CC BY
43ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ
HYDRALIC CALCULATION OF DRIP IRRIGATION SYSTEM
УДК 631.6
Сафронова Татьяна Ивановна
доктор техн. наук, профессор кафедры «Высшая математика», Кубанский
государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина
Фияткин Дмитрий Александрович,
Магистрант 2-го курса факультета гидромелиорации,
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина
Сафронова Т.И. saf5 5555@yandex. ru
Фияткин Д.А. fiyatkin@mail.ru
Аннотация
Капельное орошение - перспективное и широко развивающееся направление орошаемого земледелия. Применение капельного орошения положительно влияет на рост и развитие растения, повышает урожайность садов на 20-50 % в сравнении с другими способами полива. Экономия воды при использовании капельного орошения составляет 30-60 %. В статье подобрана расчетная трасса, составлена математическая модель, на основе которой выполнены гидравлические расчеты, подобран насос, обеспечивающий нужный напор. По результатам работы можно говорить о выгодности перехода на капельное орошение.
Summary
Drip irrigation is a promising and widely developing area of irrigated agriculture. The use of drip irrigation has a positive effect on the growth and development of plants, increases the productivity of gardens by 20-50% in comparison with other methods of irrigation. Water saving when using drip irrigation is 30-60 %. In the article, the calculated route is selected, a mathematical model is compiled on the basis of which hydraulic calculations are performed, and a pump is selected that provides the desired head. Based on the results of the work, we can talk about the profitability of switching to drip irrigation.
Ключевые слова: капельное орошение, гидравлический расчет, расчетная трасса.
Key words: drip irrigation, hydraulic calculation, settlement route.
Система капельного орошения состоит из ряда компонентов -эмиттеры (капельницы), капельные ленты, магистральные ПВХ трубы, насосы, фильтры, регулирующие клапаны, мини краны и т.д. Каждый компонент должен быть заранее корректно спроектирован.
Отметим преимущества капельного полива перед дождеванием при орошении плодовых культур:
- создание благоприятных условий выращивании сельхоз культур (оптимальные водный, воздушный, питательный и тепловой режимы);
- экономия водных ресурсов (за счет увлажнения околокорневой зоны растений, сокращения потерь на испарение, отсутствия потерь от периферийного стока воды);
- снижение вероятности переноса различных болезней, так как поверхность листьев растений не увлажняется как при дождевании;
- повышение температуры воды при капельном орошении создает более благоприятные условия для развития растений, чем при дождевании, что способствует получению более ранних урожаев;
- снижение трудовых и энергетических затрат;
- возможность вносить удобрения в растворенном виде в корневую зону вместе с оросительной водой, что способствует быстрому поглощению питательных веществ растениями.
Любая система капельного полива имеет свою конструкцию, в которой имеются основные детали, обеспечивающие постоянную подачу оросительной воды к участку орошения растений [2]. Рассмотрим проектирование трубопроводной сети распределения поливной воды.
Источники воды под орошение разделяют на естественные (реки, моря, озера) и искусственные (пруды, водохранилища, скважины). Подача оросительной воды к орошаемому участку производится из источника воды с помощью насосной станции, далее подается на магистральный трубопровод или канал.
Распределение оросительной воды на участках полива производится при помощи распределительных трубопроводов. При капельном орошении характерны трубопроводы, изготовленные из полиэтилена, что является экономичнее. Из них вода идет на поливные трубопроводы, непосредственно в которых установлены капельницы. Поливные трубопроводы называют лентами, они могут находиться на поверхности почвы и внутри почвы, в зависимости от конструкции оросительной сети [2].
Капельница - это устройство, устанавливающее дозу подачи жидкости (воды), выполняющее роль контроля подачи оросительной воды к поливной
культуре. В настоящее время существует большое количество капельниц с разным расходом, что дает возможность получить точный план поливов. Капельницы имеют свою конструкцию, дающую возможность через них вносить нужные удобрения вместе с оросительной водой, также имеют защиту от засорения малыми частичками мусора и пыли. От более крупного засора на капельных системах предусмотрены очистные сооружения разной конструкции.
Для аналитического описания движения жидкости в поливных и участковых трубопроводах рассматриваем установившееся движение с убывающей массой воды по длине [3,4]. В математической модели в уравнении неразрывности учитываем отток массы жидкости по длине трубопровода
С1 дР , Я V2 _
- • -—\----- и
р дХ 2 й
д-(р-шУ)
дХ
+ т = 0
(1)
где Р - давление жидкости, Па;
X - коэффициент гидравлического трения; V - скорость движения жидкости, м/с; D - диаметр трубопровода, м;
т - масса сосредоточенного оттока жидкости на единицу длины за
единицу времени, кг/см; ю - площадь живого сечения потока, м2; р - плотность жидкости, кг/м3. С учетом сосредоточенного оттока жидкости систему уравнений представим в виде:
с 1 др Я VI — о
р дХ 2 й = д-(р-шУ) дк-р _ д . дХ I
(2)
где дк - расход капельницы, м3/с. Составленную системы уравнений решаем разностей. Задаем начальные и краевые условия
Р1 = Р1+1 = Р1+2 = .... = Р1+п = Ннач, V! = V1+l = Vi+2 = ..
методом конечных
= Vl+n = 0
1 _Р1+1-Р1 + Я.К = о
р
АХ
2 й
дк _ в
АХ АХ
(3)
С учетом начальных и краевых условий получаем следующие выражения:
<
<
<
р. + 1— р. p(yf)2
t + i i 2 D (4)
v. — v- - ^ (
"t+1 — vl „
Ш
Подготовим алгоритм решения:
1. Ввод исходных данных. 2. Ввод начальных и граничных условий. 3. Вычислительный цикл. 4. Вывод результатов расчетов на печать. Составляем программу расчета на языке программирования QWIC BASIC. Приводим результаты расчетов: давление на последней капельнице поливного трубопровода Рк = 9,15 м, а в начале Рн = 10,0 м, суммарные потери на поливном трубопроводе П-1 h = 0,85м. Давление в начале участкового трубопровода Рн =11,9 м, в конце Рк =10,0 м. [5,6]. Суммарные потери на участковом трубопроводе h = 1,9м. Тогда суммарные потери по расчетной трассе равны:
hw = h_3-KT + hco№2 + h3-iKT + h3-i.iKT + hn (5)
где hw - суммарные потери по расчетной трассе, м;
h3-KT - суммарные потери на распределителе старшего порядка, м; hCO№2 - потери на станции очистки №2, м;
h3-iKT -суммарные потери на распределителе младшего порядка, м; h3-i.iKT - суммарные потери на участковом трубопроводе, м; hn - суммарные потери на поливном трубопроводе, м;
hw = 1,565+10,00+0,362+1,9+0,85= 14,68 м. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе подобрана расчетная трасса, на ее основе выполнены гидравлические расчеты, подобран насос, обеспечивающий нужный напор.
Результаты расчетов подтверждают выгодность перехода на капельное орошение.
Литература
1. Сафронова Т.И., Соколова И.В. О дисциплине «Математическое моделирование процессов в компонентах природы» на факультете гидромелиорации // Международный журнал экспериментального образования. 2018. - № 3. - С. 27-3i.
2. Сафронова Т.И., Луценко Е.В. Исследование семантической информационной модели управления качеством грунтовых вод на рисовых оросительных системах // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного университета. 2004. №7. С. 5-28
3. Сафронова Т.И., Соколова И.В. Доказательство влияния контролируемого фактора. В сборнике: Итоги научно-исследовательской
работы за 2017 год сборник статей по материалам 73-й научно-практической конференции преподавателей. - 2018. - С. 239-240.
4. Дегтярева О.Г, Сафронова Т.И., Дегтярев Г.В. Устройство для сбора нефтепродуктов с поверхности воды / Патент на изобретение RUS 222899819.08.2002.
5. Кузнецов Е.В., Сафронова Т.И., Приходько И.А. Системно-информационная оценка экологического состояния рисовой оросительной системы // Мелиорация и водное хозяйство. 2005. - № 3.
6. Сафронова Т.И., Харламова О.П., Приходько И.А. Регулирование солевого режима почв рисовых оросительных систем // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 20i2. № 36. С. 324-329.
Literature
1. Safronova T.I., Sokolova I.V. About the discipline "Mathematical modeling of processes in the components of nature" at the faculty of irrigation and drainage // International Journal of Experimental Education. 20i8. - No. 3. - S. 27-3i.
2. Safronova T.I., Lutsenko E.V. The study of the semantic information model for groundwater quality management in rice irrigation systems // Political Mathematical Electronic Scientific Journal of Kuban State University. 2004. No. 7. S. 5-28
3. Safronova T.I., Sokolova I.V. Evidence of the influence of a controlled factor. In the collection: Results of research work for 20i7, a collection of articles based on materials from the 73rd scientific and practical conference of teachers. - 20i8 .-- S. 239-240.
4. Degtyareva O.G., Safronova T.I., Degtyarev G.V. A device for collecting oil products from a water surface / Patent for invention RUS2228998i9.08.2002.
5. Kuznetsov EV, Safronova TI, Prikhodko IA System-informational assessment of the ecological state of the rice irrigation system // Land reclamation and water management. 2005. - No. 3.
2. Safronova T.I., Kharlamova O.P., Prikhodko I.A. Regulation of the salt regime of soils in rice irrigation systems // Transactions of the Kuban State Agrarian University. 20i2. No. 36. S. 324-329.
