Размещено на http://allbest.ru

КАБІНЕТ МІНІСТРІВ УкраїнИ

Національний університет БІОРЕСУРСІВ І

ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

Кафедра кормовиробництва і меліорації

Методичні вказівки

до виконання лабораторних робіт з курсу

«Гідротехнічні споруди садів і парків»

Київ - 2012

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА: ВИЗНАЧЕННЯ ВОЛОГОСТІ ҐРУНТІВ

Мета роботи: ознайомитись з методиками визначення вологості ґрунту; вивчити принципи дії та конструкції приладів та обладнання, які використовуються для визначення вологості ґрунту; набути практичні навики визначення вологомісткості ґрунту та роботи з тензіометрами.

Теоретична частина

Водний режим ґрунту має дуже важливе значення в формуванні високих та стійких урожаїв сільськогосподарських культур. Основною характеристикою водного стану ґрунту є вологість. Вологістю ґрунту називають вміст води в будь-яких формах в одиниці маси або об'єму ґрунту в даний момент часу. Вологість має суттєвий вплив на фізичні та хімічні властивості ґрунту, накопичення поживних речовин та діяльність мікроорганізмів, а також має важливе значення для фізіологічних процесів, які відбуваються в рослинах. Для утворення 1 кг сухої речовини рослина витрачає від 200 до 1000 л і більше води (коефіцієнт транспірації). Випаровуючись через листки, вода охолоджує рослини, не допускаючи їх перегрівання і висихання (терморегуляція).

Вода і розчинені в ній різні речовини складають рідку фазу ґрунту або ґрунтовий розчин, з якого рослини через кореневу систему поглинають воду і поживні речовини. Залежно від умов, вода по-різному зв'язана з твердою фазою ґрунту, що впливає на її рухомість у ґрунті і ступінь доступності рослинам. За доступністю рослинам вологу поділяють на недоступну і доступну, а останню, в свою чергу, на важко-, середньо-, і легкодоступну.

Запас вологи в грунті доступний рослинам називають продуктивним, а недоступний - непродуктивним або мертвим запасом.

У ґрунті розрізняють такі форми (категорії) вологи:

- пароподібна волога - у вигляді водяних парів міститься в ґрунтовому повітрі і переміщується з місць більшого насичення (підвищеного парціального тиску) до місць з меншим насиченням ґрунтового повітря водяною парою;

- хімічно зв'язана вода - входить до складу багатьох вторинних мінералів. Розрізняють конституційну та кристалізаційну хімічно зв'язану вологу. Вона не бере участі у фізичних процесах і не випаровується. Недоступна для рослин;

- гігроскопічна вода - у вигляді мономолекулярного шару адсорбується частками ґрунту і утримується на їх поверхні молекулярними силами. Її кількість залежить від сумарної поверхні ґрунтових часточок і відносної вологості навколишнього повітря. Недоступна для рослин;

- плівкова вода - перебуває в рідкому стані і утримується на поверхні ґрунтових частинок молекулярними силами, внаслідок чого малорухома і важкодоступна для рослин. Рухається в ґрунті дуже повільно від більш вологих до сухіших місць;

- капілярна вода - знаходиться в краплиннорідкому стані в капілярах ґрунту. Рухається в ґрунті під дією капілярних сил і є основним джерелом води для рослин;

- гравітаційна вода - займає в ґрунті некапілярні проміжки між агрегатами і рухається під дією сили тяжіння. Важкодоступна для рослин внаслідок значної рухомості.

Розрізняють вагову й об'ємну вологість ґрунту.

Ваговою вологістю ґрунту називають відношення маси води, яка міститься в ґрунті, до маси абсолютно сухого ґрунту, висушеного при температурі 100-105С (до постійної маси).

Об'ємною вологістю ґрунту називають відношення об'єму води, яка міститься в ґрунті, до загального об'єму зразка ґрунту.

Відносна вологість ґрунту обчислюється як відношення маси води, що міститься в ґрунті, до маси сухого ґрунту в тому ж об'ємі і виражається у відсотках

V = (2.1),

де V - вологість, % від маси сухої наважки ;

М_В і М_С - маса відповідно вологого та сухого ґрунту.

Між абсолютним вмістом води W (мм) у шарі ґрунту і вологістю ґрунту, вираженою у відносних одиницях V (%), існує залежність

W = 0,1V d h (2.2),

де W - загальна висота шару води, мм;

d - об'ємна маса ґрунту, г/см³;

h - товщина шару ґрунту, см.

Верхньою межею оптимальної вологості є найменша (НВ) вологомісткість - тобто найбільша кількість капілярнопідвішеної вологи, яка може утримуватись в ґрунті після поливу. Нижня межа оптимуму складає (0,6...0,7) НВ. Для визначення строків поливу важливо точно визначити моменти переходу вологості ґрунту за вказаний діапазон.

Розрахунок кількості продуктивної вологи проводять за формулою

Для визначення величини поливної норми необхідно визначити запас води в розрахунковому шарі ґрунту. Запас води в ґрунті виражають в м³/га чи мм (шар води в 1мм на площі в 1 га дорівнює 10 м³):

W = 100 d h V, (2.3)

де W - запас вологи, м³/га;

h - розрахунковий шар грунту, м;

V - вологість ґрунту, % від маси чи об'єму ґрунту.

Розрахунок кількості продуктивної вологи в ґрунті проводять за такою формулою:

Wпр = 0,1 (V - K) d h, (2.4)

де Wпр - запас продуктивної вологи, мм;

h - товщина шару ґрунту, см;

d - об'ємна маса абсолютно сухого ґрунту, г/см³;

V - вологість ґрунту, %;

К - коефіцієнт в'янення, %.

Продуктивна волога кореневмісного шару грунту, товщиною в один і більше метрів визначається як сума запасів вологи 10 сантиметрових шарів ґрунту.

Для визначення об'ємної вологості існує багато методів. Найбільш поширеним і точним методом визначення вмісту вологи в ґрунті є термостатно-ваговий. Суть його полягає у визначенні маси зразка ґрунту, відібраного в алюмінієві бюкси, до і після висушування в сушильній шафі при температурі 100-105⁰С протягом 6-10 годин до постійної маси.

Зразок ґрунту непорушеної структури фіксованого об'єму відбирають методом ріжучого кільця або за допомогою бурів різних конструкцій. Відбір зразків для визначення вагової вологості можна проводити також за допомогою ножа чи лопати зі стінки ґрунтового розрізу (ями). Зразки відбирають з окремих горизонтів товщиною 10-20 см у 2-3-разовій повторності (в окремих свердловинах чи ямах).

Основним недоліком термостатно-вагового методу є його трудомісткість і довга тривалість. Ці недоліки можуть бути подолані при застосуванні тензіометричного методу, який є найсучаснішим методом визначення вологості ґрунтів. Нижче наведені принцип дії і порядок застосування тензіометрів для визначення вологості ґрунту.

Тензіометричний спосіб визначення вологості ґрунту базується на використанні тензіометрів - приладів, які визначають недостатність насичення вологою ґрунтового шару.

Для дослідницьких цілей використовуються тензіометри, зібрані у блоки з ртутними диференціальними манометрами. Правила вимірювань такими тензіометрами регламентується Національним стандартом України ДСТУ ISO 11276-2001 “Якість ґрунту. Визначення тиску порової води.”(Метод з використанням тензіометра).

Тензіометр, зазвичай, складається з пористої чашки (керамічний стакан), з'єднувальної трубки та (або) імпульсної трубки, датчика тиску та механізму для видалення повітря, яке накопичується всередині тензіометра. Деталі конструкції залежать, насамперед, від призначення приладу (польові чи лабораторні вимірювання) та від типу датчика тиску, що використовується.

Пориста чашка заповнюється водою, пори її стінки проникні для води, але достатньо вузькі, щоб крізь них не проходило повітря, коли стінка волога. При розміщенні тензіометра в ґрунті, вода зсередини чашки витікає крізь пористу стінку в ґрунт у випадку його не насиченості вологою.

Або вода з ґрунту перетікає до тензіометра, поки тиск води з обох боків пористої стінки не вирівняється.

При досягненні рівноваги, виміряний тиск води всередині тензіометра дорівнюватиме поровому тиску ґрунтової води в місці розташовування чашки.

Тензіометри можуть бути різних конструкцій і мати різні чутливі елементи Різновидом тензіометрів є іррометри, які виготовляються сьогодні багатьма закордонними виробниками в різних країнах, зокрема, в США і Ізраїлі.

На рис.1 зображено схему будови тензіометра, на рис.2 - наведено загальний вигляд тензіометра та принцип розміщення його в грунті

Рис. 1. Будова тензіометра	Рис. 2. Робочий вигляд тензіометра

Тензіометр (рис.1) складається з таких елементів: 1- пориста чашка; 2 - імпульсна трубка; 3 - робоча камера; 4 - мембрана; 5 - пробка заливної горловини; 6 - шкала показань; 7 - шток приводу показуючого механізму.

Тензіометр, зображений на рис. 1 працює таким чином:

Керамічна чашка 1 та імпульсна трубка 2 повністю заповнюються водою і герметично закриваються пробкою 5. Після розміщення тензіометра, стінки його пористої чашки разом з ґрунтом утворюють спільну капілярну структуру. У випадку, якщо тиск порової води ґрунтового розчину вищий за тиск в пористій чашці, вода з ґрунту надходить до тензіометра. Тиск в робочій камері 3 підвищується і мембрана 4 переміщується праворуч, штовхаючи шток 7 та відображаючи на шкалі 6 показники тиску порової води.

При зменшені тиску порової води у ґрунті, тиск в камері 3 зменшується і мембрана 4 зі штоком 7 відхиляються ліворуч.

Тензіометр, наведений на рис.2 показує значення вакууму, що створюється в грунті в місці розташування пористого елементу. Такі тензіометри прості та зручні в користуванні. Вони широко використовуються на вітчизняних зрошувальних системах. Для визначення вологості грунту за показами таких тензіометрів необхідно користуватись таблицями або формулами для перерахунку показів вакууму в значення вологості грунту.

Завдання 1. Визначити найменшу вологомісткість (НВ) піщано-глиняної суміші, яка міститься в лабораторному лотку

Прилади та устаткування: Лоток з піщано-глиняною сумішшю, шпатель, крейда, цупкий папір, алюмінієві бюкси, лінійка, технохімічні ваги (ВЛТК - 500), мірний стакан ємністю 50 - 100 мл .

Порядок виконання: Відібрати 5 бюксів. Відібрані бюкси повинні бути чистими і сухими. Крейдою пронумерувати їх.

За допомогою лінійки з точністю до 0,1 см заміряти діаметр і глибину бюкса. Результати вимірів занести у таблицю 1.

Зважити бюкси на технохімічних вагах з точністю до 0.1 г. Результати зважування занести у таблицю 1.

Засипати в бюкси сухий грунт на 2/3 їх об'єму. Ґрунт відбирати з різних частин лотка.

Ущільнити грунт у бюксах легко постукуючи дном об стіл.

Виміряти лінійкою відстань від краю бюкса до поверхні сухого ґрунту. Результати вимірів занести у таблицю 1.

Зважити бюкси з сухим ґрунтом на технохімічних вагах з точністю до 0.1 г. Результати зважування занести у таблицю 1.

За допомогою мірної склянки налити до кожного бюксу 15 - 20 мл. води Поставити їх на стіл і дати можливість ґрунту всмоктати воду, зачекавши 2-3 хвилини.

Розглянути уважно стан ґрунту у кожному бюксі. При наявності води на поверхні ґрунту, її слід злити або ліквідувати за допомогою цупкого паперу.

У випадку відсутності води на поверхні ґрунту після його змочування, слід долити ще декілька мілілітрів води, поки на поверхні ґрунту не з'явиться видимий шар води, після чого виконати регламент робіт у відповідності з п. 8 і 9.

Зважити бюкси з мокрим ґрунтом на технохімічних вагах з точністю до 0.1г. Результати зважування занести до табл. 1.

Виміряти лінійкою відстань від краю бюкси до поверхні сухого ґрунту з точністю до 0,1 см. Результати вимірів занести до табл. 1.

Таблиця 1. Результати вимірювань вологості ґрунту

№ бюкси	Розмір бюкси, см	Вага бюкси, г.	Відстань від краю бюкси до ґрунту, см
	Діаметр	Глибина	Пустої	З сухим ґрунтом	З мокрим ґрунтом	З сухим ґрунтом	З мокрим ґрунтом
1	2	3	4	5	6	7	8
1
2
3
4
5

За результатами вимірювань проведіть розрахунки наступних характеристик ґрунту:

- щільності сухого;

- щільності мокрого;

- найменшої вологомісткості (НВ).

Накресліть розрахункову таблицю 2, до якої занесіть результати розрахунків характеристик ґрунту.

Таблиця 2. Результати розрахунків характеристик грунту

№ бюкси	Об'єм ґрунту, см3	Вага ґрунту, г	Щільність ґрунту, г/см3	Кількість вологи в грунті, г	(НВ) Найменша вологомісткість
	Сухого	Мокрого	Сухого	Мокрого	Сухого	Мокрого
1
2
3
4
5

Розрахунок об'єму ґрунту у бюксах проводиться за формулою:

V = p*d²/4*( H ₁ - H ₂) (2.5),

де V - об'єму ґрунту у бюксах, см³;

p*d²/4 - площа бюкси, см²;

H₁ - глибина бюкси,

H₂ - відстань від краю бюкси до поверхні ґрунту, см..

Щільність ґрунту (d) визначається за формулою (2.6):

d??= m/V (2.6),

де m - маса ґрунту, г.; V - об'єм ґрунту, см³.

17. Визначити кількість вологи в ґрунті як різницю між вагою мокрого і сухого ґрунту.

18. Найменшу вологоємкість визначити як відношення ваги вологи, що міститься у ґрунті до ваги сухого ґрунту.

Завдання 2. Моделювання процесу висушування ґрунту та визначення залежності показників вакуумметра тензіометра від дефіциту вологи “ґрунту”

Прилади та устаткування: тензіометри (3 шт.), годинник, крейда, лінійка, олівець.

Порядок виконання: Ознайомитись з будовою тензіометра, особливостями його роботи та призначенням.

Дістати три тензіометри з ємності з водою.

Крейдою пронумерувати їх.

Розмістити тензіометри горизонтально на робочому столі.

З інтервалом в 5 хвилин до таблиці 3 заносяться показники пронумерованих тензіометрів.

Таблиця 3. Результати вимірювання дефіциту вологи ґрунту за допомогою тензіометрів

Час, хв.	Показники тензіометрів, мПа
	№1	№2	№3	Середнє значення
5
10
...
40

За осередненими значеннями будують графік залежності показників тензіометрів від дефіциту капілярної (порової) вологи висушуваного “ґрунту”

Висновки за результатами досліду записують до робочого зошиту.

Завдання для самостійного виконання

Обчислити вологість ґрунту (у відсотках) за такими даними:

Умова	Остання цифра шифру залікової книжки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Маса сухого ґрунту, г	85	74	120	95	108	78	65	92	80	96
Маса вологого ґрунту, г	95	87	145	105	127	99	80	110	104	112

Обчислити вміст води в ґрунті в мм і запаси продуктивної вологи за такими умовами:

Умова	Остання цифра шифру залікової книжки
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Mс, г	39,0	31,0	34,0	25,0	19,0	34,0	44,0	37,0	24,0	17,5
mводи, г	8,0	6,0	10,0	9,0	13,0	7,0	15,0	11,0	12,0	7,5
d, г/см3	1,2	0,9	1,4	1,1	1,3	1,0	1,3	1,2	1,1	1,4
К,%	10	6	5	11	7	9	3	12	5	8
h, см	10	15	20	100	40	50	19	20	40	25

Питання для самоконтролю

Які існують форми води в ґрунті?

Які запаси вологи в ґрунті називають продуктивними, а які мертвими?

В чому полягає різниця між вологою і об'ємною вологістю ґрунту?

В чому суть термостатно-вагового методу визначення вологості ґрунту?

Що вимірює тензіометр?

Які існують методи визначення вологості ґрунтів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА: ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ СИСТЕМ МІКРОЗРОШЕННЯ І ВИЗНАЧЕННЯ ВИТРАТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРАПЕЛЬНИЦЬ-ВОДОВИПУСКІВ

Мета роботи - ознайомитися з основними елементами систем мікрозрошення, характером формування контуру зволоження ґрунту різного механічного складу, самостійно визначити витратні характеристики крапельниць “Тірас -1” та “Netafim”.

Теоретична частина

При краплинному зрощенні вода густо розгалуженими трубопроводами безперервно подається через спеціальні крапельниці - водовипуски до кореневмісної зони рослини. Цей спосіб зрошення сприяє підтриманню оптимальної вологості грунту протягом всього періоду вегетації при значній економії поливної води.

При краплинному зрошенні зволожується не вся площа, а тільки відповідна частина - зона максимального розвитку кореневої системи рослин. Форми і розміри контуру зволоження залежать від водно-фізичних властивостей грунту, його передполивної вологості, витрат поданої води, тривалості поливу, інтенсивності випаровування, схеми розташування точок водопостачання.

Система краплинного зрошення складається із вузлів, що забезпечують водозабір та утворення напору, фільтрів, обладнання для приготування та подавання добрив до трубопровідної мережі, пульта керування, магістрального, розподільчих та поливних трубопроводів, крапельниць, датчиків вологості, керуючої арматури та каналів зв'язку між пультом керування і керуючою арматурою. Основними конструкційними елементами, що визначають параметри систем краплинного зрошення, є крапельниці різних конструкцій.

Для зрошення багаторічних насаджень - садів, виноградників, ягідників використовують крапельниці різних конструкцій вітчизняного і закордонного виробництва. В період з 1990 по 1998рр. в Україні широко застосовували крапельниці “Україна-1”, “Молдова-1А”, “Коломна-1”. В останні роки для систем краплинного зрошення найчастіше використовуються крапельниці “Тірас” і поливні трубопроводи краплинного зрошення “Т-Таре” та “Netafim”.

Крапельниця “Молдова-1А” (рис.1а) призначена для оснащення стаціонарних систем краплинного зрошення. Вона складається з корпуса (1) з вхідним патрубком, дроселя зі стальним клапаном з центральним штоком (2), шайби-прокладки (3), кришки з вихідним отвором (4).

а)	б)

Рис.1. Нерегульовані краплинні водовипуски (крапельниці):

а - несамопромивна - “Молдова-1А”; б - самопромивна - «Україна-1»

мікрозрошення тензіометр вологість ґрунт

Мікроводовипуск підключається до трубопроводу вхідним патрубком через отвір, який робиться спеціальним дироколом. Для більш надійного кріплення крапельниці на трубопроводі, в її конструкції передбачені два притиски, які обхоплюють трубопровід й надійно утримують крапельницю на ньому. Під тиском води дросель притискається до шайби - прокладки, що виключає можливість вільного стікання води з вихідного патрубка. Вода протікає по спіральному каналу дроселя, при цьому відбувається значне гасіння енергії (напору води).

В залежності від тиску води в трубопроводі дросель з більшою чи меншою силою притискається до шайби - прокладки, змінюючи при цьому живий перетин спірального каналу. Таким чином відбувається часткове саморегулювання витрат. Ця обставина має важливе значення, так як дозволяє отримати постійні витрати крапельниці по всій довжині трубопроводу, забезпечуючи рівномірний полив усіх рослин.

При тиску у мережі 0,02....0,04 Мпа дросель не притискається до діафрагми та через вихідний патрубок відбувається вільний стік струменя з витратою до 20 л/год. В цьому діапазоні “Молдова-1А” працює в промивному режимі.

При збільшенні тиску від 0,04 до 0,3 Мпа дросель притискається до діафрагми і вода витікає з вихідного патрубка з витратою 3,5...4,0 л/год.. Оптимальна зона роботи рекомендується у межах тиску 0,08...0,25 Мпа, при цьому середня витрата крапельниці практично постійна.

Очищення крапельниць при засмічені здійснюється промиванням шляхом натискання на дросель спеціальним стрижнем зі сторони водоспускного отвору.

Режим роботи крапельниці, в т.ч. під час роботи протягом доби, задається агротехнічними вимогами й здійснюється автоматично за допомогою датчиків вологості чи вручну з пульту керування системи.

Поливну трубопровідну мережу з крапельницями можна розташувати на деякій висоті над поверхнею ґрунту або на поверхні ґрунту за допомогою спеціальних стійок, виготовлених з дроту.

Крапельниці можуть працювати цілодобово протягом вегетаційного періоду з перервами для профілактики зрошувальної системи.

Крапельниця “Україна-1” - безперервної дії (рис.1б). Усі деталі крапельниці, за виключенням прокладки 4 та дроселя 6 поліетиленові.

Прокладка виготовлена зі звичайної, а дросель - з високо еластичної гуми. До трубопроводу зрошувальної мережі крапельниця приєднується за допомогою накінечника у верхній частині корпусу 1.

З поливного трубопроводу вода через отвір потрапляє в крапельницю, де, проходячи через решітку 7 та дросель 6, надходить до кореневої зони рослини локально в одну чи дві точки.

Крапельниця монтується у вертикальному положенні під поливним трубопроводом, а наконечник крапельниці - в круглий отвір, зроблений спеціальним інструментом у стінці поливного трубопроводу. При цьому крапельниця спрямовується так, щоб два ребра жорсткості на площині корпусу розташувалися вздовж трубопроводу.

У випадку поливів водою поганої іригаційної якості, крапельниця може самоочищуватися, пропускаючи тверді включення, що містяться у зрошувальній воді. Після пропуску твердого включення розмір отворів дроселя відновлюється.

Недоліками крапельниць “Молдова” і “Україна” є залежність їх напірно-витратних характеристик від просторового положення, значна складність (багато складових елементів) і, пов'язана з цим, висока вартість.

Крапельниця “Тірас-1”, яка застосовується останнім часом більш широко, складається лише з трьох елементів: корпуса, кришки і прокладки, яку виконано у формі двостороннього лабіринту.

Потік води, що надходить до крапельниці дроселюється лабіринтами прокладки з обох її боків. Цим досягається перерозподіл напору уздовж поливного трубопроводу.

Крапельниці «Молдова», «Україна» і «Тірас-1» відносяться до тупикових краплинних водовипусків, які кріпляться безпосередньо до поливного трубопроводу, але є самостійними окремими елементами і можуть бути встановлені в будь якому місці на трубопроводі.

Більш досконалою можна вважати технологію краплинного зрошення за допомогою поливних трубопроводів (стрічок краплинного зрошення) “Т-Таре” та “Netafim” , які мають інтегровані (вмонтовані) краплинні водовипуски (рис.2), які розміщуються рівномірно по довжині трубопроводу і є безпосередньою складовою частиною самих трубопроводів.

Такі водовипуски виконані або як окремі елементи, які вмонтовані всередині трубопроводу, або ж виштамповуються безпосередньо в матеріалі трубопроводів.

Рис. 2 Фрагмент трубопроводу краплинного зрошення з інтегрованим краплинним водовипуском.

Зовнішньо поливні трубопроводи “Т-Таре” це полімерні рукава (трубки) діаметром 12-16мм. Товщина матеріалу з якого вони виготовляються становить 0,2-0,3мм.

По довжині трубопроводу, через кожні 20-40 см розташовані краплинні щілинні водовипуски.

Для перерозподілу тиску між крапельницями по довжині трубопроводу, вода до водовипусків підводиться довгими звивистими лабіринтами діаметром 0,5 -2мм.

Однією з найважливіших характеристик крапельниці є її напірно-витратна характеристика.

В залежності від спроможності крапельниць забезпечувати (чи не забезпечувати) стабільну подачу води при коливаннях тиску, крапельниці поділяються на регульовані і нерегульовані.

На рис. 3. Зображено напірно-витратні характеристики регульованих і нерегульованих краплинних водовипусків.

Для визначення напірно-витратних характеристик крапельниць може бути використана лабораторна установка, схема якої зображена на рис.4.

а)
б)

Рис.3. Напірно-витратні характеристики краплинних водовипусків виробництва іспанської фірми «Grupo Chamartin S.A.Є» діаметром 20мм ( по осі Х - напір, МПа; по осі У - витрата, л/год).

а - регульовані; б - нерегульовані.



Рис. 4. Лабораторна установка для визначення напірно-витратних характеристик крапельниць:

1 - стійка; 2 - полиця; 3 - повітряна помпа (насос); 4 - гідропневмоакумулятор (ГПА); 5 - штуцер з зовнішньою пробкою і ніпелем для заповнення водою і стиснутим повітрям ГПА; 6 - манометр; 7 - поліетиленова трубка; 8 - трубопровід з крапельницями; 9 - лоток; 10 - збирачі води (бюкси); 11 - вихідний штуцер ГПА з краном.

Завдання 1. Вивчити конструкції систем краплинного зрошення та лабораторну установку для визначення витратних характеристик техніки краплинного зрошення.

Прилади та устаткування: плакати; слайди; відеофільми; лабораторна установка для визначення витратних характеристик техніки краплинного зрошення.

Порядок виконання: Продивитись слайди, плакати, відеофільми, що розкривають суть та умови застосування краплинного зрошення, конструкції систем, їх окремих вузлів та елементів.

Ознайомитися з натурними зразками крапельниць-водовипусків, з окремими елементами систем краплинного зрошення.

Ознайомитись з лабораторною установкою для визначення витратних характеристик техніки краплинного зрошення при низькому та високому тиску.

Накреслити в робочому зошиті схему лабораторної установки (рис.5), таблицю для запису результатів вимірювань і координатні осі для побудування витратних характеристик крапельниць.

Рис. 5. Схема лабораторної установки для визначення напірно-витратних характеристик крапельниць:

1- гідропневмоакумулятор, 2 - манометр, 3 - насос, 4 - розподільчий трубопровід, 5 - крапельниць, 6 - водозбірні ємкості

Завдання 2. Визначити витратні характеристики крапельниць “Тірас-1” та “Netafim”

Прилади та устаткування: лабораторна установка для визначення витратних характеристик техніки краплинного зрошення; трубопровід з крапельницями “Тирас-1”; алюмінієві бюкси; мірні ємності; секундоміри.

Порядок виконання: Через заливну пробку штуцера 5 заповнити гідропневмоакумулятор 4 водою на 1/2 ємності, після чого пробку герметично закрутити.

До ніпеля штуцера 5 підключити повітряну помпу (насос) 3.

Закріпити трубку с крапельницями 8 на лотку 9. З'єднати вихідний штуцер ГПА (11) з трубопроводом з крапельницями “Тірас-1”, “Netafim” (8) трубкою 7. Поставити під крапельниці бюкси.

Відкрити кран штуцера 11 і пустити секундомір.

Через 40 секунд закрити кран 11 і за допомогою мірної ємності заміряти об'єм води, який вилила за цей час кожна крапельниця. Занести дані вимірювань до таблиці 1.

Таблиця 1. Результати вимірювань витрат крапельниць

Показання манометру, МПа	Об'єм води, поданої за 40 сек. крапельницею, мл.	Примітки
	Netafim	Тірас-1
	№1	№2	№3	№4	середнє	№1	№2	№3	середнє
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14

Примітка. При показах манометру 0,10-0,14 тривалість досліду скорочується до 20 сек.

Накачати повітряною помпою 3 стисле повітря в ГПА до позначки 0,02 Мпа, відкрити повністю кран 7 і виконати регламенти пунктів 4, 5 та 6.цього завдання. Повторити виконання пункту 7 для напорів 0,04; 0,06; 0,8; 0,10; 0,12 та 0,14 Мпа. Визначити витрати крапельниць за формулою:

Q = 0,009W,

де Q - витрати крапельниць, л/год.; W - об'єм, води вилитий крапельницею (мл) за час t = 40 с;

По осі Х - напір, МПа; по осі У - витрата, л/год. Занести результати розрахунків по пунктах 9 та 10 до таблиці 2.

Таблиця 2. Результати розрахунків витрат крапельниць

Робочий тиск, МПа	Витрати крапельниці, л/год	Прим.
	Тірас-1	Netafim
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14

Побудувати графіки осереднених витратно-напірних характеристик крапельниць “Тірас - 1” та “Netafim”. Проаналізувати графіки та зробити висновок до якого з видів крапельниць (регульовані чи нерегульовані) належать “Тірас - 1” та “Netafim”

Питання для самоконтролю

1. В чому полягає різниця між поняттями “мікрозрошення” та “краплинне зрошення”?

2. В яких діапазонах тиску працюють сучасні системи мікрозрошення?

3. Які переваги систем мікрозрошення перед іншими зрошувальними системами?

4. Які вимоги техніки безпеки при роботі з гідропневмоакумуляторами?

5. За якими принципами управління здійснюється промивання систем краплинного зрошення?

6. Які існують види крапельниць і в чому вони різняться за принципом дії?

7. Як проводяться визначення напірно-витратних характеристик крапельниць?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА: ВИВЧЕННЯ ПРИТОКУ ВОДИ ДО ВЕРТИКАЛЬНОЇ ДРЕНИ

Мета роботи - вивчити шляхом моделювання на комп'ютері сталу фільтрацію води до досконалої вертикальної дрени; визначити параметри ґрунтового потоку: коефіцієнт фільтрації, дебіт дрени, середній градієнт напору і середню швидкість фільтрації.

Теоретична частина

Вертикальний дренаж здійснюється за допомогою вертикальних трубчатих колодязів або свердловин з водоприймальними отворами, захищеними фільтрами, які розташовані уздовж водоносного пласту, який перетинає свердловина. Застосовується він, зазвичай, для відведення надмірних ґрунтових вод з потужних водоносних пластів з доброю водопроникністю.

Вертикальний дренаж виконується з залізобетонних, азбестоцементних або металевих труб діаметром більш, ніж 250 мм. За характером розкриття водоносного пласту він буває досконалим (рис..1) та недосконалим.

Якщо водоносний пласт розкривається повністю (труба доходить до водотриву), дренаж називається досконалим, якщо частково - недосконалим.

В залежності від задачі, яка вирішується, розміщення дрен в плані може бути площинне або лінійне. Площинне розміщення використовують для зниження рівня ґрунтових вод на території будь-якого басейна. При цьому дрени по осушувальній площі розміщуються рівномірно. Для захисту осушуваної території від потужного притоку підземних вод вертикальні дрени розміщують лінійно - в один-два рядки упоперек ґрунтового потоку.

Вода з вертикальних дрен зазвичай відкачується на поверхню ґрунту з наступним відводом її в водоприймач. Якщо водоносні пласти ґрунтів підстилають потужні, ненасичені водою пласти з інтенсивним відтоком води, вода може відводитись у ці пласти.

Рис.1. Вертикальний досконалий дренаж

1 - денна поверхня, 2 -вертикальна дрена, 3 - депресійна вирва, 4 - водотрив, 5 - Н - потужність водоносного пласту, м; h - глибина води в дрені відносно водотриву, м; R - радіус впливу дрени, м ; r - радіус дрени, м.

При роботі вертикальної дрени навколо неї формується вирвоподібна депресійна поверхня ґрунтових вод. Відстань від дрени, на протязі якої вона знижує рівень ґрунтових вод, називається радіусом її впливу. Кількість води, яку дрена відводить за одиницю часу, називається дебітом дрени.

Для досконалої вертикальної дрени в однорідних ґрунтах при сталій фільтрації ґрунтових вод дебіт визначається за формулою:

q = 1,36·k (5.1) ,

де k - коефіцієнт фільтрації ґрунту, м/с;

Н - потужність водоносного пласту, м ;

h - глибина води в дрені відносно водотриву, м;

R - радіус впливу дрени, м ;

r - радіус дрени, м.

Лабораторна циліндрична установка для проведення натурних досліджень наведена на рис.2. Робоча схема установки по моделюванню дренажу з вертикальною дреною наведено на рис.3.

Рис. 2. Лабораторна циліндрична установка для дослідження притоку до вертикальної дрени:

а - вид спереду; б - вид зверху;

1 - кільцевий живлячий відсік; 2- робочий циліндричний лоток, заповнений піском; 3 - вертикальна дрена;

4 - свердловини для спостерігання з скляними трубками зі шкалами; 5 - депресійна вирва; 6 - кільцева водопроникна стінка;

7 - трубопровід для підведення води;

8 - трубопровід для відведення води; 9 - опори.



Рис. 3. Робоча схема установки моделювання дренажу вертикальною дреною : 1 - робочий циліндричний відсік, завантажений піском; 2 - кільцевий відсік живлення; 3 - дрена; 4 - свердловини для спостережень; 5 - депресійна вирва.

Завдання 1. Визначити значення коефіцієнту фільтрації ґрунту на підставі параметрів ґрунтового притоку до вертикальної дрени

Накресліть схему фільтраційного лотка у робочі зошити.

Складіть таблицю 5.1 з довільними значеннями параметрів q, r, R, h і H в діапазонах, відповідних значенням параметрів, наведених в таблиці Б додатку.

Таблиця 5.1. Розрахункові значення коефіцієнту фільтрації ґрунтів при різних значеннях радіусу вертикальної дрени, параметрах депресійної вирви і дебіту свердловини

№ досліду	q	R	r	h	H	k
1
2
…….
10

Висновки___________________________________

Накресліть таблицю 5.1 в робочі зошити.

Загрузіть файл “Лоток 5” з папки “Лаб. раб №5”. На зображенні математичної моделі лотка, що з'явилось на екрані (рис.5.2), натисніть клавішу “Завдання” і у меню, яке випало з “Завдання”, виберіть №1. При цьому над зображенням лотка з'явиться надпис “Визначення коефіцієнту фільтрації ґрунту”.

Рис.4. Зображення математичної моделі лотка на дисплеї ПК

· Підставте значення параметрів q, R, r, h і H з першого рядку таблиці 5.1 у математичну модель лотка. Після цього натисніть на зображенні клавішу “Розрахувати ”. Отримане значення коефіцієнту фільтрації запишіть в таблицю 5.1 своїх робочих зошитів.

Послідовність дій, описаних у п.1.5 виконайте для всіх рядків таблиці 5.1. На підставі розгляду зображення депресійної вирви по кожному з розрахованих варіантів, проаналізуйте який параметр найсуттєвіше визначає значення коефіцієнту фільтрації. Зроблені висновки обґрунтуйте і запишіть в робочі зошити.

В таблиці А додатку знайдіть значення коефіцієнтів фільтрації, найближчі до визначених у таблиці 5.1. Запишіть якому типу ґрунтів можуть відповідати визначені коефіцієнти фільтрації. Відобразіть ці результати у робочих зошитах.

Завдання 2. Дослідити вплив коефіцієнту фільтрації ґрунту на параметри притоку води до вертикальної досконалої дрени

Накресліть таблицю 2 в робочі зошити.

Таблиця 5.2. Вплив коефіцієнту фільтрації ґрунту на форму депресійної вирви вертикальної досконалої дрени

Дослід №1	R1 = _____; r1 =______; h1 = _____; H1 = ____	k, м/добу	q, л/с	Форма депресійної вирви
1
2
…..
5
Дослід №2	R2 = ______; r2 = ____; h2 = _____; H2 = ____	k., м/добу	q, л/с	Форма депресійної вирви
1
2
…..
5
Дослід №3	R3 = ______; r3 = ____; h3 = _____; H3 = ____	k., м/добу	q, л/с	Форма депресійної вирви
1
2
….
5

Висновки________________________________________________

Натисніть клавішу “Завдання” на зображенні математичної моделі лотка і у меню, яке випало з “Завдання”, виберіть №2.

При цьому над зображенням лотка з'явиться надпис “Визначення впливу коефіцієнту фільтрації ґрунту на параметри притоку води до вертикальної досконалої дрени ”.

Для проведення досліду №1, в таблиці А додатку виберіть будь-який ґрунт, запишіть значення коефіцієнту фільтрації k цього ґрунту в перший рядок таблиці 5.2 і введіть це значення в математичну модель “Лоток 5”.

З таблиці Б додатку виберіть довільні значення R, r, h та H і також введіть їх в розрахункову модель. На екрані з'явиться депресійна вирва з параметрами, які задані. При цьому змінні k і q позначені іншим кольором, ніж змінні R, r, h та H._.

При фіксованих значеннях R, r, h та H виберіть з таблиці А ще 4 значення коефіцієнту фільтрації k і введіть їх в розрахункову модель. Зафіксуйте в таблиці 5.2 як змінюється вид депресійної вирви і дебет дрени q.

Проведіть досліди №2 і №3 у відповідності з пп. 2.3 і 2.4. Проаналізуйте як впливає коефіцієнт фільтрації на приток води до вертикальної досконалої дрени і форму депресійної вирви.

Як цей процес відбувається у ґрунтах з більшими і меншими значеннями коефіцієнту фільтрації. Оформіть результати досліджень, заповнивши таблицю 5.2 у робочих зошитах. Висновки запишіть письмово.

Завдання 3. Дослідити вплив радіусу вертикальної дрени на її дебет

Накресліть таблицю 5.3 в робочі зошити.

Таблиця 5.3. Вплив радіусу вертикальної дрени на її дебет

№ досліду	r	K =	R =	H =	H =	q
1
2
….
10

Висновки____________________________________

Натисніть клавішу “Завдання” на зображенні математичної моделі лотка і у меню, яке випало з “Завдання”, виберіть №3. При цьому над зображенням лотка з'явиться надпис “Визначення впливу радіусу вертикальної дрени на її дебет “

В таблиці А виберіть будь-який ґрунт, запишіть значення коефіцієнту фільтрації k цього ґрунту в перший рядок таблиці 5.3 і введіть це значення в математичну модель “Лоток 4”.

На екрані з'являється депресійна вирва з параметрами, які задані. При цьому змінні r та q та позначені іншим кольором, ніж змінні k, R, H, та h_.

При фіксованих значеннях k, R, H, та h виберіть ще 9 значень радіусу вертикальної дрени r з інтервалів таблиці В додатку. Дослідіть як при цьому змінюється вид депресійної вирви і параметр q.

Зробіть висновок про те, як впливає значення радіусу вертикальної дрени r на характер процесу фільтрації при осушуванні вертикальною досконалою дреною. Як цей процес відбувається при збільшенні і зменшенні радіусу дрени r.

Оформіть результати досліджень, заповнивши таблицю 3 у робочих зошитах. Висновки запишіть письмово.

Для значень строки 3 таблиці 5.2 визначте середній градієнт ґрунтового напору потоку в фільтраційному лотку по формулі:

i = (5.2),

де Н - потужність водоносного пласту, м ;

h - глибина води в дрені відносно водотриву, м;

R - радіус впливу дрени, м.

Визначте середню швидкість фільтрації води у лотку за формулою:

V = k·i (5.3),

де k - коефіцієнт фільтрації ґрунту, м/с;

i - середній градієнт напору ґрунтового потоку.

Складіть звіт про виконану роботу і здайте його викладачу.

Питання для самоконтролю

1. Що таке “вертикальний досконалий дренаж?” Чим різниться “досконалий” і “недосконалий” вертикальні дренажі?

2. З'ясуйте різницю між площинним та лінійним вертикальним дренажем.

3. Що таке дебіт дрени?

4. Розкажіть якими параметрами характеризується притік води до вертикальної дрени?

5. Які труби використовуються для вертикального дренажу?

6. Що таке градієнт напору ґрунтового потоку вертикальної дрени і як він визначається?

7. Яку форму буде мати лінія пересічення поверхні депресійної вирви площиною, розташованою нормально до вісі вертикальної дрени?

ДОДАТОК А

Діапазони значень коефіцієнтів фільтрації для різних типів ґрунтів

№ з/п	Види ґрунтів	Діапазон значень коефіцієнту фільтрації (к, м/добу)
		min	max
1	Торф верхній	0,01	0,5
2	Торф низинний	0,01	1,0
3	Пісок дрібнозернистий	0,01	1,0
4	Пісок крупнозернистий	1,00	100,0
5	Супісок	0,01	0,05
6	Суглинок	0,001	0,9
7	Глина	0,00	0,01

ДОДАТОК Б

Сумісні межі зміни параметрів ґрунтових потоків

Межі зміни параметрів

H, м

h, м

R, м

r, м

k, м/добу

q, л/с

min

max

min

max

min

max

min

max

min

max

min

max

15

30

8,0

20

50

300

0,125

0,25

0,006

2,0

0,9

100

Размещено на Allbest.ru