Файл: Носенко В.Ф. Техника импульсного дождевания.pdf

631.6

Н8 4

УД К 631.347.4+631.674.5

0435—340

г. Калинин. Областная типография.

©ИЗДАТЕЛЬСТВО -КОЛОС-,1973

П Р Е Д И С Л О В И Е

Создание совершенных оросительных систем на мас­ сивах нового ирригационного строительства и на рекон­ струируемых землях является основным направлением технического прогресса в области мелиорации на бли­ жайшую перспективу. Постановлением Совета Минист­ ров СССР (ноябрь 1971 г.) предусматривается внедре­ ние наиболее совершенных автоматизированных дожде­ вальных систем на значительной площади. Такие системы уже построены в РСФСР, Украинской ССР и Молдав­ ской ССР на общей площади около 1000 га, некоторые находятся в стадии строительства. Более широкому их внедрению препятствуют высокие капитальные вложе­ ния на строительство (до 5000—6000 руб/га). Задача состоит в совершенствовании стационарных дождеваль­ ных систем и снижении их стоимости.

Основным направлением в совершенствовании дож­ девальных систем является максимальное рассредоточе­ ние поливного тока за счет снижения интенсивности искусственного дождя и увеличения числа одновременно работающих дождевальных аппаратов (медленное, пре­ рывистое, импульсное дождевание). Особенно четко это прослеживается на стационарных дождевальных систе­ мах, где рассредоточение поливного тока дает наиболь­ ший экономический эффект.

Импульсное дождевание — одно из новых, прогрес­ сивных технологических направлений в дождевании для получения максимального рассредоточения поливного тока. Оно обеспечивает частые поливы при очень малых поливных нормах, позволяет регулировать микроклимат, поддерживая относительную влажность воздуха на вы­ соте растений в пределах 70—80% при снижении мак­ симальной температуры в наиболее жаркие периоды дня в среднем на 2—3°С.

Известно, что стационарные дождевальные-системы обеспечивают максимальную производительность труда при поливе и наиболее полное использование орошаемых земель и поливной воды. Основные причины, ограничи­ вающие их широкое распространение, — это высокая

3

стоимость строительства и потребность в большом коли­ честве труб значительного диаметра. Время работы обычных дождевальных аппаратов на позиции для вне­ сения заданной поливной нормы равно 0,5—3 ч. Поэтому

В нашей стране разработаны и проходят производст­ венные испытания импульсные аппараты конструкции Московского гидромелиоративного института, Казахско­ го научно-исследовательского института водного хозяй­ ства, Всесоюзного научно-исследовательского института механизации и техники полива и др. Многие из них за­ щищены авторскими свидетельствами, существенно отли­ чаются от импульсных аппаратов зарубежных фирм.

Теория гидравлического расчета импульсных дожде­ вальных аппаратов разработана в нашей стране кафед­ рой гидравлики МГМИ под руководством профессора И. И. Агроскина. Теория и расчет параметров импульс­ ного дождевания в дальнейшем были уточнены исследо­ ваниями, проводимыми на той же кафедре под руковод­ ством Б. А. Васильева.

Предлагаемая брошюра, написанная по материалам опытно-конструкторских разработок и исследований в отделе механизации и техники полива КазНИИВХ (1963—1969 гг.) и лаборатории импульсного дождева­ ния ВНИИМиТП (1970—1973 гг.), направлена на выяв­ ление широких потенциальных возможностей этого сравнительно нового, прогрессивного способа полива и дальнейшее совершенствование технологических основ и технических средств его осуществления.

4

ОБОСНОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ДОЖДЕВАНИЯ

Принцип и возможные технические средства непрерывного водоснабжения растений в течение вегетации

i

/ Дождевание, как и поверхностное орошение, основа­ но на принципе периодической аккумуляции влаги в активном слое почвы. Созданные при поливе запасы влаги затем расходуются на транспирацию и испарение в межполивные периоды. Периодические поливы пред­ определяют циклический, зачастую нежелательный ха­ рактер изменения среды (почвы, приземного слоя воз­ духа) и, следовательно, условий произрастания растений.

Более прогрессивным является, по А. Н. Костякову, принцип непрерывного водоснабжения растений и поч­ вы водой в соответствии с ходом водопотребления [14]. На этом принципе, в частности, основано вакуумное под­ почвенное орошение и разработанное в последнее время капельное орошение. Однако осуществить непрерывное водоснабжение растений чрезвычайно сложно из-за зна­ чительных затрат на сооружение разветвленной водопроводящей сети и водораспределяющих устройств, коли­ чество которых, например на системах капельного оро­ шения, колеблется от 500 до 10 000 на 1 га.

Известно много попыток создать и дождевальную си­ стему, обеспечивающую требуемый микроклимат и не­ прерывное снабжение растений водой [1], Опытные системы искусственного тумана в Кориеильском универси­ тете (США), в Национальном институте сельскохозяйст­ венной техники (Англия), в ТСХА, в Институте садовод­ ства нечерноземной полосы, в Главном Ботаническом саду АН СССР и Московском гидромелиоративном ин­ ституте (МГМИ) свидетельствуют о технической воз-

;можности их создания. При этом обеспечивается высо­ кая приживаемость и ускорение роста черенков, произ­ растания цветов, интенсивное проращивание семян од­ нолетних и многолетних растений.

Установки искусственного тумана включают системы труб с часто расположенными форсунками (одна фор­ сунка обслуживает примерно 1 м2 площади), через ко­ торые вода под напором 2—6 кг/см2 распыляется в воз-

5

духе. Эксплуатация таких систем, естественно, затрудне­ на, а капитальные затраты на их строительство чрезвычайно велики. Например, затраты на строитель­ ство установки Московского гидромелиоративного ин­ ститута на площади около 0,4 га составили примерно 10 тыс. руб.

Значительно меньше затраты на строительство си­ стем медленного дождевания [9, 39], основной частью которых служат дождевальные среднеструйные аппара­ ты, обеспечивающие малую интенсивность дождя (0,02— 0,06 мм/мин). Такие системы применяются и как противозаморозковые. По данным фирмы «Перрот», для усло­ вий ФРГ медленное дождевание предотвращает повреж­ дение растений при температурах воздуха до —6°. Системы медленного дождевания применяются в Ита­ лии, США и некоторых других странах. В зависимости от температурных условий полив на них непрерывно про­ должается несколько суток (1—4). На опытных систе­ мах медленного дождевания в нашей стране применяют­

расход дождевальных аппаратов, расположенных через 18 м, был равен 0,3—0,5 л/с. При пересчете на 1 га пло­ щади противозаморозковое медленное дождевание по­ требует расхода воды б—10 л/с. Естественно, строитель­ ство таких систем требует значительных капитальных затрат, так как пропускная способность трубопроводов в 10—20 раз выше по сравнению с обычными дождеваль­ ными системами, на которых аппараты работают пооче­ редно.

Представляют интерес стационарные и. полустацио­ нарные автоматизированные дождевальные системы пре­ рывистого дождевания. Австрийской фирмой «Ло-Гид- ромат» выпускается оборудование, позволяющее вести прерывистое дождевание с рабочим временем 2—30 мин и интервалами 2—210 мин. Среднеструйные дождеваль­ ные аппараты, расположенные на одном трубопроводе, снабжены гидроавтоматами, воспринимающими сигналы генератора импульсов, расположенного в голове системы. Оборудование системы прошло испытания на полигоне ВНИИМиТП. Установлена возможность увеличить до определенных размеров площадь, обслуживаемую систе­ мой без существенного увеличения диаметра труб за

6

счет прерывистой работы на позиции, продолжительность стоянки на которой равна 20—24 ч.

В другом конструктивном исполнении фирмой «Сек- ва-Мэтик» (США) выпускается полустационарная авто­

Автоматизированные системы типа «Ло-Гидромат» и «Секва-Мэтик» позволяют рассредоточить поливной ток благодаря поочередной работе среднеструйных аппара­ тов. Недостаток этих систем в их сложности, а также в невозможности вести полив одновременно на всей пло­ щади системы, то есть обеспечить непрерывное водоснаб­ жение растений.

Дождевальные системы с импульсными аппаратами позволяют в необходимой степени рассредоточить полив­ ной ток, создать требуемый микроклимат и направленно воздействовать на растения и окружающую среду. Им­ пульсный дождевальный аппарат отличается от обыч­ ного тем, что имеет гидроаккумулятор и автоматически действующий запорный орган, срабатывающий при до­ стижении определенного давления в сети напорных тру­ бопроводов или по сигналам с пульта управления. Вы­ брос воды импульсным аппаратом (гидропушкой) чередуется с паузами накопления воды в гидроаккумуля­ торе, что позволяет увеличить длительность работы каж­ дого аппарата для внесения требуемой, как правило, малой поливной нормы. Импульсными аппаратами можно вносить и значительные поливные нормы (600— 800 м3 /га), в этом случае длительность их работы будет 1—2 суток.

К настоящему времени четко определились и опробо­ ваны в" производственных условиях две технологические схемы импульсного дождевания, имеющие свои достоин­ ства и недостатки:

импульсное ежедневное дождевание в жаркие часы суток при норме, близкой к суточному водопотреблению; импульсное дождевание в режиме обычного дожде­ вания (в расчетные сроки при расчетных поливных

нормах).

' " В первом случае предусматривается длительное (еже­ дневное) воздействие на растение и среду для создания

7

микроклимата и поддержания стабильной влажности почвы. В то же время необходимость внесения в течение 1—3 ч суточной нормы водопотребления на всей площади затрудняет использование воды на системе, исключает возможность предельного рассредоточения поливного» тока н осуществления принципа непрерывного водоснаб­ жения растений, что в конечном счете приводит к уве­ личению капитальных затрат на строительство систем.. Для создания такого режима используются импульсные дождевальные аппараты, длительность пауз накопления воды у которых в 5—10 раз больше длительности «выст­ релов», то есть все известные импульсные дождевальные аппараты.

Во втором случае импульсное дождевание происхо­ дит не ежедневно, а только в период полива, хотя по сравнению с обычным дождеванием длительность этого воздействия увеличивается (от 1—3 ч до 1—2 суток). Поочередный полив участков системы в течение всего межполивного периода позволяет рассредоточить полив­ ной ток и создать предпосылки для снижения капиталь­ ных затрат на строительство таких систем. Несмотря на рассредоточение поливного тока, эта схема также не обеспечивает принципа непрерывного водоснабжения растений за вегетацию.

В последние годы в нашей стране разработана еще одна технологическая схема импульсного дождевания, основанная на непрерывном в течение вегетации водо­ снабжении растений (синхронное дождевание) за счет одновременной и непрерывной работы импульсных дож­ девальных аппаратов системы. Средняя интенсивность дождя при этом снижается до 0,002—0,01 мм/мин, а дли­ тельность накопления воды в 50—200 раз" превышает длительность выброса воды. Для осуществления такого режима орошения разработаны импульсные дождеваль­ ные аппараты принципиально новой конструкции.

Положительное влияние импульсного дождевания на растение и среду (почва, приземный слой воздуха) до­ казано фундаментальными работами Института физио­ логии растений имени К. А. Тимирязева АН СССР, про­ водимыми под руководством Г. В. Лебедева [19], а так-

8

же работами ряда других институтов страны (МГМИ, КазНИИВХ, ВНИИМиТП и др.).

Ежедневное импульсное дождевание растений в жар­ кие часы суток, предложенное этим институтом, опробо­ вано и дало положительные результаты при возделыва­ нии чая, капусты, сахарной свеклы и других сельскохо­ зяйственных культур.

В 1958—1961 гг. на чайных плантациях Азербайджа­ на при помощи опытной установки было проведено сравнительное изучение ежедекадного и ежедневного прерывистого (импульсного) дождевания. Оросительные нормы на сравниваемых вариантах были приблизительно равными. По полученным данным, разница между ва­ риантами по температуре воздуха была 2,5°С, а по отно­ сительной влажности воздуха 10—-15% и более. Интен­ сивность транспирации двулистных флешей чая на ва­ риантах импульсного дождевания (с повышенной влажностью воздуха) благодаря периодическому нане­ сению на листья капельножидкой воды находилась все время на высоком уровне (на 15—20% выше, чем при ежедекадном дождевании). Поглощение воды из почвы растениями при импульсном дождевании снижалось, и поступление ее через листья увеличивалось. Отмеченные характерные изменения в водном режиме растений и микроклимате воздуха привели к тому, что за четыре го­ да исследований урожайность чайного листа на планта­ циях при импульсном ежедневном дождевании изменя­ лась от 7 до 10 т/га, в то время как при ежедекадном дождевании колебалась от 4 до 7 т/га.

Исследованиями, проведенными в Московской обла­ сти [27], установлено, что урожайность капусты при им­ пульсном дождевании увеличивается почти вдвое по сравнению с обычным дождеванием (501 и 262 ц/га).

Проведенными в 1967—1969 гг. в предгорных райо­ нах А'лма-Атинской области исследованиями ИФР АН

СССР и КазНИИВХ при участии автора выявлено поло­ жительное влияние импульсного дождевания на рост и развитие сахарной свеклы [11, 21]. Урожайность при им­ пульсном дождевании в 1967 г. была 490 ц/га против 360 ц/га на контроле (обычное дождевание), а в 1968 г. 487 ц/га против 320 ц/га. Характерно, что при импульс­ ном дождевании увеличилась не только урожайность са­ харной свеклы, но и на 2% повысилась ее сахаристость (17,2 и 19,2%)- Оросительная норма на вариантах им-

9