Ресурсосберегающие технологии в условиях Кубани

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631:525

Ресурсосберегающие технологии в условиях Кубани

Н.П. Дьяченко, П.Ю. Шугай, С.В. Абулгафаров Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар, Россия

В последнее время часто наблюдается изменение природных факторов (осадков, температуры), которые оказывают существенное влияние на рост и урожай сельскохозяйственных культур. Следует отметить, что происходит перераспределение осадков по месяцам. При наличии высоких температур количество осадков за вегетационный период недостаточно. В весенне-летний период дождей иногда не бывает 1…1,5 месяца. Летом может выпасть 70…110 мм осадков за один месяц относительно среднемесячного количества осадков 35…63 мм. Температура воздуха летом достигает 40…500С [1]. Все это приводит к засухе и гибели растений.

Решить эту проблему можно с помощью ресурсосберегающих технологий орошения. К таким технологиям относится капельное орошение (КО), при котором не образуются поверхностный сток, корки на поверхности почвы и не происходит смыв плодородного слоя почвы.

При капельном орошении увлажнение почвы осуществляется в зоне максимального развития корневой системы растений, что обеспечивает ее хорошую аэрацию.

При этом способе полива вода равномерно, падающими каплями или струйками подается непрерывно к каждому растению на протяжении всего вегетационного периода в количестве, которое соответствует водопотреблению данной культуры.

Капельное орошение по сравнению с другими способами поливов имеет ряд преимуществ: экономное расходование воды; повышение урожайности культур в 1,5-2 раза; управление водно-воздушным режимом почвы; автоматизированный полив; снижение затрат ручного труда. Одним из основных элементов систем капельного орошения являются поливные полиэтиленовые трубопроводы.

Правильно подобранные диаметры при колебаниях давления и температуры окружающей среды обеспечивают равномерную подачу воды.

Величина поливной нормы при КО зависит от размеров контура увлажнения, который определяется водно-физическими свойствами почв.

Предложен ряд формул для расчета поливных норм при капельном орошении. И.С. Флюрце [2] предложил формулу для вычисления поливной нормы

m = q t n, (1)

где q - расход капельницы; t - продолжительность полива; n - число капельниц.

Формула (1) не учитывает водно-физические свойства почв и влияние на расход капельниц температуры поливной воды. На наш взгляд продолжительность полива можно подсчитать по зависимости, предложенной ВНИИМиТП [3], которая учитывает водно-физические свойства почв

t = 2 Р j / (V 1 + V 4), (2)

где Р - слой воды, необходимый для насыщения единичной почвенной колонки; j - коэффициент, учитывающий капельный характер подачи воды; V 1 - скорость впитывания в конце 1 часа; V 4 - скорость впитывания в конце 4 часа.

Слой воды для насыщения почвогрунта предложено определять по формуле:

Р = H ( нв i)/100, (3)

где - коэффициент, учитывающий расход воды на водопотребление за время перераспределения влаги по профилю; Н - расчетная глубина увлажнения; нв - почвенные влагозапасы в метровом слое, соответствующие ее наименьшей влагоемкости; i - предполивные почвенные влагозапасы той же мощности.

В системах КО используют капельницы различных конструкций. В течение поливного сезона полиэтиленовые трубопроводы и капельницы находятся на поверхности почвы. Трубы и капельницы нагреваются под воздействием солнечной радиации в дневные часы. Проведенные исследования показали, что температура в полиэтиленовых трубопроводах и капельницах в дневное время находится в диапазоне от 350С до 550С [1]. В результате изменения температуры окружающей среды происходит деформация рабочих частей капельниц, линейное и поперечное расширение трубопроводов, из-за чего увеличивается расход через капельницы, что приводит к неравномерному распределению поливной воды по площади полива, а в отдельных случаях - к недобеганию воды по трубопроводам до растений.

Предлагается определять расход капельниц с учетом изменения температуры поливной воды и рабочего давления над ней.

Расход капельниц, установленных на полиэтиленовом трубопроводе, рекомендуется определять по формуле:

для D = 0,012 м - ; (4)

где а1 = 0,01210С-1; а2 = Па-1;

для D = 0,016 м - , (5)

где а3 = 0,001450С-1; а4 =Па-1; а5 = 0,01290С-1; а6 = Па-1;

для D = 0,02 м - , (6)

где а7 = 0,01390С-1; а8 = Па-1; t - температура поливной воды, 0С; Р - рабочее давление над капельницей, Па.

Основное требование к поливным трубопроводам - создание относительно постоянного давления внутри его.

Напор в поливном трубопроводе определяется по формуле

Н = ±НГ + НК + h, (7)

где НГ - геометрическая высота, которая определяется разностью отметки поверхности земли, где установлена самая удаленная капельница на поливном ПТ до места подключения ПТ к участковому трубопроводу, м; НК - напор воды над капельницей в «оптимальной зоне», м; h - потери напора в поливном трубопроводе находятся по формуле Дарси-Вейсбаха, м

, (8)

где - коэффициент гидравлического трения; L - длина трубопровода, м; D - диаметр трубопровода, м.

Проведенный анализ способов гидравлического расчета поливных полиэтиленовых трубопроводов систем КО установил, что коэффициент гидравлического трения (л) определяется по формуле Блазиуса

ресурсосберегающий капельный полив урожай

. (9)

Однако формула Блазиуса не учитывает влияния повышения температуры от 20 до 550С на коэффициент гидравлического трения.

Мы предлагаем (см рисунок) скорректировать коэффициент л так, чтобы он учитывал изменение температуры воды в поливных ПТ диаметрами 0,012, 0,016, 0,02 м. Для этого представим в относительных величинах изменение л от относительной температуры поливной воды. На рисунке приведена зависимость = f(), где - безразмерная величина, равная отношению лt / лБЛ, где лt - коэффициент гидравлического трения при изменении температуры жидкости от 20 до 550С, а лБЛ - коэффициент гидравлического трения по формуле Блазиуса; - безразмерная величина, учитывающая отношение повышенной температуры воды к температуре воды при 200С.

Математическая обработка опытных данных = f() позволила получить эмпирическую формулу для лt с учетом изменения температуры поливной воды от 20 до 550С

=, (10)

где - коэффициент гидравлического трения, определяемый по формуле

= 0,992()0.012 . (11)

Учет линейных и продольных деформаций стенок полиэтиленовых трубопроводов имеют ряд недостатков: горючесть, резкое снижение прочности при повышении температуры, высокий коэффициент линейного расширения, значительную ползучесть, способность к фотоокислению (то есть окислению под действием солнечной радиации). Для уменьшения влияния света в полиэтилен в качестве присадки добавляют сажу, что является достаточно эффективным средством. Этим объясняется черный или темно-серый цвет труб и деталей трубопроводов. Темные трубы притягивает солнечные лучи, которые значительно их нагревают, особенно черные трубы.

При проектировании и монтаже полиэтиленовых трубопроводов следует учитывать температурные изменения длины и поперечного сечения труб и принимать необходимые меры по их компенсации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зависимость от для ПТ диаметрами 0,012, 0,016, 0,02 м

В результате исследований получены эмпирические формулы для определения линейной деформации поливных ПТ от повышенных температур воды от 20 до 550С: для трубопровода диаметром 0,012 м

; (12)

для трубопровода диаметром 0,016 м

; (13)

для трубопровода диаметром 0,02 м;

. (14)

Получены обобщенные эмпирические формулы для определения продольных деформаций стенок ПТ: для трубопровода диаметром 0,012 м

; (15)

для трубопровода диаметром 0,016 м

; (16)

для трубопровода диаметром 0,02 м

. (17)

В результате исследований получена эмпирическая формула для определения линейных деформаций в ПТ диаметрами 0,012, 0,016 0,02 м от продольных деформаций:

. (18)

Решая совместно уравнения (8, 11, 18), после преобразований величины потерь напора с учетом высоких температур воды для ПТ получаем

. (19)

Выводы

1. Получена полуэмпирическая формула (19), для определения потерь напора в ПТ при повышенных температурах воды для диаметров 0,012, 0,016, 0,02 м с учетом линейных и продольных деформаций.

2. Следует учитывать влияние температуры поливной воды при расчетах систем капельного орошения.

Библиографический список

1. Шугай П.Ю. Изменение расходных характеристик капельниц под действием температур окружающей среды. Мелиорация и водное хозяйство. Сб. научных трудов. Новочеркасск, 2003, 4, 90-93, 246 с.

2. Флюрце И.С. Орошение плодовых культур. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1982. с. 161.

3. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации систем капельного орошения. М.: ВНИИМиТП, 1985. С. 14-32.

Размещено на Allbest.ru