В статье приведен анализ причин, приводящих к неравномерному распределению оросительной воды между бороздами, влияющих на равномерность увлажнения орошаемого участка в целом. Качество полива по бороздам из самонапорной закрытой оросительной сети оценено коэффициентом равномерности увлажнения по длине борозды, учитывающий технологический разброс расходов патрубков - водовыпусков, изменчивость расходов в зависимости от давления в поливном трубопроводе и надежность самой поливной борозды.

The analyze of causes, leading to irregularly distribution of irrigated water between furrows, influencing on uniforming of moisten of irrigated lot is given in the article. Safety of irrigated furrows, changeablity of expenditure in dependence of pressure in watering pipelines are studied in article.

Основное содержание исследования

При внедрении самонапорной закрытой оросительной сети (ЗОС) для бороздкового полива важны не только ее технические возможности, но главное надежность в процессе длительной эксплуатации. При бороздковом поливе обеспечение равномерного распределения оросительной воды между бороздами вдоль поливного трубопровода является одним из условий равномерного увлажнения орошаемого участка.

Основными элементами самонапорной ЗОС при распределении воды между бороздами являются водовыпускные отверстия из поливных трубопроводов в патрубки-водовыпуски, через которые вода изливается в борозды.

Опыты проведенные в хозяйствах Самгарского массива показали, что в реальных условиях длительной эксплуатации равномерность распределения воды между бороздами нарушается из-за заиления трубопроводов, засорения и разработки (расширение) водовыпускных отверстий в поливном трубопроводе, а также при неправильной установке или поломке патрубков-водовыпусков и изменения напора воды в поливном трубопроводе. Большие отклонения расходов поливных струй от установленного расчетного расхода приводит к недополиву по отдельным бороздам (когда ) или переполиву, что приводит к увеличению глубинного и поверхностного сброса, а также эрозии почвы (когда ).

Причинами уменьшения расхода поливных струй являются засорение водовыпускных отверстий плавающим мусором и водорослями, попадающими в трубопровод при неисправных сороудерживающих решетках водозаборного сооружения, засорение мелким гравием или грунтом, попадающим через патрубки-водовыпуски при механизированной обработке почвы. На равномерность распределения воды между бороздами влияет также частичное или полное заиление поливных трубопроводов при несвоевременной их промывке. Причиной увеличения расхода поливных струй является разработка водовыпускных отверстий при поливе мутной водой, содержащей большое количество песчаных частиц, при поливах с повышенным напорами, а также разработка отверстий при попадании мелких камней в патрубок-водовыпуск. Разработка водовыпускного отверстия камнем происходит при выпуске воды.

Поскольку определяющей эксплуатационной характеристикой самонапорной ЗОС является ее выходной гидравлический параметр, который оценивает количество воды, выделяемое поливным трубопроводом в борозды, появляется необходимость в установлении допустимых пределов отклонения расхода поливной струи (увеличения или уменьшения) для оценки качества полива. Следует отметить, что в дальнейшем водовыпускное отверстие в поливном трубопроводе и установленный над ним патрубок - водовыпуск рассматривается как один элемент-патрубок-водовыпуск. Для решения поставленного выше вопроса с позиции теории надежности необходимо установить понятие отказа патрубка - водовыпуска.

Под отказом патрубков-водовыпусков будем понимать изменения исследуемых параметров-расходов поливных струй в борозды, выше допустимых пределов. Такие отказы классифицируются как параметрические и в этом случае следует говорить о параметрической надежности сети (1).

Анализ работы самонапорной ЗОС при длительной эксплуатации показал, что величины расходов поливных струй являются случайными и на поливном трубопроводе они распределяются случайным образом.

Опыт эксплуатации показывает, что изменение расхода поливной струи во времени также носит случайный характер.

Качество бороздкового полива из самонапорной ЗОС, как уже отмечено выше, оценивается коэффициентом равномерности увлажнения борозды. Такой способ оценки был бы справедлив, если бы каждый патрубок-водовыпуск точно дозировал необходимый расход воды и работал безотказно. Кроме этого, изменения напора (давления) в поливном трубопроводе также влияют на равномерность расхода воды. Необходимо также учитывать безотказность самой поливной борозы, так как при нарушении нарезки трассы борозды затрудняется равномерность распределения расхода воды по длине борозды.

Поэтому оценка качества полива коэффициентом равномерности увлажнения по длине борозды, требует учитывать технологический разброс расходов, вызываемых патрубками-водовыпусками, изменение напора в поливном трубопроводе, а также безотказность работы поливной борозды.

Исходя из вероятностного характера указанных параметров, равномерность распределения расхода воды также имеет вероятностный характер. Тогда коэффициент равномерности увлажнения по длине борозды можно определить по следующей зависимости

где: - впитавшейся воды в конце и начале борозды при начальной стадии эксплуатации соответственно, м;

-коэффициент, характеризующий равномерность раздали расходов, патрубками-водовыпусками;

- коэффициент, характеризущий надежность работы поливной борозды (вероятность безотказной работы борозды, зависящей от качества нарезки борозд от уклона поверхности поля и др.).

В работе (1) поливные борозды относят к пятому классу по степени последствия, для которых предлагается ориентировочные значения вероятности безотказной работы при .

При бороздковом поливе виноградника поливные борозды нарезаются заново после каждого полива. Если среднее число поливов принимать n=6, то можно считать, что борозды резервированы 6 раз. Тогда Р_б определяем по формуле

Для определения оценки равномерности раздачи расходов в процессе эксплуатации поливного трубопровода с патрубками-водовыпусками воспользуемся зависимостью (2), априори принимая закон распределения расходов патрубков-водовыпусков нормальным и доверительную вероятность математического ожидания расхода патрубка-водовыпуска :

где: -средний эксплуатационный расход патрубков-водовыпусков, установленных на поливном трубопроводе по истечении времени эксплуатации;

и -расходы, отвечающие на интегральной кривой расходов половине тех расходов, которые меньше расхода и больше расхода соответственно;

- среднеквадратическое отклонение расходов патрубков-водовыпусков, соответствующее начальному моменту эксплуатации .

Так как с течением времени расход патрубков-водовыпусков изменяется (уменьшается или увеличивается), то необходимо установить допустимые пределы изменения этих расходов. Для виноградника, как и для любых других сельскохозяйственных культур, более опасным является снижение расхода воды.

Допустимое минимальное значение коэффициента равномерности увлажнения по длине борозды 0,75-0,8.

На основе анализа опыта эксплуатации самонапорной ЗОС и работ (3,4,5) установлены следующие критериальные значения расхода патрубка-водовыпуска, исходя из условия обеспечения равномерности полива по длине борозды и недопущения смыва почвы: минимальный - , максимальный - .

Патрубок-водовыпуск считается параметрически отказавшим, если расход его превысил следующие пределы:

Если известны статистические данные, то вероятность появления расходов (то есть параметрический отказ патрубка-водовыпуска) и , а также вероятность попадания расходов патрубков-водовыпусков в пределы можно определить по зависимостям:

, ,

где: ,-вероятность появления расходов и соответственно;

- вероятность попадания расходов патрубков-водовыпусков в пределы ;

, - количество патрубков-водовыпусков в момент времени , с расходами и соответственно;

- количество патрубков-водовыпусков с расходами в момент времени ;

- количество патрубков-водовыпусков в начальный момент эксплуатации.

Вероятность появления расходов патрубков-водовыпусков за допустимыми пределами будет

Исходя из 90% - ного доверительного интервала для расходов патрубков-водовыпусков, за параметрический отказ поливного трубопровода предлагаем принять случай, когда количество патрубков - водовыпусков с расходами, превышающими допустимые отклонения, в поливном трубопроводе станет больше 10%.

Значит, при будет иметь место параметрический отказ поливного трубопровода. Вероятность безотказной работы поливного трубопровода равна

В соответствии с вышеизложенным можно сказать:

1. Основной характеристикой оценки качества полива по бороздам из самонапорной ЗОС является коэффициент равномерности увлажнения по длине борозды , учитывающий технологический разброс расходов патрубков-водовыпусков, закон их распределения, а также изменчивость расходов в зависимости от давления в поливном трубопроводе и надежность самой поливной борозды.

2. Выход расходов патрубков - водовыпусков за допустимые пределы приводит к их параметрическому отказу. Таким пределом является: .

оросительная вода борозда самонапорная сеть

При превышении отказов патрубков-водовыпусков больше 10% от общего количества, поливной трубопровод переходит в состояние параметрического отказа и требует назначения процедур технического обслуживания и ремонтов.

Литература

1. Мирцхулава Ц.Е. О надежности крупных каналов. - М.: Колос, 1981. - 318с.

2. Науменко И.И. Определение надежности капельниц и поливных трубопроводов капельных систем // Докл. ВАСХНИЛ, 1986. - №12. - С.35-37.

3. Сурин В.А. Механизация и автоматизация поверхностного полива. - М.: Колос, 1982. - 127с.

4. Сурин В.А. Техника и технология сельскохозяйственных культур по бороздам в предгорной зоне Средней Азии: Дисс…докт. техн. наук, 06.01.02. - М., 1989. - 448 с.

5. Шейнкин Г.Ю. Водосберегающие технологии орошения // Мелиорация и водное хозяйство. - 1989. - №10. - С.2-5.

Размещено на Allbest.ru