МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 631.347

ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ПОЛИВА ШИРОКОЗАХВАТНЫМИ

ДОЖДЕВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ

 

Л.А.Чернолихов    аспирант

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

г. Москва, Россия

М.Н.С.  ФГНУ ВНИИ «Радуга», Московская обл., пос. Радужный, Россия

 

Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо создание оптимальных условий произрастания растений при помощи направленного регулирования водного, воздушного и питательного режимов. Одним из эффективных приемов благоприятного воздействия на эти условия является орошение земель.

Ирригационный фон Российской Федерации оценивается в 29 млн га земель с регулярным орошением и 74 млн га земель с дополнительным орошением /Орошение и осушение в странах СНГ. М.: Мелиоводинформ, 1999/.

В Российской Федерации в 2004 г. к разряду орошаемых земель отнесены 4,5 млн га сельскохозяйственных угодий, однако фактически поливалось не более 1,3 млн га.

Из-за неисправности оросительной сети не поливались 0,95 млн га, а из-за  неисправности оросительной техники 1,0 млн га. Требуется проведение комплексной реконструкции гидромелиоративных систем на площади 1,9 млн га.

Определено, что на 01.09.2004 г. общее количество дождевальных машин составляет 19177 штук, в том числе машин с истекшим сроком службы – 11615 шт. (60,6 %), исправных 12926 шт. (67,4 %).  Состав парка включает: ДМ «Фрегат» – 8168 шт., «Волжанки» – 3050 шт., «Днепр» – 363 шт., «Кубань» – 240 шт., ДДА-100,  ДДА-100МА-2527 шт., ДДН-70,100 – 1566 шт.,  шланго-барабанных – 370 шт., (импортных 340 шт.),  прочих машин и установок – 2893 шт. Площадь орошаемых земель под поверхностным поливом не превышает 5 %, при уровне механизации систем поверхностного орошения – не более 10 %.

На данный момент отечественный парк дождевальной техники на 35 % состоит из машин 1-го поколения (ДДА-100М и ДДН-70,100), которых в США – не более 2 %. По Московской области – 80,0 %, по Ростовской области – 54,3 %. На дождевальные машины 2-го поколения приходится 62,6 % (Фрегат – 39,7 %, Волжанка – 19,7 %, Днепр – 3,2 %), а на машины 3-го поколения, соответствующие современному техническому уровню серийных зарубежных образцов (ДМ «Кубань»), не более 1,4 %.

Очевидно, что в ближайшие 5 лет потребуется полная замена существующего парка дождевальной техники. Предварительная оценка показывает, что при сохранении существующей площади орошения, структуры севооборотов и парка поливной техники может потребоваться: широкозахватных дождевальных машин кругового действия – 8000 шт., широкозахватных дождевальных машин фронтального действия – 3600 шт. (типа «Кубань», Bauer, Vallеy, Zimmatic), мобильных дождевальных агрегатов, работающих от открытой оросительной сети (типа ДДА-100ВХ), – 2500 шт., шланго-барабанных дождевальных машин – 1600 шт., мобильных систем на основе быстросборных трубопроводов (комплекты по 50 га) – 2000 шт., систем микроорошения и капельного орошения (в пересчете на 10 га каждый комплект) – 3000 шт. Ориентировочно капиталовложения на приобретение техники могут составить от 10,0 до 15,0  млрд руб.

В России имеются мощности для производства следующих образцов техники: серийные ДМ «Фрегат», широкозахватные машины с пониженным напором – ДМ «Фрегат-Н», ЭДМ «Кубань-Л», «Кубань-ЛК» и комплект малогабаритных ДМ на базе «Кубань» и «Фрегат, дождевальная машина ДКШ-64 «Волжанка», дождевальные агрегаты ДДА-100ВХ и ДДА-10В и шланговые дождеватели «Агрос-322, «Агрос-75», дождевальная техника для орошения мелкоконтурных участков с площадью от 1 до 5 га, ДШ-1, ДШ-0,6П, КИ-5, КИА-5, КСИД, импульсно-капельные системы.

На Российском рынке активно действуют зарубежные фирмы: Rain Bird (США), Sigma (Чехия), R.Bauer (Австрия), OCMYS (Италия), France Pivot и T-Sуstems Europe (Франция), Netafim (Израиль), Vallеy (CША), и др.

По показателям производительности энергоемкости, материалоемкости, трудозатрат, качеству полива  однотипные отечественные научно-технические разработки и зарубежные серийные дождевальные машины существенно не различаются.

Одним из направлений практического возрождения орошаемого земледелия в стране является разработка мероприятий по своевременному совершенствованию дождевальной техники и ее восстановлению на действующих оросительных системах на базе современных научно-технических достижений, обеспечивающих энергосберегающие и экологически безопасные технологии полива. Это позволит продлить срок  службы техники орошения на ближайшие 5-8 лет.

Решения по обеспечению малоэнергоемких и экологически безопасных технологий полива дождевальными средствами для тех или иных почвенно-рельефных условий определяются оптимизацией параметров и конструктивным усовершенствованием водораспределительных  узлов, дождеобразующих устройств и схем их расстановок, а для многоопорных  машин, кроме того – их ходовых  систем и приводов.

Для орошения дождеванием широкое распространение в странах СНГ (в Поволжье, на Северном Кавказе, Украине, Молдове, Казахстане и других районах) из общего парка дождевальной техники имеют многоопорные дождевальные машины (ДМ) с поливом в движении по кругу «Фрегат» и «Кубань-ЛК1».  Для примера, в США более 50 % площадей орошается машинами подобного типа. Применение отмеченных ДМ позволяет автоматизировать процесс полива и выращивать высокие урожаи сельскохозяйственных культур.

Первоначальное освоение ДМ столкнулось с проблемами их экологического несоответствия по качеству полива, энергетическим, опорно-сцепным и профильным свойствам по рельефу и несущей способности почв условиям орошаемых земель, обусловливающим, снижение эффективности возделывания сельскохозяйственных культур и применение на орошаемых полях с ДМ других средств механизации.

Обеспечение производительной работы ДМ при соблюдении энергосберегающих и эрозионно-безопасных технологий полива на полях, имеющих значительную изменчивость физико-механических свойств почвы и рельефа, исходя из больших длин дождевателей и орошаемых площадей, а также из условия особенностей динамики и старт-стопного режима движения многозвенных конструкций машин, и многократности проходов  тележек по одному следу, – представляет собой сложную техническую проблему.

Разработка поставленных вопросов потребовала решения взаимосвязанной совокупности научных и практических задач, базирующихся на комплексных исследованиях системы «дождь – поверхность орошения – дождевальная машина».

При этом основным направлением является дальнейшая модернизация и разработка новых дождевальных машин, создание экологических и энергосберегающих технологий полива, гарантирующих наряду с другими аспектами совершенствования, получение экологически обоснованных урожаев сельскохозяйственных культур.

С учетом большого опыта работы современных широкозахватных дождевальных машин фронтального действия (ЭДМФ «Кубань-Л», МДФА «Таврия»), двухконсольных дождевальных агрегатов ДДА-100ВХ, ДДА-100В и результатов сравнительных испытаний насадок различного типа в ФГНУ ВНИИ «Радуга», при участии автора, разработаны технические решения по модернизация дождевого пояса ДМ «Фрегат». Модернизация заключается в замене серийных дождевальных аппаратов на малоинтенсивные, экологически безопасные, энерговодосберегающие и почвощадящие дождеобразующие устройства, основными частями которых являются современные дождевальные короткоструйные  насадки  секторного действия со сферическим дефлектором и регулируемым съемным соплом (рис. 1 б, в), которые  являются  модернизацией  насадки  по  авторскому  свидетельству №1729603 (рис. 1 а). Пример оптимизированной схемы расстановки дождеобразующих устройств модернизируемого дождевого пояса машины по разработанной методике представлен на рис. 2.

 

 

Рис. 1. Короткоструйные дождевальные насадки секторного действия

а) – насадка МДФА «Таврия», авт. свидетельство № 1729603;  б, в) короткоструйные

насадки  секторного действия со сферическим дефлектором и регулируемым съемным

соплом (разработка автора); 1 – корпус; 2 – дефлектор; 3 – сферическая отражательная

поверхность; 4 – присоединительный участок; 5 – центральный сквозной канал;

6 – конфузор; 7а – сопло; 7в – сопло первого уровня; 8 – плоскость истечения струи в

атмосферу; 9 – крепежный винт; 10 – съемное, регулируемое, высокоточное сопло

второго уровня

 

Конструкция этой насадки отличается тем, что с целью улучшения расходно-напор-ной характеристики и повышения равномерности распределения образуемого слоя дождя, проходной канал выполнен в форме конического конфузора с центральным углом конусности α = 13-15º и с регулируемым съемным высокоточным (до тысячных миллиметра) соплом второго уровня в плоскости истечения струи в атмосферу, при этом высота сопла не превышает половины его диаметра, то есть h ≤ 0,5d.

Эта насадка является менее энергоемкой (коэффициент расхода увеличивается до μ = 0,95 и более), по сравнению с дождевальными аппаратами, обеспечивает непрерывное образование высокодисперсного мелкокапельного моросящего дождя  (средний диаметр капли дождя уменьшается до dk = 0,7-0,8 мм), приближающийся по качеству и структуре к естественному, что приводит к улучшению качества полива по сравнению со среднеструйными дождевальными аппаратами за счет повышения равномерности распределения слоя дождя при повышении коэффициента полива до 0,85 и более. За счет уменьшения диаметра капли дождя в 1,8-2,1 раза уменьшается в 4-5 раз сила ударного воздействия капель дождя на почву и растения, что повышает экологическую безопасность технологического процесса полива, особенно при поливе рассады и всходов на мелкоструктурированных почвах.

 

 

 

Рис. 2. Схема расстановки малоинтенсивных дождеобразующих устройств на пролете

модернизированной  ДМ «Фрегат»:

а) местоположение дождеобразующих устройств; б) формирование дождевого облака

насадками; ДН дождевальная насадка; П пробка; Т тележка

 

В результате использования  сменного высокоточного сопла второго уровня мы получаем фактический расход дождевальной насадки, который максимально приближен или равен расчетному. Это достигается за счет технологии изготовления сопла второго уровня (отверстия вырезаются лазерным станком с точностью до тысячных миллиметра).

Благодаря сменному соплу получаем возможность изменения поливной нормы как в экстренных ситуациях (в моменты сильной засухи возникает необходимость резкого увеличения нормы полива), так и при годовых сменах выращиваемых культур. Исключается человеческий фактор при «ручном» подборе дождевальных насадок с калиброванным отверстием.

Увеличивается скорость проектирования дождевальной машины на стадии подбора дождевальных устройств. Исключаются перерасходы оросительной воды вдоль дождевого пояса дождевальной машины, которые, как правило, составляют не менее 10-15% для самых последних модернизированных образцов ДМ «Фрегат», «Кубань-ЛК».

Проблемы дальнейшего совершенствования техники орошения в сложных современных условиях требуют опережающего развития науки в этой области. От правильности выбранных концепций и планов НИОКР зависит во многом будущее поливной техники, оросительных систем и всего орошаемого земледелия России.