ВЛОЖЕНИЯ НА ОРОШЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ОВОЩЕЙ

ВЛОЖЕНИЯ НА ОРОШЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ОВОЩЕЙ
Магистр инженер Кшиштоф Лущик
ŁUKOMET Całowanie 91a, 05-480 Karczew (ЛУКОМЕТ Цаловане 91а, 05-480 Карчев)
ВСТУПЛЕНИЕ
Планируя орошение грунтовых овощей нужно обязательно задуматься над расходами на такое
предприятие. Основным условием рентабельности орошения является обес-печение себе выгодного и
надёжного сбыта плодов по ценам обеспечивающим возме- щение издержек (орошение и
приспособление для этого технологии) . Такие возможности дают, прежде всего,
овощеперерабатывающие заводы, которые для обеспечения самого высокого качества своих
продуктов, должны применять овощи специального качества выращиваемые без стресса – в полном
комфорте удобрений и воды. Также рынок больших торговых сетей с разрекламированным
марковым (марки- рованным, вымытым, упакованным) продуктом высшего качества, даёт надежду
на рентабельность производства овощей в условиях орошения.
ВОДА ДЛЯ ОРОШЕНИЙ
Планирование оросительной системы начинаем с изучения возможностей удовлетво-рения водяных
нужд. Потребность плантации овощей в воде из дождевальной устано-вки будет зависеть от
климатических условий на данной территории в вегетационный период (осадков, температуры,
инсоляции, ветров), уровня грунтовых вод, механичес-кого состава почвы, а также от направления
производства и выращиваемого вида, а даже сорта. Суточное потребление воды (эвапотранспирация)
в климате Польши для поля овощей в разгаре вегетации колеблется с 1,5 до 5 мм. На практике,
оправдывается упрощение, что дневные средние недостатки воды определяется на уровне 3 мм.
Вытекает из этого, что когда нет осадков, подпочвенного орошения и росы, то для балансирования
недостатков с помощью оросительной системы, следует доставить во-ду объёмом в 30 м3 на каждый
гектар в сутки. Если принять,что дождевальная уста-новка будет эффективно работать по 20 часов в
сутки, шесть дней в неделю, то, учи-тывая средние потери воды в ходе орошения, её
производительность и производитель- ность источника, воды должно быть в пределах 2 м3/ч. На
каждый гектар плантации.
Разовой величиной дозы полива для овощей считается ок. 25 мм, что равняется 250 м 3/га. Когда
часовая производительность источника воды не обеспечивает потребность дождевальной установки,
такое же количество воды следует каждый раз отложить для проведения орошения. Такая доза хватит
растениям на 7 дней. Практически на величи-ну возможной для применения дозы имеет влияние
глубина корневой системы, рельеф местности, механический состав почвы, и, особенно, физические
возможности накоп-ления воды почвой в области корней (на уровне 1/3 глубины корневой системы).
Разовые дозы должны быть по возможности самые большие (даже 30-40 мм брутто), Это позволит
сэкономить время и ограничить потери воды во время орошения. Ограни- чением применения
больших доз являются: поверхностный сток, просачивание до грунтовых вод или пониже корневой
системы орошаемого растения, деградация водно-воздушных отношений в почве, затопление
плантации дождём, какой в любое время может добавить свою дозу воды.
Во весь вегетационный период в средне сухие годы нужно ок. 100 мм дополни-тельного осадка
поданного в пяти дозах, чаще всего в период с 15 июня до 15 августа. Вытекает из этого, что в случае
отложения воды за период осень-весна следует собрать 1000 м3 воды на каждый предвиденный для
орошения гектар плантации. Следует пом-нить, что для орошения овощей, особенно тех, у которых
съедобна надземная часть (салат, капуста, цветная капуста) можно использовать лишь воду
свободную от хими-ческих и биологических загрязнений, без запаха, без вкуса, без механических
осадков. Вода (даже та из глубинных колодцев) применяемая для орошения овощей должна быть
подвергнута анализу. Названные выше величины нехватки воды, для очень интен-сивных
технологий, в годы катастрофической засухи могут достигать величину даже 220 мм в течение почти
трёх месяцев (обычно с начала июня до конца августа). За сезон орошения мы потребуем тогда 2200
2
м /га. Во время продолжающейся непреры-вно свыше месяца жаркой погоды и полного отсутствия
осадков, применяя дозы по 35 мм, мы будем потреблять за неделю 350 м3/га, что обеспечит суточную
эватраспирацию на уровне 4 мм нетто при 20% потерях во время орошения в жаркие дни. Работая
семь дней в неделю по 22 часа в сутки удельная производительность дождевальной системы должна
быть не меньше чем 2,3 м3/ч на каждый гектар предназначенной для орошения плантации.
3
ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Каждая оросительная система состоит из трёх основных
элементов:
- водозабор с насосной станцией
- линии передачи в виде трубопроводов давления
- дождевальных или капельных устройств
В последние годы для орошения грунтовых овощей
применяются, прежде всего, системы давления, опирающиеся
главным
образом
на
использование
дождевальных
катушечных машин. Для ограничения потребления энергии и
избежания размыва отвалов, лафетные стволы высокого
давления заменяется иногда широкополосными консолями
обеспечивающими деликатный, точный, мелкокапельный осадок. Крупные плантации орошаются
также мостовыми дождевальными установками обеспечивающи-ми осадок как из консоли при
минимальной затрате труда.
ВОДОЗАБОР
Это самая существенная, самая трудная для решения проблема и иногда самый дорогой элемент всей
системы. От производительности источника воды и разрешения пользо-ваться ею будет зависеть
величина плантации, возможной для орошения. В случае не-обходимости постройки плотин,
регулирующих резервуаров или глубинных колодцев, это предпрятие окажется очень дорогим.
Водозабор «ничего не стоит» если мы полу-чим разрешение использовать водоток, находящийся на
собственном поле, хотя и здесь для улучшения работы стоило бы подготовить т.н. устой (рис.2.).
Классическим реше-нием будет построение на берегу забора из кругов (рис.3.). Глубинный колодец
это крайнее решение из-за трудностей в получении разрешения на забор подземных вод. Однако при
богатых, мелко лежащих подземных водах, пробивание колодцев в нес-колько метров в проницаемом
грунте позволяет на значительную экономию в стройке и эксплуатации линии передачи; вместо
качать воду напорными трубопроводами, вода сама течёт на место расстановки дождевальной
системы подземмными водотоками.
НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ
В Польше самыми дешёвыми в эксплуатации являются электрические насосные стан-ции
(рис. 4а.). Являются они конкурентными также в капиталовложениях при условии, что мы не
вынуждены сроить силовую линию и трансформаторную подстанцию, а насосная станция
является временной и не нуждается в здании. Глубинные насосы являются самыми
дешёвыми, а их большая гамма даёт возможность оптимальных пара-метров так, чтобы
система могла работать с наивысшей энергетической отдачей. Проб-лемой является лишь
постройка такого насоса в поверхностном водозаборе и её содер-жание в зимнее время.
Традиционно в насосных дождевальных устройствах снабжа-емых поверхностными водами
применяются центробежные насосы. Там, где нет воз-можности применить электрические
насосы, следует применять насосы с двигателем внутреннего сгорания (рис. 4b.). или
тракторные (рис.4с.). Тракторная насосная система стоит в 2-3 раза меньше чем
электрическая, зато с двигателем внутреннего сгорания будет в 2-3 раза дороже её.
Эксплуатационные расходы этих насосных станций выше из-за разницы в ценах энергоносителей: 1
3
киловатт-час электроэнергии стоит 0,25 злотых, зато 1 киловатт-час энергии из газойля стоит 0,43 зл.
Учитывая коэффициенты полезного действия передачи привода и
расходы на эксплуатационные материалы дви-гателя внутреннего
сгорания, а также его износа, расходы на эксплуатацию такой насосной системы будут в 2-5 раз выше электрической. Насосные
системы с двигателями внутреннего сгорания являются однако
незаменимыми там, где следует сменять место работы насоса, нет
электроэнергии или невозможно такое
большое потребление мощи. Насосные
системы с двигателем внутреннего сгорания и
электрические мы сторим по конкретному заказу клиента всегда подбирая
их эксплуатационные параметры к мест- ным условиям. Чаще всего
прменяемой насосной оросительной системой является однако насос от
WOM (ВОМ - вал отбора мощности) сельскохозяйственного трактора.
ЛУКОМЕТ производит очень широкий ассортимент тракторных насосных
систем удо-влетворяющих своими параметрами (производительность,
давление, требование мощи) любые требования пользователя.
ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ ВОДЫ
Случается редко, чтобы орошиваемое поле находилось непосредственно близко от ис-точника воды
(насосной станции). Чаще всего вода из насосной станции подаётся вверх по трубопроводу и на
значительном расстоянии, что приводит к потери давления. Это, в свою очередь, заставляет
применять насосы с высшим давлением, значит с высшей мощьностью и высшей затратой энергии.
Мы не имеем влияния на затраты из-за геоме- трической разницы уровня, но затраты от
сопротивления течению воды можем свести почти к нулю, применяя большие диаметры
трубопровода. Это, в свою очередь, зна-чительно удорожает инвестицию, поэтому следует избрать
благоразумный компромисс. Линии передачи могут быть как подземные (постоянные), так и
наземные, обычно переносные. Принципом в проектировании дождевальных систем является, чтобы
как можно наибольшая часть подземного трубопровода эксплуатировалась каждый год помимо
применения плодосмена не нуждающегося в орошении. Подземный трубо-провод мы можем
прокладывать уже на глубине 40-70 см и на зиму отводить воду если это трубы из поливинилхлорида
(PCV) или оставить даже с водой, когда применяем шланги РЕ. Для наземных трубопроводов
ЛУКОМЕТ предлагает: шланги РЕ диа-метром до 110 мм в отрезках до 400м, дождевальные
аллюминиевые или стальные оцинкованные трубы для быстрого соединения диаметром до 200 мм, а
также плоские шланги большой прочности и долговечности, диаметром даже до 300 мм и длиной до
100 м одного отрезка.
ДОЖДЕВАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Самым подходящим для орошения грунтовых овощей
является барабанная переносная
дождевальная
установка, называемая катушечной (рис. 5.). На
двухколесном
шасси
прикреплена
катушка
с
горизонтальной
осью
вращения.
На
катушку
наматывается по-лиэтиленовый шланг законченный
дождевальным аппаратом на коляске. Шланг разматывается трактором, а наматывание наступает
автоматически под влиянием проте-кающей через
турбинку воды (текущей под давлением из гидранта или непосредст-венно из насосной станции).
Фонтанирующая под давлением нескольких атмосфер (из двигающегося на коляске секторного
лафетного ствола) вода орошает полосу поля шириной в несколько десятков метров и длиной чуть
4
дольше, чем длина шланга (обычно несколько сот метров). Величину применяемой разово поливной
дозы можно сменять бесступенчато подбирая соответствующую скорость наматывания. Длина
шланга должна быть подобрана соответсвенно с длиной поля, а внутренний диаметр шланга должен
обеспечивать нужный пропуск воды.
ЛУКОМЕТ предлагает дождевальные катушечные установки итальянского, австрийского, датского и
собственного производства, со шлангом длиной со 100 до 650 м, диаметров с 40 до 140 мм и
пропускной способностью с 3 до 100 м3/ч. Каждый размер машины диктует остальные параметры и
решает как о капиталовложениях (табл. 1.), так и о позднейших эксплуатационных расходах.
КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЯ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Каждая система орошения имеет своего рода специфику и неповторима, если требуем от неё
оптимального приспособления к индивидуальным нуждам и местным условиям. Также расходы по её
строительстве будут значительно различны в зависимости от примененных, возможных и
необходимых решений. Чтобы сделать возможным анализ расходов следует принять несколько
положений и сделать некоторые упрощения, дающих возможность проведения сравнений.
Положения:
1. Размер одной машины и её параметры подбираем оптимально к величине планта- ции, а форму
плантации к рабочим параметрам машины.
2. Овощи выращиваем каждые четыре года на том же поле.
3. Линиями передачи оснащаем поле в форме прямоугольника и площадью равной четырёхкратной эксплуатационной производительности дождевальной установки (что обеспечит
трёхлетний перерыв в выращивании овощей на каждом поле).
4. Поле прикасается к водоёму или на его краю подготовлен соответскующий колодец.
5. У нас есть возможность питать насосную станцию электроэнергией.
Упрощения:
Не учтены расходы на:
- подготовку документации (экспертиза, водно-юридический операт, планы по-стройки),
- гидротехнических построек водоёма (колодца, плотины, регулирующего резер-вуара),
- зданий насосной станции и помещений на оснащение,
- питания электроэнергией (линии, трансформаторной подстанции).
Скалькулированные по вышеуказанным положениям расходы по элементам ороситель-ной системы
указаны в таблице 1.
Величина
машины
Q
М3/ч.
G
м
F
га
P
бар
Стоимость Стоимость Стоимость Общая
В
насосов трубопров. катушки стоимость среднем
на 1 га
N
кВ
40/110
8
30
4
4
3
6200
4800
9600
20600
5150
50/150
12
40
6
5
5
7200
8400
12600
28200
4700
63/200
20
50
10
6
9
9800
15500
21000
46300
4630
75/250
30
60
15
7
13
11500
23500
24000
60000
3930
82/300
40
70
20
7
18
12500
32500
30000
75000
3750
90/350
50
75
25
8
26
15000
39000
38000
92000
3680
100/400
60
80
30
8
30
19000
46000
47000
112000
3730
110/450
70
85
35
9
37
23000
54000
56000
133000
3800
125/500
80
90
40
10
50
27000
78000
91000
196000
4900
140/500
99
99
50
11
75
32000
102000
114000
248000
4960
5
Из гаммы нескольких десятков размеров машин, какие предлагает каждый производи-тель, таблица
указывает только те с наиболее разумным отношением длины шланга к его диаметру.
Величина (Размер) машины – отношение диаметра шланга [мм] к его длине [м].
Q – пропускная способность дождевальной установки, почти максимальная для данной величины
при оптимальном (из максимальных) диаметре сопла и давлении.
G – ширина орошенной полосы [м] с учётом 15% закладок.
F – площадь [га], какую способна орошать машина даже при полном отсутствии осад-ков в течение
всего сезона.
Р – требуемое оптимальное давление [бар] на входе катушечной машины.
N – потребление мощи насоса [кВ] для обеспечения вышеуказанных параметров.
Стоимость насосов – стоимость электрической насосной станции с основным оборудо-ванием.
Стоимость трубопровода – стоимость подземно-наземной линии передачи, оптимально подобранной
(по материалам и параметрам с соблюдением минимализации расходов по строительству и
позднейшей эксплуатации) для данной катушечной машины.
Стоимось катушки – стоимость катушечной дождевальной машины, с оросителем и стандартным
оснащением.
Общая стоимость – сумма трёх вышеуказанных.
В среднем на 1 га – единичная стоимость рассчитана на 1 гектар плантации.
Практически лучше пользоваться двумя машинами поменьше, чем одной большой. На больших
площадях применяется повторение системы.
Пример орошения плантации площадью в 20 га.
Плантация площадью в 20 га будет нуждаться в 600 м3 воды в сутки. С точки зрения конструкции и
оптимальных параметров машины наиболее подходящей являлась бы величина 82/300, т.е. ширина
щланга 82 мм и длина 300 м. Её часовая пропускная способность – 40 м3/ч. Чтобы получить мелкую
каплю, следует на входе дождевальной установки применять давление 7 бар, что при сопле
оросителя диаметром в 22 мм даст ширину орошенной полосы около 70 м. При скорости
наматывания 70 м/ч мы получим поливную дозу почти 20 мм. Доза эта хватит на 7 дней. За одну
раскатку шланга будет орошено около 2 га в течение 10 часов. Посвящая 2 часа на консервацию и
пере-становку машины, за сутки мы можем оросить два поля. Все десять полей оросим за 5 дней и
ночей при работе машины 24 часа в сутки. Два дня недели останутся на отдых. Практически, этот
запас производительности машины позволяет на небольшую элла- стичность в её эксплуатации. Если
не было дождя, то обычно на следующей неделе цикл орошения следует повторить. Если хозяйство
6
масштабное, то пространство для орошения подбираем так, чтобы его длина равнялась удвоенной
длине шланга, а ширина – пятикратной ширине орошаемой полосы. Для нашей дождевальной установки это будет 60х350 м. Для снабжения дождевальной установки водой следует при- менить
насосную станцию обеспечивающую кроме требуемой производительности со- ответсвующее
давление на машине (учитывая геометрические и динамические потери в линии передачи). С
экономической точки зрения было бы целесообразным введение на поле двух постоянных гидрантов
из подземного трубопровода, проложенного посере-дине всего компклекса. В подземном
трубопроводе длиной в 900 м, проложенном из труб PCV160, потери давления не превышают 0,8
бара. Подведение воды от гидранта до машины лучше сделать используя 52 шт. шестиметровых
дождевальных труб диа-метром в 133 мм, в которых потеря давления не превысит 0,3 бара.Трубы
будут исполь-зоваться каждый год. Насосная станция должна производить давление 7+0,8+0,3=8,1
бара.
Наиболее соответсвующим будет насос 65PJM250
18,5 кВ. Названные в таблице 1. параметры и
расходы по разной величины дождевальным установкам были разрабо-таны в ходе такого же
размышления. Для вычисления полных затрат на орошение названных 20 га следует суммировать
материальные затраты в размере ок. 73000 злотых, а также много других.
Приведём некоторые из них оценочно:
-
операт и водно-юридическое разрешение
3000 зл.
-
подвод электроэнергии
-
сооружение временного водоёма
2000 зл
-
зарытие трубопровода
5000 зл
20000 зл
Общие расходы на оросительную систему составят ок. 103000. Средняя затрата на 1 га – ок. 5000
злотых.
Если водоём будет посередине полей и применим тракторную насосную станцию, единичный расход
не превысит 2200 зл/га.
НОВЕЙШИЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ОРОШЕНИИ ОВОЩЕЙ
МОСТОВЫЕ ДОЖДЕВАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ. Из приведённых выше данных выте-кает, что самая
большая катушечная машина способна обработать плантацию пло-щадью в 50 га, для более
масштабных следует повторять систему либо применять т.н. «мостовые» дождевальные установки.
Самыми распространёнными (особенно в США) являются центрические дождевальные установки
т.н. «центерпивоты». Посередине оро-шаемой площади сооружена центральная башня. К башне
снизу подаётся электро-энергия подземным кабелем и трубопровод подающий воду под давлением
ок. 3-4 бар. Часто центр стоит прямо на глубинном колодце, а двигатель внутреннего сгорания
7
приводит в движение как глубинный насос с трансмиссионым валом, так и генератор
электроэнергии. Главным элементом центральной башни является головка позволя-ющая передавать
воду и энергию во время непрерывного вращательного движения моста вокруг башни. Центральная
башня снабжена управляющей и контрольной аппа-ратурой. От башни отходит мост с решётчатыми
фермами с пролётами в 40-60 м упи-рающимися
на двухколесные коляски, являющиеся его
мобильными мостовыми бы-ками. Полная длина моста не превышает 800 м из-за пропускной
способности прохо-дящей верхом пролётов конструкционно-передаточной трубы, диаметр которой
дохо-дит до 200 мм и пропускная способность до 330 м3/ч, т.е. столько, сколько нужно для орошения
200 га плантации. Скрость коляски (с электродигателем мощьностью в 1,5 кВ) постоянна и
составляет 2 м/мин. Система центра управляет работой последней коляски, определяя ей в процентах
отношение времени работы двигателя до времени перерыва. Остальные коляски получают импульс
для работы, содержащей весь мост в прямой линии. Равномерный осадок по всей поверхности
кружившего моста, поля в форме круга обеспечивают всё гуще рамещенные оросители по мере
отдаления от центра или повышения диаметра разбрызгивающих сопл. При мостах длиной в 200 м
можно получить квадратную форму орошаемого поля, используя раскладное конечное плечо с
дальнебойным лафетным стволом снабжаемым добавочным насосом повышаю- щим давление.
Мостовая дождевальная установка имеет одни достоинства, главные из них это: работа без
обслуживания, низкое давление подачи, что значительно экономит энергию, деликатный мягкий
осадок не реагирующий на ветер. Основным недостатком является факт, что вся конструкция
остаётся круглый год в поле, а также большая интенсивность осадка, похоже как в случае консольной
установки.
В
производстве
овощей
главным
образом
применяется
«фронтальная» версия
мостовой
дождевальной установки, работающей поперёк рядов. Если дождевальная установка работает вдоль
рва с водой, тогда башня мобильна на четырёх колесах, на ней двигатель внутреннего сгорания
приводящий в движение насос и генератор. Если нет рва с водой, тогда каждые 200 м следует
поместить гидранты и с помощью элласти-чного волоченного шланга подать воду под давлением
движущейся фронтально ма-шине. Такое решение требует прикрепления шланга (каждые несколько
часов) к следу- ющему гидранту. Длина орошаемой полосы может достигать нескольких километров,
а ширина нескольких сот метров, так чтобы площадь не превышала той, вытекающей из пропускной
способности её верхней конструкционно-передаточной трубы. Дождевальная установка может быть
снабжена опрыскивателем, тогда сделанные колё-сами полосы являются единственными проходами
по плантации. Фронтальная дожде-вальная установка может вращаться о 180° и начать работу на
соседнем поле, как и существует возможность переместить все колёса на 90°, что позволит
передвинуть трактором весь мост на другое рабочее место.
8
Американская мостовая дождевальная установка RAINKE, снабжаемая гидрантами, с собственным
генератором и системой позволяющей на перемещение, общей длиной восьми мостов и стрелы в 480
м, с максимальной возможностью обслужить в условиях польского климата 150 га, будет стоить с
монтажем и пуском около 340 тысяч злотых (другие будут ещё дороже). Подземный трубопровод
диаметром в 250 мм подающий воду от водоёма на краю поля вместе с гидрантами будет стоить в
пределах 75 тыс. зл. Электрическая насосная станция мощьностью в 45 кВ с управлением это
следующие 25 тыс. Помимо этого единичная затрата на всю систему на превысит 3000 зл/га и по
сравнению с другими системами является самой низкой.
ПОЛУПОСТОЯННЫЕ ДОЖДЕВАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Кроме традиционных полупостоянных дождевальных установок построенных на базе аллюминиевых
труб или специальных оцинкованных стальных тонкостенных труб ЛУКОМЕТ разработал дешёвую
масштабную
дождевальную
установку
полупостоян-ную
целиком
полиэтиленовую.
Один
орошаемый участок имеет площадь свыше 23 га. Главный коллектор составляет полиэтиленовый
шланг диаметром в 110 мм, от кото-рого в обе стороны каждые 18 м расходятся полиэтиленовые
орашивающие линии, каждая длиной в 135 м. В общем смонтировано 720 оросителей поключенных
сек-ционно. По окончании сезона линии сматываются и хранятся в складе. Расходы по установке на
23 га составят ок. 100000 зл. Основные достоинства такой системы это деликатный осадок из сопла
диаметром в 5 мм, относительно низкое рабочее давление, небольшая интенсивность осадка
позволяющая системе работать даже на больших склонах, простота обслуживания. Недостатком
является помимо всего высокая цена, затруднительный монтаж и демонтаж всей установки,
нахождение установки в поле весь сезон.
Магистр инженер Кшиштоф Лущик
Авторские права сохраняются