Вместе с оросительной водой на поля поступает большое количество питательных веществ, улучшающих структуру и плодородие почвы. При больших поливных нормах воды из почвы вымываются вредные соединения солей.

2. Роль орошения в  развитии сельского хозяйства

Орошение — один из главных элементов успешного выращивания сельскохозяйственных культур и поэтому требует особого внимания и изучения. Неправильное орошение, даже высококачественной водой, может нанести ущерб как растению, так и почве. Орошение с завышенными оросительными нормами может привести к уплотнению почвенного покрова, вымыванию удобрений из корнеобитаемого слоя, заболеванию корней. На участках без дренажа с высоким уровнем грунтовых вод орошение с завышенными оросительными нормами может способствовать подъему уровня грунтовых вод и засолению почвы. С другой стороны, недостаточное орошение может привести к уменьшению деятельности корней, снижению водопотребления растением и снизить урожай. В условиях же высоко минерализованной воды и малых осадков малые нормы орошения способствуют засолению верхних слоев почвы [9, c.38].

Орошение позволяет увеличить запас влаги в почвенном слое, где находятся корни растений, и тем самым способствует наращиванию плодородия полей. Способов орошения земель существует немного. Вода может поступать из оросительного канала или подаваться специальным насосом. В таком случае доставка влаги к корням растений осуществляется по бороздам.

Если на поле или лугу установлены водопроводные трубы, то вода попадает к растениям путем разбрызгивания. Аэрозольное орошение предполагает опрыскивание мельчайшими каплями влаги с той целью, чтобы стабилизировать влажность и температуру в атмосферном слое, находящемся возле земли. Внутрипочвенное орошение предполагает доставку влаги к корнеобитаемому слою.

Глубокое одноразовое увлажнение почвы весной через посредство стока называется лиманным орошением. Есть еще и такое понятие, как дождевание, когда луг или поле увлажняется самоходной системой, которую несложно доставить из одного места в другое. Механизированное орошение предполагает целенаправленное использование соответствующих технических средств.

В России значительная доля сельскохозяйственных земель находится в полосе рискованного земледелия, где увлажнение недостаточное и ситуация усугубляется порой суховеями и засухами. Такое положение уменьшает как урожайность, так и валовой сбор сельскохозяйственных культур. В создавшихся условиях орошение превратилось в один из наиболее доступных резервов для повышения эффективности полей и лугов, для наращивания продуктивности сельского хозяйства. На практике урожайность поливного гектара может в несколько раз возрасти.

Если взглянуть беспристрастно в корень проблемы, то получается, что снижение эффективности сельского хозяйства не могло бы произойти в нынешней форме без пересмотра условий работы насосных станций водоснабжения, без дробления больших оросительных систем на более мелкие. Плюс к этому прибавилась нерациональная эксплуатация поливных земель, нарушение технологии их использования.

Бремя реформ в сельском хозяйстве привело к уменьшению финансирования поливных гектаров и водохозяйственного строительства. Состояние поливных площадей значительно ухудшилось, в результате чего была снижена их ценовая категория.

Одновременно стали появляться признаки увеличения площадей с неблагоприятной обстановкой в отношении обеспечения влагой в период вегетации. Сотни тысяч гектаров поливных земель неудовлетворительны по основной характеристике из-за засоления и не соответствующего рельефу залегания грунтовых вод.

Начиная с 1990 года, общая площадь плодородных земель, которые являются самыми ценными для развития сельского хозяйства, планомерно сокращается. По данным исследования Всероссийского НИИ орошаемого земледелия, качество орошаемых земель с 1990 по 2011 год имеет пугающие цифры [11, c.61]:

- переувлажненность почвы выросла на 5 млн. га;

- заболоченность увеличилась на 1 млн. га;

- окисление повысилось на 30 млн. га;

- засоленность на 4 млн. га;

Причина такого плачевного состояния наших земель идет с незапамятных времен, когда советское государство с восторгом планировало глобальную реконструкцию практически всей природы России. Попытки поворота рек, хаотичное проведение мелиорации почвы, без учета особенностей климатических зон и общего состояния земли, применение примитивной оросительной и осушительной техники – все это и привело к тому, что большая часть нынешних плодородных земель имеет значительное переувлажнение и окисление.

И эта проблема затрагивает практически всю территорию России, которая нещадно подвергалась неграмотному орошению в течение многих лет. Несовершенная насосная станция водоснабжения, оросительные работы которой проводились в большинстве случаев без применения искусственного дренажа (дренажный насос), привело нарушению баланса почвы, поднятию уровня подземных вод и, как следствие, появлению и увеличению неблагоприятных факторов для плодородия. И эта деградация растет.

Современный анализ состояния мелиорированных земель требует кардинальных действий по его улучшению. Все виды осушительных, оросительных, химических и других видов мелиораций необходимо планировать, учитывая особенности данной почвенно-климатической зоны и имея на руках профессиональное экологическое обоснование.

Природные зоны нашей страны отличаются по особенностям почвы и климату. Почвенная зональность определяется соотношением влаги и тепла, степенью сбалансированности этих ресурсов. Эти расчеты являются основой для вывода о потребностях мелиорационных работ по осушению или орошению земель. Многолетний опыт развития земледелия разных стран доказывает, что для того, чтобы существенно повысить уровень и устойчивость сельскохозяйственного производства в России, необходимо сбалансированное сочетание передовых селекционных достижений с применением агротехнических технологий высокого уровня.

Всегда в деле орошения главными трудностями являлись подвод воды и устройство искусственного дренажа. Прорывали каналы, меняли русла рек, применяли для орошения даже подземные воды. Требовалось большое количество специальной техники и обслуживающего персонала. Поливочные системы, благодаря насосным станциям, доставляли воду туда, где в ней нуждались растения. Надо сказать, в технологическом отношении системы были не на высоком уровне, потому что требовали постоянного контроля, и время от времени - ремонта.

Сейчас в этом плане положение коренным образом поменялось. Новые насосные станции водоснабжения функционируют в автоматическом режиме, в соответствии с рабочим графиком, без обслуживающего персонала. Современное оборудование позволяет наладить оперативный контроль параметров системы, обладает надежной защитой от сухого хода, имеет эффективную защиту от молниевого удара, а также предохранение от попадания рыб при взятии из водоема воды.

Нужно учитывать также, что поливное земледелие без искусственного дренажа дает некоторое время спустя обратный результат. Почва подвергается засолению, возрастает уровень грунтовых вод. В этом случае настоятельной необходимостью становится искусственный дренаж, отвод подземных источников в ручей либо реку, находящуюся поблизости. Дренажные насосы помогают оперативно справиться с данной задачей и восстанавливают почвенный баланс.

Современная техника появилась вовремя. Большие площади поливных земель ждут комплексной реконструкции. Если в конце восьмидесятых годов в среднем за год реконструировалось 150,5 тысяч гектаров поливных полей и лугов, то в настоящее время этот показатель близок к нулю. На таком фоне и пошло снижение валовых сборов сельскохозяйственной продукции, усиленное разорением многих крупных производителей зерна, картофеля и мяса.

Снижение эффективности поливного гектара стало возможным по той печальной причине, что в результате нарушения технологии содержания орошаемых земель были выведены из оборота значительные поливные площади. На них пошли процессы деградации, выразившиеся заболачиванием полей, подтоплением лугов, засолением почвы. Свой производственный ресурс выработало сорок процентов поливной техники. А если говорить о напорных системах, то нормативные сроки эксплуатации выработаны у семидесяти процентов сетей, которые обеспечивают функционирование дождевальных машин.

Снижение технических возможностей оросительных систем значительно усугубило положение поливных земель. Появление более мощного современного оборудования дает шанс быстро и эффективно поправить положение дел в важнейшей части сельскохозяйственного производства.

Орошение играет большую роль в развитии сельского хозяйства, так как способствует повышению плодородия почвы, созданию благоприятных условий для роста и развития растений, получению высоких урожаев наиболее ценных культур при отличном качестве продукции и низкой себестоимости.

Целью данной курсовой работы является исследование режима орошения земель, занятых овощными культурами в условиях Нечерноземной зоны.

Достижение данной цели предусматривает решение следующих задач:

- рассмотрение способов орошения и полива;

- анализ основных элементов  режима орошения;

- исследование оросительных систем.

Теоретической и методологической базой для написания курсовой работы послужили монографии различных авторов (Айдарова И.П., Голованова А.И., Никольского Ю.Н., Ахмедова Х.А., Ольчаренко В.И., Бочкарева Я.В., Волковского П.А., Суриковой Т.И., Пчелкина В.В., Колпакова В.В., Сухарева И.П., Кузнецова Е.В., Тимофеева А.Ф. и др.), методические указания для студентов агрономического факультета.

I Способы орошения и  полива

1.1  Методы распределения  поливной воды

При орошении вода из источника по каналам и трубам подается на орошаемую площадь, распределяется по ней и затем переводится из состояния движения в состояние почвенной влаги, вследствие чего и происходит увлажнение почвы. Распределение воды и увлажнение ею почвы может осуществляться различными методами: подача и распределение поливной воды по поверхности почвы, увлажнение последней происходит при этом путем инфильтрации воды с поверхности почвы; подача воды под напором и разбрызгивание над поверхностью почвы, поливная вода в виде дождя падает на почву и увлажняет ее; подача и распределение воды ниже или непосредственно в корнеобитаемом слое, увлажнение почвы происходит путем капиллярного подъема или непосредственного впитывания воды в почву. В зависимости от этого различают и способы орошения: поверхностное, дождевание, капельное.

1.2 Способы орошения

В настоящее время чаще всего встречаются следующие способы орошения: поверхностное, дождевание, капельное.

Поверхностное — вода поступает непосредственно на поверхность почвы и распределяется по поливному участку сплошным слоем. Применяется при орошении с большими поливными нормами. Обычно делится на три вида [14, c.142]:

- полив по бороздам;

- полив по полосам;

- полив затоплением.

Дождевание — механизированный способ полива (легко поддается полной автоматизации), при котором активный слой почвы увлажняется водой, подаваемой на ее поверхность в виде искусственного дождя. Основное условие эффективности такого полива — создание оптимального водного режима почв, что возможно при правильном соотношении величин расчетной поливной нормы, интенсивности искусственного дождя, продолжительности полива, впитывающей способности почв. Интенсивность искусственного дождя (мм/ч) — это количество осадков, создаваемых данной дождевальной системой в единицу времени на единицу площади (на практике стремятся к проектированию систем, создающих искусственный дождь одинаковой интенсивности в каждой точке орошаемой площади).

Капельное орошение — высокомеханизированный способ орошения, при котором активный слой почвы увлажняется водой, подаваемой точечными источниками воды малого расхода (обычно от 1 до 4 л/ч), в результате чего увлажняется только малая часть общего объема почвы поливаемого участка. Следует отметить, что в этом ограниченном объеме (слое почвы) нет однородности в распределении запасов влаги по профилю увлажнения. Корневая система развивается в соответствии с распределением воды по профилю в почве: таким образом, в области, близкой к капельнице, где содержание почвенной влаги высокое, развивается основная активная (неглубокая) корневая система. С удалением от точечного источника (капельницы) содержание почвенной влаги постепенно уменьшается и, соответственно, корневая деятельность снижается. Поэтому в процессе орошения необходимо подавать удобрения, которые быстро усваиваются растениями из ограниченного активного корнеобитаемого слоя. Преимущество капельного орошения — возможность орошать и комплексно подавать удобрения в короткие межполивные периоды, что позволяет достичь высокой урожайности. Кардинальный вопрос при выборе оросительной системы — оправдывают ли увеличение урожая и экономия воды вложенные в приобретение капельных систем орошения средства.

Во многих странах мира, несмотря на внедрение передовых методов орошения под давлением, таких как дождевание, капельное орошение и орошение дождевальными машинами, продолжают пользоваться поверхностным способом орошения и всеми его недостатками.

Принято считать, что внедрению орошения под давлением препятствуют три основных фактора:

- недостаток средств;

- энергетические затраты;

- относительная сложность технологии оросительного процесса (хотя при поверхностном орошении рабочий персонал также должен обладать определенными навыками).

1.3 Преимущества и недостатки  дождевания

Преимуществами дождевания являются [1, c.73]:

- возможность применения на полях со сложной топографией;

- пригодность для полива большинства культур;

- экономное использование воды,

- высокая эффективность полива, повышение урожаев; обеспечение широкой механизации всех сельхозработ и их выполнение в сжатые сроки;

- широкий диапазон выбора размера сопла дождевателей, что облегчает проектирование и регулировку интенсивности полива;

- возможность точного измерения расхода воды на участке;

- увеличение коэффициента земельного использования;

- высокая мобильность систем орошения;

- возможность применения для всех вспомогательных поливов;

- пригодность для промывки полей в профиль;

- возможность достижения одинаковой интенсивности полива на орошаемом участке (равномерное распределение воды в поле);

- удобство внесения удобрений с поливной водой;

Недостатками дождевания являются:

- высокие начальные капиталовложения;

- дополнительные затраты на энергию, потребляемую на создание нужных напоров в оросительных системах;

- неравномерность распределения воды в поле при ветре;

- отрицательное воздействие на лиственный покров (ожог листьев),

- снижение урожая при поливе минерализованными водами;

- высокая вероятность уплотнения верхнего слоя почвы, связанного с образованием корки на поверхности почвы,

- повышенный сток;

- потери воды на границах участка;

- проблемы с проведением сельхозработ на орошаемом участке (вспашка, опрыскивание, уборка урожая).

1.4 Типы дождевальных  машин и установок. Качество дождя  из поливной машины

Дождевальные машины и установки служат для полива дождеванием сельскохозяйственных культур. Дождевальные   машины   и  установки предназначены для забора воды из каналов или трубопроводов, превращения ее в капли дождя  и  распределения его по орошаемой площади. Общим для них является наличие в конструкции  дождевального  аппарата (насадки) или группы их, используемых в качестве водораспределяющего устройства. В нашей стране  и  других странах мира создано большое число  типов   дождевальных   машин   и  установок, отличающихся между собой конструкцией водораспределяющих и  водоподводящих устройств, величиной напоров  и  расходов воды, достигаемым уровнем производительности труда  и  степенью рассредоточения водного тока.

Каждому из  типов   дождевальных   машин   и  установок присущи определенное устройство оросительной сети  и  технология водораспределения. В нашей стране серийно выпускаются установки КИ-50, КИ-25, ДШ-25/300. Наиболее распространены  и  находят широкое применение  дождевальные  машины и агрегаты типа ДДА-100М, ДДН, «Волжанка», «Фрегат».

Дождевальной установкой называется комплект оборудования для позиционного полива сельскохозяйственных культур, включающий водопроводящие трубопроводы и дождевальные аппараты или, насадки, устанавливаемый и перемещаемый на орошаемом участке вручную или при помощи средств механизации.

Дождевальной машиной называется устройство для полива сельскохозяйственных культур, имеющее двигатель или привод, ходовую часть  и   дождевальные  аппараты или насадки, перемещаемое по орошаемой площади за счет механической энергии или энергии воды в напорных водоводах.

Дождевальные машины и установки можно классифицировать по следующим признакам: по типу дождевальных аппаратов — коротко-, средне- и дальнеструйные; по способу выполнения технологического процесса — позиционного действия и передвижные; по способу забора воды — от трубопровода и из канала; по числу опор — одно- и многоопорные; по направлению рабочего движения — фронтальные и круговые; по способу перемещения по полю — переносные, перекатываемые, навесные и самоходные; по типу собственного привода на опорные колеса — с механическим, электрическим или гидравлическим приводом; по числу проходов для полива заданной поливной нормой — одно- и многопроходные [5, c.66].

По конструктивным признакам, определяющим технологический процесс полива, выделяют следующие основные типы дождевальной техники: многоопорные широкозахватные дождевальные машины, двухконсольные дождевые машины, дальнеструйные дождевые машины, дождевальные установки, стационарные дождевальные системы. Рабочие органы, обеспечивающие создание дождевальных струй и распад их на капли, — дождевальные насадки и аппараты. Дождевальные аппаратыиспользуют для преобразования струи воды в дождевые капли и распределения их по площади полива. По дальности полёта капель они подразделяются на короткоструйные насадки (5 — 8 м), среднеструйные (15 — 35 м) и дальнеструйные аппараты (40 — 80 м и более). Короткоструйные насадки не имеют движущихся частей и создают веерообразный поток поды. Короткоструйные аппараты снабжают дефлекторными, щелевыми или центробежными насадками. В дефлекторных насадках струя воды выходит под давлением из сопла, обтекает дефлектор  и сходит с корпуса в виде тонкой пленки конусообразной формы. В воздухе пленка распределяется на отдельные капли и орошает прилегающую к насадке площадь. Короткоструйные насадки образуют мелкокапельный дождь (размер капель 0,9 – 1,1 мм). Расход воды через насадки (0,34 – 3,8 л/с) регулируют, изменяя диаметр сопла и напор в трубопроводе.

Средне- и дальнеструйные аппараты образуют поток воды в виде симметричной струи, выбрасываемой из сопла под углом к горизонтали. В полете струя распадается на капли, которые в виде дождя орошают площадь в пределах дальности струи. Среднеструйные аппараты, работающие при напорах 1,5 — 5 атм. (0,15 — 0,5 МПа) с расходом воды до 7 — 8 л/с, и дальнеструйные, работающие при напорах 4 — 10 атм. (свыше 0,5 МПа), создают одну или несколько круглых струй. При поливе ствол аппарата вращается, обеспечивая угловое перемещение струи и орошение круговой площади. Многоопорная широкозахватная дождевая машина «Фрегат» — напорный трубопровод, установленный на опорах и снабжённый среднеструйными дождевальными аппаратами. Трубопровод движется по кругу относительно неподвижного гидранта, из которого в машину поступает вода. Самодвижущиеся опоры оснащены гидроприводом с системой регулирования скорости движения и автоматикой, обеспечивающей поддержание прямолинейности трубопровода. За один оборот дождевальная машина обеспечивает требуемую поливную норму. Дождевальная машина ДФ-120 –«Днепр» самоходная с электроприводом от передвижной навесной электростанции, для чего каждая опорная тележка снабжена электромотором-редуктором. Полив осуществляется позиционно с забором воды от гидранта закрытой оросительной сети. От гидранта к гидранту дождевальная машина перемещается фронтально. Дождевальная машина «Кубань» самоходная, фронтального действия с электроприводом от передвижной электростанции.

Полив осуществляется в движении с забором воды из открытого канала. Ширина захвата 800м. У дождевальной машины ДКШ-64 «Волжанка» вместо тележек используются колёса, насаженные на трубопровод как на ось. Двухконсольная дождевальная машина ДДА-100МА — пространственная ферма с открылками и короткоструйными насадками, смонтированная на тракторе ДТ-75М. Снабжена насосной установкой с приводом от вала отбора мощности трактора. При поливе дождевальная машина движется вдоль канала, забирая из него воду и подавая её по водопроводящему поясу двухконсольной фермы к дождевальным насадкам. Ширина поливной полосы 120 м. Дальнеструйные дождевальные машины навесные (на трактор), подразделяются на дождевые машины  позиционного и фронтального полива. Дождевальная машина позиционного полива ДДН-100 — насос-редуктор, смонтированный на раме. На напорном патрубке насоса располагается дальнеструйный дождевальный аппарат [3, c.75].

Типы дождевальных машин по способу водозабора. Использование дождевальной техники на ирригационных системах изначально проектировавшихся для поверхностных способов полива осложняется трудностью водозабора из существующей сети. Для целей районирования дождевания существующие сети можно подразделить следующим образом: в земляном русле, облицованные, имеющие гибкие напорные шланги, жестких трубопроводы с гидрантами. Для того, чтобы избежать больших затрат средств, для переделки имеющейся сети при подключении дождевальных установок, следует придерживаться рекомендаций указанных в паспорте той или иной машины.

Количество и качество полива дождеванием определяются характеристиками дождя, создаваемого машиной, их соответствием агротехническим требованиям: интенсивностью дождя, размерами капель, равномерностью распределения дождя по орошаемому полю.

Размер капель. Этот показатель искусственного дождя влияет на допустимую интенсивность, потери воды на испарение, затраты мощности, уплотнение почвы, допустимую поливную норму до начала образования стока и т. п. Так, при диаметре капель 1,0—1,5 мм и интенсивности 0,5 мм/мин величина допустимой поливной нормы — 130—700 м3/га, а при диаметре капель более 2,0 мм — лишь 50—190 м3/га. Увеличение интенсивности до 1,0 мм/мин уменьшает допустимую поливную норму до 30-120 м3/га (диаметр капель более 2,0 мм).

При свободном распаде струи дождевального аппарата образуются капли разных размеров. Чем больше скорость полета струи, тем лучше она дробится на мелкие капли. При увеличении диаметра выходного отверстия насадки увеличивается средний диаметр капель.

При принудительном разрушении струи образуются капли значительно меньшего размера, чем при свободном распаде.