5. Проектирование оросительной сети на

Московский государственный университет природообустройства
Кафедра мелиорации и рекультивации земель.
РГР
«Внутрихозяйственная
комбинированная оросительная
сеть при самотечном поливе»
Факультет –
_________________
Группа –
_________________
Студент –
_________________
Москва 2010.
Введение.
Мелиорация осуществляется во всех зонах Российской Федерации в соответствии с
природно-климатическими
условиями,
характером
земель
и
требованиями
возделываемых культур.
Цель мелиорации - повышение плодородия почв путем регулирования их водновоздушного режима, как одного из важнейших факторов жизни растений.
Сельскохозяйственные мелиорации – это комплекс технических, организационнохозяйственных и социально-экономических мероприятий, направленных на коренное
улучшение неблагоприятных природных условий и почв, с целью получения высоких,
гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур.
1. Краткая характеристика природно-климатических условий
объекта орошения.
Проектируемый участок орошения расположен в районе между Куйбышевым и
Оренбургом. По климатическим условиям рассматриваемый район, как и все степные
районы Заволжья, характеризуется резко выраженной континентальностью с жарким
сухим летом и холодной малоснежной зимой.
Самый жаркий месяц: июль +21,1°С
Самый холодный: февраль -14,2°С.
Осадки за год 274,8 мм.
Осадки за вегетационный период (I V-VIII) 173,3 мм.
Относительная влажность воздуха за год 64%.
Минимальная влажность за вегетационный период - 51% (IV- VIII).
Испарение за год 747 мм.
Испарение за период вегетации 617 мм.
Определим коэффициент увлажнения:
𝐾увл =
Ос
173,3
=
= 𝟎, 𝟑𝟕
Исп
617
По степени засушливости данная область относится к субаридной зоне (зона
достаточного и неустойчивого увлажнения).
Почвы представлены обыкновенными черноземами. Водопроницаемость почв
средняя. Грунтовые воды залегают на глубине свыше 10 м.
Рельеф участка представляет собой склон с отметками горизонталей от 64 до 101 м.
Уклон по плану imax = 0,008. imin = 0,002.
Для поверхностного самотечного способа полива наиболее оптимальными являются
уклоны от 0,002 до 0,008.
В рассматриваемом хозяйстве рекомендуется выращивание зерновых культур,
кукурузы, овощей, трав и бахчевых культур. На орошаемом участке будут
запроектированы 2 севооборота по 6 полей. В рассматриваемом хозяйстве экономически
целесообразно применение поверхностного самотечного полива. Это определяется
топографией, литологией и гидрогеографией.
Применяем поверхностный самотечный способ полива.
Достоинства самотечного способа полива:



Не требует применения энергии, машин, дорогостоящих материалов, простой в
техническом оснащении.
Проектируется во всем мире, накоплен самый большой опыт.
Элементы техник полива достаточно дешевы.
Недостатки самотечного способа полива:





Зависимость от характера рельефа.
Необходимость планировочных работ.
Разрушение структуры почвы, ухудшение воздушного режима почв.
Неравномерность увлажнения по площади.
Потребность в ручном труде.
2. Организация территории хозяйства.
Организация территории хозяйства заключается в назначении границ внутри
хозяйственного землепользования и в распределении площадей под различные угодья
хозяйства. Площадь в границах всего хозяйства называется валовой площадью Fвал = 960 га.
Вода для орошения будет подаваться из магистрального канала (МК). Крупные
оросительные каналы проектируются с уклоном от 0,0001 до 0,0005.
В данной работе будем проектировать магистральный канал с уклоном 0,0004 (на 250 м
длины понижение на 10 см).
Канал проектируем на максимально возвышенной части плана. Водоохранная зона
отмечается зеленым или светло-зеленым цветом, вдоль всего МК.
Хозяйство будет расположено ниже МК, вдоль МК необходимо предусмотреть
водоохранную зону, полосу шириной не менее 100 м. Земли водоохранной зоны
исключаются из орошения с тем, чтобы предотвратить эрозию почв вблизи водотока и
попадания в него удобрений и ядохимикатов, используемых на полях.
К МК примыкает усадебное хозяйство, ниже будет расположено два севооборота.
Принимаем площадь орошения (брутто) Fорбр = Fвал = 960 га. Под усадьбу отводятся менее
ценные земли, так как она в значительной степени будет занята жилыми хозяйственными
и административными зданиями.
бр
𝐹ус = (10 … 15%)𝐹ор = 𝟗𝟔 ÷ 𝟏𝟒𝟒 г𝑎
Границы между усадьбой и севооборотами желательно проектировать
прямолинейными, чтобы не нарушать правильность конфигурации полевых севооборотов.
Под орошаемые полевые севообороты отводятся наиболее ценные земли,
имеющие спокойный рельеф и правильную конфигурацию.
Принимаем площадь усадьбы по плану: Fус = 115 га.
Тогда площадь двух севооборотов:
бр
бр
𝐹с/о = 𝐹ор − 𝐹ус = 𝟗𝟔𝟎 − 𝟏𝟏𝟓 = 𝟖𝟒𝟓 га
Площадь одного шестипольного севооборота в пределах от 300÷500 га. Принимаем
площадь первого севооборота 420 га, тогда площадь второго 425 га.
Определим площади нетто севооборотов и усадьбы. Площадь нетто - это площадь,
занятая под посевы сельскохозяйственных культур. Площадь брутто - это площадь с
учетом дорог, лесополос, линий электропередач, каналов и др.
КЗИ - коэффициент земельного использования - это отношение площади нетто к
площади брутто.
Для севооборота принимаем КЗИ = 0,9, для усадьбы КЗИ = 0,75 (из бланка задания).
бр
нт
𝐹с/о
= 𝐹с/о ∙ КЗИс/о = 𝟒𝟎𝟎 ∙ 𝟎, 𝟗 = 𝟑𝟔𝟎 га
бр
𝐹уснт = 𝐹ус ∙ КЗИс/о = 𝟏𝟔𝟎 ∙ 𝟎, 𝟕𝟓 = 𝟏𝟐𝟎 га
Таблица 1. Площади брутто и нетто сельскохозяйственных угодий хозяйства.
Усадьба
Севооборот № 1
Севооборот № 2
Всё хозяйство
Fбр
КЗИ
Fнт
115
420
425
960
0,75
0,9
0,9
86,25
378
382,5
846,75
Площадь поля
F
Fнт
70,00
63,00
70,83
63,75
бр
Требования, предъявляемые к размерам и конфигурации полей севооборотов:



Поле должно быть правильной прямоугольной формы.
Площади полей должны быть одинаковы, в редких случаях соотношение сторон полей
не должно превышать 3:1.
Минимальный размер поля 500 м.
Определяем ориентировочные размеры севооборотов 1 и 2:
Ширина севооборота 𝐵с/о = 2𝐵П = 2000м (по плану), тогда длинна севооборота
бр
𝐹с/о ∙10000
равна: 𝐿с/о 1 =
𝐵с/о 1
бр
= 1412м 𝐿с/о 2 =
𝐹с/о ∙10000
𝐵с/о 2
= 1412м
Определяем размеры полей севооборота № 1:
Ширина поля 𝐵п = 1000м (по плану в первом приближении), тогда длинна поля
бр
равна: 𝐿П =
𝐹П ∙10000
𝐵П1
=
70∙10000
1000
= 706м
Определяем размеры полей севооборота № 2:
Ширина поля 𝐵П2 = 𝐵П1 = 1000м (по плану в первом приближении), тогда длинна
бр
поля равна: 𝐿П =
𝐹П ∙10000
𝐵П
=
70,83∙10000
1000
= 706м
Проверяем выполнение требований к размерам и конфигурации полей для первого
и второго севооборота: B > 500 м, L > 500 м, B ⁄𝐿 > 3⁄1.
Если севообороты расчетных размеров запроектировать невозможно из-за
особенностей плана, то необходимо поменять их ширину и повторить расчет (так же
можно изменить площадь, отведенную под усадьбу).
3. Проектирование оросительной сети в плане.
Оросительная сеть должна обеспечить доставку воды от источника орошения к
последующему ее распределению по севооборотам, полям, поливным участкам, на которых
поливная вода при помощи той или иной техники полива переводится в оптимальную
почвенную влажность корнеобитаемого слоя почвы.
На севообороте №1 проектируем открытую оросительную сеть в виде железобетонных
лотков и каналов в земляном русле.
На севообороте №2 проектируем сеть улучшенной конструкции, состоящую из
железобетонных лотков, подземных трубопроводов и гибких поливных шлангов.
Проектирование оросительной сети для самотечного способа полива необходимо вести
таким образом, чтобы обеспечить:


самотечную подачу воды в любую часть поля в количестве и в сроки соответствующих
расчетным ординатам графика гидромодуля;
КЗИ и КПД оросительной сети должны быть не ниже установленных СНиПами ;

высокую механизацию всех видов работ, необходимые условия эксплуатации
оросительной сети с минимальными затратами на эксплуатацию.
Принципы проектирования оросительной сети при самотечном способе полива.



командование каналов над орошаемой территорией;
каналы должны проходить по постоянным границам сельскохозяйственных угодий
(или полей);
наименьшая возможная длина канала.
На МК проектируем одну точку водозабора. От МК вода подается к полям с
помощью постоянной оросительной сети.
Постоянная оросительная сеть состоит из:



хозяйственного канала (ХК);
севооборотных каналов;
участковых каналов (У1, У2, … ).
Внутри севооборота вода распределяется с помощью временной оросительной сети.
Временная оросительная сеть, устраиваемая на поливном участке нарезается
весной и состоит из:



временных оросителей;
выводных борозд;
поливных борозд или полос.
Поливной участок состоит из двух полей, которые примыкают к участковому каналу.
Поливные борозды устраивают для полива культур широкорядного сева (картофель,
свекла, кукуруза). Поливные борозды нарезаются перед началом поливного сезона и
восстанавливаются перед началом каждого полива.
Поливные полосы применяются для полива культур сплошного сева (травы,
зерновые).
Устройство временной оросительной сети зависит от уклонов участка,
водопроницаемости почв, размеров и конфигурации полей, от направления посева культур.
В зависимости от этих условий различают две схемы устройства временной оросительной
сети продольная и поперечная.
Параметры продольной схемы:
Применяется при i < 0,004; длина временных оросителей 500...800 ÷ 1000 м; длина
выводной борозды 70...200 м; количество временных оросителей кратно 2 или 3;
направление полива совпадает с направлением временных оросителей; допустимые
уклоны вдоль временных оросителей 0,0005-0,0008.
Параметры поперечной схемы:
Применяется при i > 0,004; длина временных оросителей З00...500 ÷ 800 м;
направление полива
перпендикулярно
направлению
временных
оросителей;
выводные борозды отсутствуют, расстояние между временными оросителями равно длине
поливной борозды, количество временных оросителей кратно 2 или 3.
МК
ХК
ХК
МК
У1
У1
i
в. о.
У2
в. о.
i
направление
полива
У2
направление полива
Продольная схема
Поперечная схема
Средний уклон на севооборотном участке №1 𝑖 = 𝟎, 𝟎𝟏 > 𝟎, 𝟎𝟎𝟒, длина поливной
борозды равна 𝑙п.б. = 𝟏𝟖𝟎м, следовательно, возможно применение поперечной схемы
устройства временно оросительной сети. Принимаем на поле 6 временных оросителей,
расстояние между ними 150 м.
4. Определение расчётных расходов и КПД оросительной сети.
МК, ХК работают непрерывно в течение всего периода вегетации. УК и в.о. работают
периодически только во время полива сельскохозяйственных культур.
Расходы воды в каналах, рассчитанные исходя из потребления растений без учёта
потерь воды на пути её движения, называются расходами нетто (𝑄 нт ).
Потребность растений в воде выражается расчётной ординатой
гидромодуля 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 𝟎, 𝟖 л⁄с ∙ га - удельный расход (из бланка задания).
графика
1. Определим QHT канала ХК1:
нт
л
𝑄ХК1
= 𝑞𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝐹снт
⁄о 1 = 0,8 ∙ 381,6 = 305,28 ⁄с
Этот расход распределяется по участковым каналам У1, У2, УЗ.
нт
2. Определим расход нетто участкового канала (𝑄УК
).
нт
𝑄УК
нт
𝑄ХК
305,28
=
=
= 152,64 л⁄с
𝑛УК
2
𝑛УК – число одновременно работающих УК, принимается из условия:
нт
100 л⁄с ≤ 𝑄УК
≤ 250 л⁄с
Принимаем 𝑛УК = 2, это связано с суточной производительностью с/х техники и
физическими возможностями поливальщика.
нт
3. Определим расход нетто временного оросителя (𝑄в.о.
).
нт
𝑄УК
=
нт
𝑄ХК
305,28
=
= 152,64 л⁄с
𝑛УК
2
𝑛в.о. – число одновременно работающих в. о., принимается из условия:
нт
30 л⁄с ≤ 𝑄УК
≤ 80 л⁄с (для поперечной схемы)
Принимаем 𝑛в.о. = 3.
Определение расходов брутто (𝑸бр ) и КПД оросительной сети для севооборота 1.
В каналах оросительной сети происходят потери воды на фильтрацию и испарение,
но по сравнению с потерями воды на фильтрацию потери на испарение очень малы,
поэтому в расчетах 𝑸бр потерями на испарение пренебрегают.
В каналы оросительных сетей необходимо подавать расходы, превышающие 𝑄 нт на
величину потерь. Такие расходы называют расходами брутто 𝑄 бр .
Для каналов периодического действия (УК, в. о.) расход брутто равен:
𝑄 бр =
𝑄 нт л
, ⁄с
𝜂к
Принимаем 𝜂к = 0,95 (из бланка задания) для каналов в земляном русле.
Для каналов постоянного действия (ХК) расход брутто равен:
𝑄 бр = 𝑄 нт + 𝑄 потерь , л⁄с
𝑄 потерь = 0,01 ∙ 𝜎 ∙ 𝑄 ∙ 𝐿к , л⁄с
𝜎 – процент потерь воды из канала, принимается в зависимости от 𝑄 нт в расчете на
1 км длины канала в %.
𝐿к – длина участка канала в км.
В целях уменьшения потерь воды на фильтрацию проектируем ХК в
железобетонном лотке, тогда потери воды в лотковом канале в расчете на 1 км длины
составят 𝜎 = 2% (из бланка задания).
Расчет проводиться для самого неблагоприятного варианта работы оросительной
сети, когда вода поступает к самым отдаленным участкам, то есть потери воды на
фильтрацию максимальны.
Расчет проводится в направлении от младших каналов сети к старшим элементам
сети. Для определения 𝑄 бр составляется расчетная схема:
МК
ХК
5
4
3
У1
2
У2
1
1
в. о.
1
в. о.
2
Расчетная схема для nУК = 2 nв.о. = 3.
бр
1. 𝑄1 = 𝑄в.о. =
бр
2. 𝑄2 = 𝑄УК =
нт
𝑄в.о.
𝜂
=
50,88
0,95
бр
𝑄в.о. ∙𝑛в.о.
𝜂
=
= 53,56 л⁄с
53,56∙3
0,95
= 169,14 л⁄с
3. 𝑄3 = 𝑄ХК = 𝑄 нт + 𝑄 потерь = 𝑄2 + 0,01 ∙ 𝜎 ∙ 𝑄2 ∙ 𝐿3−2 = 171,79 л⁄с
4. 𝑄4 = 𝑄2 + 𝑄3 = 169,14 + 171,79 = 340,93
бр
5. 𝑄5 = 𝑄ХК = 𝑄4 + 0,01 ∙ 𝜎 ∙ 𝑄4 ∙ 𝐿3−2 = 171,79 л⁄с
бр
Определим КПД оросительной системы:
𝜂системы =
нт
305
𝑄ХК
⁄ бр = 342 = 0,89
𝑄ХК
5. Проектирование оросительной сети на севообороте №2.
На севообороте №2 проектируем сеть улучшенной конструкции. Участковые каналы
заменяем
железобетонными
лотками,
временные
оросители
заменяем
распределительными трубопроводами (РТ). Выводные борозды заменяем полимерными
шлангами, течение воды в оросительной сети обеспечивается за счёт естественного
напора, создаваемого естественным уклоном местности. Наиболее рационально
проводить трассировку РТ по направлению максимального уклона местности.
Протяжённость РТ составляет 1...2,5 км. РТ выполняют из асбестоцемента, расстояние между
РТ 150...200 м и равно длине поливного шланга (ПШ). Расстояние между ПШ равно длине
поливной борозды. На РТ располагаются гидранты - водовыпуски, из которых вода
поступает в ПШ. Из отверстий на ПШ, размеры которых рассчитывают в зависимости от
напора и расхода воды, вода поступает в поливные борозды. Глубина заложения РТ
определяется из условия не промерзания и не повреждения с/х техникой. Минимальная
глубина до верхней трубы 0,7...0,8 м.
6. Проектирование на плане сетевых ГТС, дорог, лесополос,
водосбросной сети.
Для нормальной работы и эксплуатации оросительной сети необходимо
предусмотреть устройство соответствующих элементов системы. В начале каждого из
отводящих каналов, лотков и трубопроводов устраиваются регуляторы - водовыпуски для
регулирования подачи требуемых напоров воды из старших каналов в младшие или для
полного отключения каналов на период прекращения их работы. Вода, не используемая
на полях во время полива, должна отводиться за пределы орошаемого участка с тем,
чтобы предотвратить подъём УГВ, который способен вызвать засоление и заболачивание
земель. На всех каналах с расходами более 0,5 м /с необходимо предусмотреть концевые
сбросные сооружения, которые обеспечивают опорожнение каналов после завершения
поливов или во время аварий. На РТ располагаются гидранты для подключения гибких
поливных шлангов и перегораживающие сооружения. На орошаемой площади
устраивают дорожную сеть, располагая её в увязке с границами землепользования. Она
состоит из полевых, хозяйственных и эксплуатационных дорог. Полевые дороги
обеспечивают подъезд к поливным участкам и полям, они устраиваются без покрытия
грунтовыми, их ширина до 6 м. Хозяйственные дороги устраивают с улучшенным
покрытием с шириной 6-7 м. Их назначение - объединение полевых дорог и населённых
пунктов с дорогами районного назначения. Вдоль всех постоянных каналов (МК, ХК)
устраивают эксплуатационные дороги шириной 3,5 м для надзора и ухода за каналами. В
местах пересечения дорог с каналами устраиваются мосты или трубчатые переезды. Для
защиты полей от суховейных ветров и создания благоприятного микроклимата, необходимо
устроить лесные полосы шириной не менее 3,5 м, которые располагают в увязке с
границами землепользования.