CC BY
39
9. Разработать методы оценки пространственно-временной изменчивости неблагоприятных водных явлений для их прогноза на минеральных почвах сельскохозяйственного использования в условиях Беларуси: отчет о НИР (заключ.) / БГСХА; рук. темы В. И. Вихров. - Горки, 2005. - 133 с.
10. Вихров, В. И. Программы расчета вероятности неблагоприятных водных явлений и проектирования гидромелиоративных режимов почв в Беларуси / В. И. Вихров // Мелиорация переувлажненных земель. - 2007. - № 2 (58). - С 48-57.
11. Вихров, В. И. Комплекс программ по моделированию и обоснованию проектных параметров водного режима почв / В. И. Вихров // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. Вып 4. - Рязань: Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ, 2010. - С. 68-77.
12. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семен-дяев. - М.: Наука, 1981. - 720 с.
УДК 631.347.3
В. М. ЛУКАШЕВИЧ
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДОЖДЕВАНИЯ ПРИ ПОЛИВЕ МАШИНОЙ BAUER RAINSTAR T-61
(Поступила в редакцию 26.03.14)
Полив аппаратом SR-140 будет эффективен и целесообра- Watering by the apparatus SR-140 will be efficient and expedi-
зен при скорости ветра не превышающей 3,3 м/с. Коэффици- ent with the speed of wind not exceeding 3.3 m/sec. The coefficient
ент эффективного полива при этой скорости соответствует of efficient watering at this speed corresponds to agro-technical
агротехническим требованиям и равен 0,7. Если же скорость requirements and equals to 0.7. If the speed of wind is more than
ветра больше приведенных значений, то орошение следует abovementioned value, irrigation should be stopped or conducted in
прекращать, или проводить в утренние либо вечерние часы, the morning or evening hours, when the speed of wind is at its low-
когда скорость ветра имеет наименьшее значение. При дож- est. Sprinkling by Bauer 'Rainstar T-61' suggests the following
девании машиной Bauer «Rainstar T-61» основными способами main methods of increasing the quality of watering and reducing the
повышения качества полива и уменьшения влияния ветра на influence of wind on even distribution of artificial rain: change in
равномерность распределения искусственного дождя являют- the method of watering (sectoral sprinkling) and reduction of the
ся: изменение способа полива (полив по сектору); уменьшение diameter of sprinkling nozzle. диаметра дождевальной насадки.
Введение
Дождевание является одним из наиболее распространенных и эффективных способов полива сельскохозяйственных культур. Оно позволяет довольно точно выдерживать различные нормы полива, равномерно и на необходимую глубину увлажнять почву, не ухудшая ее структуры. Вместе с тем улучшаются микроклимат орошаемого участка, жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. Дождевание можно применять там, где другие способы затруднены: на участках со склонами и невыровненным микрорельефом, с легкими супесчаными почвами, неглубоким залеганием грунтовых вод [11, 12].
В Республике Беларусь все более актуальным является полив сельскохозяйственных культур мобильными барабанно-шланговыми дождевальными машинами (БШДУ). В Республике уже освоено серийное производство шланговых дождевальных машин УД-2500, которых выпущено более 60 экземпляров. Кроме того, некоторые хозяйства закупают импортную дождевальную технику [1, 11]. Вместе с тем до настоящего времени не выполнена оценка условий применения этой современной дождевальной техники для нашей республики, что в определенной мере снижает обоснованность, и в конечном счете экономическую эффективность орошения данной техникой.
Данное обстоятельство и определило цель научного исследования - изучение характеристик качественного дождевания мобильной установки Bauer «Rainstar T-61» и способы их повышения.
Анализ источников
Одним из основных показателей качества искусственного дождевания является равномерное распределение дождя по площади полива, которое определяется не только конструктивными особенностями дождевальной техники, но и метеоусловиями. Так, при неравномерном распределении искусственного дождя происходит переувлажнение почвы в одних местах при недостаточном их увлажнении в других. В местах избыточного полива интенсивность дождя будет превышать впитывающую способность почвы, что приведет к образованию почвенной корки, луж и стока и, как следствие, к ухудшению качества орошения и неэффективному использованию воды [2].
Равномерность распределения воды по площади зависит от силы ветра и характеризуется коэффициентом эффективного полива. Опыты кафедры мелиорации УО БГСХА свидетельствуют, что для обеспечения равномерного полива скорость ветра не должна превышать следующих примерных значений: для среднеструйных машин 3-5 м/с, дальнеструйных 2-3 м/с [3, 4, 6].
Однако сведений по изучению влияния ветра и его допустимых значений на качество дождевания машиной Bauer «Rainstar T-61» в литературе не установлено, поэтому проведение исследований по определению равномерности распределения дождя создаваемого мобильной установкой Bauer, представляет практический интерес.
Методы исследования
Исследования проведены на опытном орошаемом поле УО БГСХА «Тушково-1» Горецкого района Могилевской области в 2012-2014 гг. Опыты выполнены в соответствии с методическими указаниями [5, 7, 10]. Изучаемая дождевальная машина Bauer Rainstar T-61 оснащена дальнеструйным аппаратом SR-140. Характеристики давления на оросительной сети снимали с манометра. Диаметр дождевальных насадок аппарата 22 и 24 мм. Продолжительность каждого опыта 60 мин. Скорость ветра определяли через каждые 10 мин. ручным анеморумбометром. Значения радиуса полива и площади захвата дождя определяли непосредственно в полевых условиях, а дальше графически по изогиетам средней интенсивности.
Из литературных источников установлено, что равномерность распределения дождя по орошаемой площади характеризуется коэффициентами эффективного Кэф.п, недостаточного Кнед.п. и избыточного Кизб.п. поливов, которые определяются отношением соответственно эффективно, недостаточно и избыточно политой площади к общей площади захвата дождевальной машины.
Эффективно политая площадь - это площадь, политая с интенсивностью, равной среднеарифметической с отклонением, допускаемым агротехническими требованиями ± 25 %. Во всех других случаях площади следует считать или избыточно, или недостаточно политыми [8, 9].
Согласно агротехническим требованиям, коэффициент эффективного полива должен быть более 0,7. Скорость ветра, обеспечивающая качественный полив, должна находиться в допустимых пределах для конкретных дождевальных машин.
Основная часть
Результаты опытов показали, что наиболее благоприятные условия для полива дальнеструйным дождевальным аппаратом SR-140 создаются при скорости ветра 0-1,0 м/с. В этом случае форма орошаемой площади от аппарата близка к кругу. Поскольку дождевание при орошении малыми поливными нормами происходит практически ежедневно, то, учитывая влияние краевого эффекта от орошения, можно считать, что при скорости ветра до 1,0 м/с увлажняется практически вся мелиорируемая площадь. Коэффициент эффективного полива равняется 0,8. Средняя площадь захвата дальнеструйного аппарата 4160 м2. Средний радиус полета струи 36,4 м.
Таблица 1. Значения дальности полета струи и средней площади захвата поливаемого участка в зависимости от
скорости ветра
Средняя скорость ветра, м/с Дальность полета струи, м Средний радиус полета, м Средняя площадь захвата, м2
против ветра по ветру перпендикулярно ветру
справа слева
0-1 36,4 36,4 36,4 36,4 36,4 4160
1,4 34,9 38,1 37,8 33,2 36,0 4069
3,3 26,0 45,0 25,3 29,7 31,5 3116
5.5 24,4 47 24,5 24,1 30,0 2826
Примечание: диаметр насадки 24 мм; напор 4-5 атм., полив по кругу.
Коэффициент эффективного полива снижается до 0,75 при скорости ветра 1,4 м/с. Средняя площадь захвата и средний радиус полива при этой скорости ветра уменьшаются незначительно. Характер увлажнения существенно изменяется при увеличении скорости ветра до 3,3 м/с. Коэффициент эффективного полива составляет 0,7. Средняя площадь захвата и радиус полива снижаются на 25 % и 13,5 %.
Таблица 2. Значения коэффициента эффективного полива
Средняя скорость ветра, м/с К-нед.п К-изб.п K3d>„
0-1 0.17 0.03 0.80
1,4 0,10 0,15 0,75
3,3 0,10 0,20 0,70
5,5 0,27 0,18 0,55
Примечание: диаметр насадки 24 мм; напор 4-5 атм.; полив по кругу.
Если в безветренную погоду (0-1,0 м/с) радиус полива составляет не менее 36,4 м и очертание площади орошения близко к кругу, то при увеличении скорости ветра до 5,5 м/с зона увлажнения по форме становится близкой к неправильному эллипсу. Дальность полета струи по ветру увеличивается до 47 м, в тоже время против ветра уменьшается до 24,4 м (средний радиус 30 м). Коэффициент эффективного полива не отвечает агротехническим требованиям для дождевальных машин и составляет 0,55, что значительно ниже необходимого. Общая площадь увлажняемого контура при этом снижается на 33 %, а неэффективно политая увеличивается (Кнед.п= 0,27).
Дальнеструйный дождевальный аппарат БЯ-140 может производить поливы как по кругу, так и по сектору. При поливе по сектору поливаемая площадь значительно уменьшается, однако равномерность распределения искусственного дождя при этом увеличивается.
10 31 30 25 20 15 10 5 О
С. 19
Ощрбдви 1 ¡е/щ О.¡9^ 0.45 — 0.52 " 052 0.22 С. 30
4 CJ.JP /у 'О.52 0.46 0.46 0.46 0.52 \ ■0.40
0.19^ .а-? Й —" 0.52 у У 0.46 0.46^ 0.32 0.27 — Й/, л ■ 0.36 С. 42 ■0.57 \ N 0.30
1(3.30 / 0.52 / 0.46 А 0.46 Г 0.34 12, ,, о.зГ^ ) \ С.40 Й.33 \ 0.40\ \ ^ 0.52 \ 0 19
II (3.1 0.46 0.46 /// дм / / 0.27 ( 0.27} ^ Ч' 029 ^ Ч 0.40 \ 0.34 0.46 \)\ 0.57 I 0.19
1 (3.33 0.52 0.46 / / 0.27 \ 0.27 \ )}27 \ 0.27 х ) 0.40 \\ 0.29 0.46 1 1 0.43 \ 0 19
( Р" мм ршрт отжг Я7> &и&Ь/и шщ Ш>. Л
Рис. 1. Распределение дождя по площади захвата дождевальным аппаратом БЯ-МО при поливе по сектору:
диаметр сопла 24 мм; скорость ветра 3,0 м/с
Средний радиус полива, площадь захвата и коэффициент эффективного полива меняют свои значения в зависимости от дождевальной насадки. Так, при скорости ветра 0-1,0 м/с и насадке 24 мм радиус и площадь захвата равны 36,4 м и 2080 м2, это на 1,1 м 124 м2 больше, чем для насадки 22 мм.
Таблица 3. Значения радиуса полета струи и средней площади захвата поливаемого участка в зависимости от скорости ветра
Средняя скорость ветра, м/с Дальность полета струи, м Средний радиус полета, м Средняя площадь захвата, м2
против ветра по ветру перпендикулярно ветру справа | слева
Диаметр насадки 22 мм
0-1 35,3 35,3 35,3 35,3 35,3 1956
2,0 - 36.0 34 34 34.5 1869
3,0 - 37 27 34 32.5 1675
5,0 - 40 24.5 31 31.5 1591
Диаметр насадки 24 мм
0-1 36,4 36,4 36,4 36,4 36,4 2080
3,0 27,0 38,9 33,1 - 33,0 1710
4,0 - 40,5 25,0 33,5 33,0 1710
7,0 - 47,5 22,5 25,0 31,5 1558
Примечание: диаметр насадки 22-24 мм; напор 4-5 атм.; полив по сектору.
Анализ табл. 3 показывает, что средний радиус полета струи при поливе по сектору уменьшается до 31,5 м при скорости ветра 7,0 м/с, а при поливе по кругу он имел такое же значение при скорости ветра 3,3 м/с. Это говорит нам о том, что способ полива по сектору является более ветроустойчивым, чем по кругу.
Если сравнивать коэффициенты эффективного полива при разных способах дождевания (по кругу или по сектору), то сразу заметно, что коэффициенты при одинаковых условиях выше при поливе по сектору.
Таблица 4. Значения коэффициента эффективного полива
Средняя скорость ветра, м/с | Кнедп 1 К^бп 1 Кэфп
Диаметр насадки 22 мм
2,0 0.02 0.19 0.79
3,0 0,13 0,11 0,76
5,0 0,17 0,17 0,66
Диаметр насадки 24 мм
0-1 0.17 0.03 0.80
3,0 0.10 0.16 0.74
4,0 0,10 0,20 0,70
7,0 0,29 0,17 0,54
Примечание: диаметр насадки 22-24 мм; напор 4-5 атм.; полив по сектору.
Коэффициент эффективного полива соответствует агротехническим требованиям при скорости ветра до 4,0 м/с, а при поливе по кругу 3,3 м/с. (диаметр сопла 24 мм). Неэффективно и избыточно политые площади составляют 10 % и 20 % от общего увлажняемого контура. Данные табл. 4 и рис. 1, 2 свидетельствуют о том, что Кэф.п увеличивается также при уменьшении диаметра дождевальной насадки.
ростъ ветра, м/с у ькоростъ ветра, 1
а) б) в)
Рис. 2. Изменение показателей равномерного полива дальнеструйным аппаратом SR-140 при дождевании по сектору в зависимости от скорости ветра: а) средняя площадь захвата; б) средний радиус полива; в) коэффициент эффективного полива (диаметр насадки 24 мм; напор 4-5 атм.)
ч ¡000
I ]
Скорость ветра, м/с ^ Скорость ветра, м/с
а) б) в)
Рис. 3. Изменение показателей равномерного полива дальнеструйным аппаратом SR-140 при дождевании по сектору в зависимости от скорости ветра: а) средний радиус полива; б) средняя площадь захвата; в) коэффициент эффективного полива (диаметр насадки 22 мм; напор 4-5 атм.)
Обработка опытных данных методом регрессионного анализа и обобщение литературных данных, позволили получить уравнения для определения зависимости радиуса полива, средней площади захвата, коэффициента эффективного полива от скорости ветра. Так, при дождевании природной водой уравнения имеют вид (табл. 5):
Таблица 5. Уравнения связи показателей равномерного полива от скорости ветра
Показатели Уравнения Коэффициент корреляции Коэффициент детерминации Пределы применения Показатели | Скорость ветра, м/с
Диаметр насадки 22 мм
Радиус полива Дй = 35,75- а 0М6" 0,96 0,91 31,5-35,3 м 0-5,0
Площадь полива Р = 1999,8- а'ХМ1и 0,95 0,91 1591-1956 м2
Коэффициент эффективного полива К„ - 0,90 • а001" 0,99 0,98 0,66-0,79
Диаметр насадки 24 мм
Радиус полива Ка =36,38- а~ °,°23" 0,95 0,90 31,5-36,4 м 0-7,0
Площадь полива Р = 2078 • я-0-045" 0,95 0,90 1558-2080 м2
Коэффициент эффективного полива К^ =0,84.^* 0,96 0,92 0,54-0,80
Примечание: аппарат SR-140 работает по сектору, диаметр насадки 22 и 24 мм; напор 4-5 атм.
Где Rв - средний радиус полива, м; Р - средняя площадь захвата при поливе, м2; Кэф.п - коэффициент эффективного полива при дождевании аппаратом SR-140; и - средняя скорость ветра, м/с; е - основание натурального логарифма.
Полученные уравнения характеризуются: высоким коэффициентам корреляции 0,95-0,96; индексом детерминации 0,90-0,98; критерий существенности на 5 %-ном уровне значимости 5,27 при теоретическом 3,18. Уравнения характеризуются следующими условиями: напор на оросительной сети 4,0-5,0 атм; диаметр дождевальной насадки 22-24 мм; аппарат работает по сектору; скорость ветра 0-7,0 м/с.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что равномерность полива определяется не только ветровым режимом района орошения, но также способом полива (по кругу или по сектору, диаметром дождевальной насадки).
Заключение
В результате исследований было установлено, что при поливе по кругу дальнеструйным аппаратом SR-140 наилучшая равномерность распределения слоя осадков наблюдается при скорости ветра 0-1 м/с: коэффициент эффективного полива составляет 0,8; контур увлажнения представляет круг с радиусом 36,4 м; средняя площадь поливаемого участка 4160 м2.
Полив аппаратом SR-140 будет эффективен и целесообразен при скорости ветра, не превышающей 3,3 м/с. Коэффициент эффективного полива при этой скорости соответствует агротехническим требованиям и равен 0,7. Если же скорость ветра больше приведенных значений, то орошение следует прекращать, или проводить в утренние либо вечерние часы, когда скорость ветра имеет наименьшее значение. При дождевании машиной Bauer «Rainstar T-61» основными способами повышения качества полива и уменьшения влияния ветра на равномерность распределения искусственного дождя являются: изменение способа полива (полив по сектору); уменьшение диаметра дождевальной насадки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агроэкологический мониторинг дождевальной техники на учебно-опытном комплексе «Тушково-1» Горецкого района: Отчет о НИР. - Горки: УО БГСХА, 2010. - С. 6-22.
2. Анженков, А. С. Влияние ветра на качество дождевания животноводческими стоками / А. С. Анженков, Г. А. Рай-лян // Мелиорация. - 2011. - № 2 (66). - С. 34-38.
3. Желязко, В. И. Дождевание многолетних трав стоками свиноводческих комплексов: дис....канд. техн. наук: 06.01.02 / В. И. Желязко. - Горки, 1987. - 138 с.
4. Лихацевич, А. П. Сельскохозяйственные мелиорации: учеб. для студ. высш. учеб. завед. по спец. «Мелиорация и водное хозяйство» / А. П. Лихацевич, М. Г. Голченко, Г. И. Михайлов; под ред. А. П. Лихацевича. - Минск: ИВЦ Минфина, 2010. - 464 с.
5. Методические указания по расчету мелиоративных и энергетических показателей разбрызгивающих устройств / Мос-ков. гос. ун-т природообустройства; сост. С. П. Ильин, И. С. Сильченков. - М., 2006. - 24 с.
6. Невдах, В. И. Повышение качества дождевания культурных пастбищ на минеральных почвах Белоруссии: дис.канд. техн. наук / В. И. Невдах. - Горки, 1986. - 226 с.
7. Оборудование сельскохозяйственное оросительное. Аппараты дождевальные вращающиеся. Часть 1. Требования к конструкции и эксплуатационным характеристикам: ГОСТ ИСО 7749-1-2004. - Введ. 01.01.2008. - Минск: Межгос. совет по стандартизации, метеорологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2004. - 24 с.
8. Определение качества дождя при работе дождевальных аппаратов, установок и машин: рекомендации. - Ставрополь, 1973. - 22 с.
9. Оросительные системы: ТКП 45-3.04-178-2009(02250). - Введ. 29.12.2009 г. № 441. - Минск: Минстройархитектура, 2010. - 70 с.
Ю.Основы природообустройства и защиты окружающей среды / Москов. гос. ун-т природообустройства; сост. С. П. Ильин, Ю. И. Сухарев. - М., 2008. - 58 с.
11. Снипич, Ю. Ф. Совершенствование технических средств орошения дождеванием / Ю. Ф. Снипич. - Новочеркаск: ООО «Геликон», 2007. - 110 с.
12. Справочник по механизации орошения / Б. Г. Штепа [и др.]; под ред. Б.Г. Штепы. - М.: Колос, 1979. - 303 с.
УДК 662.997:621.472
Ж. Д. САДЫКОВ, Т. Ф. ФАЙЗИЕВ, Т. З. ЗИЯЕВ, А. А. МАНСУРОВ, К. Р. ТРАХИМОВА
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ С ПАССИВНОЙ СИСТЕМОЙ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ
(Поступила в редакцию 26.03.14)
Рассмотрена конструкция пассивной системы солнеч- We have examined the structure of passive system of solar
ного отопления с коллекторно-аккумулирующей стенкой heating with collecting-accumulating wall for agricultural
для сельскохозяйственных сооружений, позволяющая buildings, which helps to reduce losses of heat through glass
уменьшить тепловые потери через остекление вследствие due to the reduction of temperature of blackened surface of the
снижения температуры зачерненной поверхности стенки wall during air filtration and to increase efficient conduction of
при фильтрации воздуха и увеличения эффективной тепло- heat of the wall. Besides, collecting-accumulating wall can be
проводности стенки. Кроме того, коллекторно- used as a ventilation device with natural or artificial supply of
аккумулирующая стенка может использоваться как вен- fresh heated air. тиляционное устройство с естественной или принудительной подачей свежего подогретого воздуха.
Введение
В настоящее время ведутся интенсивные поиски путей преодоления так называемого энергетического кризиса, направленные в первую очередь на изыскание возможностей экономии энергии, более рациональное использование топлива. В последнее время (десятилетие) наблюдается тенденция резкого колебания цен на энергию в соответствии с уровнем потребления: как только обнаруживаются признаки нехватки энергии, цены на нее увеличиваются. Но потребление энергии будет все больше возрастать, а ресурсы истощаться и это непременно скажется на потреблении и ценах всех видов используемой энергии. В условиях возрастающего роста потребления энергии во всем мире и дефицита топливно-энергетических ресурсов, связанных с невозобновляемостью органического топлива, огра-
