Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Технология и технические средства подкронового микроорошения садовых культур

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Технология и технические средства подкронового микроорошения садовых культур"

На правах рукописи

Мищенко Николай Андреевич

Технология и технические средства подкронового микроорошения садовых культур

Специальность: 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 О 0К1 2014

Москва-2014

005554023

Работа выполнена в ОСП Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А.К. Кортунова ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет»

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

Ольгаренко Владимир Иванович доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН.

Снипич Юрий Федорович доктор технических наук,

ФГБНУ «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», отдел «Научного обеспечения строительства мелиоративных систем», ведущий научный сотрудник

Калиниченко Роман Владимирович кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБУ ВПО Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, доцент кафедры мелиорации и геодезии

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

Защита состоится «//» д&кдЗря 2014 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Большая Академическая, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГиМ и на сайте http://sovet.vniigim.ru

Автореферат разослан «/?» ¿у 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета ' С. Д. Исаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Сельское хозяйство Российской Федерации отличается наличием как крупных сельскохозяйственных предприятий, располагающих значительными земельными и трудовыми ресурсами, так и сформировавшейся структурой хозяйств мелких землепользователей с различными формами собственности. В России начитывается более 40 млн. мелкотоварных хозяйств с общей площадью земельных участков 27,8 млн. га, в том числе земли личных хозяйств - 12 млн. га с земельными наделами от 0,04 га до 2 га; фермерских хозяйств - 15,8 млн. га с площадью участка от ОД до 40 га, которые характеризуются сложной конфигурацией, особенностями рельефа, наличием различных препятствий (мелколесье, дороги, линии электропередач).

Важное практическое значение имеет повышение эффективности использования орошаемых участков данных категорий хозяйств, .получение высококачественной продукции. Решение этой проблемы связано с научным обоснованием, разработкой и внедрением новых ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий орошения, в том числе подкронового микроорошения садов, обеспечивающего экономное использование водных, энергетических и трудовых ресурсов, экологическую безопасность. Внедрение новых технологий и технических средств микроорошения позволит увеличить продуктивность орошаемых участков мелких землепользователей, что обеспечит повышение продовольственной безопасности, уровня занятости и улучшение социально-экономических условий жизни сельского населения при соблюдении требований охраны окружающей природной среды.

Степень разработанности темы. Разработка новых технических средств ведется в направлении создания мобильных оросительных систем для полива сельскохозяйственных культур, садов, виноградников, питомников, плодово-ягодных насаждений, которые должны быть экономически эффективными, надёжными и простыми в эксплуатации, недорогими по стоимости и доступными в приобретении, экологически безопасными. Однако, разработанные технологии и техника микроорошения не достаточно учитывают особенности полива садовых

культур на мелкоконтурных участках сложной конфигурации, типичных для фе мерских и личных подсобных хозяйств. Таким образом, необходимо теоретич ское обоснование и разработка новых технологий и технических средств микр орошения садовых культур, обеспечивающих рациональное использование во ных, энергетических и трудовых ресурсов, повышение надежности, мобильност диапазона применимости, снижение материалоемкости, создание благоприятнь условий для развития и увеличения урожайности садовых культур.

Цель исследований. Повышение эффективности использования водных энергетических ресурсов на мелкоконтурных участках фермерских и личных по собных хозяйств населения на основе разработки новых технологии и технич ских средств подкронового микроорошения садовых культур.

Задачи исследований:

- выполнить анализ и оценку существующих технических средств и техн логий подкронового микроорошения садовых культур;

- теоретически обосновать и разработать технологию и технологически модуль комплекта ирригационного подкронового микроорошения садовых кул тур (КИПОС) на мелкоконтурных участках;

- изучить параметры струйных водовыпусков и дефлекторных насадок, з кономерности распределения воды при поливах, определить гидравлические х рактеристики полиэтиленового быстроразборного трубопровода в составе ирр гационного комплекта подкронового микроорошения;

- исследовать процесс работы технологического модуля в опытн производственных условиях, разработать режим орошения яблоневого сада;

- установить рациональные технико-эксплуатационные параметры и реж] мы работы ирригационного комплекта, оценить его надёжность и безопасное-; функционирования в производственных условиях;

- разработать технологию применения КИПОС, методику расчета техник« эксплуатационных параметров и конструктивно-компоновочных схем ирригащ онного комплекта подкронового микроорошения садовых культур.

Научная новизна работы:

— разработан новый мобильный ирригационный комплект подкронового микроорошения садовых культур модульного типа на основе быстроразборных полиэтиленовых трубопроводов;

— впервые обоснованы и разработаны конструктивно-компоновочные схемы и конструкции технологического модуля ирригационного комплекта подкронового микроорошения садовых культур для мелкоконтурных участков со сложным рельефом и конфигурацией;

— изучены закономерности пространственно-временного распределения искусственного дождя и расходно-напорные характеристики ирригационного комплекта; установлены геометрические и гидравлические параметры поливных устройств, обеспечивающие расширение диапазона их применения для различных возрастных циклов садовых культур;

— установлены рациональные технико-эксплуатационные характеристики ирригационного комплекта на основе проведенных лабораторных и опытно-производственных испытаний;

— определены биоклиматические и микроклиматические коэффициенты суммарного испарения яблоневого сада, усовершенствована методика расчета проектных и эксплуатационных режимов орошения технологического модуля ирригационного комплекта подкронового микроорошения яблоневого сада;

Теоретическая и практическая значимость работы: Предложены инженерно-технические решения и конструктивно-компоновочные схемы для подкронового микроорошения многолетних насаждений. Разработан новый мобильный ирригационный комплект для подкронового микроорошения садовых культур, обеспечивающий дифференциацию геометрических и гидравлических параметров в зависимости от схемы размещения растений, фаз развития корневой системы и возраста деревьев, что позволяет расширить диапазон применения подкронового микроорошения для многолетних садовых культур на мелкоконтурных участках орошения площадью от 0,1 га до 10,0 га при сложной конфигурации и пересеченном рельефе.

Технологический модуль микроорошения исследован на поливе садов республике Башкортостан и Московской области. Для широкого внедрения ирри гационных комплектов разработана проектная и научно-техническая документа ция, которая может быть использована научными, проектными, конструкторск ми организациями и сельскохозяйственными производителями различной форм собственности.

Методология и методы исследований. Теоретические исследования пр водились с использованием методов системного анализа и теории проектирован: новой техники, законов и методов классической механики, математического ана лиза и статистики. Экспериментальные методы включали полевые опыты, прово димые по методике Б.А. Доспехова (1972), лабораторно-полевые и лабораторны исследования, которые проводились с применением стандартных методик пров дения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в том числ специальных методик, используемых в мелиоративной отрасли. При проведени лабораторных исследований по определению характеристик дождя использов лись основные требования и положения, изложенные в ГОСТ 27.002-89 и СТ АИСТ 11.1-2004, СТО АИСТ 11.2-2004, а также в методических рекомендация по разработке технологий и технических средств. Обработка полученных даннь проводилась с использованием стандартных компьютерных программ на ПЭВМ.

Положения, выносимые на защиту:

- новый технологический модуль мобильного ирригационного комплек" для подкронового микроорошения садовых культур на мелкоконтурных участк; сложной конфигурации;

- конструктивно-компоновочные схемы ирригационного комплекта д; подкронового микроорошения садовых культур;

- технико-эксплуатационные характеристики и технология применения м< бильного ирригационного комплекта подкронового микроорошения садовы культур; эмпирические зависимости распределения искусственного дождя, как п площади, так и радиусу полива дефлекторных насадок;

— усовершенствованная методика расчета проектных и эксплуатационных режимов орошения с применением модульного комплекта КИПОС, биоклиматические и микроклиматические коэффициенты суммарного испарения и водопо-требления яблоневого сада.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов подтверждается применением апробированных современных методик и государственных стандартов при проведении полевых и лабораторных опытов; большим объёмом экспериментального материала; апробацией результатов в производственных условиях Московской области и Республики Башкортостан.

Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях в городах Москва, Новочеркасск, Коломна, Волгоград, Дмитров в 2010-2014 гг. Ирригационный комплект подкронового микроорошения многократно представлялся на выставках «День Российского поля» в 2010 — 2013гг., Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» в 2011-2013гг., Международной выставке «Аг-ротех» в 2012 - 2013гг., получены золотая медаль и диплом 1 степени в 2012 году.

Личный вклад автора заключается в теоретическом обосновании и разработке научной проблемы, определении цели и задач исследований, постановке и проведении полевых экспериментов, использовании информационных технологий при планировании и проектировании работ по созданию технических средств микроорошения садовых культур, в анализе полученных материалов и обосновании новой технологии полива, разработки технологического модуля и нормативно-методических документов, внедрении результатов научно-технической деятельности в производство.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 научных работ, 4 из которых в научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России; получены патент на полезную модель и патент на изобретение.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, списка литературы, включающего 185 источников, в том числе 10 наименований на иностранных языках, 5 приложений.

Основная часть работы изложена на 134 страницах машинописного текста и с держит 43 рисунка, 43 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Введении» изложена актуальность темы, обоснованы цель и задачи и следований, научная новизна; основные положения, выносимые на защиту; теор тическая и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе "Проблемы и перспективы развития технических средст орошения садовых культур" представлены результаты информационн аналитических исследований современного научно-технического уровня и пе спективы развития технологий и техники орошения мелкоконтурных участков, том числе подкронового микроорошения садовых культур. Работами по микр орошению занимались: Г.В. Ольгаренко, В.В. Бородычев, А.И. Козлов, В.А. К лесников, JI.B. Кирейчева, А.П. Сапунков, A.A. Терпигорев, З.И. Метельски H.H. Дубенок, К.В. Губер, М.И. Ромащенко, М.Ю. Храбров, и другие. Проведе патентный поиск, согласно установленному регламенту в течение 15 лет, в р зультате которого определены ведущие организации в области создания дожд вальных аппаратов и насадок для микроорошения. Полив садовых культур i мелкоконтурных участках фермерских и личных подсобных хозяйств в Росси] ской Федерации осуществляется с использованием дождевальных установок тиг УДС-25 (1975), ДЦ-30 (1980) и Роса 3 (1979), отличающихся высокой стоимость и энергетическими затратами при проведении поливов и которые в настоящ( время серийно не выпускаются. Широкое распространение в России получил системы капельного орошения садов, производства зарубежных фирм, но он требуют высоких капитальных затрат на строительство сети и эксплуатационны расходов в связи с высокими требованиями к качеству обслуживания оборудовь ния и необходимостью высокой степени очистки оросительной воды. Поверхнс стные технологии орошения, являясь наиболее низко затратными в плане строг тельства и технического обслуживания, абсолютно не конкурентоспособны из-з

высоких затрат воды, более низкой урожайности садов, а главное отрицательного воздействия на почву и окружающую среду.

Поэтому, учитывая мировые тенденции по ресурсо-энергосбережению и экологической безопасности, наиболее перспективными для орошения садов и плодово-ягодных культур являются технологии микроорошения. Так же установлено, что технология полива мелкоконтурных участков ирригационным комплектом должна удовлетворять следующим принципам: значительное уменьшение материалоёмкости оборудования; повышение энергоэффективности; снижение трудоёмкости полива за счёт рационализации технологии орошения и вариантов перемещения комплекта по орошаемой площади; повышение коэффициента эффективности полива; упрощение конструкции быстроразъёмных соединений; снижение напора в сети и повышение эксплуатационной надёжности системы.

Вторая глава "Программа и методика исследований". Разработка новой технологии и технических средств подкронового микроорошения садовых культур выполнялась на основе проведения информационно-аналитических, лабора-торно-полевых, лабораторных и полевых исследований, научно-технических и опытно-конструкторских разработок, включая опытно-производственные испытания разработанного технологического модуля ирригационного комплекта микроорошения садов. Теоретическое обоснование инженерно-технических решений выполнено на основе анализа научно-технической информации, изучения нормативно-методических и научно-технических материалов по совершенствованию машин и технических средств орошения в РФ и за рубежом, результатов научных исследований и разработок научно-исследовательских институтов.

Лабораторно-полевые и лабораторные исследования проводились на землях ОПХ «Радуга», в лаборатории ФГБНУ ВНИИ «Радуга» и состояли из 3-х опытов:

Опыт 1. " Изучение влияния конструкций кольцевых водовыпусков на формирование контура увлажнения". Исследовались два варианта: первый - с размещением на кольцевом водовыпуске калиброванных отверстий (струйчатый поверхностный полив); второй - с размещением на кольцевом водовыпуске дождевальных дефлекторных насадок (подкроновое микродождевание). Опыты закла-

дывались в трехкратной повторности методом организованных повторений по ре комендациям ВНИИ Садоводства и ЦНИИиТЭИ (1975), определение параметро контуров увлажнения проводились по методике предложенной М.Ю. Храбровым наблюдения за влажностью почвы проводились по методике ЮЖНИИГиМ

(1983), отбор и хранение образцов выполнялась согласно ГОСТ 12071-72. Опыт 2. "Изучение конструкции дождевальных насадок и определение ха

рактеристик искусственного дождя по площади полива, а так же по радиусу пол ва дефлекторной насадки". Выполнялся анализ технических решений и результа тов ранее проведенных испытаний дождевальных насадок, на базе которого осу ществлялся выбор наилучшего технического решения. Лабораторные испытан) дефлекторной дождевальной насадки проводились на специальном стенде с це лью изучения расходно-напорных характеристик и пространственно-временног распределения слоя дождя по площади захвата дождевого облака. Изучения пр водились по методике, изложенной в СТО АИСТ 11.1 - 2004, обработку получен ных данных проводили статистическим методом.

Опыт 3. "Изучение конструктивных особенностей быстроразборных соединений и максимально допустимого давления в поливном шлейфе и распределительном трубопроводе". В ходе опыта по исследованию работы пластмассовых трубопроводов в составе ирригационного комплекта подкронового микроорошения (КИПОС), а так же быстроразборных соединений, создавалось максимальное давление, выдерживаемое всеми видами муфтового и компрессионного соединений. Испытания проводились по ГОСТ 25136-82 "Соединения трубопроводов. Методы испытаний на герметичность". Произведены расчеты потерь напора по длине трубопровода в зависимости от расхода по методике ВНИИ ВОДГЕО

(1984) с введением поправочного коэффициента на температуру поливной воды. Опытно-производственные исследования проводились в 2010-2012 годах

производственных условиях на землях ФГУП АПК "Непецино" Московской об ласти по стандартной методике машиноиспытательных станций (МИС - 1995), так же методике, предложенной Б.А. Доспеховым. Цель исследований - определе ние технико-эксплуатационных параметров ирригационного комплекта подкро

нового микроорошения садовых культур в производственных условиях и получение данных для расчёта режима орошения сада.

Третья глава "Разработка и изучение конструкции мобильного ирригационного комплекта подкронового микроорошения садовых культур". В главе рассматриваются параметры разработанного мобильного ирригационного комплекта модульного типа, приведено назначение, краткое техническое описание установки и технологического процесса. В состав модуля входят (рис. 1): полиэтиленовый трубопровод диаметром 75 мм (1), проходные полиуретановые муфты диаметром 75 мм (2), муфты с патрубком (3), два шлейфа из полиэтиленовых труб диаметром 32 мм (4), поливные кольца с отверстиями либо с дефлекторными насадками (5), входной патрубок с манометром (6). На муфтах с патрубками установлены тройники (7), шаровые краны и адаптеры для подсоединения двух шлейфов с обеих сторон муфты, к каждому шлейфу подсоединены восемь поливных колец (5).

подкронового микроорошения садовых культур.

По результатам анализа различных схем посадки садовых культур и технологии их возделывания применительно к комплекту подкронового микроорошения садовых культур были составлены конструктивно-компоновочные схемы комплекта с различными типами водовыпускных колец и компоновкой быстро-разборных трубопроводов. А именно конструктивно-компоновочные схемы комплекта: 1) для полива виноградников с частотой посадки 0,75 м; 2) для полива са-

да со схемой посадки 5 х 4 м и схемой посадки 6 х 4 м; 3) для полива на участке | комбинированной посадкой «яблоневый сад - виноградник - косточковый сад».

I

Разработанные конструктивно-компоновочные схемы комплекта позволяю!

расширить его применимость при различных условиях возделывания садовы;!

i

культур. Лабораторно-полевые исследования ирригационного комплекта для под! кронового микроорошения садовых культур позволили произвести расчет контура увлажнения на среднесуглинистых почвах (таблица 1) по методике, предложенной Храбровым М.Ю. (1999). Расчет проводился для двух вариантов исполнений кольцевого водовыпуска: первый - для кольца с десятью отверстиями диаметром 3 мм с равным расположением их по периметру кольца (4 отверстия с внутренне^ стороны и 6 отверстий с наружной стороны кольца - мелкоструйчатый поверхно1 стный полив); второй - для водовыпуска с тремя дефлекторными насадками сек| торного действия, с углом сектора орошения 180° - подкроновое микродождевание. Результаты опыта позволили экспериментально установить характеристик^ распределения поливной воды в приствольном круге дерева и выполнить теоретическое обоснование геометрических, технологических и гидравлических пара: метров кольцевых водовыпусков.

Таблица 1 - Экспериментальные и расчётные параметры контуров увлаж-

нения и площадей смоченного периметра.

Номер повторности опыта 1 | 2 | 3 Расчётные

Объем контура увлажнения, ы3: Экспериментальные

- для одного отверстия на водовыпуске; 2,98 3,09 3,11 3,55

- для всего водовыпуска с 10-ю отверстиями; 0,29 0,30 0,33 0,36

- для водовыпуска с 3 дефлекторными насадками с сектором орошения 180° 6,68 6,89 7,44 8,20

Площадь смоченного периметра, м2: Экспериментальные Расчётные

1 2 3

- для одного отверстия на водовыпуске; 0,20 0,21 0,22 0,24

- для всего водовыпуска с 10-ю отверстиями; 1,96 2,02 2,18 2,4

- для водовыпуска с 3 дефлекторными насадками с сектором орошения 180° 2,66 2,75 2,87 3,41

Полученные в работе закономерности динамики нарастания и зоны форми рования контура увлажнения почвы, позволили рассчитать размеры кольцевые водовыпусков, необходимых для формирования оптимального контура увлажне-

ния: диаметр 40 см с тремя дефлекторными насадками. Это позволяет наиболее эффективно обеспечивать влагой основную массу корневой системы садовых культур.

Определение характеристик искусственного дождя изучалось в лабораторных условиях. Использовались кольцевые водовыпуски с дефлекторными насадками со следующими характеристиками: рабочее давление 0,1-0,4 МПа, крупность капель 0,85 мм интенсивность 0,048-0,2, форма орошения - сектор 120-180°, коэффициент эффективного полива 0,5. В ходе проведения исследований определены исходные требования к техническому уровню современных дождевальных насадок и установлены их расходно-напорные характеристики, а также закономерности распределения действительной интенсивности дождя по радиусу полива дождевальной насадки (рис. 2), которые описываются полиномом третьей степени: а) для дождевальной насадки с диаметром отверстия 3,5 мм:

р = -0,0005Ь3 + 0,0095Ь2 - 0,043Ь + 0,1396; Я2 = 0,9715, (1) б) для дождевальной насадки с диаметром отверстия 3,0мм:

р = -0,0003Ъ3 + 0,0064Ь2 - 0,024Ь + 0,1007; Я2 = 0,9583; (2)

с величиной достоверности аппроксимации 0,95 и 0,97 соответственно, где: Ь - расстояние от насадки по радиусу (расстояние между дождемерами), м; р - интенсивность искусственного дождя, мм/мин;

0.25

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1,4 1,6 1.8 2 2,2 2,4 2,6 2,!

Расстояние между дождемерами - м.

Рисунок 2 - Распределение действительной интенсивности дождя по радиусу полива дождевальной насадки.

По результатам анализа полученных закономерностей распределения интенсивности искусственного дождя отмечено, что расчетная равномерность распределения дождя дефлекторной насадкой составляет 0,75-0,8, при давлении 0,15 МПа, что на 25-33% выше нормативных значений по ГОСТ ИСО 7749-1-2004.

Впервые была построена поверхность распределения искусственного дождя (рисунок 3) для дефлекторной насадки секторного действия, позволяющая определять интенсивность дождя в любой точке поливаемой площади.

1

Е1 0,0000-0,0500 ■ 0,0500-0,1000 □ 0,1000-0,1500

Рисунок 3 - Поверхность распределения дождя по сектору дождевальной

насадки.

Используя полученную поверхность распределения интенсивности искусственного дождя по площади захвата дождевого облака, на основе метода моделирования, позволяющего совмещать в любой пропорции объемные поверхности распределения,.определены показания интенсивности дождя в каждой точке сектора дождевого облака при работе насадок с учетом перекрытия. Картина распределения интенсивности искусственного дождя по площади полива с учетом перекрытия может быть получена за счёт наложения различного количества секторов. Исходя из полученной интенсивности искусственного дождя в ходе проведения полевых исследований установлено, что при средней поливной норме 250 м3/га необходимая продолжительность полива на одной позиции составляет 0,6 часа.

0,1000

0,0500

о.ошю

9 8

Интенсивность, мм/мин.

0,1500

В опыте по определению потерь напора по длине полиэтиленовых трубопроводов комплекта КИПОС, трубопроводы были условно разделены на магистральный (транспортирующий) и распределительный (поливной) участки. Известно, что для данного комплекта длина дождевального шлейфа составляет 28 м, на котором установлены восемь поливных колец через 4 м. Подвод воды от поливного трубопровода осуществлялся к середине поливного шлейфа. Длина поливного трубопровода диаметром 75 мм — 202 м, на котором через 30,5 м установлены муфты с тройниками для подсоединения поливных шлейфов. Первая муфта с тройником установлена через 19,5 м. Таким образом, длина поливного трубопровода изменяется по мере перемещения дождевальных шлейфов с позиции на позицию с интервалом 30,5 м.

Так как полиэтиленовые трубопроводы в значительной степени подвержены изменениям в горизонтальной и вертикальной проекциях, в зависимости от температуры окружающей среды и, в большей степени, от температуры пропускаемой воды. Предлагается ввести поправочный коэффициент на температуру воды в формулу ВНИИ ВОДГЕО (1984), в результате преобразования которой получим:

к -1&И.** О)

Ив4-774 '

где: сс - размерный числовой множитель, зависящий от принятой за эталон температуры воды и от выбранных единиц измерения; 2 - расход воды, л/с;

о

А - внутренний диаметр трубопровода, мм; ' - поправочный коэффициент, учитывающий фактическую температуру воды (при температуре воды 10 °С - коэффициент равен 1; при температуре воды 20 °С - коэффициент равен 0,949; при температуре воды 30 °С - коэффициент равен 0,902).

Результаты расчёта по формуле 3 позволили получить график зависимости потерь напора от расхода и диаметра для полиэтиленовых трубопроводов комплекта (рисунок 4). Потери на местные сопротивления по результатам экспериментальных исследований принимаем равными 10%. В результате расчётов по модифицированной формуле ВНИИ ВОДГЕО была повышена точность определения потерь напора по длине трубопровода в зависимости от температуры воды

на 13-15%. Установлены закономерности изменения величин потерь напора от протяженности трубопроводов, их диаметров и расхода оросительной воды, которые описываются уравнениями имеющими вид:

а) для полиэтиленового трубопровода диаметром 75мм:

Д11=0,9129(22-1,0191(3+0.004; К2=0,99, (4)

б) для полиэтиленового трубопровода диаметром 90мм:

ДЬ=0,3462(^-0,2067(^-0.2286; 112=0,99; (5)

где: ДЬ - потери напора на 1000 м длины трубопровода, м; <3 - расход, л/с.

Рисунок 4 - Зависимости потерь напора по длине трубопровода от расхода.

Опытно-производственные исследования эффективности работы мобильного ирригационного комплекта для подкронового микроорошения садовых культур; проведены в ФГУП АПК "Непецино" Московской области. Испытания проводи-? лись по принятым методикам машиноиспытательных станций. Проведена первичная техническая экспертиза, определены условия испытаний, получены основные агротехнические и эксплуатационно-технические показатели, составлен баланс времени работы агрегата при различной поливной норме, проведена эксплуатационно-технологическая оценка комплекта, а так же определены показатели безопасности и эргономичности конструкции на соответствие ГОСТ, выполнены оценка надежности и проведена заключительная техническая экспертиза работы комплекта.

Анализ надежности комплекта, а именно свойство выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормативных эксплуатационных показателей в заданных пределах позволил установить следующие технико-эксплуатационные показатели (табл.2).

Таблица 2 - Технико-эксплуатационные показатели работы комплекта

Показатель Значение

Площадь полива с одной позиции одним поливным крылом, га. 0,11

Производительность за 1 час эксплуатационного времени, га. 0,3

Продолжительность полива на одной позиции, час. 0,5-2,5

Коэффициенты

- технологического обслуживания 0,99

- надёжности технологического процесса 1,0

- использования сменного времени 0,91-0,94

Проведенный хронометраж монтажа и обслуживания комплекта показал, что время монтажа и пуска КИПОС составляет 2,5 часа, время перестановки дождевального крыла с позиции на позицию 0,5 часа, что на 25-30% меньше по сравнению с другими комплектами, такими как ДД-30, Роса-3, УДС-25. По результатам проведения наработки на отказ в объёме 610 часов, нарушения работы комплекта или отказов зафиксировано не было. Трудоемкость ежесменного техобслуживания составила 0,2 чел. час, удельная суммарная трудоемкость устранения отказов и повреждений составила 0 чел. час, тем самым подтверждается высокая надёжность и безотказность работы комплекта. Оценка безопасности и эргоно-мичности конструкции комплекта ирригационного оборудования показала, что конструкция комплекта обеспечивает легкость и простоту сборки-разборки без применения значительных усилий, безопасность обслуживающего персонала, то есть доступ к узлам и деталям комплекта для обслуживания и ремонта полностью обеспечивается. По результатам оценки надежности системы установлено, что все характеристики свидетельствуют о высокой степени надежности комплекта, его долговечности и безотказности в работе.

Четвертая глава "Ресурсосберегающие технологии подкронового микроорошения садовых культур". Важное значение для реализации водоэнергосбере-гающих технологий орошения, имеет не только оптимизация конструкции технических средств микроорошения, но и применение рациональных режимов орошения, что требует изучения влияния гидрометеорологических условий на суммарное испарение, водный режим почвы и продуктивность плодовых культур.

Схема опытно-производственных исследований (рисунок 5), включала четыре варианта сравнения различных технологий орошения по их влиянию на продуктивность яблоневого сада и эффективность использования водных ресурсов, в том числе вариант с естественной влагообеспеченностью, при котором поливы не проводились (участок № IV площадью 13,1 га.); вариант в котором поливы проводились с использованием системы поверхностного орошения (участок № III площадью 5,2 га.); вариант с использованием системы капельного орошения (участок № II площадью 10 га.); и вариант с проведением поливов с использованием системы микроорошения (участок № I площадью 5,1 га.), сорт яблок "Голден Де-

Рисунок 5 - Схема проведения опытно-производственной проверки комплекта КИПОС.

По осадкам годы проведения опытно-производственных исследований могут быть классифицированы: - 2010 г. близкий к "сухому", осадков выпало 268

мм; 2011 г. - близкий к "среднему", осадков выпало 320 мм; 2012 г. - близкий к "средне-влажному", осадков выпало 390 мм. Для реализации режима орошения с использованием системы микроорошения потребовалось в сухой год провести 4 полива поливными нормами 300 -400м3/га, в средне-сухой год - 3 полива поливной нормой 300 м3/га и во влажный 2012 г. потребовалось провести 1 полив нормой З00м3/га.

Проведенные опытно-производственные исследования позволили установить, что по уровню урожайности наиболее эффективные варианты с технологиями микроорошения и капельного орошения. Урожайность в среднем за годы исследований составила, соответственно 24,0 т/га и 25,4 т/га, при удельных затратах оросительной воды на единицу урожайности, соответственно 416 м3/т и 354 м3/т.

На основании результатов информационно-аналитических и опытно-производственных исследований усовершенствованна методика расчета проектных и эксплуатационных режимов орошения, разработанная ФГБНУ ВНИИ "Радуга" (2012), предназначенная для определения суммарного испарения и нормирования орошения при реализации технологий микроорошения плодоносящего яблоневого сада путем введениея поправочного коэффициента, учитывающего закономерность изменения зоны концентрации основной массы корневой системы садовых культур под влиянием их возрастного цикла. Усовершенствование методики заключается в повышении точности нормирования орошения достигнутого за счет учета ряда коэффициентов повышающих точность расчета суммарного испарения, в том числе: микроклиматический коэффициент Ко, отражающий возможное изменение микроклимата в яблоневом саду под влиянием орошения и развития деревьев; биоклиматический коэффициент Кб и зависимость его изменения во времени с учетом тепло-влагообеспеченности вегетационного периода; Кмо - коэффициент, учитывающий закономерности изменения зоны концентрации основной массы корневой системы садовых культур под влиянием их возрастного цикла.

Пятая глава "Эколого-экономическое обоснование применения ирригационного комплекта". Представлены данные о эколого-экономической эффективно-

сти рациональной технологии орошения с применением мобильного ирригационного комплекта подкронового микроорошения садовых культур (КИПОС) с учётом агроэкологического качества полива. Даны рекомендации по реализации технологии и обоснована эффективность применения ресурсосберегающей техники полива. Технология микроорошения дает возможность использования различных технических схем комплектации кольцевых не замкнутых водовыпусков комплекта КИПОС, в том числе вариант кольца с дефлекторными дождевальными насадками секторного действия, обеспечивающий полив в режиме микродождевания приствольной, подкроновой части дерева. По результатам полученных во втором опыте данных о качестве искусственного дождя, а именно его интенсивности и крупности капель, опираясь на результаты аналитических исследований сделан вывод о высокой экологической безопасности применения комплекта подкронового микроорошения садов.

Проведены экономическое обоснование разработанной техники микроорошения и сравнительная оценка по себестоимости 1 га орошаемых земель на системах небольшой площади в сравнении с системами капельного орошения. Расчёт экономической эффективности инвестиций в мелиорацию осуществлялся по методике ВНИИГиМ, а так же на основе общеизвестных методик расчёта. Установлено, что капитальные затраты на установку комплекта микроорошения составляют 46, 10 тыс. руб./га, это в 1,5-2 раза ниже чем капитальные затраты на системы капельного орошения. По сравнению с поверхностным системами орошения, эколого-экономический эффект формируется за счет повышения урожайности яблок на 20-25 %%, снижения затрат ручного труда и экономии водных ресурсов на 30-50 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обоснованы направления совершенствования технических средств микроорошения, направленные на: уменьшение материалоёмкости оборудования и снижение трудоёмкости полива, повышение равномерности распределения поливной воды и упрощение конструкции быстроразъёмных соединений.

2. Разработанный технологический модуль мобильного ирригационного комплекта микроорошения садовых культур (патент РФ №112596) который позволяет реализовывать технологию орошения на участках сложной конфигурации, при высоком агроэкологическом качестве полива. Получены закономерности распределения искусственного дождя по радиусу действия дефлекторной насадки, коэффициент равномерности полива составил 0,75-0,8, что на 25-33% выше нормативных значений.

3. Получены конструктивно-компоновочные схемы применения комплекта подкронового микроорошения садовых культур на участках различной конфигурации, значительно увеличивающие его применимость для различных схем посадки садовых культур.

4. Определены рациональные технико-эксплуатационные характеристики комплекта, обеспечивающие высокую эффективность его применения в том числе: коэффициент использования эксплуатационного времени составил 0,94; коэффициент надёжности технологического процесса - 0,99; производительность за 1 час эксплуатационного времени 0,3 га; максимальный напор воды на входе составляет 0,1-0,15 МПа; расход воды одним Шлейфом 4 л/с, площадь полива с одной позиции одним поливным шлейфом составляет 0,11 га, продолжительность полива на одной позиции - 0,5-2,5 час, что по сравнению с другими аналогами ДЦ-30, Роса-3, УДС-25 увеличивает эффективность его применения на 28-30%.

5. Экспериментальные и расчётные параметры контуров увлажнения и площадей смоченного периметра позволили выполнить теоретическое обоснование геометрических, технологических и гидравлических параметров кольцевых водовыпусков. Установленные значения позволили произвести расчёт параметров кольцевых водовыпусков, необходимых для формирования оптимального контура увлажнения, позволяющего наиболее эффективно использовать воду основной массой корневой системы садовых культур.

6. Установлены закономерности распределения потерь напора по длине полиэтиленового быстроразборного трубопровода, учитывающие модифицированную автором формулу ВНИИ ВОД! ЬО с введенным поправочным коэффициен-

том, зависящим от фактической температуры воды. Обеспечивающие установление оптимальных гидравлических параметров для работы комплекта и позволяющие повысить точность расчета потерь напора на 15%.

7. Усовершенствована методика расчета проектных и эксплуатационных режимов орошения, а так же определения суммарного испарения при реализацции технологий микроорошения плодоносящего яблоневого сада. После введения поправочного коэффициента, учитывающего закономерность изменения зоны концентрации основной массы корневой системы плодовых культур под влиянием возрастного цикла развития, точность расчёта режимов орошения повышается на 12-15%.

8. Внедрение разработанной технологии микроорошения в Московской области, обеспечила: прирост чистого дохода - 264,84 тыс. рублей; индекс доходности инвестиций (ИДД) составил - 1,82; внутренняя норма доходности - 73,8%; простой срок окупаемости -1 год; срок окупаемости с учетом дисконта - 2 года.

9. Перспективами дальнейших исследований является адаптация разработанной технологии микроорошения для условий засушливой степной зоны и оценка возможности увеличения поливной площади до 50 га на основе модульного принципа компоновки, а также уточнение геометрических и гидравлических параметров кольцевого водовыпуска в зависимости от развития корневой системы растений.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации.

в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки России:

1. Мищенко, H.A. Современные технические средства для полива небольших участков [Текст] / H.A. Мищенко // Мелиорация и водное хозяйство. Москва -2013,-№6.-С. 22-23.

2. Мищенко, H.A. Техника ресурсосберегающего и экологически безопасного подкронового микроорошения садов и питомников [Текст] / H.A. Мищенко // Мелиорация и водное хозяйство. Москва - 2013. - №6. - С. 24-26.

3. Ольгаренко, В.И. Ресурсосберегающее микроорошение садов. [Электронный ресурс] / В.И. Ольгаренко, H.A. Мищенко // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон, переодич. издание / Росс, науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон, журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2014, № 1 (13). - 13с. - Режим доступа: http://www.rosniipm-sm.ru/.

4. Ольгаренко, Г.В! Техника экологически безопасного микроорошения многолетних насаждений [Текст] / Г.В. Ольгаренко, H.A. Мищенко // Научно-практический журнал "Природообустройство". М.: - 2014. - №1.

патенты:

5. Пономарев, А.Г. Ирригационный комплект для подкронового орошения садов и питомников [Текст] / А.Г. Пономарев, H.A. Мищенко, A.A. Алдошкин, Г.В. Ольгаренко // Патент на полезную модель №112596. - 2012.

6. Ольгаренко, Г.В. Сборно-разборный полиэтиленовый трубопровод для дождевальных комплектов [Текст] / Г.В. Ольгаренко, A.B. Муравьев, A.A. Алдошкин, H.A. Мищенко // Патента на изобретение № 2524531. - 2012.

в других изданиях:

7. Мищенко, H.A. Подкроновое орошение садов [Текст] / H.A. Мищенко // Инновационные технологии в мелиорации. Материалы международной научно-практической конференции (Костяковские чтения). М.: Изд. ВНИИА, 2011. - С. 279-282.

8. Мищенко, H.A. Ирригационный комплект для подкронового орошения садов и питомников [Текст] / H.A. Мищенко // Сборник научных докладов IV-ой Международной (8-й Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» / ФГБНУ ВНИИ «Радуга». - Коломна: Инлайт, 2012. - С. 82-86.

9. Мищенко, H.A. Влияние контура увлажнения на форму развития корневой системы плодовых деревьев [Текст] / H.A. Мищенко // Сборник научных докладов V-ой Международной (9-й Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» / ФГБНУ ВНИИ «Радуга». - Коломна: Инлайт, 2012. - С. 91-95.

10. Мищенко, H.A. Рациональные ресурсосберегающие технологии орошения садов, питомников и агроландшафтов [Текст] / H.A. Мищенко // Сборник научных докладов VI-ой Международной (10-й Всероссийской) конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии и экологическая безопасность в мелиорации» / ФГБНУ ВНИИ «Радуга». - Коломна: Инлайт, 2013. - С. 56-60.

Подписано в печать К5~, /О_2014г. Тираж/00 экз. Заказ №

ГБНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии. 127550, Москва ул. Б. Академическая, 44