Как спроектировать систему капельного орошения: пошаговая разработка схемы

Что включает проектирование системы капельного орошения?

При проектировании системы капельного орошения определяют потребность культуры в воде в период максимального потребления, выбирают капельницы и расстояние между поливными линиями для равномерной подачи воды, затем подбирают трубы, клапаны, оборудование для регулирования давления, фильтрацию и насос, чтобы каждая капельница получала нужное давление. Грамотный проект позволяет удерживать разницу расхода между первой и последней капельницей в зоне в пределах примерно 10%.

Этот метод применим независимо от того, планируете ли вы прокладку труб системы орошения в теплице, в квартале плодового сада или на овощном поле. Меняются только числа. Руководство следует последовательности работы инженера по орошению, содержит простой пример расчёта и объясняет устройство регуляторов давления, капельниц с компенсацией давления и подключение капельной трубки к магистральной трубе.

Как спроектировать систему капельного орошения шаг за шагом

1. Соберите данные об участке: план поля с размерами и высотными отметками, культуру и расстояния между растениями и рядами, гранулометрический состав почвы, источник воды, доступные расход и давление, а также результаты анализа качества воды.
2. Оцените пиковую потребность культуры в воде на растение или на метр ряда.
3. Выберите тип капельниц, расход и расстояние между ними с учётом почвы и культуры.
4. Рассчитайте продолжительность и интервал полива при пиковой потребности в воде.
5. Разделите поле на зоны, чтобы расход каждой зоны соответствовал возможностям источника воды.
6. Подберите диаметры поливных линий, распределительных и магистральных трубопроводов, обеспечивающие допустимые потери давления.
7. Подберите регуляторы давления, клапаны и систему фильтрации.
8. Подберите насос по расходу самой большой зоны и общему требуемому напору.
9. Предусмотрите фертигацию, управление и точки промывки, затем начертите схему системы капельного орошения.

Шаг 1: какие данные об участке нужны?

Перед монтажом системы капельного орошения соберите следующие данные:

• Размеры участка и высотные отметки. Каждые 10 m перепада высот изменяют давление примерно на 1 bar (около 2.31 ft на psi). Уклон часто определяет выбор между стандартными изделиями и изделиями с компенсацией давления.
• Гранулометрический состав почвы. В песчаных почвах вода распространяется вниз узким столбом, поэтому капельницы нужно располагать ближе друг к другу; в глинистых почвах вода распространяется в стороны, что позволяет увеличить расстояние между капельницами и снизить расход.
• Источник воды. Измерьте доступный расход (m³/h или gpm) и статическое давление. Характеристика скважинного насоса или давление в точке подключения к водопроводу определяют, сколько капельниц могут работать одновременно.
• Качество воды. Взвешенные частицы, железо, марганец, жёсткость и водоросли определяют требования к фильтрации и химической обработке. Засорение — наиболее частая причина отказа системы капельного орошения.

Шаг 2: сколько воды нужно культуре?

Пиковую суточную потребность в воде оценивают, умножая эталонную эвапотранспирацию (ET) за самый жаркий период на коэффициент культуры. Для деревьев и широкорядных посадок результат корректируют с учётом доли затенённой или увлажняемой площади. Значения ET публикуют местные сельскохозяйственные консультационные службы и метеорологические сети.

Пример расчёта: поле томатов с междурядьями 1.5 m и пиковым водопотреблением культуры около 6 mm/сут. Один метр ряда занимает 1.5 m², поэтому ему требуется примерно 6 × 1.5 = 9 L в день. При эффективности полива около 90% закладывайте примерно 10 L на метр ряда в день.

Шаг 3: какой расход и шаг капельниц выбрать?

Распространённые значения расхода капельниц — около 1, 2, 4 и 8 L/h. В американских единицах стандартными считаются капельницы на 1 gph (около 3.8 L/h), 2 gph (около 7.6 L/h) и 4 gph (около 15 L/h), а для горшков и субстратов применяют капельницы на 1/2 и 1/4 gph. В капельных трубках со встроенными капельницами шаг обычно составляет 20–50 cm для рядовых культур и 50–100 cm для плодовых садов.

Это исходные ориентиры. По возможности проведите простой тест увлажнения на вашей почве.

Продолжение примера: на суглинистой почве капельная трубка с капельницами на 1.6 L/h через каждые 30 cm даёт около 3.3 капельницы на метр, или около 5.3 L/h на метр ряда.

Шаг 4: как долго должна работать система?

Продолжительность полива равна суточной потребности, делённой на расход воды. В примере: 10 L ÷ 5.3 L/h ≈ 1.9 часа в день при пиковой потребности. Это время можно разделить на два или три коротких полива, особенно на лёгких почвах. Сельскохозяйственные консультационные службы обычно рекомендуют оставлять резерв времени в течение суток, например планировать не более примерно 16–18 часов общей работы, чтобы система могла восполнить дефицит полива после поломки.

Шаг 5: как разделить поле на зоны?

Зона (или блок) — это участок, который поливается одновременно через один клапан. Его расход должен соответствовать возможностям источника воды.

Продолжение примера: на поле площадью 1 ha с междурядьями 1.5 m общая длина рядов составляет около 6,700 m. При расходе 5.3 L/h на метр всему полю потребуется около 35 m³/h. Если скважина даёт 15 m³/h, разделите поле на три зоны с расходом около 12 m³/h каждая. Полив трёх зон по 1.9 часа займёт менее 6 часов в день, что оставляет значительный резерв времени.

Объединяйте в одну зону участки с близкими высотными отметками и сходной почвой, а для разных культур или стадий роста предусматривайте отдельные клапаны.

Шаг 6: какой длины могут быть поливные линии и как подобрать диаметры труб?

Давление вдоль каждой поливной линии падает из-за трения, а также повышается или понижается при изменении высоты. Максимальная длина линии зависит от диаметра трубы, расхода и шага капельниц, входного давления и уклона, поэтому всегда пользуйтесь таблицами длины производителя. В качестве приблизительных ориентиров для ровных участков: тонкостенную капельную ленту диаметром 16 mm часто прокладывают на 100–200 m, капельную трубку диаметром 16 mm — на 80–150 m в зависимости от расхода капельниц, а трубку диаметром 20 mm — на большую длину. Капельная трубка с компенсацией давления позволяет увеличить длину линий.

Для распределительных и магистральных трубопроводов обычно рекомендуют ограничивать скорость воды примерно 1.5 m/s (около 5 ft/s), чтобы снизить потери на трение и риск гидроудара. Для распределительной сети можно использовать трубы из PE, PVC или плоскосворачиваемый шланг. В нашем руководстве «Капельная лента или капельная трубка» рассмотрен выбор поливных линий.

Как подключить капельную трубку к магистрали

1. Просверлите или пробейте аккуратное отверстие в распределительном трубопроводе из PE или PVC инструментом размера, указанного для отводного фитинга.
2. Вставьте уплотнительную втулку и отводной фитинг со штуцером-ёлочкой либо используйте седёлку со старт-коннектором для жёсткой трубы из PVC.
3. Промойте распределительный трубопровод перед подключением поливных линий.
4. Наденьте капельную трубку на штуцер-ёлочку или вставьте в компрессионный фитинг и закрепите, затем установите концевую заглушку или промывочный клапан.

Выбирайте старт-коннекторы с мини-краном, если хотите отключать отдельные ряды. Типы соединителей описаны в руководстве по капельницам и фитингам.

Шаг 7: какое давление нужно для капельного орошения?

Типичное давление в psi для капельного орошения ниже, чем для дождевания:

• Капельная лента: часто около 0.5–1 bar (примерно 8–15 psi).
• Капельная трубка без компенсации давления: часто около 0.5–2 bar (примерно 8–30 psi), в зависимости от изделия.
• Капельницы и капельные трубки с компенсацией давления: обычно поддерживают стабильный расход в диапазоне с нижней границей около 0.5–1 bar и верхней границей 3.5–4 bar; уточняйте по техническому паспорту.

Давление воды из скважины или водопровода часто составляет 3–5 bar и более, что слишком много для капельной ленты и многих фитингов. Поэтому каждую зону обычно оснащают регулятором давления для системы орошения.

Редуктор давления для капельного орошения: с фиксированной настройкой или регулируемый?

Редуктор давления для капельного орошения снижает и стабилизирует давление после себя. Регуляторы с фиксированной настройкой недороги, просты и подходят для небольших зон. Регулируемые регуляторы или гидравлические редукционные клапаны устанавливают на входе крупных зон и на полях с уклоном, где каждому блоку нужна своя настройка. Регулятор давления воды для капельного орошения следует устанавливать после фильтра и зонального клапана, подбирая его по диапазону расхода зоны, а не по диаметру трубы. На склонах разделите поле на участки с отдельным регулятором для каждого или используйте капельную трубку с компенсацией давления.

Когда окупаются капельницы с компенсацией давления?

Капельницы с компенсацией давления обеспечивают практически одинаковый расход в широком диапазоне давления. Используйте такие капельницы или капельные трубки, когда:

• На поле есть заметный уклон или неровности рельефа.
• Поливные линии длинные, и вы хотите сократить число распределительных трубопроводов.
• Растения выращиваются в субстрате, горшках или вертикальных системах, где каждое растение должно получать одинаковый объём воды.

Они стоят дороже, поэтому на коротких линиях на ровном участке часто вполне подходят стандартные капельницы с турбулентным потоком.

Шаг 8: как выбрать фильтрацию и подобрать насос?

В головном узле фильтрация идёт первой. Песчаные фильтры справляются с поверхностной водой, содержащей водоросли; дисковые и сетчатые фильтры подходят для более чистой скважинной воды. Финишная фильтрация для капельного орошения обычно составляет около 120–150 mesh, а для некоторых видов ленты требуется более тонкая очистка. Такие устройства, как автоматический дисковый фильтр с зубчатым механизмом, самоочищаются обратной промывкой. См. наше руководство по фильтрам для орошения.

Напор насоса должен обеспечивать рабочее давление капельниц и компенсировать потери на трение в поливных линиях, распределительных и магистральных трубопроводах, потери в клапанах и фильтрах (с учётом загрязнённого фильтра), потери на инжекторе и перепад высот. Подача насоса должна соответствовать расходу самой большой зоны. Цифровая система орошения с мотопомпой объединяет насос, управление и дозирование для участков без подключения к электросети.

Шаг 9: добавьте фертигацию, управление и промывку

• Фертигация: подбирайте инжекторы по расходу зоны и соотношению подачи маточного раствора и воды; см. как рассчитать параметры системы фертигации. Умная установка фертигации с дозирующим насосом одновременно управляет дозированием и расписанием полива зон.
• Управление: контроллер с мониторингом расхода позволяет легко организовать несколько коротких циклов; см. умные контроллеры полива.
• Защита от обратного потока во всех местах ввода удобрений.
• Воздушно-вакуумные клапаны в верхних точках и на входе каждой зоны, чтобы предотвратить засасывание почвы в капельницы при опорожнении линий.
• Промывочные клапаны или промывочный коллектор на концах поливных линий.

Как смонтировать и ввести в эксплуатацию систему капельного орошения

1. Проложите магистральные и распределительные трубопроводы, тщательно промойте их, затем подключите поливные линии.
2. Подавайте воду при открытых концах поливных линий, пока она не станет чистой, затем закройте их.
3. Настройте каждый регулятор давления и проверьте давление на входе зоны и в конце самой удалённой поливной линии.
4. Измерьте расход капельниц в нескольких точках с помощью ёмкости и секундомера; различия должны составлять не более примерно 10%.
5. Запишите исходные значения расхода и давления для каждой зоны, чтобы по последующим изменениям выявлять засорения или утечки.
6. Запрограммируйте контроллер и фертигацию, затем лично проконтролируйте первые циклы.

Типичные ошибки при проектировании капельного орошения

• Длина поливных линий превышает допустимую производителем, поэтому в дальнем конце растения получают недостаточно воды.
• Отсутствует редуктор давления, поэтому лента лопается или фитинги срываются.
• Недостаточная производительность системы фильтрации или отсутствие фильтра после точки ввода удобрений.
• Зоны слишком велики для производительности насоса или скважины.
• Поливные линии на склонах проложены вверх по склону, а не поперёк или вниз.
• Нет точек промывки, поэтому на концах поливных линий скапливается осадок.

Mars Vertical Farm производит узлы фильтрации, фертигации и насосные установки с возможностями OEM/ODM для дистрибьюторов и подрядчиков. Ознакомьтесь с ассортиментом оборудования для орошения и фертигации или пришлите нам план поля, сведения о культуре и результаты анализа воды, чтобы получить схему капельного орошения и коммерческое предложение на оборудование.

Источники

• Агроконсультационная служба Университета штата Оклахома: системы капельного орошения