Технические и гидравлические параметры системы локального низконапорного мелкоструйного орошения рядных культур (на примере цветов герберы)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Павлюкова Елена Дмитриевна

ТЕХНИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОГО НИЗКОНАПОРНОГО МЕЛКОСТРУЙНОГО ОРОШЕНИЯ РЯДНЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ ЦВЕТОВ ГЕРБЕРЫ)

06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Тарасьянц Сергей Андреевич

Официальные оппоненты:

Лобойко Владимир Филиппович доктор технических наук, профессор (ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ», зав. кафедрой «Комплексное использование водных ресурсов и экология»);

Карпунин Василий Васильевич кандидат технических наук (саморегулируемая организация Некоммерческое партнерство «Южного федерального округа «Энергетический региональный аудит», председатель контрольного комитета)

Ведущая организация - ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» г. Новочеркасск

Защита состоится «02» июля 2012 г. в 10 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 220.008.02 на базе ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет» по адресу: 400002, г. Волгоград, Университетский проспект 26, ауд. 214.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан « » мая 2012 г. и размещен на официальном Интернет-сайте ВАК

Ученый секретарь диссертационного совета,

профессор А.И. Ряднов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

мелкоструйный орошение грунт цветы

Актуальность работы. В условиях дефицита водных ресурсов основным принципом функционирования водохозяйственных систем служит рациональное распределение оросительной воды. Дорогостоящие гидроузлы комплексного назначения, сложное оборудование для забора подземных вод сочетаются с недостаточно совершенными конструктивными решениями по транспортировке и распределению воды на орошение. При существующих способах полива вода расходуется на сброс и глубинную фильтрацию, что способствует засолению и заболачиванию орошаемых земель. Стремление устранить перечисленные недостатки обусловило совершенствование существующих поливов с целью локализации площади орошения, уменьшения поливных норм, подачи воды в зону развития корневой системы.

Анализ разработанных и исследуемых систем орошения показывает, что как в России, так и за рубежом при выборе типа орошения для рядных культур основное направление принято на локальные капельные системы, основным недостатком которых является высокая стоимость строительства. Таким образом, необходимость проведения научно-исследовательских работ, направленных на разработку технических средств локального орошения, имеющих достоинства капельных систем и устраняющих их недостатки, является актуальной задачей. В связи с вышеизложенным определилась цель настоящих исследований:

Целью диссертационной работы является разработка технических и гидравлических параметров системы локального низконапорного мелкоструйного орошения для рядных культур на примере цветов герберы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить основные факторы, влияющие на равномерную подачу оросительной воды на участок;

- техническим и экспериментальным путями обосновать основные параметры элементов системы локального орошения;

- разработать технологию подготовки почвы и выращивания цветов в условиях закрытого грунта;

- установить параметры социально-эколого-экономической эффективности устройства локального низконапорного мелкосруйного орошения цветов герберы условиях закрытого грунта.

Объекты исследований:

- процесс подачи воды в локальную оросительную низконапорную сеть;

- водовыпуски различных конструкций, обеспечивающих равномерную подачу воды в места орошения;

- трубопроводы различных длин и диаметров.

Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и высокой степенью точности экспериментальных данных, полученных в результате натурных исследований.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- обоснованы геометрические и гидравлические параметры элементов оросительной сети;

- разработана методика расчета локальной низконапорной оросительной сети.

На защиту выносится:

- конструкция системы локального низконапорного мелкоструйного орошения рядных культур;

- методика расчета оросительной сети;

- зависимости для расчета водовыпускных элементов оросительной сети.

Практическая значимость работы состоит в снижении затрат на эксплуатацию оросительной сети за счет исключения из системы дорогостоящих фильтрующих устройств и использования высонапорного оборудования. По результатам проведенных исследований разработаны рекомендации для проектирования локальных, низконапорных, мелкоструйных видов орошения для рядных культур.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель», пункт 24 - «Исследование способов и технических средств эксплуатации инженерно-мелиоративных и инженерно-экологических систем, ремонта, реконструкции, автоматизации их работы, повышения надежности, рациональных приемов управления».

Апробация работы:

Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях студентов и молодых ученых, проводимых ФГОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» в 2005-20011 гг.; на международных научно-практических конференциях «Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии» в 2006 году (г. Новочеркасск), «Проблемы повышения продуктивности мелиорированных земель» в 2008 году (г. Новочеркасск), «Ресурсосберегающие экологически устойчивые технологии в сельскохозяйственном производстве» в 2010 году (г. Новочеркасск).

Конкретное личное участие автора в получении научных результатов:

- проведение экспериментальных исследований и обработка опытных данных;

- разработка гидравлического расчета элементов оросительной сети.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 научных работах, 2 из которых - в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 187 источников, из них 13 на иностранных языках и 2 приложений. Работа изложена на 150 страницах текста, содержит 32 таблицы и 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, дана общая характеристика работы, сформулированы цель, задачи исследований, новизна научных положений, выносимых на защиту.

В первой главе рассматриваются направления существующих рациональных способов полива, начиная от лиманного и бассейнового и заканчивая современными дождевальными и локальными системами. Опыт земледельцев И. П. Кружилина, М. С. Григорова, В. И. Ольгаренко, Д. В. Ярмизина, С. Д. Лысогорова, О. Е.Ясониди показали, что наибольший эффект был достигнут при использовании систем с максимальной экономией энергозатрат. Анализ исследуемых систем орошения показывает, что в настоящее время основное направление взято на локальные низконапорные системы, обеспечивающие экономию, как поливной воды, так и энергоресурсов.

Из локальных видов орошения наибольшее применение получили капельные системы.

Дальнейшие разработки и изучение систем капельного орошения должны быть направлены на устранение главных недостатков, присущих данному способу полива.

Во второй главе изложены материалы по опытному участку и методика проведения исследований.

Экспериментальные исследования проводились в теплицах Новочеркасской ГРЭС ООО «ЮНИФЛЕШ» Октябрьского района Ростовской области со схемой посадки 6,3Ч42 м на площади 1 га с целью определения оптимальных размеров элементов локальной низконапорной мелкоструйной оросительной системы и величин коэффициентов расхода и гидравлического сопротивления водовыпуска µ и _н (рис. 1, 2).

Рисунок 1 - Расположение грядок при выращивании цветов герберы

Рисунок 2 - Водовыпуск в поливном трубопроводе (рассеиватель Q=3-5 л/ч)

Раннее проведенными опытами установлено, что расход водовыпуска локальной низконапорной системы, приближенный к расходу капельниц капельного орошения (3-5 л/ч), может быть установлен при диаметре отверстия в водовыпуске от 0,8 до 1,5 мм и напоре перед ним от 0,7 до 1,0 м. В исследуемом случае длина грядки составляла 42 м.

На основании вышеизложенного для определения размеров элементов испытываемой системы предварительно предложены следующие величины: X₁- длина ряда (L_р=34-50 м), X₂ - диаметр отверстия в водовыпуске (d₀=0,8-1,2 мм), X₃ - диаметр трубопровода уложенного вдоль каждого ряда (d_тр=15-25 мм), X₄ -напор в голове трубопровода (H_г=0,8-1,2 м), X₅ - количество рядов в клетке, (n_р=4-5), X₆ - расстояние между рядами (= 0,3-0,4 м). Опыты проводились на участке с уклоном не превышающем 0,001, то есть практически горизонтальном.

В качестве основного критерия принималась величина расхода водовыпусков начала, середины и конца ряда.

В задачи полевых исследований входило определение:

- максимальной величины расходов в водовыпусках начала, середины и конца ряда Q_н, Q_с, Q_к ;

- коэффициента гидравлического сопротивления и коэффициента расхода в водовыпусках ₀;

- диаметра поливного трубопровода d_тр;

- величины напора в голове первого поливного трубопровода H_г;

- величины отверстия в водовыпуске d_о;

- величины длины поливного трубопровода (ряда цветочной клетки) .

В состав натурных исследований были включены опыты по определению расходов водовыпусков в начале, середине и конце цветочного ряда. Проведен анализ математических зависимостей с целью определения параметров сети. Методика исследований и обработка данных базировалась на теории планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях, изложенной в работе В. А. Вознесенского. При исследованиях проведены три группы опытов:

- первая группа для определения степени влияния каждого фактора, влияющего на критерий оптимизации, постановки задач для дальнейших исследований;

- вторая группа для составления уравнений, определяющих величину критерия в области варьирования значимых факторов, и установления величины стабилизации;

- третья группа для выявления оптимальных величин оставшихся факторов.

При измерении расходов водовыпусков объемным способом использовалась мерная тарированная емкость V=20,0 л и секундомер, при измерении напоров - пьезометры, установленные в голове каждой клетки.

В третьей главе «Экспериментальные исследования» приведены опыты, в которых в качестве критерия принималась величина расхода начала Q₁, середины Q_с и конца Q_к.ряда.

Условия кодирования и варьирования переменных по первой группе опытов представлены в таблице 1, матрица планирования и результаты - в таблице 2.

Таблица 1 - Кодирование и варьирование переменных

Факторы	Код	Основной уровень (О)	Интервал варьирования	Нижний уровень (-)	Верхний уровень (+)
Lр,м	Х1	42	8	34	50
d0,мм	X2	1,0	0,2	0,8	1,2
dтр,мм	Х3	18	3	15	21
Hг,м	Х4	1,0	0,2	0,8	1,2
nр, шт	Х5	2	1	1	5
м	Х6	0,4	0,2	0,2	0,6

Таблица 2 - Матрица планирования и результаты первой группы опытов

№ опыта	Х1	Х 2	Х 3	Х 4	Х 5	Х 6	Qн, л/час	Qс, л/час	Qк, л/час
1	-	-	-	-	-	-	3,5	3,3	3,8
2	+	+	+	-	+	-	4,5	3,2	4,1
3	+	+	-	+	-	+	3,2	2,1	3,0
4	-	-	+	+	+	-	3,45	2,8	3,2
5	+	-	-	-	+	+	2,62	1,6	2,2
6	-	+	+	-	-	+	2,40	1,4	2,3
7	-	+	-	+	+	-	3,4	4,4	4,1
8	+	-	+	+	-	-	5,0	4,3	4,0
9	+	+	-	-	-	-	5,2	4,8	5,0
10	-	-	+	-	+	-	3,3	5,0	5,2
11	-	-	-	+	-	+	1,4	3,3	4,4
12	+	+	+	+	+	-	4,3	3,4	3,8
13	+	-	+	-	-	+	3,0	3,2	3,4
14	+	-	-	+	+	-	3,0	4,4	4,5
15	-	+	+	+	-	-	5,4	4,4	4,4
16	-	+	-	-	+	+	5,3	4,8	4,3

Величины факторов в первом приближении приняты по литературным данным, из практических соображений и на основе возможностей хозяйства.

Подстановка вычисленных значений Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х₅, Х₆ приводит к уравнениям

Q_н=2,0-1,1Х₁+1,04Х₂-2,3Х₃+3,3Х₄-0,2Х₅-0,1Х₆, (1)

Q_с=2,3-3,1Х₁+3,0Х₂+2,0Х₃+2,2Х₄-0,10Х₅-0,06Х₆, (2)

Q_к=2,4-2,1Х₁+4,4 Х₂-3,0 Х₃+2,2 Х₄-0,2 Х₅-0,21 Х₆, (3)

Проведенная серия опытов позволяет сделать следующие выводы:

- на величину расхода водовыпусков локальной системы орошения в закрытом грунте наибольшее влияние оказывает диаметр водовыпуска 18 % (Х₂), диаметр трубопровода - 17 % ( Х₃), напор в голове - 17 % ( Х₄), длина ряда - 6 % ( Х₁), которые и принимаются для дальнейших исследований;

- предварительный анализ вышеприведенных уравнений показывает, что наибольшее расхождение в расходах имеют водовыпуски при длине ряда 50 м (1-2 %) и наименьшее расхождение - при длине ряда 34 м в случае минимального диаметра отверстия водовыпуска 0,8 мм.

Для выявления влияния на Q₀, Q_с, Q_к факторов Х₁ (L_Р), Х₂ (d₀), Х₃ (d_тр) и Х₄ (H_г) проводилась вторая группа опытов при измененных в соответствии с проведенным анализом уравнений интервалах варьирования для факторов Х₁ (L_р) и Х₄ (H_г) условия кодирования и варьирования, переменных по вышеуказанному плану показано в таблице 3.

В результате обработки данных (табл. 4) методами, изложенными в работе В. А. Вознесенского, получены математические модели исследуемого процесса в виде уравнений второго порядка с учетом статистической значимости для каждого значения расхода (табл. 5).

Таблица 3 - Кодирование и варьирование переменных по второй группе опытов

Факторы	Код	Основной уровень «0»	Интервал варьирования	Нижний уровень «-»	Верхний уровень «+»
Lр (м)	Х1	32	6	22	42
d0 (мм)	Х2	1,0	0,2	0,8	1,2
dтр (мм)	Х3	20	5	15	25
Hг (м)	Х4	1,2	0,4	0,8	1,6

По полученным результатам оценивается степень влияния исследуемых факторов на данном этапе эксперимента. Установлены максимальные расходы:

- максимальные расходы Q_н^max=3,03 л/ч; Q_c^max=3,86 л/ч; Q_к^max=3,40 л/ч.

- минимальные расходы Q_н^min=2,90 л/ч; Q_c^min=2,95 л/ч; Q_к^min=3,15 л/ч.

Таблица 4 - Матрица планирования и результаты второй группы опытов

№ опытов	План	Величины расходов л/час
	Х1(LР)	Х2(d0)	Х3(dтр)	Х4(Hг)	Q0	Qс	Qк
1	2	3	4	5	6	7	8
1	+	+	+	+	3,15	1,81	3,10
2	+	+	+	-	2,05	1,00	1,90
3	+	+	-	+	3,00	1,50	2,90
4	+	+	-	-	2,20	0,92	2,00
5	+	-	+	+	2,15	1,60	1,90
6	+	-	+	-	1,80	0,30	1,80
7	+	-	-	+	3,00	1,55	2,90
8	+	-	-	-	1,90	0,22	1,80
9	-	+	+	+	3,20	2,10	2,90
10	-	+	+	-	2,10	1,80	2,00
11	-	+	-	+	3,32	2,90	3,10
12	-	+	-	-	1,91	1,32	1,88
13	-	-	+	+	2,90	2,20	2,62
14	-	-	+	-	1,82	1,22	1,60
15	-	-	-	+	2,50	2,00	2,30
16	-	-	-	-	1,80	1,60	1,30

Таблица 5 - Значения критических коэффициентов и математические модели с учетом статистической значимости

Критерий	Группа критических коэффициентов	Математические модели с учетом статистической значимости
	в0кр	вiкр	вiiкр	вijкр
QН	0,96	0,15	0,07	0,50	QН=2,01+0,10Х2+0,60Х4-0,62Х3Х4 (4)
QC	2,05	0,09	0,12	0,42	QC=3,02-0,20Х1+0,10Х2+0,15Х4-0,48Х22-0,40Х32-0,23Х42 (5)
Qк	1,89	0,13	0,25	0,38	Qк=2,90+0,015Х2+0,01Х32-0,1Х42 (6)
Qнmax, л/ч	+	+	+		Qнmax=2,01+0,17+0,53-0,62=2,16 (7)
Qнmin, л/ч	+	-	-	-	Qнmin=3,02-0,17-0,53-0,62=2,52 (8)

На основании проведенных исследований и с учетом эксплуатационных возможностей существующих сельскохозяйственных предприятий для участков локального орошения в изученных интервалах варьирования рекомендуются к применению минимальные величины элементов системы Х₁ (L_р)=42 м, Х₂ (d₀)=0,8 мм, Х₃ (d_тр)=15 мм и Х₄ (Н_г)=0,8 м. В этом случае расходы начала, середины и конца ряда выравниваются и с вероятностью 95 % можно утверждать, что их величины отличаются не более чем на 5-6 %. Q_н^min=2,90 л/ч; Q_c^min=2,95 л/ч; Q_к^min= 3,15 л/ч; при этом средний расход водовыпуска Q_с^min=3,02 л/ч.

Для продолжения дальнейших экспериментальных исследований факторы Х₁ (L_p) и Х₂ (d₀) по конструктивным и эксплуатационным соображениям стабилизируются на величинах соответственно 42 м и 0,8 мм. Для окончательного определения оптимальных значений факторов Х₃ (d_тр) и Х₄ (Н_г) проведена третья группа опытов. Интервалы варьирования факторов были изменены с учетом анализа результатов второй группы опытов. Матрица планирования и результаты третьей группы опытов приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Матрица планирования и результаты третьей группы опытов

№ опыта	План	Значения факторов	Расходы, л/час
	Х3	Х4	dтр, мм	Нг, м	QH	Qс	Qк
1	-0,87	-0,5	12,0	0,65	2,40	2,20	2,10
2	-0,87	+0,5	12,0	0,75	2,51	2,40	2,30
3	0	+1	14,0	0,8	2,60	2,45	2,35
4	+0,87	+0,5	16,0	0,75	2,58	2,50	2,40
5	+0,87	-0,5	16,0	0,65	2,40	2,20	2,20
6	0	-1	14,0	0,6	2,38	2,18	2,10
7	0	0	14,0	0,7	2,48	2,28	2,22

По результатам проведенной третьей группы опытов получены двухфакторные математические модели в общем виде и канонической форме (табл. 7). Максимальное влияние на расход Q_H, оказывают факторы Х₃ (d_тр) и Х₄ (Н_г) при размерах соответственно 16 мм и 0,81 м, на расход Q_с, - при размерах 16 мм и 0,72 м и на расход Q_к - при размерах 15 мм и 0,7 м.

Таблица 7 - Математические двухфакторные модели

Место отбора проб	В общем виде	В канонической форме
Qн	Qн=2,15+0,10х3+0,05х4-0,2х32-0,2х42+0,44х3х4 (9)	Qн-3,30=-1,12х32-0,50х4 (12)
Qc	Qс=3,95+0,31х3+0,15х4-0,20х32-0,30х42-0,31х3х4 (10)	Qс-3,44=-1,90х32-0,43х42 (13)
Qк	Qк=3,90+0,12х3+0,15х4-0,12х32-0,16х42-0,18х3х4 (11)	Qк-3,51=-1,43х32-0,15х42 (14)

Анализ результатов проведенных трех групп опытов дает возможность принять значения факторов, влияющих на расход водовыпусков. В качестве окончательных рекомендаций принимаются два значения среднего расхода водовыпуска: первое 3,10 л/час (по результатам первых двух групп опытов) и второе 3,2 л/час (с учетом третьей группы опытов). Причем величины факторов Х₃ (d_тр) и Х₄ (Н_г) уменьшены до минимально возможных значений Х₃. (d_тр)=12 мм, Х₄ (Н_г)=0,6 м и при стабилизированных длине ряда Х₁ (L_p)-42 м и диаметра водовыпуска Х₂ (d₀)-0,8 мм. Кроме того, по экспериментальным данным определены коэффициенты расхода и суммарный коэффициент гидравлических потерь водовыпуска µ_н и _н.

Полученные результаты экспериментальных исследований сведены в таблицу 8.

В четвертой главе описаны способы подготовки почвы и выращивания цветов в вегетационный период.

Перед посадкой растений проведен анализ почвы (табл. 9), для того чтобы располагать информацией о ее состоянии. По результатам анализа принимались меры по внесению удобрений

Таблица 8 - Опытные гидравлические параметры оросительной сети

Опытный расход водовыпуска, л/час	Диаметр отверстия насадки, мм	Скорость выхода воды из насадки V0 , м/с	Коэффициент расхода водовыпуска, µн	Суммарный коэффициент гидравлических потерь водовыпуска, н
4,18 при Нг=0,8 м, dтр=15 мм, d0=0,8 мм, LP=42 м	0,8	2,31	0,58	2,97
3,2 при Нг=0,6 м, dтр=12 мм, d0=0,8 мм, LP=42 м	0,8	1,77	0,44	5,16

Таблица 9 - Обеспеченность почвы питательными веществами

Обеспеченность почвы	По Тюрину и Кононовой
	Легкогидролизуемый азот, мг/кг сухой почвы	Р2 О5	К2О	Азот общий	Гумус
		мг/100 г почвы	% на сырое вещество
Слабая	менее 40	до 10	до 12,5	до 0,1	2-4
Средняя	от 40-60	10-30	12,5-20	0,1-0,3	4-6
Высокая	более 60	более 30	более20	0,3-0,4	6-10
Почва на участке	41,1	2,3	13	0,12	6,91

При сравнении обеспеченности почвы рассматриваемых черноземов относятся к высокообеспеченным по гумусу. 6,91 % к среднеобеспеченным по калию К₂О 13 мг/100 г почвы и легкогидролизуемому азоту 41,1 мг/кг почвы, и к слабообеспеченным по общему азоту 0,12 %, и фосфору 2,5 мг/100 г почвы. Во время разработки системы орошения учитывалось, что минимальная температура должна быть 15 єС. Более низкие температуры могут вызвать болезнь корней. Температура воздуха, оптимальная для роста растений, зависит от интенсивности света и времени года. Для разных времен года поддерживалась разная температура от 16-18 єС ночью до 21-24 єС днем.

Сроки посадки никак не регламентируются, так как необходимые климатические условия поддерживаются в любое время года.

Герберу принято высаживать на приподнятых грядках, по 2 ряда растений на грядке.

Ширину грядки устанавливали в районе 60 см, включая наклонную сторону. Высота грядок должна быть около 30-40 см, расстояние между рядами 30-40 см. Растения высаживают на расстоянии 25-30 см друг от друга (в форме треугольника). В результате на один м² приходится 6,5-7,5 растений.

После высадки растения обильно поливались при первой фазе роста, влажность почвы поддерживалась уровне 80 % НВ.

Удобрения вносились во время выращивания для поддержания роста и производства. Для разработки программы внесения удобрений анализ почвы проводился 1 раз в месяц. Основные виды удобрений показаны в таблице 10.

Таблица 10 - Основные удобрения, используемые для подкормки цветов

1-й бак	2-й бак
Основные элементы	Основные элементы
Нитрат кальция (CaNO3)	Нитрат калия (KNO3)
Нитрат калия (KNO3)	Фосфорнокислый калий (KH2PO4)
Нитрат аммония (NH4NO3)	Сульфат магния (MgSO4)
	Сульфат калия (KH2SO4)
Вспомогательные элементы	Вспомогательные элементы
Хелат железа 6-10 %	Сульфат марганца(MnSO4.H2O)
	Сульфат цинка (ZnSO4.7H2O)

В пятой главе проводится расчет параметров оросительной сети.

Для расчета принимается оросительная сеть, построенная на площади 1,0 га, в теплицах (рис. 3).

Методика гидравлического расчета для системы локального низконапорного орошения рассматривает поливной трубопровод с водовыпусками как низконапорную систему с путевым равномерным отбором воды по длине и предусматривает определение диаметров распределительных трубопроводов.

Рисунок 3 - Схема расположения теплиц, оборудования, поливных и распределительных трубопроводов

Расчет диаметра поливного трубопровода сводится к подтверждению внутреннего диаметра, полученного опытным путем, который обеспечивает оптимальный гидравлический режим работы системы.

Исходными данными для расчета распределительного трубопровода являются: суммарная длина поливного трубопровода L_тр=172242=14448 м; суммарное количество водовыпусков на поливных трубопроводах n= 48160 шт. (через 0,3 м). Расход одного водовыпуска q=3 л/час принят по результатам экспериментальных исследований.

В начале рассчитывается расход воды в голове распределительного трубопровода:

Q=nЧq, л/час (15)

Q= 48160Ч3=144480 л/час=40,13 л/c=0,040 м³/c

Суммарный расход 9 теплиц (1/4 часть площади) равен:

=40,13/4=10,032 л/с=0,01 м³/с.

Суммарный средний расход одной теплицы:

=10,032/9=1,11 л/с=0,0011 м³/с.

Расчет расходов и диаметров распределительного телескопического полиэтиленового трубопровода произведен при q_к=3 л/час. Расчетные данные сведены в таблицу 11.

Таблица 11 - Расчетные данные по расходам и диаметрам распределительных трубопроводов

Количество теплиц, шт	Суммарный расход, л/c	Расчетный диаметр трубопровода, мм	Принятый гостированный диаметр трубопровода, мм	Длина нарастающим итогом, м
1	2	3	4	5
9	10,032	81,0	75	7
8	8,92	77,0	75	14
7	7,80	72,0	75	7
6	6,69	66,0	63	14
5	5,58	60,0	63	21
4	4,47	54,0	50	7
3	3,36	46,0	40	14
2	2,25	38,0	40	7
1	1,14	27,0	25	7

Расчеты по блокам 2, 3, 4 производятся аналогично ранее проведенному расчету по блоку 1. Суммарные данные сводятся в таблицу 12.

Кроме того, в главе выведены зависимости для расчета коэффициентов расхода и гидравлического сопротивления насадок, по которым определяется фактический расход водовыпусков.

Выбор типа насадки производится по минимальному коэффициенту расхода µ, обеспечивающему ее максимальный коэффициент гидравлического сопротивления , отнесенный к выходному сечению. Возможные варианты насадок прилагаются ниже (рис. 4).

Таблица 12 - Суммарные данные по длинам и ценам распределительного трубопровода при Q_к=3 л/час

Блок	Принятый диаметр, м	Суммарная длина, м	Цена 1 м, руб. (2011 г.)	Сумма, руб.
1	2	3	4	5
1	110	14	120	1680
	90	21	87,60	1839
	75	14	63	882
	50	7	26,4	184,8
	32	7	12,0	84
Итого по блоку 1	4669
2	110	14	120	1680
	90	21	87,60	1839
	75	14	63	882
	50	7	26,4	184,8
	32	7	12,0	84
Итого по блоку 2	4669
3	110	20	120	2400
	90	21	87,60	1839
	75	14	63	882
	50	7	26,4	184,8
	32	7	12,0	84
Итого по блоку 3	5389,8
4	110	20	120	2400
	90	21	87,60	1839
	75	14	63	882
	50	7	26,4	184,8
	32	7	12,0	84
Итого по блоку 4	5389,8
Всего	20121,2

В связи с тем, что выпуск поливной воды производится в атмосферу, необходимая величина напора перед водовыпуском равна:

h= (16)

Рисунок 4 - Варианты насадок

где - скоростной напор на выходе из водовыпуска;

- суммарные потери напора в водовыпуске от сечения «0-0» до сечения «2-2»:

(17)

где - соответственно потери напора в насадке и шланге от сечения , до ₂ .

Используя известные уравнения гидравлики, рассчитываются зависимости для определения величин ; ; и скорость выхода воды из насадки

; ;

Данная методика расчета позволяет определять теоретический расход водовыпуска при локальном низконапорном орошении и является основанием для применения конструкции водовыпуска.

(18)

В шестой главе проведены расчеты по оценке параметров социально-эколого-экономической эффективности устройства локального низконапорного мелкоструйного орошения цветов герберы в условиях закрытого грунта.

По алгоритму экологически ориентированного управления водопользованием был проведен расчет социально-эколого-экономических результатов реализации обоснованного проекта (табл. 13).

Таблица 13 - Социально-эколого-экономические результаты реализации обоснованного в диссертационном исследовании проекта

Наименование мероприятия	Основные социально-эколого-экономические характеристики	Стоимость, тыс. руб.	Срок реализации, мес.	Предполагаемый природохозяйственный эффект	Рента-бельность, %
				Абс. Величина, тыс. руб.	Социально-эколого-экономическое содержание
Мероприятие 1	Создание новых постоянных рабочих мест	1120	24	1220	Снижения уровня социальной напряжённости вследствие создания новых рабочих мест и сокращения безработицы, увеличение налоговых поступлений в бюджет	8,93
Мероприятие 2	Создание новых временных (сезонных) рабочих мест	890	16	950		6,74
Мероприятие 3	Строительство и технико-экономическая оптимизация локальной оросительной сети	1740	18	1880	Повышение социально-экономического благосостояния населения и инвестиционной привлекательности АПК Октябрьского района за счёт повышения урожайности орошаемых сельскохозяйственных культур	9,23
Мероприятие 4	Улучшение качественного состава почв	760	3	870		8,05

В результате реализации проекта произойдет снижение уровня социальной напряженности вследствие создания новых рабочих мест и сокращение безработицы, увеличение налоговых поступлений в бюджет составит 950 тыс. руб. при уровне рентабельности 6,74 %, а повышение социально-экономического благосостояния населения и инвестиционной привлекательности АПК Октябрьского района за счёт повышения урожайности орошаемых сельскохозяйственных культур 870 тыс. руб. при уровне рентабельности 8,05 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. При проектировании оросительных систем для рядных культур в настоящее время, в основном, применяются локальные виды полива, представленные как системами капельного орошения, так и более дешевыми способами: поливом по бороздам, микрозатоплением, мелкоструйным поливом.

2. Существующие системы капельного орошения, используемые в условиях закрытого грунта, обладают рядом преимуществ, но имеют и существенные недостатки, заключающиеся в высокой стоимости расходного материала, необходимости тщательной подготовки воды перед орошением.

3. Исследуемая конструкция оросительной сети относится к локальным видам низконапорного орошения, включает в себя все положительные качества капельных систем и исключает необходимость тщательной очистки поливной воды, сложности конструкций капельных трубопроводов.

4. Данный вид локального низконапорного орошения рекомендуется использовать с небольшим (до 0,001) или нулевым уклоном и длиной поливного трубопровода до 50 м.

5. По полученным экспериментальным путем математическим моделям имеется возможность проводить расчет водовыпусков в интервалах варьирования факторов: длине грядки от 34 до 50 м, диаметре отверстия водовыпуска от 0,8 до 1,2 мм, диаметре трубопроводов от 15 до 21 мм, напоре в голове от 0,8 до 1,2 м. Количество рядов и расстояние между рядами на изменение расхода не оказывают существенного влияния.

6. Для локального низконапорного орошения наиболее приемлемым вариантом конструкции водовыпуска является водовыпуск с цилиндрическим отверстием, оптимальная величина коэффициента расхода м и суммарного коэффициента гидравлического сопротивления для рекомендуемых расходов от 2 до 3 л/ч равны соответственно 0,58-2,49; 0,64-2,16.

7. Уровень минерализации поливной воды не должен превышать 0,5 г/л, температура не ниже 15-20 єС. В качестве удобрений основными элементами являются нитрат кальция CaNO₃, нитрат калия KNO₃, нитрат аммония NH₄NO₃, а также вспомогательные элементы сульфат марганца MnSO₄•H₂O, сульфат цинка ZnSO₄•7H2_O, сульфат меди CuSO₄•5H₂O

8. При выращивании цветов герберы в условиях закрытого грунта необходимо создать условия для корневой системы, глубина роста которой превышает 30 см, почва должна содержать макро- и микроэлементы на уровне рН между 5,5 и 6, 0. При высадке цветов грядки должны быть приподняты на высоту 30-40 см, с шириной 50-60 см.

9. Расчет социально-эколого-экономических результатов реализации обоснованного проекта показал, что произойдет снижение уровня социальной напряженности вследствие создания новых рабочих мест и сокращение безработицы, увеличение налоговых поступлений в бюджет составит 950 тыс. руб. при уровне рентабельности 6,74 %, а повышение социально-экономического благосостояния населения и инвестиционной привлекательности АПК Октябрьского района за счёт повышения урожайности орошаемых сельскохозяйственных культур 870 тыс. руб. при уровне рентабельности 8,05 %.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. При проектировании и строительстве низконапорных оросительных систем целесообразно принимать короткие грядки длиной до 50 м, распределительные трубопроводы полиэтиленовые телескопические с диаметром от 100 мм и ниже и поливные трубопроводы постоянного диаметра от 12 до 15 мм.

2. Гидравлический расчет сети необходимо проводить при напоре перед распределительным трубопроводом до 1,0 м и диаметре отверстия в водовыпуске 0,8-1,2 мм. Диаметр поливного трубопровода должен быть минимально возможен в пределах 15-16 мм.

3. При расчете длины грядки следует учесть влияние гидравлических сопротивлений по длине и уклона местности на изменение расхода в водовыпуске. При малом и нулевом наклоне и длине грядки до 50 м расход изменяется не более чем на 2-3 %, то есть практически постоянен.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Из перечня ВАК ведущих рецензируемых научных журналов и изданий:

1 Тарасьянц, С. А. Режим орошения герберы, возделываемой в условиях закрытого грунта / С. А. Тарасьянц, Е. Д. Павлюкова // Вестник Саратовского госагроуниверситета. - 2009. - № 1. - С. 54-55.

2 Павлюкова, Е. Д. Расчетные параметры насадок локальной мелкоструйной низконапорной оросительной сети для условий закрытого грунта / Е. Д. Павлюкова, К. А. Дегтярева, Ю. С.Уржумова // Сетевой электронный научный журнал Куб ГАУ: раздел «Технические науки». - 2011. Вып. 73 (09). - с. 9. [Электронный ресурс] . - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru.

В других изданиях:

3 Павлюкова, Е. Д. Условия выращивания цветов герберы в теплицах Новочеркасской ГРЭС / Е. Д. Павлюкова, Д. В. Уржумов // Проблемы землеустройства и кадастров: сб. ст. студентов и молодых ученых ФГОУ ВПО «НГМА». - Вып. 3. - Новочеркасск, 2005. - С. 136-138.

4 Тарасьянц, С. А. Гидравлический расчет трубопроводов системы локального орошения теплиц Новочеркасской ГРЭС / С. А. Тарасьянц, Е. Д. Павлюкова, Д. В. Уржумов // Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии: Материалы международной науч.-практ. конф. - Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006.- С. 141-147.

5 Тарасьянц, С. А. Оптимальные геометрические размеры и гидравлические параметры элементов локального орошения цветов герберы в условиях закрытого грунта / С. А. Тарасьянц, Е. Д.Павлюкова // Проблемы повышения продуктивности мелиорированных земель: Материалы международной науч.-практ. конф. - Новочеркасск: ООО «Лик», 2008. - С. 55-61.

6 Тарасьянц, С. А. Локальный полив сельскохозяйственных культур малыми нормами в условиях закрытого грунта / С. А. Тарасьянц, Е. Д.Павлюкова // Проблемы повышения продуктивности мелиорированных земель: Материалы международной науч.-практ. конф. - Новочеркасск: ООО «Лик», 2008. - С. 41-48.

7 Тарасьянц, С. А. Условия выращивания и орошения цветов герберы в условиях закрытого грунта / С. А. Тарасьянц, Е. Д.Павлюкова // Вестник аграрной науки Дона. - 2008. - № 1. - С. 7-11.

Размещено на Allbest.ru

...