CC BY
60
УДК 631.3:631.17
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ МНОГООПОРНЫХ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН В УСЛОВИЯХ ЮГА УКРАИНЫ
А. В. АНТОНЮК
Институт водных проблем и мелиорации НААН Украины г. Киев, Украина, 03022, e-mail: [email protected]
(Поступила в редакцию 24.02.2016)
Гарантированная урожайность сельскохозяйственной продукции возможна только при условии эффективного использования оросительных земель. В первую очередь это относиться к оросительным системам, где используются многоопорные дождевальные машины. Необходимо отметить, что многоопорная дождевальная техника наиболее эффективна при орошении кормовых и зерновых культур. В наше время открытая внутрихозяйственная оросительная система Юга Украины практически непригодна, закрытая сохранилась лучше, так как она изготовлена в основном из асбестоцементных и стальных труб. Однако, она используется всего на 30 % от проектной нагрузки, а во многих случаях она осталась без хозяина и недееспособна. Очевидно, что в дальнейшем на землях с орошением останутся работать только те хозяйства, которые способны учитывать и обеспечивать культуру земледелия, что базируется на сочетании опыта с современными научно обоснованными методами и средствами орошения. Увеличение темпов потепления климата реально и является экологической проблемой, поэтому каждый фермер пытается решать проблемы орошения на своей земле, для получения стабильного дохода. В данной статье приведены результаты исследований технико-эксплуатационных параметров современных круговых многоопорных дождевальных машин и эффективность их использования в условиях Юга Украины.
Ключевые слова: дождевальные машины, эффективность использования, орошение, потепление климата.
Guaranteed yield of agricultural products is possible only with effective use of irrigation lands. This primarily relates to irrigation systems, which use multisupport sprinklers. It should be noted that multisupport sprinklers are the most effective for irrigation of fodder crops and cereals. Nowadays the open intra-farm irrigation system of the South of Ukraine is practically unusable, the closed one has been better preserved, as it is made mainly of asbestos cement and steel pipes. However, it is used by only 30% of the design load, and in many cases it was left without an owner and dysfunctional. It is obvious that in future on irrigation lands there will remain operative only those facilities that are able to take into account and ensure the mode of agriculture that is based on a combination of experience and modern science-based methods and irrigation facilities. Increase in the rate of global warming is real and is an environmental problem, so each farmer is trying to solve irrigation problem on their own land, to obtain a stable income. This article presents results of research into technical and operational parameters of modern circular multisupport sprinklers and effectiveness of their use in the South of Ukraine.
Keywords: sprinklers, efficiency of use, irrigation, climate warming.
Введение
Наибольшего развития орошение Украины достигло в 1989-1990 гг., когда площадь орошаемых земель составляла более 2,5 млн. гектаров, из них в зоне степи 2,1 млн. гектаров. По данным Госво-дагенства Украины по состоянию на 2013 г. площадь орошения уменьшилась до 2,17 млн. гектров, а фактически поливалось около 614 тыс. гектаров. В наше время открытая внутрихозяйственная оросительная система Юга Украины практически непригодна, закрытая сохранилась лучше, так как она изготовлена в основном из азбестоцементных и стальных труб. Однако она используется всего на 30 % от проектной нагрузки, а во многих случаях она осталась без хозяина и недееспособна. Очевидно, что в дальнейшем на землях с орошением останутся работать только те хозяйства, которые способны учитывать и обеспечивать культуру земледелия, что базируется на сочетании опыта с современными научно обоснованными методами и средствами орошения. Увеличение темпов потепления климата реально и является экологической проблемой, поэтому каждый фермер пытается решать проблемы орошения на своей земле, для получения стабильного дохода.
Литературный анализ показывает, что выращивание сельскохозяйственных культур в южных и юго-восточных регионах Украины проводится в условиях недостаточного естественного увлажнения, поэтому восстановление орошения является актуальным вопросом сегодняшнего дня.
По мнению ученых: М. И. Ромащенко, П. И. Коваленко, А. В. Яцика, А. М. Рокочинського, выполнение комплексной оценки различных оросительных систем создает фундамент для диалога на национальном и региональном уровнях, в ходе которых происходит вовлечение всех участников мелиорации земель к выбору наиболее обоснованных решений. Это позволит сохранить существующие насосные станции и оросительные сети, которые долговечны, в большинстве случаев могут прослужить еще не менее 20 лет и обеспечить оптимальную подачу воды на поля при совершенствовании дождевальной техники [1-6]. В работе Ю. И. Гриня [7] пути ресурсосбережения на оросительных системах предусматривают организационные, технологические, технические и энергетические направления. Из этих направлений перспективными для хозяйств является переход на новые технологии и режимы полива, создание новых систем орошения и дождевальных машин нового поколения. Такие системы и машины должны быть низконапорными, обеспечивать качественное проведение полива за счет оптимизации алгоритма водоподачи и сочетание полива с одновременной подачей воды, питательных веществ, веществ для борьбы с болезнями, сорняками и химмелиорантив для структуризации почвы.
В Украине значительное внимание уделялось разработке методов и средств снижения расхода воды и энергии при эксплуатации взаимосвязанного комплекса «оросительная сеть - насосная станция». Этим вопросом широко занимались такие ученые, как В. Н. Попов, Ю. И. Гринь [8-10]. Однако недостаточно изучены вопросы эффективности использования дорогостоящих современных дождевальных машин, поэтому выращивание сельскохозяйственных культур в юго-восточных регионах Украины и восстановление орошения с использованием современной дождевальной техники является актуальным вопросом сегодняшнего дня.
Основная часть
Поставленные задачи решали с применением экспериментальных методов в лабораторных и полевых условиях, с математической обработкой полученных результатов, сравнением теоретических, экспериментальных и полевых результатов исследований. Исследования проводили на закрытых оросительных системах при работе современных дождевальных машин в призводственных условиях.
Комплексные исследования технико-эксплуатационных параметров современных многоопорных дождевальных машин проводили на внутрихозяйственной оросительной системе ПАО «Племзавод «Степной»» Запорожской обл., подачу воды к которой обеспечивает насосная станция НСП-10 Севе-ро-Рогачинской оросительной системы. Насосная станция обслуживает только дождевальные машины ПАО «Племзавод «Степной»», суммарный расход которых составляет 375 л/с. Проведено иссле-
Рис. График расхода электроэнергии и воды насосной станцией за август
Как видно из графика не всегда удавалось оптимизировать загрузку насосной станции. В связи с тем, что в некоторые периоды работы из 5 машин работали только 1-2, поэтому насосная станция перекачивала гораздо больше воды, чем необходимо. В результате удельный расход электроэнергии увеличивался, а энергоэффективность насосной станции снижалась.
Выход из такого положения заключается в увеличении количества одновременно работающих дождевальных машин. На начало поливного сезона 2014 г. их количество было доведено до 6 шт., и появилась возможность загрузить НСП-10 оптимально, тем самым снизить затраты электроэнергии.
В 2014 г. на полях ПАО «Племзавод» Степной»» нами проводились исследования эффективности поливов дождевальными машинами кругового действия «2ттайс» (длина 737 м) и «2ттайс» (длина 450 м) на выращивание кукурузы на зерно и «2ттайс» (длина 737 м) и «2ттайс» (длина 368 м) на выращивание сои. При этом машины «2ттайс» (длина 737 м) работали в стационарном режиме на 1 позиции, а на 2 позициях работали «2ттайс» (длина 450 м) и «2ттайс» (длина 368 м).
Установлено, что при работе круговых дождевальных машин на участках орошения без изменения позиции получены урожаи кукурузы по 103 ц/га и сои по 35 ц/га, соответственно под дождевальными машинами, которые работали на 2 позициях, получены урожаи кукурузы по 82 ц/га и сои по 29 ц/га.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что эффективность полива дождевальных машин, работающих на 2 позициях, значительно ниже, чем у дождевальных машин с работой на 1 позиции. В связи с тем, что дождевальные машины работали на 2-х позициях, в критический момент развития растений полностью не удавалось выдержать оптимальный режим орошения и технологию поливов. Урожайность на этих площадях значительно уступает урожайности площадей, которые находились под стационарными дождевальными машинами.
Определено, что дождевальные машины, которые используют для питания электродвигателей привода тележек дизельный генератор, имеют большие расходы дизельного топлива за поливной сезон, цена которого значительна. Были проведены замеры расхода топлива дизельного генератора при установившемся режиме работы, когда дождевальная машина движется по накатанной колее. При первом проходе расход топлива сильно зависит от состояния почвы и способа его обработки. Чем больше скорость движения и меньше поливная норма, тем больше расход топлива. В результате исследований определены оптимальные условия эксплуатации дождевальной машины с целью уменьшения расхода топлива. В табл. 1 показаны полученные данные исследований расхода дождевальной машиной дизельного топлива и электроэнергии при различных режимах работы. Дождевальные машины «2ттайс» (длина 450 м) и «2ттайс» (длина 310 м) оборудованы для питания и передвижения дизель-генератором.
Дождевальная машина Режим работы ДМ
6 % 7 % 8 % 9 % 10 % 11 % 12 %
Норма полива м3/га
«/ттайс» (450 м) 665 600 536 470 408 340 280
«йттайс» (310 м) 740 680 624 585 544 462 384
Расход дизельного топлива за 1 час, л/час
«йттайс» (450 м) 2,18 2,21 2,24 2,28 2,32 2,37 2,42
«йттайс» (310 м) 2,09 2,1 2,12 2,14 2,17 2,2 2,21
Расход электроэнергии за 1 сутки, кВт ч
«йттайс» (450 м) 1,9 2,6 3 4 5,1 5,8 6,5
«/1тта1:1с» (310 м) 1,7 2,2 2,5 3,3 3,6 4 4,6
Как видно из табл. 1, более высокий расход дизельного топлива и электроэнергии имеет «21ттайс» (450 м) в режиме работы 12, соответствующем поливной норме 280 м /га. В этом случае дизельный двигатель, который приводит в движение электрогенератор, тратит не менее 60 литров дизельного топлива в сутки. Расход электроэнергии электрогенератором на электропривод тележек дождевальной машины составляет в сутки всего 6,5 кВт, объясняется это старт-стопным режимом работы машины. Фактически дизельный двигатель большую часть времени работает в холостом режиме, а его мощность используется неэффективно, что приводит к значительным эксплуатационным расходам на дизельное топливо.
Нами проведено сравнение энергоэффективности при орошении дождевальными машинами «21ттайс» (450 м) и «21тта1ю» (310 м), тележки которых передвигаются за счет электроэнергии, которая вырабатывается дизельным двигателем с электрогенератором, и машинами «21ттайс» (429 М), «2тта1ю ДМ 2» (368 м), «21ттайс ДМ 5» (737 м), электроэнергия к которым подается по силовому кабелю от трансформатора мощностью 10 кВт, установленного на насосной станции. В результате установлено, что удельный расход энергоресурсов на орошение и передвижения по эксплуатации электрифицированных дождевальных машин значительно ниже по сравнению с машинами, которые питаются с помощью дизель-генератора, несмотря на то, что расходы воды и длина этих машин в среднем одинакова. Результаты расчета стоимости общих затрат на энергию при орошении различными модификациями дождевальной машины кругового действия представлены в табл. 2.
Таблица 2. Технико-экономические параметры многоопорных дождевальных машин
Тип ДМ (длина и площадь орошения на одной позиции) Удельные затраты энергоресурсов* Удельная стоимость, грн./1000 м3
электроэнергии на орошение и передвижение ДМ, кВт-час/1000 м3 дизельного топлива на перемещение ДМ, л/1000 м3
Машины с дизель-генератором
«/1ттаЬс ДМ 3» (450м) 72,3 га 116,4 4,55 235,7
«йттаЬс ДМ 4» (310м) 49,2 га 57,8 9,87 238,8
Машины электрифицированы от насосной станции
«йттаЬс ДМ 1» (429м) 66,1 га 99,5 - 139,3
«71ттайс ДМ 2» (368м) 49,7 га 82,3 - 1152
«/1ттаЬс ДМ 5» (737м) 184,7 га 214,1 - 299,6
«йттаЬс ДМ 6» (737м) 184,7 га 214,1 - 299,6
Примечание: *Стоимость электроэнергии - 1,4 грн/кВт; дизельного топлива - 16 грн./л.
Проведенные технико-экономические расчеты (табл. 2) свидетельствуют, что удельный расход энергоресурсов на орошение и передвижение по эксплуатации «2тшайс» (429 м) и «2тшайс» (368 м) значительно ниже по сравнению с «21ттайс» (450 м) и «2тшайс» (310 м), несмотря на то, что расходы воды и длина этих машин в среднем одинаковы. Но наибольшие затраты и стоимость энергоресурсов имеют машины «21ттайс» (737 м), расход воды каждой составляет 115 л/с, рабочее давление 0,38 МПа и площадь орошения 184,7 га, что значительно больше, чем в других машинах.
Заключение
Анализ полученных результатов исследований показывает, что использование современных круговых многоопорных дождевальных машин с электроприводом тележек позволяет получить высокую урожайность и эффективность орошения при оптимальной загрузке насосной станции. Для повышения эффективности дождевальных машин целесообразно вместо дизельного генератора для привода тележек использовать электропитание по силовому кабелю от насосной станции или энергию оросительной воды для привода турбогенератора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коваленко, П. I. Особливосл формування посух в Украш та засоби боротьби з ними / П. I. Коваленко, Л. А. Фшшенко, О. I. Жовтоног, В. I. Ляшевський // Вюник аграрно! науки. - 2002. - № 12. - С. 49-54.
2. Сшговий, В. С. Основш питання рацюнального використання зрошувальних земель. / В. С. Сшговий // Науюж основи землеробства в умовах недостатнього зволоження ( Матерiалами науково-практично! конференцй 21-23 лютого 2000 р. м. Ки!в ) тези допов. - К. 201. - С. 39-41.
3. Ромащенко, М. I. Концептуальш засади вщновлення зрошення у швденному регюш Укра!ни / М. I. Ромащенко // Мелюращя i водне господарство. - 2013. - Вип. 100. - С. 7-17.
4. Коваленко, П. I. Прибутковють зрошення. / П. I. Коваленко, Ю. О. Михайлов, В. I. Сатаев, В. В. Гаскевич // Мель оращя i водне господарство. - 2007. - Вип. 95. - С. 3-12.
5. Яцик, А. В. Еколопчна ситуащя в Украш i шляхи и полшшення / А. В. Яцик. - К.: Орiяни, 2003. - 84 с.
6. Рокочинський, А. М. Науюж та практичш аспекти оптимiзацil водорегулювання осушуваних земель на еколого-економiчних засадах.: Монограф1я / А. М. Рокочинський. - Рiвне: НУВГП, 2010. - 351 с.
7. Гринь, Ю. I. Удосконалення зрошувальних систем на основi ресурсозбертаючих технологш та засоб1в зрошення: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра техн. наук: спец. 06.01.02 «Сшьськогосподарсью мелюрацй» / Ю. I. Гринь. - К., 2000. - 42 с.
8. Коваленко, П. I. Актуальш проблеми використання водних ресурав i мелюрованих земель на сучасному етат / П. I. Коваленко // Мелюращя i водне господарство. - 2011. - № 99. - С. 5-15.
9. Попов, В.М. Визначення статистичних характеристик водоподачi та споживання палива дощувальними машинами / В. М. Попов, К. В. Внукова, Т. В. Матяш // Мелюраця i водне господарство. - 2014. - № 101. - С. 170-178.
