CC BY
48
УДК 631.674
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ РАСХОДА ВОДЫ В ПРОЦЕССЕ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ
Каландаров Палван Искандарович
Доктор технических наук, профессор Национального исследовательского университета
«Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства»
Кутлимуротов Жавлонбек Кадамович
Докторат, Научно-исследовательский институт ирригации и водных ресурсов
В данной статье были проанализированы методы орошения, а также рассмотрены возможности автоматизированных устройств капельного полива, даны описания технологического цикла, показаны преимущество применяемой системы автоматизации, применения автоматизированной системы контроля влажности почвы и количество воды с использованием разработанной гидравлической технологической схемы автоматизации ирригационного процесса, обсуждается принципиальная схема оборудования водораспределения и управления работой системы, а также функциональная схема системы автоматического регулирования влажности почвы. Рассматривается система автоматического регулирования расхода воды в процессе капельного орошения, подаваемой для ее создания, и плавное распределение воды по всему полю, в соответствии с потребностями каждой культуры в определенное время.
Ключевые слова: водные ресурсы, капельное орошение, полив, влажность, контроль влажности почвы, расход воды, сельскохозяйственная культура, автоматизация, автоматическое регулирование, функциональная схема.
AUTOMATIC WATER FLOW CONTROL SYSTEM IN THE PROCESS OF DRIP IRRIGATION
Kalandarov P.I.
Doctor of Technical Sciences, Professor of the National Research University "Tashkent Institute of
Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers'"
Kutlimuratov Zh. K
Doctor, Scientific Research Institute of Irrigation and Water Resources
In this article, irrigation methods were analyzed, as well as the possibilities of automated drip irrigation devices were considered, descriptions of the technological cycle were given, the advantages of the automation system used, the use of an automated soil moisture control system and the amount of water using the developed hydraulic technological scheme for automation of the irrigation process were shown, the schematic diagram of the water distribution equipment and control of the system, as well as the functional scheme of the system of automatic regulation of soil moisture. The system of automatic regulation of water flow in the process of drip irrigation, supplied for its creation, and smooth distribution of water throughout the field, in accordance with the needs of each crop at a certain time, is considered.
Keywords: water resources, drip irrigation, irrigation, humidity, soil moisture control, water consumption, agricultural crop, automation, automatic regulation, functional scheme.
Введение
В последующие годы под руководством Президента Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёева был сделан большой акцент на повышении водной культуры в нашей стране, продвижении реформ в сельском и водном хозяйстве, укреплении материально-технологической базы отрасли.
Осуществляется широкий круг инициатив по разработке передовых методов орошения сельскохозяйственных культур, включая технологию капельного орошения.
Уделяется особое внимание повышению эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения, в том
числе с применением водосберегающих технологий.
В результате приведения механизмов государственной поддержки в соответствие с современными требованиями только в 2021 году водосберегающие технологии внедрены на площади 433 тысячи гектаров и общий показатель их внедрения составил 17 процентов орошаемых площадей [1].
Метод капельного орошения отличается высокой эффективностью, то есть в условиях ограниченности водных ресурсов позволяет получать стабильно высокие урожаи, расходуя меньше воды.
В Научно-исследовательский институт ирригации и водных ресурсов и Национально-исследовательском университете
••Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства» (НИУ
Материал и методы
Вода и питательные вещества для культуры часто даются в небольших количествах, пропорционально ее
потребностям. Растение получает воду и питательные вещества в момент своей необходимости. Благодаря этому способу корневой слой культуры постоянно снабжается влагой и способен впитывать воду и питательные вещества. В этом случае растение направит свою энергию на полноценный рост и повышение урожайности.
Применяемая технология капельного полива (точечный) является для наших условий и испытаний растений идеальным вариантом полива, поскольку данный метод, не мешает корневой системе ••дышать», вода дозировано, благодаря чему каплями подается в прикорневую зону растений. При этом ежедневный анализ количество и периодичность подачи воды в применяемой
ТИИИМСХ) ведутся совместные научные исследования по совершенствованию системы капельного орошения для различных сельскохозяйственных культур (яблоня, груша, айва, слива), республики.
Цель данного исследования заключается в контроле влажности почвы и количество воды, подаваемой для ее создания, и плавное распределение воды по всему полю, в соответствии с потребностями каждой культуры в определенное время. В отличие от других методов орошения, данное капельное орошение создает среду физики воды, оптимальную для растения в почвенном слое, где развиваются корни культуры. Вода всасывается через корни дерева и транспортируется к листьям сложной поверхностью.
системе капельного полива регулируется в соответствии с потребностями растений.
Результаты
Результаты наших исследований в полевых условиях учебного хозяйства НИУ ТИИИСМХ и лабораторные показатели оцениваются преимуществом капельного орошения в первую очередь отражается на экономии водных ресурсов. Это достигается за счет особенностей режима полива, низкого испарения, безотходного потока водных ресурсов. Самое главное, вода вливается в растение из шлангов, почва поля не затвердается, в результате чего нет необходимости перерабатываться между рядами. Поскольку удобрение дается вместе с водой, необходимость использования техники для внесения удобрений отпадает. В результате в полевых условиях экономится рабочая сила и топливные материалы, ручной труд водников резко снижается [2].
Рисунок 1 - Развитие корней растения
Рисунок 2 - Распределение влаги в почве при капельном поливе
Одним из основных преимуществ капельного орошения является применение автоматизированной системы контроля и управления. Применение автоматизации, значительно сэкономит время и облегчит процедуру увлажнения почвы и внесения удобрений, главное исключит возможные потенциальные риски, особенно связанные с человеческим фактором.
Преимущество применяемой системы автоматизации заключается в том что, для полива имеется постоянный источник подачи воды, в результате чего: нет необходимости
тратить время на ручной полив, что невозможно добиться такого же результата как при организованном автоматизированной системе полива, система работает без участия наблюдателя, используемые датчики, отслеживают погоду и влажность почвы, дождевание происходит в автоматизированном режиме, когда это нужно, все элементы находятся под землей на глубине 25 - 30 см, в результате чего вода и электроэнергия используется с высоким КПД.
Где: 1-источник воды: 2-узел, создающий давление: 3-запорная арматура: 4-оборудование для распределения воды и управления работой: трубы: 5-распределители; 6- оросители: 7,8-модульная зона (зона): 9-е
Рисунок 3 - Принципиальная схема системы капельного орошения
С учетом современных требований по снижению энергозатрат ирригационного процесса, на основе существующих конструкторских разработок средств управления для систем капельного и дождевого
орошения низкого давления с водоотводом с импульсным принципом работы разработана гидравлическая технологическая схема автоматизации ирригационного процесса, схема которого показана на рисунке 4.
Где: 1-источник воды; 2-устройство, создающее давление; трубы; 3-магистраль; 4-распределитель,
5-лейка; 6-капельницы (капельно- дождевальные водоотводчики); 7-оборудование для распределения воды и управления работой; 8-дозатор; 9-регулирующий клапан.
Рисунок 4 - Гидравлическая схема автоматизации процесса полива
Гидравлическая схема автоматизации процесса орошения, показанная на рисунке 4, имеет водораспределительное и
эксплуатационное оборудование, с помощью которого обеспечивается попеременная подача воды в зоны орошения (А, Б) и формирование импульсов повышения и понижения давления в трубопроводной сети этих зон. При установке в
ирригационной системе водозаборов с импульсным принципом работы в соответствии с циклами работы управляющей аппаратуры обеспечивается попеременная подача накопленного водозаборами объема воды на растения в зонах орошения. Оборудование водораспределения и управления работой показано на рисунке 5.
Где: 1-узел, формирующий давление; 2-магистральный трубопровод; 3-аппарат для попеременной подачи воды; 4-клапан; 5,6-седло; 7,8-распределительный трубопровод; 9-дозатор; 10-пробка; 11,12-каналы; 13, 15, 16-клапаны; 14,17-седло; 18-пружина; 19-кран.
Рисунок 5 - Принципиальная схема оборудования водораспределения и управления работой системы
Все рассмотренные выше системы капельного орошения-применяются для подачи воды на поля, испытывающие дефицит влаги, для увеличения запасов воды в прикорневых слоях почвы с целью повышения плодородия почвы. Полив в целом улучшает снабжение корней растений влагой и питательными веществами, понижает температуру поверхностного воздуха и повышает его влажность.
К основным способам полива относятся:
1) полив по бороздам с помощью насоса или водой, подаваемой из канала;
2) брызги воды из специально проложенных труб;
3) аэрозольное орошение - орошение мелкими частицами воды для контроля
температуры и влажности поверхностного слоя атмосферы;
4) подпочвенный (внутрипочвенный) полив - орошение земель путем переноса воды непосредственно в зону расположения корней;
5) Лиманное (заливное) орошение -весеннее однократное глубокое увлажнение почвы водами местного стока; дождевание -орошение с использованием самоходных или несамоходных систем кругового или фронтального типа [3].
Ирригационные системы - это инженерно-технические комплексы,
обеспечивающие орошение закрепленных территорий. К ирригационным системам относятся: дождевание; капельное; комбинированный [4].
В сельском хозяйстве чаще используются системы капельного орошения. Капельное орошение-метод полива, при котором с помощью дозаторов-капельниц осуществляется непосредственная подача воды небольшими
порциями в зоны расположения корней выращиваемых растений. Один из вариантов реализации системы капельного полива показан на рисунке 6.
1-насос; 2-блок фильтрации воды; 3-кран; 4-блок внесения удобрений; 5-емкость для жидких удобрений; 6-магистральная труба; 7-распределительная труба; 8 - разъем для подключения трубки капельницы; 9-трубка капельницы (лента).
Рисунок 6 - Схема системы капельного полива
Описание технологического цикла: 1) насос подает воду из скважины, из которой она очищается, в блок фильтрации воды; 2) в очищенную воду добавляется
концентрированный раствор удобрений; 3) вода с добавлением удобрений поступает в магистральный трубопровод; 4) вода из магистрального трубопровода подается на растения по распределительному трубопроводу и капельным трубкам (лентам).
Для обеспечения высокой урожайности на орошаемом участке важно контролировать влажность почвы. Влажность-один из основных
факторов, влияющих на плодородие почвы. В зависимости от сельскохозяйственных культур и почвенных условий для контроля влажности почвы площадь поля распределяется на несколько ирригационных зон. В каждой зоне установлен 1 датчик влажности почвы, который подает сигнал на микроконтроллер, управляющий электромагнитными клапанами, установленными на распределительных трубах. На рисунке 7. представлена функциональная схема автоматизированной системы контроля влажности почвы.
Где: МК1-микроконтроллер; ИМ1 - 4-исполнительные механизмы (клапаны соленоиды); ОУ1 - 4-органы управления (мембранные клапаны); ТК1 - 4-распределительные трубы; ЗО1 - 4-зоны орошения; ДВ1 - 4-датчики влажности.
Рисунок 7 - Функциональная схема АСР (системы автоматического регулирования влажности почвы)
Контроллер устанавливает максимально допустимый уровень влажности. При превышении этого уровня влажности
срабатывает электромагнитный клапан, закрывающий сечение распределительной трубы, подводящей к соответствующей зоне
полива. В процессе управления клапанами происходит изменение расхода воды в системе. Если работа насоса не контролируется, давление в сети увеличивается, понятие сети включает в себя комплекс резервуаров, труб, запорно-регулирующей арматуры, фильтров, по
mi РД1 —> чп1
которым жидкость поступает к насосу и от насоса к потребителю.
На рисунке 8 представлена функциональная схема АСР давления в трубопроводе.
R(t)
РД1 ЧП1 ЭД1 HI mi
Щ1
Рисунок 8 - Функциональная схема АСР давления в трубопроводе
ИЗ 1 - интенсивный задатчик, определяющий требуемое давление; РД 1 -регулятор давления, включающий в себя ПИ -регулятор; ЧП 1 -преобразователь частоты; ЭД 1 - электродвигатель насоса; Н 1 - насос; МТ1-магистральный трубопровод; БД1-датчик давления. Если давление в системе не соответствует требуемому давлению, то преобразователь частоты изменяет скорость вращения рабочего колеса насоса до тех пор, пока давление не достигнет требуемой отметки.
Таким образом, при автоматизации системы капельного орошения необходимо контролировать работу насоса для обеспечения его бесперебойной работы и повышения надежности [5, 6]. Для автоматизации этого процесса отлично подойдет частотный преобразователь [7].
Выводы
В результате проведенных исследование по применению капельного орошения для различных сельскохозяйственных культур получены следующие научные результаты:
Произведены расчеты гидравлических параметров поливных трубопроводов различных конструкций; разработана блок-схема алгоритма гидравлического расчета поливных трубопроводов с регулируемыми капельницами; результаты параметры контуров увлажнения почвенного слоя при различных режимах орошения.
Применение автоматизированной
системы контроля орошения, капельное орошение является наиболее действенным методом обеспечения водой
сельскохозяйственных культур. Однако имеет место, когда эффективность применения различных методов полива обычно составляет 50% и редко превышает 70%. Для выбора метода и применения автоматизированной системы капельного орошения для различных сельскохозяйственных культур, необходимо хорошо спроектировать систему капельного орошения, результаты которого могут обеспечивать 100 процентов эффективности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Постановление Президента Республики Узбекистан «О мерах по дальнейшему совершенствованию внедрения водосберегающих технологий в сельском хозяйстве» № ПП-144, от 1 марта 2022 г.
2. Муратова, Г.Р. Вода как средство производства при организации территории Текст. / Г.Р. Муратова //Землеустройство и земельный кадастр: сб. науч. ст., посвящ. 225-летию Гос. ун-та по землеустройству. М., 2004. - С.330-335.
3. Бочкарев В.Я. Новые технологии и средства измерений, методы организации водоучета на оросительных системах. Новочеркасск 2012. - 227 б.
4. Кахаров, А.А. Способы применения водосберегающих технологий орошения в практике сельского хозяйства предгорной зоны Жамбылской области Казахстана / А. А. Кахаров, Д.М. Нурабаев, А. А. Асканбек, Х.И. Турсунбаев. - // Молодой ученый. - 2022. - № 11 (406). - С. 69-73.
5. Калашников А.А., Мирдадаев М.С., Куртебаев Б.М. и другие. Водосберегающая технология опрыскивания лука капельным орошением (рекомендации). - Тараз: КазНИИВХ, 2012. — 44 с.
6. Каландаров П.И. Контроль влажности агропромышленных продуктов на основе сверхвысокочастотного метода / Каландаров П.И. //Приборы. №4, 2021. С.6-10.
7. Каландаров П.И. Научные основы влагометрии / Каландаров П.И., Логунова О.С., Андреев С.М// Монография. Ташкент. 2021. 174 с.
