Содержание к диссертации
Введение
1 Орошение дождеванием и применение струйных аппаратов в широкозахватной поливной технике
1.1 Орошение дождеванием в структуре орошаемого земледелия Ростовской области 11
1.2 Использование струйных аппаратов в широкозахватной поливной технике 12
1.3 Анализ агротехнических показателей дождя широкоза хватных дождевальных машин 20
2 Теоретическое обоснование конструкции модернизированной ДМ «Днепр» 24
2.1. Обоснование увеличения высоты установки дождевального аппарата ДД-30 24
2.2 Исследование качественных показателей полива дождевальных аппаратов ДД-30 26
2.3 Обоснование расстановки дальнеструйных дождевальных аппаратов ДД-30 и подбор диаметров сопел 31
2.4 Конструкция модифицированной дождевальной машины «Днепр-1М» 37
3 Методика лабораторно - полевых исследований 47
3.1 Программа исследований 47
3.2 Техническое обеспечение лабораторно - полевых исследований 47
3.3 Методика определения агротехнических параметров полива дождевальной техники 53
3.4 Обработка экспериментальных данных 59
4. Результаты и анализ экспериментальных данных 61
4.1 Исследования впитывания воды в почву при поливе ДМ «Днепр-Ш» 51
4.2. Потери воды на испарение и унос ветром при поливе дождевальными аппаратами «Роса-3» и ДД-30 66
4. 3 Определение допустимых поливных норм 70
4.4 Исследование качественных показателей полива дождевальной машиной «Днепр-1М» 74
5 Технико-экономическая оценка использования дождевальной машины фронтального действия Днепр-1М 84
Основные выводы 92
Предложения производству 93
Список литературных источников 94
Приложения 103
- Использование струйных аппаратов в широкозахватной поливной технике
- Исследование качественных показателей полива дождевальных аппаратов ДД-30
- Техническое обеспечение лабораторно - полевых исследований
- Потери воды на испарение и унос ветром при поливе дождевальными аппаратами «Роса-3» и ДД-30
Введение к работе
В Российской Федерации до 70% сельскохозяйственных угодий располагается в недостаточно увлажненных и засушливых районах. В нашей стране и за рубежом наиболее прогрессивным способом механизированного полива является полив дождеванием. Такой вид орошения наиболее близок к оптимальному попаданию влаги к растению, то есть природному выпадению осадков. В этом случае увлажняется не только почва, но и листовая поверхность растений и приземный слой воздуха, что оказывает благоприятное воздействие на вегетацию растений, снижает температуру и повышает влажность воздуха в жаркие, засушливые периоды. Необходимо отметить что, широкое применение получил полив сельскохозяйственных культур широкозахватными многоопорными дождевальными машинами «Днепр», «Фрегат», «Кубань» и дождевальной установкой «Волжанка», так как они позволяют более полно использовать методы механизации и автоматизации в процессе полива, в широких диапазонах менять поливную норму, сократить число операторов и тем самым повысить производительность труда.
В свою очередь, начиная с 1991 года, происходит постоянное снижение орошаемых площадей, значительно ухудшается техническое состояние оросительных систем, одновременно наблюдается катастрофическое сокращение поливной техники. Так в настоящее время осталось около 25 тыс. дождевальных машин, из которых более 20 тыс. уже отслуживших свой нормативный срок.
Из-за отсутствия необходимых средств сельхозпроизводитель не в состоянии приобрести дорогостоящую поливную технику. В этих условиях более реальным выходом является поддержание имеющегося парка дождевальной техники путем восстановления машин с истекшим сроком службы. Это позволит продлить их работоспособность, необходимую для сохранения оросительных систем в эксплуатационном режиме и производства необходимых объемов сельскохозяйственной продукции.
Приобретаемые на вторичном рынке дождевальные машины, в частности ДМ «Днепр», как правило, не комплектны по системам управления, дож-деобразования и т.д., но если системы управления включают в себя электродвигатели, кабеля, пускатели, выключатели к которым можно подобрать аналоги и приобрести, то такие уникальные узлы как алюминиевые открылки и тросовые системы могут быть только идентифицированы.
В связи с этим в ФГНУ «РосНИИПМ» исследована возможность модернизации дождевальной машины «Днепр» в направлении снижения материалоемкости и повышения равномерности полива, а замена дефицитных узлов аппаратами ДД-30, позволит не только их исключить, но и значительно уменьшить материалоемкость всей дождевальной машины.
Цель исследований - повышение эффективности работы дождевальной машины «Днепр-1М», за счет совершенствования агротехнических характеристик и конструктивных элементов.
Задачи исследований:
дать анализ эффективности использования струйных аппаратов в широкозахватной технике и предъявляемых к ней агротехнических требований;
обосновать увеличение высоты установки, оптимальные параметры сопел и расстановку по водопроводящему поясу дождевальных аппаратов ДД-30;
провести исследования качественных показателей полива дождевальным аппаратом ДД-30;
исследовать характеристики впитывания воды в почву и получить значения допустимых поливных норм при поливе дождевальной машиной «Днепр- Ш»;
установить качественные показатели полива дождевальной машиной «Днепр-1М» и определить потери воды на унос ветром;
дать технико-экономическую оценку дождевальной машины «Днепр-1М».
Методика исследований предусматривает теоретические предпосылки, и их экспериментальную проверку в лабораторных и полевых условиях. Теоретические исследования проводились на основе известных законов и методов математического анализа. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими с методическими требованиями и отраслевыми стандартами. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.
Научная новизна.
Установлены математические зависимости: уменьшения радиуса полива от частоты вращения аппаратами ДД-30 и «Роса-3»; коэффициента уменьшения площади полива от скорости ветра; зависимость потерь воды на испарение от скорости ветра при поливе машинами «Днепр» с аппаратами «Роса-3» и «Днепр-1М», оборудованного аппаратами ДД-30; получены зависимости расхода, радиуса полива и интенсивности от диаметра сопла дождевального аппарата ДД-30; определены показатели впитывания в почву и допустимые поливные нормы при поливе «Днепр-1М». Разработана конструктивная схема модернизации дождевальной машины «Днепр-1М», обеспечивающая достаточную равномерность полива при соблюдении агротехнических требований к равномерности полива.
Объект исследований - процесс дождевания, обеспечивающий повышение качества полива сельскохозяйственных культур, дождевальной машиной «Днепр-1М».
Научные положения, выносимые на защиту:
конструктивная схема модернизации дождевальной машины «Днепр-1М»;
результаты теоретических исследований: по обоснованию увеличения высоты установки и расстановки дождевальных аппаратов ДД-30, по выбору оптимальных параметров сопел;
результаты лабораторно-полевых исследований по определению качественных показателей полива, потерь воды на унос ветром при поливе дождевальными аппаратами ДД-30;
результаты полевых исследований по определению характеристик впитывания воды в почву, допустимых поливных норм, качественных показателей полива дождевальной машиной «Днепр-1М»;
результаты технико-экономической оценки дождевальной машины «Днепр-1М».
Практическая значимость работы. Полученные результаты исследований были использованы при разработке и эксплуатации дождевальной машины «Днепр-Ш». Полученные данные в результате математических расчетов положены в основу модернизации дождевальной машины «Днепр- 1М». На базе экспериментальных данных и математических выкладок получены характеристики, которые могут быть использованы при проектировании новых и модернизации существующих дождевальных машин.
Реализация результатов исследований. В период с 2004 - 2005 гг. в СПК «Горизонт» Мартыновского района Ростовской области была внедрена и прошла производственные испытания ДМ «Днепр-1М» (акт внедрения от 05.09.2005 г.).
Апробация работы. Основные результаты докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях, проводимых в ФГНУ РосНИИПМ в 2005-2006 гг., (Новочеркасск, 2005-2006 гг.), на расширенном заседании одела контроля и анализа технического состояния поливной техники и эффективности технологий орошения ФГНУ «РосНИИПМ» (Новочеркасск, 2007 г.), а так же на межкафедральном семинаре ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (Саратов, 2007 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 научных работы, в том числе 1 в перечне журналов и изданий, определенных ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 1,35 печатных листа, из них лично соискателя- 1,08.
8 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
пяти глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 103 страницах
машинописного текста, содержит 12 таблиц, 10 рисунков и 4 приложений.
Список литературных источников включает 113 наименования, в том числе 4
иностранных авторов.
Использование струйных аппаратов в широкозахватной поливной технике
Наивысшим достижением мировой и отечественной техники орошения, получившим успешное практическое применение в различных регионах, является широкозахватные дождевальные машины. Они обеспечивают не только высокую производительность труда и экономическую эффективность, но и создают искусственный дождь, отвечающий различным требованиям производства. Эти машины обеспечивают качественное орошение зерновых, овощных и технических культур, с успехом применяются на культурных пастбищах и лугах для производства кормов [12,23-25, 90].Широкозахватные многоопорные машины оборудуются дождевальными аппаратами короткоструйными (радиус действия до 15 м.), средне-струйными (при радиусе полета струи 15 + 35м.) и дальнеструйными - радиус действия более 35м. Дефлекторные и щелевые насадки относятся к типу веерных (пленочных) аппаратов и имеют радиусы действия меньше короткоструйных аппаратов [25].Все конструкции широкозахватной дождевальной техники могут быть отнесены к трем основным типам [48]:1. Установки с трубопроводом (жестким или гибким) продольно-осевого перемещения при помощи трактора-буксировщика; гибкий трубопровод допускает разворот для движения в обратном направлении.2. Установки с трубопроводом, смонтированном на колесах и перемещаемом в поперечном направлении при помощи собственного двигателя; трубопровод может использоваться как вал.3. Многоопорные самоходные дождевальные машины и установки, работающие позиционно или в движении (возвратно-поступательном прямолинейном или круговом в одном направлении возле гидранта закрытой сети и концевой водоприемной муфты). Установки продольно-осевого перемещения представляют собой конструкции наиболее простой формы механизации с наиболее трудоемкой работой по переносу и новой сборки разборного трубопровода на очередной позиции. Как пример отечественной конструкции может служить дождевальный шлейф ДШ-25-300 (ШД-25-300) или шлейф ДШ-25-300А (рисунок 1.1). Эти установки оснащены среднеструйными аппаратами КД-10 карусельного типа уникальной конструкции, обеспечивающими получение низкой средней интенсивности [43].
Более сложными по устройству и эксплуатации являются дождевальные установки, перемещаемые на параллельные позиции без разборки при помощи перекатывания на опорных колесах или опорных тележках. В наиболее простом исполнении оросительный трубопровод с дождевальными аппаратами является валом всей установки на котором крепятся колеса и тележка с двигателем. Трубопровод проходит по оси колес, являясь связующим звеном. Для привода его во вращение может служить двигатель внутреннего сгорания, например ДКШ-64 «Волжанка» (рис. 1.2), ДКН-80, либо при помощи гидродвигателя от напора оросительной сети (установка ДКГ-80 «Ока») [90-91]. Рисунок 1.2 - Дождевальная машина ДКШ-64 «Волжанка» Известно и большое количество и зарубежных аналогичных дождевальных установок - «Speed Roli», «Schur-Roll», «Wade Rain», «Side Whell» и т. д. Некоторые из установок могут перемещаться не только при помощи тепловых двигателей, но и при помощи небольших электромоторов, работающих от генератора, установленного на тракторе (на установке «Side Roll» таких двигателей - четыре). В некоторых конструкциях используют дополнительные трубчатый вал для перемещения установки, а водопроводящий трубопровод располагают выше и подвешивают на тросовой растяжке. Рабочий вал вращает либо электро-, либо гидродвигатель. Такие дождевальные установки тоже оборудуются дефлекторными, короткоструйными и среднеструйными аппаратами, обеспечивающими среднюю интенсивность - 0,27-0,35 мм/мин. (16-21 мм/час). Еще более сложными являются самоходные широкозахватные дождевальные установки и машины, которые могут работать как позиционно, так и в движении, в том числе и по кругу. Естественно, более простыми по устройству являются машины работающие позиционно. К этому типу относятся широкозахватные многоопорная электрифицированная дождевальная машина ДФ-120 «Днепр» (рис. 1.3), трубопровод приподнят над землей на высоту 2,1 м, имеет открылки длинной 13,5 м. на которых расположены среднеструйные аппараты «Роса-3» (рис. 1.4). Установка имеет 30 аппаратов кругового действия и 4 аппарата с механизмом секторного полива. Перемещение с позиции на позицию - при помощи трактора с навесной электростанцией питающей электромоторы опорных тележек. Более сложным является электрифицированная многоопорная самоходная дождевальная машина ЭДМФ «Кубань-М», работающая в движении фронтально. Трубопровод расположен на высоте 2,7 метра и оборудовано 298 короткоструйными насадками с полусферическим дефлектором, направляющим факел дождя в одну сторону, что существенно увеличивает среднюю интенсивность дождя (до 1,0-1,01 мм/мин), хотя и улучшает условия проходимости. В зависимости от скорости движения за один проход выдается слой дождя 6,0-60 мм. Водозабор осуществляется в движении из открытого оросителя с монолитной бетонной облицовкой. Из многоопорных широкозахватных дождевальных установок работающих в движении по кругу наибольшее распространение получила в пояс поднят над землей на 2,2 м и оборудован 35 среднеструйными аппаратами и 136 ко-роткоструйными насадками, дающими среднюю интенсивность 0,53 мм/мин и слой осадков за один проход 30ч-100 мм. В движении по кругу аналогично машине «Фрегат» работает более совершенная электрифицированная низконапорная дождевальная машина МДЭК «Кубань-ЛК-1», элементы конструкции которой имеют высокую степень унификации с машиной МДЭФ «Кубань-Л» [96]. На водопрово-дящем поясе двух первых пролетов и на последнем пролете и консоли размещены 37 среднеструйных дождевальных аппаратов серии № 2 машины «Фрегат». На остальных пролетах - 125 короткоструйных секторных насадок, что позволяет увеличить размер одновременно орошаемой площади на 4 %, улучшить равномерность увлажнения и несколько снизить среднюю интенсивность. Электропривод обеспечивает реверсирование направления движения во время работы, а также перемещение без полива при холостых проходах, что дает определенные эксплуатационные преимущества относительно «Фрегата». Общий вид и особенности конструкции коротко-струйной щелевой дефлекторной насадки машины «Кубань-М» показаны нарис. 1.8.
Исследование качественных показателей полива дождевальных аппаратов ДД-30
Одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность орошения дождеванием, является равномерность распределения слоя осадков по площади полива. Потери урожая от неравномерного полива прямо пропорциональны коэффициенту неравномерности [5, 45]. При создании новой техники приходится иметь в виду, что, с одной стороны, достижение идеальной равномерности сопряжено с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами, а с другой - ограничено агротехническими требованиями, технологическими особенностями процесса полива конкретным видом техники и природно-хозяйственными условиями. Сложность выбора оптимальной расстановки дождевальных аппаратов заключается в одновременном учете большого числа факторов, влияющих на равномерность. К их числу относятся конструктивные (тип аппаратов, расстояние между гидрантами, давление на входе в машину и т.д.) и природные (неуправляемые) - скорость и направление ветра относительно оси трубопровода. Агротехническими требованиями на дождевальные машины устанавливаются нижние границы равномерности полива: коэффициент эффективного полива Кэп 0,7 , коэффициент недостаточного полива Кт 0,15 [81]. Указанные параметры должны обеспечиваться при всех режимах работы и скоростях ветра, при условии, что средняя интенсивность дождя не должна превышать 0,35 мм/мин, т.е. р 0,35 мм/мин. При решении задачи оптимальной расстановки следует также учитывать в случае применения одинаковых по рабочим параметрам аппаратов по всей длине консоли дождевальной машины, что они работают с различными напорами из-за потерь по длине трубопровода. Таким образом, задача нахождения оптимальных расстояний между аппаратами и гидрантами состоит в нахождении такой области, в которой соблюдаются агротехнические требования к интенсивности и равномерности распределения дождя при всех сочетаниях факторов, неблагоприятно влияющих на распределение дождя.
Насадки на поливном крыле фронтальной машины могут расставляться по четырем возможным схемам [8]: 1. На всю длину поливного крыла расход насадки, расстояние между ними и диаметры сопел постоянны. Такой случай может представиться для водопроводящего трубопровода имеющего очень малые путевые потери и работающего на безуклонной местности. 2. Диаметр сопла насадок постоянный, а требуемый расход и расстояние между насадками переменные. 3. Диаметр сопла насадок различный с постоянным расходом и расстоянием между ними. 4. На всей длине поливного крыла переменными являются расход, диаметр сопла и расстояние между ними. В нашем случае при расстановке дождевальных аппаратов по водопро-водящему трубопроводу дождевальной машины «Днепр-1М» был принят третий случай, то есть диаметр сопла насадок дальнеструйного аппарата различный с постоянным расходом и расстоянием между ними, так как дождевальная машина не имеет малого путевого расхода, допускает работу на орошаемом массиве с определенным уклоном, а также расстояние между аппаратами обусловлено минимальными конструктивными изменениями (что связано с уменьшением затрат на переоборудование) водопроводящего пояса и непосредственно всей конструкции дождевальной машины. Так как искусственный дождь создаваемый аппаратами ДД-30 дифференцирован по интенсивности и структуре капель вдоль радиуса полива аппаратом тем выше должна быть степень перекрытия (Кп) дождя дождевальными аппаратами по машине.
Согласно выбранной, для установки на дождевальной машине «Днепр-1М», линейной расстановки рассчитываем степень перекрытия (Кп) по зависимости: где Д - диаметр или ширина контура смачивания дождевальным аппаратом (принимаем из вышеприведенных исследований, R = 47,5 м); а = 54 м. - расстояние между ближайшими дождевальными аппаратами по линии трубопровода, так как конструктивно водопроводящий пояс состоит из секций по 9 м. Полученное значение Кп=1,76 относится к средней степени перекрытия, которая лежит в пределах (Кп =1,5-2), что удовлетворяем нашим требованиям к расстановке дождевальных аппаратов, так как большая часть участка поля поливается двумя аппаратами. В соответствии с методикой подбора сопел насадок, разработанной ВНИИМиТП, по всей длине захвата дождем должно идти равномерное распределение расхода [13]. Длина захвата (Ld) определится как ширина полива концевыми насадками плюс конструктивная длина без этой части фермы, которая проходит над каналом и дорогой, как полоса отчуждения. Поделив длину машины на длину захвата, получаем очень важный показатель - удель Расход аппарата можно определить по формуле: где: /д-зона влияния одного аппарата, условно равная: где: щ и аі+і - два смежных расстояния от / - ого дождевального аппарата до ближайшего. В данном случаи полученный расход аппарата соответствует требуемому расходу аппарата (qm), который идет в расчет потерь напора (д/г) по длине водопроводящего пояса в каждой точке водораздачи:
Техническое обеспечение лабораторно - полевых исследований
При проведении лабораторно-полевых исследований использовались основные требования и положения, изложенные в СТО АИСТ 11.1-2004 «Машины и установки дождевальные. Методы оценки функциональных показателей» [89], а также рекомендации и положения по отдельным вопросам, имеющиеся в научно-технической литературе. Кроме общепринятых, стандартных средств измерения параметров и обеспечения опытов, использовались дополнительные приспособления и устройства, ускоряющие проведение эксперимента и повышающие качество и достоверность получаемых результатов. В зависимости от целей и задач полевых исследований на экспериментальных участках устанавливалось от 100 до-800 дождемерных стаканов (бачков), разработанных в ЮжНИИГиМ [7]. Их конструктивная особенность обеспечивала стабильное вертикальное положение стакана (горизонтальность водоприемного отверстия) независимо от установки опорного стояка на склоне или с перекосом. Кроме того, раз-борность конструкции обеспечивала компактность транспортировки и удобство эксплуатации, повышала точность опыта и ускоряла обработку полученных данных, т.к. водоприемное отверстие стакана имело стабильный раз-мер - 20,0 см , удобный при подсчетах (рис. 3.1). Вся конструкция (кроме стойки с упором) - из пластмассы. После окончания опытов проводилась камеральная обработка материалов, составлялась карта дождя, строились изогиеты, частотные графики, определялись средняя и среднеэффективная интенсивности и коэффициенты эффективного полива и т.д., в соответствии с действующими методическими указаниями.
В связи с тем, что определение диаметра капель методом скоростной киносъемки было невозможно из-за отсутствия технических средств, был применен метод получения отпечатков капель на обеззоленную фильтровальную бумагу, предварительно натертую чернильным порошком (рис.3.2), как это рекомендуется в научной литературе [49]. Для ускорения и повышения качества опыта был использован прибор - каплеуловитель ручной КР-2М, конструкции ЮжНИИГиМ [7]. Прибор повышает эффективность проводимых замеров т.к. исключает возможности получения брака из-за попадания излишков дождевой воды, кроме того, он позволяет производить получение отпечатков капель без захода в дождевое облако, т.к. может управляться дистанционно. Группы таких приборов, установленные в начале, середине и конце предполагаемого выпадения осадков, могут быть включены одновременно в нужный момент с избранной точки управления. Такой метод существенно повышает качество и результативность опыта. Общий вид каплеуло-вителя показан на рисунке 3.3. Применение прибора позволяет за один опыт проводить несколько одновременных замеров в границах выбранного радиуса выпадения осадков, что дает более четкую картину состояния структуры дождевых капель. С целью получения большего объема информации определение диаметров капель производили при положении струи в различных направлениях по отношению вектора скорости ветра: «по ветру» и «против ветра», «слева» и «справа» (по отношению к вращению аппарата).
Обработку полученных материалов производили по рекомендованной методике и определяли средний диаметр как среднекубический (среднеобъемный) для всей струи. Существующие нормативные положения устанавливают необходимость непрерывного отсчета показателей приборов-измерителей скорости ветра через каждые 5-Ю минут в период опыта. Определение его направления во время опыта также фиксируется и отмечается в ведомости. С целью получения более полной картины непрерывного изменения характера скорости и направления, дополнительно к чашечным (рис. 3.4) и крыльча тым анемометрам нами использовался прибор - самописец вектора скорости ветра, который давал более полную и четкую картину его изменения в течение всего опыта. Схема этого прибора также разработана в ЮжНИИГиМе, показана на рисунке 3.5. При ориентировки горизонтальной плоскости прибора по любой из линий дождемерных бачков, под воздействием паруса-датчика с вертикальной осью вращения непрерывно фиксируется изменение направления ветра, в то время, как одновременно с этим перо самописца, установленное на парусе-датчике с горизонтальной осью вращения (смонтированное на первом парусе-датчике), автоматически и непрерывно производит отметки на установленной бумаге, отклоняясь от вертикальной оси пропорционально скорости ветра. В результате совместного действия двух парусов-датчиков и пера-самописца на бумаге четко вырисовывается сектор изменения величины и направления скорости ветра. И чем чаще происходили эти изменения, чем четче вырисовывается тот сектор, в каком это происходит. При дальнейшей обработке карт равномерности распределения осадков по полю на основании измерения объемов воды в бачках, на карты наносится и этот сектор измене вектора скорости ветра и дается среднее значение этой скорости, которая получена при обработке показаний анемометров. При нанесении полученного сектора изменения вектора скорости ветра, его положение необходимо точно скорректировать относительно исходного створа дождевальных бачков, чтобы без ошибки отразить условия проведения опыта. Совместное рассмотрение и анализ такой карты распределения осадков позволяет провести более полный и более достоверный анализ результатов опыта. Существующие общегосударственные методические положения и рекомендации по определению и оценки технических характеристик дождевальных аппаратов и машин, в том числе и по качеству дождя и его структуре позволяют получить достаточно объективные и достоверные данные [11, 21-24, 31,42,62,89]. Однако отсутствие некоторых серийных, общепринятых и удобных технических средств (приборов, приспособлений и т. д.) вынуждает применять самодельные устройства, повышающие качество лабораторно-полевых исследований, облегчающие и ускоряющие получение тех или иных данных.
Потери воды на испарение и унос ветром при поливе дождевальными аппаратами «Роса-3» и ДД-30
Вода, подаваемая на орошаемую площадь дождеванием, расходуется не только на пополнение влагозапасов почвы, но и на испарение во время полета капель дождя в воздухе, на унос мелкой фракции дождя за пределы зоны дождевания и задержание листовой поверхностью растений. В связи с тем, что поливная норма устанавливается на основе водно-балансовых расчетов запасов влаги в заданном слое почвы, воду, непосредственно не попавшую на почву, относят к потерям. Величина потерь на испарение и унос ветром зависит от типа дождевального устройства, а также от комплексного воздействия метеорологических факторов: температуры и влажности воздуха, скорости ветра. При работе и наиболее неблагоприятных условиях (при высокой температуре, низкой влажности воздуха и сильном ветре) эти потери, по имеющимся данным [100, 101,105], могут достигать 44 - 65% от поданного объема воды. Так, проанализировав среднемесячные скорости ветра в поливной период (таблица 4.2) встает необходимость провести исследования влияния скорости ветра на дождевальный аппарат «Роса-3» являющийся стандартным и ДЦ-30 - используемого для модернизации ДМ «Днепр» в исследуемых метеорологических условиях. Величина потерь на испарение и унос ветром оценивалась по разнице между объемами воды, поданными дождевальными машинами и собранными у поверхности почвы с помощью дождемеров согласно методике государственных испытаний дождевальных машин [89]. Для сбора воды у поверхности почвы были изготовлены специальные пробоотборники, представляющие собой воронку, помещенную в стеклянную бутылку.
С целью снижения испарения воды, собранной в пробоотборники, бутылка оборачивалась в два слоя хлопчатобумажной тканью. Смачиваясь в зоне дождя, ткань способствовала снижению температуры воды в пробоотборниках. Полученные средние значения данных скорости ветра и потерь на унос ветром представлены в таблице 4.3. Математическая обработка в StatSoft Statistica этих данных позволила получить эмпирические формулы, отражающие зависимость потерь воды на унос ветром и скорости ветра (рис. 4.2): б) для среднеструйного аппарата «Роса-3» Рисунок 4.2 Зависимость потерь воды на унос ветром и скорости ветра Полученные данные позволяют говорить о том, что: -в наибольшей степени подвержены уносу капли дождя, создаваемые среднеструйными аппаратами «Роса-3», так как при ветре более 1,8 м/с потери на унос ветром растут пропорционально увеличению скорости ветра и достигают при 7 м/с - 24%, В то же время у дальнеструйных аппаратов, потери на унос ветром, составляют около 19%. Это объясняется тем, что при увеличении скорости ветра струя, создаваемая дальнеструйными аппаратами ДД-30, начинает как бы «прижиматься» к поверхности поля, и дождь раньше достигает поверхности. При этом вынос мелкой фракции дождя из зоны полива сокращается; -на эффективность работы среднеструйных аппаратов «Роса-3» и дальнеструйного аппарата ДД-30 сильное влияние оказывает скорость ветра. С целью экономии воды поливы данными, машинами следует проводить при минимальных скоростях. Согласно таблице 4.2 в период вегетации основных сельскохозяйственных культур скорость ветра ночью снижается в среднем на 1,4 м/с, поэтому проведение поливов ночью помимо улучшения равномерности распределения воды на орошаемом участке будет способствовать и экономии оросительной воды.
Допустимая поливная норма определяется из условий ограничения поверхностного стока воды или эрозии почвы. Ряд исследователей предлагает поверхностный сток ограничить по объему, равному 0,1 объема воды, поданному на всю площадь полива машиной. У дождевальных машин качество дождя и норма полива до образования стока, как видно из опытов, меняется по площади полива. Методика определения допустимых норм полива для таких машин разработана А.П.Исаевым и В.К. Цукановым [40, 66]. Согласно этой методике допустимая поливная норма определяется из условия, что, объем стока должен составлять 10% от поданной воды на орошение. Как показали проведенные нами эксперименты, объем конического кольца равен: где a, b - величины, определяемые изменением нормы полива до стока вдоль радиуса полива. Таким образом, допустимая поливная норма определяется нормой полива до образования поверхностного стока. Основой для расчета нормы полива до образования стока является гиперболическая зависимость между интенсивностью дождя р и временем непрерывного дождевания, д.с, при котором начинается сток [50]. С учетом того, что тд_с= р tjx.c. норма полива до стока, выразится через интенсивность дождя формулой: Дальнейшее совершенствование методики расчета нормы полива до стока идет по пути учета дополнительных факторов, наблюдаемых при поливе искусственным дождем. Так, ряд исследователей учитывают влияние на почву диаметра капель дождя введением зависимости C=f(dK), где необходимо дополнительно учитывать и скорость падения капель дождя. [40, 44] Тогда формула примет вид: C=f(dic VK). Ф.И.Колесник для расчета нормы полива до стока для прерывистого дождя предлагает использовать, так называемую, приведенную интенсивность дождя рприв-
Связь между приведенной интенсивностью рприв и действительной рд, т.е. интенсивностью в эллипсе разбрызгивания дождя, устанавливается зависимостью [47]: где їд - время непрерывного дождя; t06 - время оборота струйного аппарата или прохода агрегатом бьефа в минутах. Формула для прерывистого дождя, согласно Ф.И. Колесника примет вид: Проведя анализ существующих методов определения допустимых норм полива, нами принята для расчета формула, основой которой является зависимость А.Н Костякова; динамическое воздействие капель дождя учитывает ся по методу А.П. Исаева С=/(сІк, VK); прерывистость дождя и характер его образования - эмпирическим коэффициентом Кр., тогда: Используя экспериментальный материал по определению норм полива до образования стока, характеристики качества дождя и показатели водопроницаемости почвы, для каждой учетной площадки рассчитан коэффициент КР. Для дождевальной машины «Днепр» коэффициент КР имеет среднее значение, равное 2,2 с вариацией по учетным площадкам 10%. С использованием коэффициентов и характеристик качества дождя определена норма полива до образования стока по учетным площадкам для почв, где известны показатели водопроницаемости а и Cit$. Допустимые поливные нормы рассчитаны согласно зависимости (4.22) для почв, показатели водопроницаемости которых определены экспериментально. Очевидно, что допустимая норма полива изменяется в зависимости от агрофона и в течение вегетационного периода. Из опытов по определению нормы полива до стока, видно, что допустимая поливная норма, изменяется в пределах 15%. Как видно из таблицы 4.4 допустимые поливные нормы являются очень маленькими (140-220 м /га) для исследуемой машины.
