Trả lời ngắn gọn
Để thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt, hãy ước tính nhu cầu nước hằng ngày cao nhất của cây trồng, chọn lưu lượng và khoảng cách đầu nhỏ giọt phù hợp với đất, rồi tính thời gian vận hành. Tiếp theo, chia ruộng thành các khu tưới phù hợp với khả năng cấp nước, chọn kích thước ống nhánh tưới và ống chính để giảm tổn thất áp suất, bổ sung hệ thống lọc và bộ điều áp cho từng khu, rồi tính chọn bơm theo khu tưới lớn nhất.
Thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt nghĩa là gì?
Để thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt, bạn cần xác định lượng nước cây trồng cần ở thời điểm nhu cầu cao nhất, chọn đầu nhỏ giọt và khoảng cách giữa các ống nhánh tưới để cấp nước đồng đều, sau đó tính chọn đường ống, van, thiết bị điều áp, hệ thống lọc và bơm sao cho mọi đầu nhỏ giọt đều nhận được áp suất phù hợp. Thiết kế tốt giữ chênh lệch lưu lượng giữa đầu nhỏ giọt đầu tiên và cuối cùng trong một khu tưới ở mức khoảng 10% trở xuống.
Phương pháp này áp dụng như nhau dù bạn đang lập kế hoạch bố trí đường ống tưới trong nhà kính, một lô vườn cây ăn quả hay ruộng rau. Chỉ có các số liệu thay đổi. Hướng dẫn này trình bày theo trình tự làm việc của kỹ sư tưới, kèm ví dụ tính toán đơn giản, đồng thời giải thích về bộ điều áp, đầu nhỏ giọt bù áp và cách nối ống nhỏ giọt với ống chính.
Cách thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt từng bước
- Thu thập dữ liệu khu đất: sơ đồ ruộng có kích thước và cao độ, khoảng cách cây và hàng, thành phần cơ giới đất, nguồn nước, lưu lượng và áp suất sẵn có, cùng kết quả phân tích chất lượng nước.
- Ước tính nhu cầu nước cao nhất của cây trồng theo từng cây hoặc từng mét hàng.
- Chọn loại, lưu lượng và khoảng cách đầu nhỏ giọt phù hợp với đất và cây trồng.
- Tính thời gian vận hành và khoảng thời gian giữa các lần tưới ở thời điểm nhu cầu cao nhất.
- Chia ruộng thành các khu tưới sao cho lưu lượng của mỗi khu phù hợp với khả năng cấp nước.
- Tính chọn kích thước ống nhánh tưới, ống chính phụ và ống chính để tổn thất áp suất nằm trong giới hạn chấp nhận được.
- Chọn thiết bị điều áp, van và hệ thống lọc.
- Tính chọn bơm theo lưu lượng khu tưới lớn nhất và tổng yêu cầu áp suất.
- Bổ sung hệ thống tưới kết hợp bón phân, điều khiển và các điểm súc xả, sau đó vẽ sơ đồ bố trí hệ thống tưới nhỏ giọt.
Bước 1: Cần những thông tin nào về khu đất?
Trước khi lắp đặt hệ thống tưới nhỏ giọt, hãy thu thập:
- Kích thước và cao độ. Mỗi chênh lệch cao độ 10 m làm áp suất thay đổi khoảng 1 bar (tương đương khoảng 2.31 ft cho mỗi psi). Độ dốc thường là yếu tố quyết định khi lựa chọn giữa sản phẩm thông thường và sản phẩm bù áp.
- Thành phần cơ giới đất. Trong đất cát, nước thấm xuống theo một cột hẹp nên cần bố trí các đầu nhỏ giọt gần nhau hơn; trong đất sét, nước lan theo chiều ngang nên có thể bố trí đầu nhỏ giọt thưa hơn với lưu lượng thấp hơn.
- Nguồn cấp nước. Đo lưu lượng sẵn có (m³/h hoặc gpm) và áp suất tĩnh. Đường đặc tính của bơm giếng hoặc áp suất tại điểm đấu nối mạng cấp nước đô thị quyết định số đầu nhỏ giọt có thể hoạt động đồng thời.
- Chất lượng nước. Chất rắn lơ lửng, sắt, mangan, độ cứng và tảo quyết định yêu cầu lọc và xử lý hóa học. Tắc nghẽn là nguyên nhân phổ biến nhất khiến hệ thống tưới nhỏ giọt không hoạt động hiệu quả.
Bước 2: Cây trồng cần bao nhiêu nước?
Nhu cầu nước hằng ngày cao điểm được ước tính bằng cách nhân lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu (ET) trong giai đoạn nóng nhất với hệ số cây trồng; đối với cây thân gỗ và cây trồng có hàng cách xa nhau, cần điều chỉnh theo tỷ lệ diện tích được che bóng hoặc làm ướt. Các đơn vị khuyến nông địa phương và mạng lưới khí tượng có công bố giá trị ET.
Ví dụ tính toán: ruộng cà chua có khoảng cách hàng 1.5 m, lượng nước cây sử dụng vào cao điểm khoảng 6 mm/ngày. Một mét hàng tương ứng với diện tích 1.5 m², nên cần khoảng 6 × 1.5 = 9 L mỗi ngày. Với hiệu suất tưới khoảng 90%, hãy tính khoảng 10 L cho mỗi mét hàng mỗi ngày.
Bước 3: Nên chọn lưu lượng và khoảng cách đầu nhỏ giọt như thế nào?
Lưu lượng đầu nhỏ giọt phổ biến khoảng 1, 2, 4 và 8 L/h. Theo hệ đơn vị Mỹ, đầu nhỏ giọt 1 gph (khoảng 3.8 L/h), 2 gph (khoảng 7.6 L/h) và 4 gph (khoảng 15 L/h) là các mức tiêu chuẩn; đầu nhỏ giọt 1/2 và 1/4 gph dùng cho chậu và giá thể. Ống nhỏ giọt tích hợp đầu thường có khoảng cách đầu nhỏ giọt 20–50 cm cho cây trồng theo hàng và 50–100 cm cho vườn cây ăn quả.
| Thành phần cơ giới đất | Lưu lượng đầu nhỏ giọt điển hình | Khoảng cách đầu điển hình trên ống nhỏ giọt | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Đất cát, đất cát pha | 1.6–2.2 L/h (khoảng 0.4–0.6 gph) | 20–30 cm | Tưới từng đợt ngắn, thường xuyên để tránh nước thấm sâu quá vùng rễ |
| Đất thịt, đất thịt pha limon | 1–2.2 L/h (khoảng 0.25–0.6 gph) | 30–40 cm | Linh hoạt nhất; phù hợp với nhiều mức lưu lượng và khoảng cách |
| Đất thịt pha sét, đất sét | 0.6–1.6 L/h (khoảng 0.16–0.4 gph) | 40–60 cm | Lưu lượng thấp giúp tránh đọng nước và chảy tràn trên bề mặt |
| Cây thân gỗ (mọi loại đất) | 2–8 L/h mỗi đầu nhỏ giọt, vài đầu cho mỗi cây | 50–100 cm hoặc dùng đầu nhỏ giọt tại từng điểm | Làm ướt khoảng một phần ba đến một nửa diện tích dưới tán cây |
| Giá thể / chậu | 1–4 L/h mỗi cây | Một que cắm tưới hoặc đầu nhỏ giọt cho mỗi cây | Dùng đầu nhỏ giọt bù áp, chống chảy rỉ |
Đây là các thông số tham khảo ban đầu. Nếu có thể, hãy thử nghiệm làm ướt đơn giản ngay trên đất của bạn.
Tiếp tục ví dụ: trên đất thịt, ống nhỏ giọt có đầu lưu lượng 1.6 L/h cách nhau 30 cm sẽ có khoảng 3.3 đầu trên mỗi mét, tương đương khoảng 5.3 L/h cho mỗi mét hàng.
Bước 4: Hệ thống nên vận hành trong bao lâu?
Thời gian vận hành bằng nhu cầu nước hằng ngày chia cho lưu lượng tưới. Trong ví dụ: 10 L ÷ 5.3 L/h ≈ 1.9 giờ mỗi ngày vào cao điểm. Bạn có thể chia thành hai hoặc ba đợt tưới, nhất là trên đất nhẹ. Hướng dẫn khuyến nông thường khuyên dành thời gian dự phòng trong ngày, chẳng hạn không lên kế hoạch vận hành tổng cộng quá khoảng 16–18 giờ, để hệ thống có thể tưới bù sau sự cố.
Bước 5: Chia ruộng thành các khu tưới như thế nào?
Một khu tưới (hoặc lô tưới) là diện tích được tưới cùng lúc qua một van. Lưu lượng của khu phải phù hợp với khả năng cấp nước.
Tiếp tục ví dụ: một ruộng 1 ha có khoảng cách hàng 1.5 m sẽ có tổng chiều dài hàng khoảng 6,700 m. Với lưu lượng 5.3 L/h mỗi mét, toàn bộ ruộng sẽ cần khoảng 35 m³/h. Nếu giếng cung cấp 15 m³/h, hãy chia ruộng thành ba khu, mỗi khu khoảng 12 m³/h. Ba khu, mỗi khu tưới 1.9 giờ, sẽ cần dưới 6 giờ mỗi ngày, nên còn nhiều khả năng vận hành dự phòng.
Bố trí mỗi khu tưới trên diện tích có cao độ và đất tương đồng; dùng van riêng cho các loại cây hoặc giai đoạn sinh trưởng khác nhau.
Bước 6: Ống nhánh tưới có thể dài bao nhiêu và chọn kích thước ống như thế nào?
Áp suất giảm dọc theo mỗi ống nhánh do ma sát, đồng thời tăng hoặc giảm theo cao độ. Chiều dài ống nhánh tối đa phụ thuộc vào đường kính ống, lưu lượng và khoảng cách đầu nhỏ giọt, áp suất đầu vào và độ dốc, vì vậy luôn sử dụng bảng chiều dài của nhà sản xuất. Để tham khảo sơ bộ trên địa hình bằng phẳng, băng tưới nhỏ giọt thành mỏng 16 mm thường được bố trí dài 100–200 m, ống nhỏ giọt 16 mm dài 80–150 m tùy lưu lượng đầu nhỏ giọt, còn ống nhỏ giọt 20 mm có thể dài hơn. Ống nhỏ giọt bù áp cho phép bố trí tuyến dài hơn.
Đối với ống chính phụ và ống chính, một quy tắc kinh nghiệm phổ biến là giữ vận tốc không quá khoảng 1.5 m/s (khoảng 5 ft/s) để hạn chế tổn thất ma sát và hiện tượng búa nước. Mạng lưới phân phối có thể dùng ống PE, PVC hoặc ống mềm dẹt. Hướng dẫn so sánh băng tưới nhỏ giọt và ống nhỏ giọt của chúng tôi giải thích các lựa chọn ống nhánh.
Cách nối ống nhỏ giọt với ống chính
- Khoan hoặc đục một lỗ gọn, không ba via trên ống chính phụ PE hoặc PVC bằng dụng cụ có kích thước quy định cho đầu nối lấy nước.
- Lắp gioăng cao su và đầu nối lấy nước có ngạnh, hoặc dùng đai khởi thủy kèm đầu nối khởi thủy trên ống PVC cứng.
- Xả rửa ống chính phụ trước khi nối các ống nhánh.
- Đẩy ống nhỏ giọt vào đầu nối có ngạnh hoặc đầu nối siết và khóa chặt, sau đó lắp nút bịt cuối ống hoặc van xả rửa.
Chọn đầu nối khởi thủy có van mini nếu muốn ngắt riêng từng hàng. Hướng dẫn về đầu nhỏ giọt và phụ kiện nối trình bày các loại đầu nối.
Bước 7: Tưới nhỏ giọt cần áp suất bao nhiêu?
Áp suất tính bằng psi điển hình của tưới nhỏ giọt thấp hơn tưới phun:
- Băng tưới nhỏ giọt: thường khoảng 0.5–1 bar (khoảng 8–15 psi).
- Ống nhỏ giọt không bù áp: thường khoảng 0.5–2 bar (khoảng 8–30 psi), tùy sản phẩm.
- Đầu nhỏ giọt và ống nhỏ giọt bù áp: thường duy trì lưu lượng ổn định trong dải áp suất có giới hạn dưới khoảng 0.5–1 bar và giới hạn trên 3.5–4 bar; hãy kiểm tra bảng thông số kỹ thuật.
Áp suất nước cấp cho hệ thống tưới nhỏ giọt từ giếng hoặc mạng cấp nước thường ở mức 3–5 bar hoặc cao hơn, quá cao đối với băng tưới và nhiều phụ kiện nối. Vì vậy, mỗi khu tưới thường được lắp một bộ điều áp cho hệ thống tưới.
Van giảm áp cho tưới nhỏ giọt: loại cài sẵn hay điều chỉnh được?
Van giảm áp cho tưới nhỏ giọt giúp giảm và ổn định áp suất phía sau van. Bộ điều áp cài sẵn có giá thấp, đơn giản và phù hợp với khu tưới nhỏ. Bộ điều áp điều chỉnh được hoặc van thủy lực giảm áp được dùng ở đầu các khu tưới lớn hơn và trên ruộng dốc, nơi mỗi lô cần một mức cài đặt khác nhau. Bộ điều áp nước cho tưới nhỏ giọt nên được lắp sau bộ lọc và van khu tưới, chọn theo dải lưu lượng của khu tưới, không theo đường kính ống. Trên đất dốc, hãy chia ruộng thành các khu nhỏ, mỗi khu có bộ điều áp riêng, hoặc dùng ống nhỏ giọt bù áp.
Khi nào đầu nhỏ giọt bù áp đáng để đầu tư?
Đầu nhỏ giọt bù áp cung cấp lưu lượng gần như không đổi trong một dải áp suất rộng. Hãy dùng đầu nhỏ giọt bù áp hoặc ống nhỏ giọt bù áp khi:
- Ruộng có độ dốc hoặc địa hình nhấp nhô rõ rệt.
- Ống nhánh dài và bạn muốn giảm số lượng ống chính phụ.
- Trồng trên giá thể, trong chậu hoặc trong hệ thống thẳng đứng, nơi mỗi cây phải nhận cùng một lượng nước.
Các loại bù áp có giá cao hơn, vì vậy trên những tuyến ngắn, bằng phẳng, đầu nhỏ giọt dòng chảy rối tiêu chuẩn thường đã phù hợp.
Bước 8: Chọn hệ thống lọc và tính chọn bơm như thế nào?
Lọc là công đoạn đầu tiên trong cụm thiết bị đầu nguồn. Bộ lọc cát xử lý nước mặt có tảo; bộ lọc đĩa và lọc lưới phù hợp với nước giếng sạch hơn. Cấp lọc cuối cho tưới nhỏ giọt thường khoảng 120–150 mesh, và mịn hơn đối với một số sản phẩm băng tưới. Các thiết bị như bộ lọc đĩa bánh răng tự động tự làm sạch bằng rửa ngược. Xem hướng dẫn về bộ lọc tưới của chúng tôi.
Áp suất bơm phải đáp ứng áp suất cần tại đầu nhỏ giọt, bù tổn thất ma sát trong ống nhánh, ống chính phụ và ống chính, tổn thất qua van và bộ lọc (tính trong điều kiện bộ lọc bẩn), tổn thất qua bộ châm và chênh lệch cao độ. Lưu lượng bơm phải đáp ứng khu tưới lớn nhất. Hệ thống tưới kỹ thuật số dùng bơm chạy động cơ kết hợp bơm, điều khiển và châm định lượng cho những nơi không có điện lưới.
Bước 9: Bổ sung tưới kết hợp bón phân, điều khiển và súc xả
- Tưới kết hợp bón phân: chọn công suất bộ châm theo lưu lượng khu tưới và tỷ lệ châm dung dịch mẹ; xem cách xác định công suất hệ thống tưới kết hợp bón phân. Máy tưới bón phân thông minh có bơm định lượng xử lý đồng thời việc châm định lượng và lập lịch tưới theo khu.
- Điều khiển: bộ điều khiển có giám sát lưu lượng giúp dễ dàng vận hành nhiều chu kỳ ngắn; xem bộ điều khiển tưới thông minh.
- Chống chảy ngược tại mọi vị trí châm phân.
- Van xả khí/phá chân không tại các điểm cao và đầu mỗi khu tưới để tránh đất bị hút vào đầu nhỏ giọt khi nước thoát khỏi đường ống.
- Van xả rửa hoặc ống góp xả rửa ở cuối các ống nhánh.
Cách lắp đặt và chạy thử hệ thống tưới nhỏ giọt
- Lắp ống chính và ống chính phụ, xả rửa sạch rồi nối các ống nhánh.
- Cho nước chảy khi đầu cuối các ống nhánh còn mở đến khi nước trong, sau đó đóng lại.
- Cài đặt từng bộ điều áp và kiểm tra áp suất tại đầu vào khu tưới và cuối ống nhánh xa nhất.
- Dùng bình chứa và đồng hồ bấm giờ đo lưu lượng đầu nhỏ giọt tại một số điểm; chênh lệch lưu lượng giữa các điểm nên nằm trong khoảng 10%.
- Ghi lại lưu lượng và áp suất ban đầu của từng khu tưới để các thay đổi về sau giúp phát hiện tắc nghẽn hoặc rò rỉ.
- Lập trình bộ điều khiển và hệ thống tưới bón phân, sau đó trực tiếp kiểm tra các chu kỳ đầu tiên.
Những sai lầm thường gặp khi thiết kế hệ thống tưới nhỏ giọt
- Ống nhánh dài hơn giới hạn nhà sản xuất cho phép, khiến cuối tuyến bị thiếu nước tưới.
- Không có van giảm áp, khiến băng tưới bị vỡ hoặc phụ kiện nối bị tuột.
- Bộ lọc không đủ công suất hoặc không có bộ lọc sau điểm châm phân.
- Khu tưới quá lớn so với khả năng của bơm hoặc giếng.
- Bố trí ống nhánh đi lên dốc thay vì ngang sườn dốc hoặc xuôi dốc.
- Không có điểm xả rửa, khiến cặn tích tụ ở cuối các ống nhánh.
Mars Vertical Farm sản xuất các cụm lọc, tưới bón phân và bơm với tùy chọn OEM/ODM cho nhà phân phối và nhà thầu. Khám phá danh mục thiết bị tưới và tưới kết hợp bón phân, hoặc gửi cho chúng tôi sơ đồ ruộng, loại cây trồng và kết quả kiểm nghiệm nước để nhận phương án bố trí tưới nhỏ giọt và báo giá thiết bị.
