Russian Federation
Russian Federation
Kazan, Kazan, Russian Federation
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
The results of laboratory studies of the proposed drip irrigation system are given. Five different types of droppers have been investigated to quantify the hydraulic characteristics. The dependences of the uniformity of water flow through droppers with a change in the working pressure in the system are obtained. Laboratory studies of the experimental facility were carried out at the training and demonstration center of Kazan State Agrarian University. The experimental installation consists of a storage tank, a submersible pump, five P.V.C. main pipes with a length of 3 m and a diameter of 16 mm, stop valves of a drip line, pressure gauges, a main stop valve, a collector line, a return line, and droppers. Before starting the experiments, air was removed from the system and pressure at the inlet to each main pipe was adjusted to the required value. Immediately under each drip, 500 ml volumetric containers were placed to determine the volume of leaked water in two minutes. Significant uniformity of water consumption and the smallest deviations from the specified nominal flow rate were achieved with type A and C droppers (with pressure compensation) at an operating pressure of 0.2 MPa; with type B droppers (also with pressure compensation), water flow uniformity decreased with increasing pressure. The results of the research show that pressure-compensated droppers are less sensitive to pressure changes with an operating pressure of 0.35 MPa. Water consumption (q) for type A droppers increased by 5.27%, B - by 27.3% and C - by 9.1%. Dropper type D and E have the lowest uniformity of water flow at different pressure levels. Under actual irrigation conditions, it is recommended to install pressure gauges not only in the collector line, but also on the main pipes (preferably at the end of each main pipe) to determine the differential and pressure losses in the system.
irrigation, drip irrigation, assessment, droppers with pressure compensation, flow, uniform distribution, volume flow
Для получения высоких и качественных урожаев в сельском хозяйстве применяется мелиорация земель, направленная на сохранение и повышение плодородия почвы, рост урожайности возделываемых культур. В системе мелиорации основное внимание уделяется повышению эффективности орошения. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является капельный полив. Известно, что урожайность при капельном поливе увеличивается на 100…500% по сравнению с урожаями, где применяются дождевальные машины [1, 2, 3, 4].
Основными достоинствами капельного полива являются [5, 6, 7, 8]:
– отсутствие затрат ручного труда на полив растений;
– экономия расхода воды при орошении на 40…50%;
– исключаются ожоги листьев растений, возникающие при применении дождевальных установок;
– снижаются заболевания растений фитофторой и другими грибковыми заболеваниями;
–возможность регулирования влажности почвы в любой точке системы;
– не требует отключения во время естественных природных осадков (не происходит заболачивания почвы, так как через капельный дозатор к корням растений поступает только то количество воды, которое необходимо для оптимального увлажнения почвы);
– возможность внесения удобрений и подкормки растений микроэлементами вместе с оросительной водой;
– простота и надёжность конструкций;
– небольшой срок окупаемости.
В связи с этим широкое внедрение систем капельного полива является важнейшей задачей, и, соответственно, возникает необходимость разработки новых конструкций оросительных систем, повышение их технической надежности и устойчивости
эксплуатации [9, 10, 11].
Проектирование систем капельного полива включает следующие этапы [12, 13, 14]:
– расчет потребления воды;
– определение длины оросительных магистралей (с учетом схемы посадки);
– разделение участка на отдельные зоны полива (с учетом размеров орошаемой площади, мощности насоса и объема скважины);
– выбор материалов для разводящих и магистральных трубопроводов;
– подбор капельниц и фильтрующих элементов.
Многочисленные результаты исследований
Для получения высоких и качественных урожаев в сельском хозяйстве применяется мелиорация земель, направленная на сохранение и повышение плодородия почвы, рост урожайности возделываемых культур. В системе мелиорации основное внимание уделяется повышению эффективности орошения. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является капельный полив. Известно, что урожайность при капельном поливе увеличивается на 100…500% по сравнению с урожаями, где применяются дождевальные машины [1, 2, 3, 4].
Основными достоинствами капельного полива являются [5, 6, 7, 8]:
– отсутствие затрат ручного труда на полив растений;
– экономия расхода воды при орошении на 40…50%;
– исключаются ожоги листьев растений, возникающие при применении дождевальных установок;
– снижаются заболевания растений фитофторой и другими грибковыми заболеваниями;
–возможность регулирования влажности почвы в любой точке системы;
– не требует отключения во время естественных природных осадков (не происходит заболачивания почвы, так как через капельный дозатор к корням растений поступает только то количество воды, которое необходимо для оптимального увлажнения почвы);
– возможность внесения удобрений и подкормки растений микроэлементами вместе с оросительной водой;
– простота и надёжность конструкций;
– небольшой срок окупаемости.
В связи с этим широкое внедрение систем капельного полива является важнейшей задачей, и, соответственно, возникает необходимость разработки новых конструкций оросительных систем, повышение их технической надежности и устойчивости
эксплуатации [9, 10, 11].
Проектирование систем капельного полива включает следующие этапы [12, 13, 14]:
– расчет потребления воды;
– определение длины оросительных магистралей (с учетом схемы посадки);
– разделение участка на отдельные зоны полива (с учетом размеров орошаемой площади, мощности насоса и объема скважины);
– выбор материалов для разводящих и магистральных трубопроводов;
– подбор капельниц и фильтрующих элементов.
Многочисленные результаты исследований
оросительных систем свидетельствуют, что эффективность их работы и качество увлажнения почвы в значительной мере зависят от равномерности распределения воды в слое активного водопотребления по всей длине капельных линий [15, 16, 17]. В связи с этим целью наших исследований является оценка зависимости расхода капельниц от изменения давления и определение оптимальных рабочих давлений для разных типов капельниц (давление, при котором достигается наибольшая равномерность подачи воды).
Условия, материалы и методы исследований. Лабораторные исследования экспериментальной установки проводились в учебно-демонстрационном центре ФГБОУ ВО «Казанский государственный аграрный университет», г. Казань, Россия.
Экспериментальная установка (рисунок 1) состоит из накопительного резервуара 1, погружного насоса 2, пяти магистральных труб 3 из ПВХ длиной 3 м и диаметром 16 мм, запорных кранов 4 капельной линии, манометров 5, основного запорного крана 6, коллекторной линии 7, обратной линии 8 и капельниц 9.
В начале каждой капельной линии установлены краны 4 для ручной регулировки давления на входе капельных линий. Давление измеряли при помощи манометров 5. Манометры имеют диапазон измерения 0…0,6 МПа. Основной запорный кран 6 используется на коллекторной линии 7 для поддержания требуемого постоянного давления во всех магистральных трубах 3. Обратная линия 8 используется для возврата излишнего объема воды в накопительный резервуар. Капельницы 9 вмонтированы непосредственно в магистральные трубы капельных линий на расстоянии 30 см друг от друга.
Для исследования были выбраны пять различных типов капельниц фирмы Rivulis Eurodrip (рисунки 2 и 3), технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Капельницы с компенсацией давления (рисунок 2) по сравнению с капельницами без компенсации давления (рисунок 3) обеспечивают равномерную подачу воды в слой активного водопотребления по заданным производителем характеристикам через каждую капельницу, и расход воды через такую капельницу не изменяется при перепадах давления в системе.
1. Abdelfattakh A.Kh. Energoeffektivnoe ispolzovanie vodnykh resursov v selskom khozyaystve. // Agroinzhenernaya nauka XXI veka. Trudy regionalnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Nauchnoe izdanie. (Energy efficient use of water resources in agriculture. / A.Kh. Abdelfattakh, I.M Gomaa., D.T. Khaliullin // Agroengineering science of the XXI century. Proceedings of the regional scientific and practical conference. Scientific publication). - Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU. - 2018. - P. 416. P. 335-339.
2. Abdelfattakh A.Kh. Upravlenie orosheniem pochvy s ispolzovaniem datchikov vlazhnosti. // Sovremennoe sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya mekhanizatsii i tekhnicheskogo servisa agropromyshlennogo kompleksa. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii IMiTS. (Soil irrigation management using humidity sensors. / A.Kh. Abdelfattakh, D.T. Khaliullin, I.M. Gomaa // Current status, problems and prospects for the development of mechanization and technical service of the agro-industrial complex. Proceedings of International scientific and practical conference of IMiTS). - Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU. - 2018. - P. 265. P. 18-26
3. Abdelfattakh A.Kh. Analiz protsessov avtomatizatsii poliva na osnove intellektualnykh system. // Dostizheniya tekhniki i tekhnologiy v APK: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Analysis of irrigation automation processes based on intelligent systems. / A.Kh. Abdelfattakh, B.G. Ziganshin, D.T. Khaliullin, I.M. Gomaa // Achievements of equipment and technologies in the agro-industrial sector: proceedings of International scientific and practical conference). - Ulyanovsk: Izd-vo Ulyanovskogo GAU, 2017, P. 13-21
4. Kashapov I.I. Energosberegayuschie tekhnologii v APK. // Aktualnye problemy energetiki APK: materialy VI mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. (Energy-saving technologies in agriculture. / I.I. Kashapov, B.G. Ziganshin, N.A. Korsakov, A.R. Valiev // Actual problems of the energy sector of the agroindustrial complex: proceedings of VI International Scientific Practical Conference). - Saratov: OOO “TseSAin”, 2015.- P.88-90
5. Mazitov N.K. Energy-saving technologies and equipment for tillage and sowing in dry conditions. [Energoresursosberegayuschie tekhnologii i tekhnika dlya obrabotki pochvy i poseva v zasushlivykh usloviyakh]. / N.K. Mazitov, B.G Ziganshin, A.R. Valiev, L.Z. Sharafiev, I.R. Rakhimov, Kh.Kh. Shaydullin, M.K. Shaykhov, S.M. Yakhin, F.F. Khisameev // Vestnik Kazanskogo GAU. - Herald of Kazan SAU. - 2013. - № 4 (30). - P. 65-75
6. Mazitov N.K. Vlago-energosberegayuschaya tekhnologiya i tekhnika vozdelyvaniya podsolnechnika. // Sovremennoe sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya mekhanizatsii i tekhnicheskogo servisa agropromyshlennogo kompleksa. (Moisture-energy-saving technology and sunflower cultivation technology. / N.K. Mazitov, L.Z. Sharafiev, D.T. Khaliullin, S.M. Yakhin, R.F. Sadriev // Current status, problems and future development of mechanization and technical service of the agro-industrial complex). - Kazan: Izd-vo Kazanskogo GAU, 2017 - P. 63-72
7. Tagirov M.Sh. Sberegayuschie tekhnologii - osnova povysheniya effektivnosti v zemledelii. [Saving technologies are the basis for improving efficiency in agriculture]. / M.Sh. Tagirov, R.N. Minibaev, A.S. Salikhov, R.I. Safin, B.G. Ziganshin, A.R. Valiev and others. - Kazan: Kazanskogo GAU. - 2006. - P. 50.
8. Fayzrakhmanov D.I., Nezhmetdinova F.T., Ziganshin B.G., Valiev A.R. Food safety in the WTO. [Bezopasnost produktov pitaniya v usloviyakh VTO]. // Selskiy mekhanizator. - Rural mechanization.- 2013. -№ 11 (57). - P. 4-6
9. ASAE EP405.1, Design and installation of micro irrigation systems, in ASAE: Standards, ASAE, St. Joseph, MI, 2003.
10. E. López-ata, J. Tarjuelo, J. deJuan, R. Ballesteros, A. Domínguez, Effect of irrigation uniformity on the profitability of crops, Agric. Water Manag. 98(1) (2010)190-198.
11. H. Guan, J. Li, Y. Li, Effects of drip system uniformity and irrigation amount on cotton yield and quality un deraridconditions, Agric. Water Manag. 124(6) (2013) 37-51 p.
12. International Commission on Irrigation and Drainage (ICID), 2000. Sprinkler and Micro-Irrigated Areas in Some ICID Member Countries (2000), http://www.icid.org/ index_e.html.
13. ISO 9260, Agricultural Irrigation Equipment-Emitters: Specifications and Test Methods, 1991.
14. ISO 9261, Agricultural irrigation equipment - Emitting-pipe systems: Specification and Test Methods, 1991.
15. Moshe Sne, (2006). Guidelines for Planning and Design of Micro Irrigation In Arid And Semi-Arid Regions. International commission on irrigation and drainage (ICDI): 1-14 p.
16. Ozekici, B. and S. Bozkurt, (1999). Determination of hydraulic performances of in-line emitters. Tr. J. of Agric. and Forestry, 23: 19-24 p.
17. Smajstrla, A.G.; B.J. Boman; D.Z. Haman; D.J. Pitts and F.S. Zazueta, (2011). Field evaluation of micro-irrigation water application uniformity. Agricultural and biological engineering department. Florida cooperative extension service. Institute of food and agricultural sciences, Florida, USA.
