Проект системы орошения полей: Проектирование системы автоматического полива

Проектирование системы автоматического полива

Проектирование систем автоматического полива

Система автоматического полива – это сложная инженерная система, относящаяся к разделу “наружные сети водоснабжения”, и требующая комплексного подхода к проектированию. Грамотный проект системы автоматического полива – это залог эффективного и надежного орошения зеленых насаждений на Вашем участке. При проектировании и монтаже системы автоматического полива газона очень важно учесть все аспекты и правильно подобрать подходящее оборудование. Отправной точкой для начала проектирования является подробное техническое задание.

Накопленный за долгие годы опыт помогает специалистам компании “ПОЛИВ 77” справиться с проектом любой сложности: частные приусадебные участки, муниципальные территории (городские парки, бульвары и скверы), спортивные объекты (футбольные поля, теннисные корты, гольф поля).

Ниже представлены примеры проектов системы автоматического полива частных приусадебных участков.

	Площадь участка: 5 соток (500 м2) Источник водоснабжения: Магистральный трубопровод Кол-во спринклеров (оросителей): 32 Кол-во линий полива: 2 Характеристики системы: Расход воды 2 м3/час Давление 3,5 бар
	Площадь участка: 7 соток (700 м2) Источник водоснабжения: Накопительная емкость 1000 л. Кол-во спринклеров (оросителей): 26 Кол-во линий полива: 2 Характеристики системы: Расход воды 3 м3/час Давление 4,5 бар
	Площадь участка: 20 соток (2000 м2) Источник водоснабжения: Накопительная емкость 3000 л. Кол-во спринклеров (оросителей): 65 Кол-во линий полива: 5 Характеристики системы: Расход воды 4 м3/час Давление 5,0 бар

Проектирование системы автоматического орошения начинается с технического задания.

Техническое задание для начала проектирования системы автополива

В качестве технического задания выступает генеральный план поливаемой территории, выполненный в масштабе. На плане должны присутствовать:

• Границы участка
• Существующие и планируемые строения
• Мощения (дорожки и отмостки)
• Подпорные стенки с указанием высотных отметок
• Существующие и планируемые растения
• Точка забора воды для системы автоматического полива
• Место размещения резервуара для воды, если такой предполагается

Этапы проектирования системы автоматического полива

1. Указание места расположения водоисточника. Если это накопительная емкость и насос, то необходимо расположить их на плане. Если это подключение к магистральному трубопроводу, то необходимо указать на плане место подключение и определить характеристики в точке врезки (диаметр трубопровода и выходное давление).

2. Расстановка поливочных элементов. Для правильной расстановки необходимо знать все существующий виды орошения зеленых насаждений и принцип расстановки спринклеров. Статические спринклеры с веерными соплами и соплами типа MP-Rotator относятся к бережному орошению и подходят для установки на малых и средних участках засаженных растительность. Роторные спринклеры устанавливаются на больших открытых пространствах с минимальным кол-вом растений. Для полива цветников, живых изгородей, рокариев и сложных композиций из растений применяют шланг капельного полива. Для выделенного полива деревьев и кустарников может применятся полив статическими спринклерами с соплом типа “баблер” или подземный прикорневой полив. Так же необходимо расставить гидранты (водяные розетки) для подключения шланга.

Ниже представлены варианты размещения спринклеров (оросителей) для территорий разной геометрической формы:

3.Распределение поливочных элементов по группам. Основным критерием распределения являются: тип поливочных элементов и их суммарный расход. Нельзя группировать различные типы спринклеров и спринклеры с различными соплами в одну линию. Суммарный расход поливочной линии определяется пропускной способностью магистрального трубопровода.

4. Трассировка трубопровода. Все поливочные элементы каждой линии соединяются между собой трубопроводом и рассчитывается гидравлика, вследствие чего определяется диаметр трубопровода на всех участках. В начало каждой линии устанавливаются электромагнитные клапаны. Все клапаны объединяются магистральным трубопроводом. Также, к магистральному трубопроводу подключаются все гидранты (водяные розетки). Начало магистрального трубопровода идет от источника водоснабжения.

Ниже представлена варианты правильной и не правильной трассировки трубопровода от электромагнитного клапана до спринклеров системы орошения:

5. Трассировка управляющего электрического кабеля. Управляющий кабель укладывается вместе с трубопроводом в грунте и соединяет пульт управления поливом со всеми электромагнитными клапанами.

Основные ошибки при проектировании системы автоматического полива

• Неправильная расстановка спринклеров. Это самая распространенная ошибка. Очень часто, для удешевления стоимости системы, спринклеры (оросители) расставляют на большем расстоянии друг от друга, чем это необходимо по методу “квадрата” или “треугольника”. Данная ошибка влечет за собой образование сухих зон и зон переувлажнения.
• Группировка различных типов спринклеров в одну линию полива.
• Неправильный подбор насосного оборудования.
• Неправильный расчет объема накопительной емкости.
• Неправильное определение диаметра трубопровода.
• Большое время полива.

на пути к цифровизации — Журнал «Агротехника и технологии» – Агроинвестор

АПХ Групп

Современные хозяйства пытаются максимально автоматизировать процесс полива сельскохозяйственных земель. Сегодня на рынке представлен большой выбор оборудования, способного облегчить аграриям принятие решений, контроль и управление системами орошения. Это метеорологические станции, датчики влажности почвы, различные системы мониторинга, автоматический или удаленный запуск насосных станций и поливных установок. Об эффективности их применения и возможностях, которые открываются опытному сельхозпроизводителю, журналу “Агротехника и технологии” рассказали эксперты рынка

«Сельскохозяйственное орошение в период распада Советского Союза сильно пострадало и утратило свой масштаб», — обратился к истории вопроса Александр Самсонов, основатель компании ALLcerr.com (студия дизайна агробизнеса). 

Он отметил, на примере конца 1990-х годов можно увидеть полный упадок этого направления: даже выстоявшие отечественные «Фрегаты» планомерно уходили на металлолом.  

«Положительный сдвиг в орошении произошел в 2000-е годы, когда в течение 2-3 лет наблюдались засухи, и волей-неволей аграрии были вынуждены внедрять новые технологии, — вспоминает Александр Самсонов. — Именно тогда появилось множество компаний, представляющих производителей европейской и американской техники и технологий». 

По его словам, одним из грамотных внедрений в сфере малого и среднего бизнеса стали оросительный машины барабанного типа, работающие за счёт энергии воды и не требующие наличия энергоносителей и глобальных затрат. Все машины небольшой мощности стали максимально просты в эксплуатации, компактны, снабжены электронными счётчиками норм вылива и скорости движения. «Благодаря этому мелкие фермерские хозяйства получили возможность расширить номенклатуру выращиваемой продукции и повысить урожайность», — подчеркивает Александр Самсонов. 

В крупном сегменте, как замечает Самсонов, также произошли изменения. «Так, модернизированные машины с большой производительностью позволили справляться с задачами по поливу неровных участков, а всеобщая автоматизация процессов — управлять сельскохозяйственным поливом», — говорит основатель компании ALLcerr. com. 

Специалист по поливальной технике APH Group (поставщик комплексных решений для выращивания и хранения овощей) Роман Яковлев отмечает, что в настоящее время, действительно, большое внимание уделяется системам автоматизации оборудования. «На данный момент уже существуют и применяются системы автоматизации, позволяющие управлять дождевальными машинами дистанционно», — подтверждает он. — Эти технологии позволяют снизить эксплуатационные расходы и получать достоверную информацию о режимах работы машин в режиме онлайн». 

О том, что в последнее время системы орошения развиваются в направлении автоматизации и повышения управляемости проектом также говорит Максим Духинов, директор по развитию бизнеса Valley Irrigation (производство и поставка механизированных систем орошения). В качестве примера Духинов приводит систему удалённого доступа с помощью GSM-сигнала, которой оборудованы современные установки. По словам специалиста, она позволяет контролировать работу дождевальной установки на расстоянии: включать и выключать, изменять различные параметры.  

«В сферу автоматизации и удалённого доступа попадают и другие составляющие — насосы, погодные станции и датчики влажности, — продолжает Максим Духинов. — Таким образом, руководитель и агроном получают возможность без лишних временных затрат управлять проектом по орошению, отслеживая важные параметры в режиме онлайн». 

Александр Самсонов, говоря о мелиорации, отмечает появление планировщиков полей, привязанных к GPS, благодаря которым аграрии получают равномерно спланированное поле, на котором исключён поверхностный сток воды и эрозия почв.

По мнению Александра Беня, директора краснодарского представительства компании «Югполив Королев Агро» (системы орошения под ключ), основное направление развития систем орошения сельхозземель — рациональное использование воды. Достичь этого можно за счёт внедрения капельного орошения (наземного и внутрипочвенного), автоматизации полива и сверхточных дозирующих устройств питания для растений, а также датчиков контроля за состоянием почвы и растений.

 

«Очень важно при поливе не нанести урон почвам, не засолить орошаемые земли, — обращает внимание Александр Бень. — Обязательное условие для проектирования систем орошения — это получение химического состава воды. Если вода плохого качества, рекомендуется установить системы обратного осмоса, чтобы получить воду оптимального качества». 

Ferbo

Геометрия полей 

На подходах к орошению полей со сложной конфигурацией стоит остановиться подробнее. 

Как рассказал Александр Самсонов, в направлении орошения сложных участков полей прослеживается определённая тенденция: если в 2000-х годах машины были, в основном, кругового и фронтального типа, то в настоящее время они также работают по принципу сегментного орошения. 

«Допустим, круговая машина совершает неполный круг, и три её сегмента при помощи электроники делают поворот по наружному или внутреннему радиусу, — объясняет он. — В этом случае сектора, которые не захватываются основной частью машины при помощи электроники и концевой пушки, могут быть политы посредством управления через регуляторы давления».

 

В хозяйстве «АгроНеро» (дочерняя компания «Белой Дачи Трейдинг»), расположенном в Ярославской области, используют для полива овощей и салата четыре катушки барабанного типа и одну машину кругового типа. 

Общая площадь орошения составляет 96 га. «Наиболее производительны машины кругового полива, которые не требуют применения тракторов для перемещения, и обслуживаются одним оператором», — делится опытом генеральный директор компании «АгроНеро» Александр Абрамчук. 

В его компании используется оборудование ведущих мировых производителей: Ferbo, Irrimec (Италия), «АЙТЕДЖ» (Франция), которые, по словам генерального директора, предлагают привлекательную цену при достойном качестве.

Продолжая тему орошения полей со сложной конфигурацией, Александр Бень подчеркнул, что важно не только обеспечить водой каждое растение, но подавать воду равномерно, одинаково для каждого растения. Это залог высоких стабильных урожаев. 

Для этих целей в проектах со сложным рельефом он рекомендует применять регуляторы давления на трубопроводах и установить капельные линии с компенсатором давления в каждом эмиттере (встроенной в полиэтиленовую трубку капельницы). «Это позволяет равномерно подавать воду на участках со сложным рельефом на большие длины рядов», — уверяет Александр Бень, добавляя, что капельные трубки со встроенным компенсированным эмиттером в большинстве случаев делают систему полива дешевле за счет экономии на диаметрах распределительных трубопроводов. 

Еще одним экономичным вариантом поделился Александр Шаталов, генеральный директор компании «Меленский картофель» (Брянская обл.; выращивание, упаковка и реализация овощей). На полях его компании общей площадью 4 тыс. га работают дождевальные машины кругового типа T-L (США), которые оснащены гидравлическим приводом колёс вместо электрического. «Благодаря этому достигается плавное движение машин и равномерное распределение воды при поливе даже при сложном рельефе местности», — объясняет Шаталов, добавляя, что гидравлический привод также позволяет существенно снизить расходы на электроэнергию. 

В свою очередь, Максим Духинов обращает внимание на то, что современные технологические новинки позволяют решать нишевые задачи, которые направлены на орошение отдельных видов культур. «Например, недавно созданная технология высокоскоростного двигателя X-Tec позволяет дождевальной установке орошать поле площадью 40-60 га за 4-5 часов, что в два раза быстрее по сравнению с предыдущими моделями», — говорит Духинов. 

Такая скорость, как утверждает специалист, сокращает время полива, а также открывает новые возможности по внесению удобрений и средств защиты растений. «Помимо этого, существуют установки с угловым плечом, которое выдвигается и охватывает дополнительную площадь, позволяя оросить до 90% поля в зависимости от его конфигурации», — добавляет Духинов. 

По словам Романа Яковлева из APH Group, помимо стандартных круговых и линейных машин на рынке представлены линейные машины с функцией «сухого разворота», позволяющие орошать два параллельных участка, либо Г-образные участки полей. «Кроме того, предлагаются ипподромные линейные машины, круговые машины Corner с дополнительным крылом для полива углов, которые позволяют орошать до 97% площади квадратного участка поля, что на 10-15% больше в сравнении со стандартной круговой машиной», — замечает Яковлев.  

«Югполив Королев Агро»

Как достичь максимальной эффективности? 

По словам Александра Самсонова, эффективность систем орошения зависит от совокупности факторов, таких как характеристика участка, состав почв, грамотно продуманный севооборот, оперативность возврата на исходную точку полива. «Поэтому правильно оценивать эффективность полива по затратам, вложенным на 1 га площади, и по итоговым результатам получения урожая, его качеству и фактической реализации», — считает он. 

Вот почему, по словам Самсонова, широкое распространение получило применение полевых метеостанций с системой датчиков, позволяющих оценить норму увлажнения, спрограммировать кратность и нормы полива в течение сезона. «Эта методика благоприятно влияет на рост урожайности сельхозкультур благодаря возможности избежать критических точек в отсутствие влаги для питания», — уточняет он. 

При этом Самсонов отмечает, что наряду с положительной тенденцией в России все ещё наблюдается сельскохозяйственная безграмотность аграриев. «Например, фронтальные машины приобретаются для полива широколистных кормовых культур в острозасушливой зоне. Как итог, листовая засуха губит большую часть неправильно подобранной культуры, и эффективность орошения сводится к минимуму», — иллюстрирует свою мысль специалист. 

Самсонов обращает внимание аграриев, что для выбора оптимального способа полива необходимо не только проанализировать множество факторов, целей и возможностей, но, прежде всего, опираться на потребности хозяйства. С ним согласен Валерий Масланов, руководитель овощеводческого дивизиона агрохолдинга «АФГ Националь» (селекция, производство риса и зерновых культур, садоводство, овощеводство, переработка). Он также указывает на то, что выбор того или иного вида орошения зависит от потребностей хозяйства. «Если одним подойдет капельный полив, обеспечивающий постепенное увлажнение почвы на нужных участках, то для других более эффективными окажутся круговые машины, равномерно распределяющие брызги по большой площади, которые отличаются минимальным расходом воды», — рассуждает Масланов.  

Еще один возможный вариант, о котором, по его мнению, не стоит забывать — дождевальные машины барабанного типа (катушки), которые, хотя покрывают меньшую площадь и не дают такой тонкой дисперсии брызг, но зато удобны в эксплуатации и стоят значительно дешевле. 

При этом Валерий Масланов рекомендует обратить особое внимание на уровень энергопотребления, надёжность моторов и приводов. Так, прежде, чем выбрать максимально эффективную систему орошения и конкретный бренд, специалисты агрохолдинга «АФГ Националь» провели анализ рынка и сравнили решения разных производителей. В итоге компания остановилась на круговых и фронтальных машинах Valley, а также барабанных машинах Nettuno. 

По словам Максима Духинова, в орошении необходимо найти золотую середину: недостаточное количество влаги приводит к сокращению урожайности, переизбыток — к появлению болезней и снижению качества. «Поэтому стратегия орошения не только для каждой культуры, но и для отдельно взятого региона должна отличаться и учитывать множество факторов, — объясняет он. — В их числе — тип почвы и её способность удерживать влагу, погодные условия и ежедневые испарения, вид культуры и стадию её развития, возможности оросительной системы по внесению воды и др.». 

Анализируя данную информацию, как уверяет специалист, можно принимать решение о том, сколько влаги потребуется растению в ближайшие несколько дней, чтобы культура не вошла в состояние стресса и не потеряла в урожайности и качестве.

Кстати, на российском рынке уже начали появляться разработки, анализирующие, когда и в каком объёме нужно поливать выращиваемые культуры. Для этого в программе используется целый арсенал средств для анализа информации — погодные станции и датчики влажности, а также вегетативный индекс NDVI.

«Первоочередным в выборе системы полива является её экономическая и агрономическая эффективность, а точнее баланс между стоимостью и эффективностью для той или иной культуры», — говорит Александр Бень. 

В качестве примера он приводит культуры сплошного сева, такие как горошек, соя, свёкла, для которых оптимальными будут системы полива дождеванием: спринклеры, барабанные или широкозахватные дождевальные машины. «В любом случае, для того, чтобы принять правильное решение, необходимо посчитать затраты на 1 га поливной площади, прибавку урожая на той или другой системе полива, учесть качество урожая, его стандартность, и затем, резюмируя полученные данные, выбрать наиболее эффективную систему полива», — напоминает Александр Бень.

APH Group

Экономия ресурсов 

В наше время, по наблюдению Александра Самсонова, налицо переход на энергоэффективное производство. Экономить водные ресурсы, как уверяет специалист, можно за счёт применения полевых метеостанций, поливов с нормами вылива не более 8-9 мм в сутки и постоянного учёта рабочих процессов. «Также одним из возобновляемых источников воды является правильно продуманная система мелиорации с наличием отводных каналов и пруда-накопителя», — делится Самсонов. 

Кроме того, направлением сельскохозяйственного полива, ведущим к экономии ресурсов, специалист считает систему капельного орошения, которая получила широкое распространение на территории южных регионов страны. «В этом случае наряду с поливом мы ещё вводим в прикорневую систему растений элементы питания, макро- и микроудобрения, биопрепараты», — подчёркивает он. 

«Оптимизировать расход воды и сократить энергозатраты поможет автоматизация, — уверен Александр Бень. — Например, применение современных экономичных насосных станций, управляемых контролером с частотным регулированием оборотов электромоторов в зависимости от заданного расхода воды и с заданным давлением». Такая автоматика, по его словам, доказала свою эффективность в теории и на практике. Пользователи экономят до 30% электроэнергии, затраченной на полив.

Кроме того, как рассказал Александр Бень, его компания «Югполив Королев Агро» уже несколько лет применяет для забора воды из открытых источников тип насосов, который изначально предназначен для других целей. Специалисты доработали их и теперь внедряют в сельском хозяйстве, что тоже позволяет экономить на электроэнергии и на капитальных затратах при строительстве системы полива.

Подводя итог, Максим Духинов отмечает, что, во-первых, оптимизации расхода воды и сокращению энергозатрат в значительной степени способствует оперативное получение информации. «Благодаря современным инструментам мониторинга хозяйство получает больше данных о наличии влаги в почве и погодных условиях, что позволяет принять своевременное решение о поливе, — поясняет он. — Это сводит к минимуму лишнюю работу всего оросительного оборудования, куда входят и дождевальные установки, и насосные станции». 

Во-вторых, как подчеркивает Максим Духинов, сокращению затрат способствует возможность быстрого реагирования и быстрое изменение параметров. «Даже если агроном находится далеко от установок, он может их включить/выключить или изменить параметры работы, использую для этого удаленный доступ», — уточняет специалист. 

Уровень автоматизации процессов 

Современные системы автоматизации процесса полива, по мнению Александра Самсонова, достигли сегодня достаточно высокого уровня, и выполняют несколько важных задач. Прежде всего, к ним относится управление дождевальной установкой согласно планируемой и анализируемой датчиками степени увлажнения конкретного участка, рассказывает специалист. Во-вторых, систематизация управления движением конкретной машины и идущих рядом машин, причём системы управления дублируются как по концевым выключателям, так и по GPS. При этом система имеет удалённое управление и может быть привязана сразу к нескольким ПК, замечает он. И, наконец, система автоматизации позволяет получать графики поливов с отображением норм расхода воды, периодов критического недостатка поливной нормы и периода простоя. «Можно «опросить» каждый датчик и увидеть картину конкретного изменения влажности в данной точке», — подчеркивает Самсонов. 

Однако, по мнению Александра Беня, в сельском хозяйстве уровень автоматизации находится пока ещё на середине пути. Конечно, признает он, за последние 20 лет в автоматике для полива изменилось многое: постепенно от простых таймерных систем, осуществляющих управление поливом по электрическому кабелю или даже частично по кабелю, а частично с помощью гидравлики по тонким трубкам (очень капризный способ управления поливом на больших участках со сложным рельефом), мы перешли к радиоуправлению от контроллеров, способных работать с сотней заданных условий и параметров.  

Тем не менее, уверен Александр Бень, разнообразие, точность датчиков, а главное их доступность для сельхозпроизводителей остаются на низком уровне. «Но мы не останавливаемся, ищем симбиозы существующих параллельно устройств автоматизации, чтобы предоставить аграриям доступные и точные системы», — обнадеживает он. 

В то же время, как рассказал Александр Абрамчук, современные хозяйства, имеющие десятки круговых систем, пытаются максимально автоматизировать процесс полива. В этом им помогают метеорологические станции, датчики влажности почвы, программное обеспечение по принятию решения, автоматический или удалённый запуск насосных станций и поливных установок. 

С точки зрения Максима Духинова, уровень автоматизации отдельных элементов оросительных систем, внедрённых лидерами рынка, уже достаточно высок — удалённый доступ позволяет передавать любые команды, как если бы вы находились рядом с установкой или насосной станцией. В качестве примера он приводит оросительный проект в Липецкой области, где работает несколько десятков дождевальных установок. «При включении дополнительной установки насосная станция фиксирует снижение давления в системе и в течение нескольких минут увеличивает обороты насоса, тем самым повышая его», — рассказывает Духинов. 

Тот же принцип, по его словам, действует при отключении дождевальной установки: система фиксирует избыточное давление и снижает обороты насоса, понижая давление. В результате, как поясняет Духинов, оператору нет необходимости вручную вводить настройки и изменять параметры работы насоса. 

«Уровень автоматизации растет с каждым годом, — уверяет Роман Яковлев. — На данный момент можно сказать, что мы на пути цифровизации сельского хозяйства». Об этом, по его мнению, свидетельствует дистанционное управление дождевальными машинами, возможность мониторинга и управления машиной в режиме реального времени, возможность интеграции метеостанции и датчиков влажности на общую платформу, а также дистанционное управление насосными станциями.

Планирование орошения: контрольный список

Название

(AE92, пересмотрено в апреле 2022 г. )

Файл

Файл публикации:

AE92 Планирование орошения: контрольный список

Резюме

Установка ирригационной системы на участке земли требует тщательного планирования и значительных финансовых вложений.

Ведущий автор

Ведущий автор:

Томас Шерер, инженер по сельскому хозяйству

Доступность

Доступность:

Доступно в печатном виде в Центре распространения NDSU.

Обратитесь в офис NDSU вашего округа, чтобы запросить печатную копию.
Сотрудники NDSU могут заказать копии онлайн (требуется вход в систему).

Разделы публикации

СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

✓ Шаг 1: Определите, пригодны ли ваши почвы для орошения

✓ Шаг 2: Определите необходимое количество и качество воды Оборудование

Источник питания

Оборудование

Для получения информации об ирригационном оборудовании и требованиях к электропитанию:

✓Шаг 4: Окупается ли ирригация в вашем фермерском хозяйстве?

Для получения информации о бюджетах урожая:

✓Шаг 5: Можете ли вы получить финансирование?

Информация о финансировании орошения:

✓Шаг 6: Выбор орошаемых культур и управление ими

Информация о орошаемом растениеводстве:

Предварительное планирование

Стоимость ирригационного оборудования

Установка ирригационной системы на участке земли требует тщательного планирования и значительных финансовых вложений. Прежде чем размещать какое-либо ирригационное оборудование, включая бурение эксплуатационной скважины, на земле, вам потребуется разрешение на воду от Департамента водных ресурсов штата Северная Дакота.

На большинстве ферм количество орошаемых акров обычно намного меньше площади засушливых земель. Следовательно, ирригация должна быть интегрирована в общее фермерское хозяйство. Орошение требует интенсивного управления плодородием, улучшенной борьбы с сорняками и насекомыми, своевременного выявления проблем с болезнями и, прежде всего, точного ведения учета. Выделение времени для управления ирригационной системой является ключевым фактором успеха любого ирригационного проекта. Потребность в информации и помощи как из государственных, так и из частных источников становится более острой при орошении.

При рассмотрении вопроса об инвестициях в ирригацию одним из первых вопросов, который нужно задать, является «Почему я хочу орошать?» Основная причина должна заключаться в увеличении чистого дохода фермы по сравнению с производством в засушливых районах. Увеличение дохода может быть результатом способности выращивать культуры с более длительным сезоном или ценной специальной культурой, обеспечивать гарантированное снабжение кормами для животноводства или улучшать севообороты. Орошение в качестве страховки от недостаточного количества осадков, просто потому, что вода доступна или потому, что у вас есть поля с орошаемой почвой, – плохие причины. Более высокие урожаи, возможные при орошении, требуют больших навыков управления и затрат в виде удобрений, семян и, возможно, борьбы с вредителями.

Когда вы решили, что ирригация подходит для вашего фермерского хозяйства, используйте контрольный список ниже, чтобы направлять процесс развития ирригации.

СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

1. Определите, можно ли орошать ваши почвы.
2. Определите необходимое количество и качество воды.
3. Определить наличие электроэнергии и тип ирригационного оборудования.
4. Окупается ли орошение в вашем фермерском хозяйстве?
5. Вы можете получить финансирование?
6. Выберите и управляйте орошаемыми культурами.

✓ Шаг 1: Определите, можно ли орошать ваши почвы

Не все почвы можно орошать из-за различных физических проблем, таких как слишком большой уклон, низкая скорость инфильтрации или плохой внутренний дренаж, которые могут вызвать накопление солей. Почвы классифицируются как орошаемые, условные или неорошаемые и определяются следующим образом:

• Орошаемые почвы  не имеют ограничений для устойчивого орошения с использованием надлежащих норм внесения, количества и качества воды.
• Условные почвы  имеют ограничения для устойчивого успешного орошения из-за таких факторов, как высота уровня грунтовых вод, слои с низкой проницаемостью, возможность засоления, крутые склоны и другие проблемы. Некоторые ограничения можно исправить с помощью дренажа. На кондиционированных почвах необходимо провести подробное исследование почвы на уровне поля, в идеале с помощью зарегистрированного классификатора почв, до того, как будет разработано орошение.
• Неорошаемые почвы  имеют серьезные ограничения для орошения и должны разрабатываться только там, где они являются незначительными включениями в орошаемые почвы.

Источники информации о почвах:

• Служба охраны природных ресурсов (NRCS) онлайн-обзор паутины на http://websoilsurvey.nrcs.usda.gov/ является официальным источником информации об исследовании почвы.
• Книги обследования почв округа, опубликованные в офисах Службы распространения знаний или охраны природных ресурсов (NRCS), полезны, но могут не содержать самой последней информации о почвах.
• Дополнительная публикация NDSU AE1637 Совместимость почв Северной Дакоты для орошения. Доступно в офисах распространения знаний округа или в Интернете по адресу: www.ndsu.edu/agriculture/ag-hub/ag-topics/crop-production/irrigation-tiling-drainage.

Когда вы знаете название всех серий почв на поле, которое будет орошаться, используйте дополнительную публикацию AE1637, чтобы определить классификацию орошаемости.

✓Шаг 2. Определение количества и качества требуемой воды

Водоснабжение является сердцевиной любого развития ирригации, и разрешение на водоснабжение требуется для всех водохозяйственных ассигнований, кроме бытового использования, включая домашний скот, а также некоммерческие газоны и сады. орошение пяти акров или меньше. Количество воды, которое вам понадобится, составляет около шести галлонов в минуту (галлонов в минуту) на орошаемый акр в июле и августе. Например, если вы хотите оросить 100 акров, вам понадобится источник воды, который может производить около 600 галлонов в минуту.

Откуда эта рекомендация? Среднее пиковое ежедневное потребление воды большинством орошаемых культур в Северной Дакоте составляет около 0,27 дюйма в день при хорошем поливе (без водного стресса), что соответствует расходу воды около 6 галлонов в минуту в течение 24 часов для замены вода урожай испарился.

Перед строительством колодца или любого устройства для забора воды из поверхностного источника и установкой системы орошения необходимо получить разрешение на воду. Форму заявки и инструкции для получения разрешения на поливную воду можно получить в Отделе ассигнований Департамента водных ресурсов (www.swc.state.nd.us/reg_approp/waterpermits/). Возможно, вам придется заполнить заявку на получение разрешения с помощью местного геодезиста или инженера-консультанта. Когда разрешение на водопользование выдается впервые, оно называется условным разрешением, которое действительно в течение трех лет. В течение трех лет должен быть разработан источник воды и установлена ​​система орошения. Затем его проверит представитель Отдела ассигнований. В случае одобрения условное разрешение будет изменено на улучшенное разрешение.

Если источником являются поверхностные воды (пруд, озеро, река и т. д.), вы должны определить, будет ли достаточно воды в летние месяцы или в длительные засушливые периоды. Если источником являются подземные воды, используйте информацию о водоносном горизонте, полученную от Департамента водных ресурсов Северной Дакоты (см. источники информации в конце этого раздела), чтобы определить местоположение, размер и потенциальную производственную мощность водоносного горизонта в месте расположения поля, подлежащего орошению.

Могут существовать небольшие водоносные горизонты, которые не показаны в исследованиях подземных вод округа. Бурение пробных скважин — единственный верный способ определить, достаточно ли воды из водоносных горизонтов в этих районах. Для бурения пробных скважин разрешение не требуется. Однако, прежде чем бурить пробные скважины, было бы целесообразно проконсультироваться с гидрологом по подземным водам из Отдела ассигнований. При наличии достаточного количества воды одну или две пробные скважины следует обустроить как наблюдательные, чтобы отслеживать влияние ирригационных насосов на уровень воды в водоносном горизонте и помогать в диагностике проблем с эксплуатационными скважинами, если они возникнут в будущем.

Должен быть определен химический состав грунтовых и поверхностных вод, чтобы убедиться, что он подходит для применения в почве в интересующей области. Образец воды можно отправить для анализа в Лабораторию исследования почвы и воды NDSU или в частные испытательные компании. Местоположение поля должно быть включено в пробу воды, отправленную в NDSU, чтобы получить рекомендацию по совместимости почвы и воды. Совместимость почвы и воды очень важна, потому что тип почвы определяет качество воды, которую можно использовать.

Источники информации о воде:

• Окружные отделения Службы охраны природных ресурсов (NRCS).
• Отдел ассигнований Департамента водных ресурсов Северной Дакоты (www.swc.state.nd.us/) для получения общей информации о процессе выдачи разрешений на воду (тел.: 701.328.2754). Для получения онлайн-информации о водных ресурсах на основе ГИС перейдите на http://mapservice.swc.nd.gov/.
• Лаборатория испытаний почвы и воды NDSU (www.ndsu.edu/snrs/services/soil_testing_lab/)
• Форма анализа оросительной воды: www.ndsu.edu/agriculture/ag-hub/publications/irrigation-water-sample-analysis

✓Шаг 3: Определите доступность электропитания и тип ирригационного оборудования

Источник питания

Если доступно, электричество обычно является предпочтительным источником питания. Однако, если существующие линии электропередач находятся более чем в миле от насосной станции, использование двигателя внутреннего сгорания может оказаться более экономичным. Электричество имеет некоторые преимущества перед двигателями, такие как более низкие затраты на перекачку, меньшее техническое обслуживание, надежность и простота в эксплуатации. Затраты на строительство и выплаты за продление линий электропередач варьируются в зависимости от каждого поставщика электроэнергии. Оценка годового энергопотребления, затрат и окупаемости строительства необходима для определения наиболее экономичного источника энергии.

Для электрических насосов предпочтительнее трехфазное питание, но часто оно недоступно или слишком дорого для подачи на насосную площадку. Преобразователи частоты (VFD) и вращающиеся или статические преобразователи фазы будут преобразовывать однофазную энергию в трехфазную. Заблаговременный контакт с поставщиком электроэнергии необходим, чтобы было время для планирования и строительства объектов.

Оборудование

Выберите ирригационную систему (насос, двигатель, трубопровод, оборудование для полива), которая соответствует вашим потребностям в отношении водоснабжения, орошаемых площадей, севооборотов, трудозатрат и энергоснабжения. Требования к давлению в ирригационной системе и выбор разбрызгивателей должны основываться на почве и топографии. Помните, что срок службы этого оборудования составляет от 30 до 35 лет и более.

Посетите ирригаторы с аналогичными системами; прислушиваться к их опыту и мнениям, чтобы определить преимущества и недостатки их систем. Выберите дилера, который хорошо зарекомендовал себя, способен разработать хорошую систему и имеет хороший послужной список. Покупайте как можно больше всей системы у одного дилера. Это может помочь устранить проблемы с ответственностью и монтажом, плюс, когда в вегетационный период случаются чрезвычайные ситуации (удар молнии, смерч, сильный ветер и т.д.), своевременность ремонта имеет решающее значение.

Размер насоса и двигателя должен соответствовать пропускной способности колодца или системы водоснабжения, а также требованиям по давлению в ирригационной системе. Размер трубы и толщина стенки должны быть выбраны в соответствии с требованиями к расходу и давлению. После установки информация о насосе и двигателе вместе с техническими характеристиками ирригационной системы должна быть предоставлена ​​дилером и/или бурильщиком и сохранена для дальнейшего использования. Типичная стоимость оборудования указана на последней странице.

Для получения информации о ирригационном оборудовании и требованиях к электроэнергии:

✓Шаг 4: Окупается ли ирригация на вашем фермерском предприятии?

Для предлагаемой системы орошаемого земледелия должны быть подготовлены подробные бюджеты культур, покрывающие экономические и денежные затраты. Если бюджеты показывают адекватную отдачу от труда, капитала и управления, то следует провести общий анализ предприятия, чтобы определить, как ирригация будет вписываться в сельскохозяйственную деятельность.

Например, полив травы или сена может не приносить большой прибыли сам по себе, но в сочетании с животноводством может увеличить чистую прибыль и обеспечить стабильность фермерскому хозяйству. Орошение само по себе не гарантирует финансового успеха. Это требует планирования и хорошего управления со стороны оператора фермы.

Для получения информации о бюджетах урожая:

✓Шаг 5: Можете ли вы получить финансирование?

Культуры, выбранные для орошения, должны обеспечивать экономическую прибавку урожая. Это означает, что среднегодовой прирост урожая по сравнению с производством на засушливых землях должен быть достаточно большим, чтобы окупить инвестиции в ирригацию и увеличение производственных затрат, а также некоторую дополнительную прибыль. Исторически сложилось так, что орошение кукурузы (на силос или зерно), люцерны, сахарной свеклы, картофеля и сухих пищевых бобов было прибыльным для хороших менеджеров по ирригации.

Орошение обеспечивает среду, благоприятную для увеличения урожайности культур с длительным сроком созревания; однако он также обеспечивает благоприятную среду для болезней, насекомых и сорняков. Ирригатор должен знать, как управлять системой орошения и севооборотом, чтобы свести к минимуму возможные проблемы. Осматривая поле на регулярной основе и используя комплексные методы борьбы с вредителями и передовые методы управления, ирригатор должен быть в состоянии эффективно управлять ирригационной системой. Ирригатор должен быть осведомлен об агрономических методах, которые благоприятствуют орошению и относятся к конкретным культурам, таким как правильный выбор гибридов, ширина междурядий, соответствующая популяция растений, более высокие требования к удобрениям и дробное внесение удобрений, чтобы свести к минимуму возможность вымывания.

Управление водными ресурсами орошаемых культур чрезвычайно важно для предотвращения потери урожая из-за нехватки влаги, минимизации затрат на перекачку и предотвращения вымывания питательных веществ. Должен использоваться метод планирования полива. Обычно используется метод контроля влажности почвы на ощупь, но есть и более точные методы, такие как метод чековой книжки. Какой бы метод ни использовался, он потребует повышения управленческих навыков и дополнительного времени. В течение вегетационного периода планирование полива является ежедневным процессом.

Информация о финансировании ирригации:

• Свяжитесь с дилерами по ирригации, другими ирригаторами в районе, банками и другими финансовыми организациями фермерских хозяйств.
• Программу финансирования ирригации Ag Pace через Банк Северной Дакоты можно найти в Интернете по адресу:
.
• http://banknd.nd.gov/lending_services/. Найдите на вкладке кредита информацию об Ag Pace
.

✓Шаг 6. Выбор орошаемых культур и управление ими

Культуры, отобранные для орошения, должны приносить экономическую прибавку урожая. Это означает, что среднегодовой прирост урожая по сравнению с производством на засушливых землях должен быть достаточно большим, чтобы окупить инвестиции в ирригацию и увеличение производственных затрат, а также некоторую дополнительную прибыль. Исторически сложилось так, что орошение кукурузы (на силос или зерно), люцерны, сахарной свеклы, картофеля и сухих пищевых бобов было прибыльным для хороших менеджеров по ирригации.

Орошение обеспечивает среду, благоприятную для увеличения урожайности культур с длительным сроком созревания; однако он также обеспечивает благоприятную среду для болезней, насекомых и сорняков. Ирригатор должен знать, как управлять системой орошения и севооборотом, чтобы свести к минимуму возможные проблемы. Осматривая поле на регулярной основе и используя комплексные методы борьбы с вредителями и передовые методы управления, ирригатор должен быть в состоянии эффективно управлять ирригационной системой. Ирригатор должен быть осведомлен об агрономических методах, которые благоприятствуют орошению и относятся к конкретным культурам, таким как правильный выбор гибридов, ширина междурядий, соответствующая популяция растений, более высокие требования к удобрениям и дробное внесение удобрений, чтобы свести к минимуму возможность вымывания.

Управление водными ресурсами орошаемых культур чрезвычайно важно для предотвращения потери урожая из-за нехватки влаги, минимизации затрат на перекачку и предотвращения вымывания питательных веществ. Должен использоваться метод планирования полива. Обычно используется метод контроля влажности почвы на ощупь, но есть и более точные методы, такие как метод чековой книжки. Какой бы метод ни использовался, он потребует повышения управленческих навыков и дополнительного времени. В течение вегетационного периода планирование полива является ежедневным процессом.

Информация об орошаемом растениеводстве:

Предварительное планирование

Чтобы переход от засушливого земледелия к орошаемому был успешным, оборудование должно быть установлено и введено в эксплуатацию до вегетационного периода. Потратьте время, чтобы выбрать систему, которую вы хотите, и выделите время — несколько месяцев — на доставку и настройку. Серьезно отнеситесь к осенней доставке оборудования, чтобы его можно было собрать осенью или зимой и ввести в эксплуатацию до начала посевного сезона. Попытки ускорить процесс могут оказаться дорогостоящими как с точки зрения капиталовложений, так и с точки зрения разработки, которые могут не соответствовать вашим потребностям в течение 30-35-летнего срока службы системы.

Стоимость ирригационного оборудования

1. Ирригационная система: от 105 000 до 115 000 долларов США за новую центральную круговую систему с четвертьсекцией (примерно 1280 футов) с бетонной опорной площадкой и установку в полевых условиях. В эту смету включены обратный клапан, расходомер, запорный клапан, манометр и фитинги, а также воздушные и предохранительные клапаны на буровой площадке.
2. Трубопровод: трубопровод от колодца до шарнира должен иметь диаметр не менее 8 дюймов, чтобы уменьшить потери на трение и обеспечить достаточную пропускную способность. Для этого примера длина трубопровода будет около 1300 футов. Если трубопровод пересекает холмы или хребты, в высоких точках должны быть установлены клапаны сброса воздуха. Если нижняя точка трубопровода не находится на опоре или колодце, необходимо предусмотреть откачку для удаления воды из трубопровода перед наступлением зимы. Стоимость труб может значительно различаться, поэтому уточняйте у местного поставщика. В этом примере стоимость установки 8-дюймовой трубы из ПВХ с электрическими и контрольными проводами составляет около 15 долларов США за фут или 20 000 долларов США. Если скважина расположена рядом с точкой поворота, стоимость трубопровода будет значительно снижена, но прокладка линии электропередач к скважине увеличит затраты на электроэнергию.
3. Питание и управление: от 13 000 до 20 000 долларов США на электрические панели управления, провода, расходы на электрика и т. д. Не включает расходы на подачу электроэнергии на объект поставщиком электроэнергии. В данном примере для питания насоса необходим двигатель мощностью 50 лошадиных сил. Некоторым электроэнергетическим компаниям требуется частотно-регулируемый привод (VFD) с плавным пуском для двигателей мощностью более 35 лошадиных сил, что может увеличить затраты на электроэнергию еще на 8000–10 000 долларов. Между колодцем и поворотной панелью управления должна быть подключена электрическая цепь безопасности. Это обеспечивает защиту в случае отказа шарнира или насоса.
         a) Шарнир электропривода. Электрические линии должны быть проложены от местного поставщика электроэнергии к панели управления, а затем к шарниру. Трехфазное питание предпочтительнее, если оно экономически доступно. Двигатель с генератором также может обеспечивать электроэнергию.
         b) Шарнир с гидравлическим приводом — требуется гидравлический насос с электрическим или механическим приводом.
Стоимость скважины
4. : от 35 000 до 45 000 долларов США. Включает в себя испытательные скважины, выбор площадки эксплуатационной скважины, бурение, испытание и разработку, фильтрацию и обсадку. Типичные затраты варьируются от 300 до 450 долларов США за фут завершенной эксплуатационной скважины.
5. Насос и двигатель: Затраты зависят от расхода, уровня перекачиваемой воды, требований к давлению в системе, перепадов высот и длины трубопровода. Насосы с электрическим приводом могут стоить около 20 000 долларов. Сопоставимый насос с дизельным двигателем может стоить около 24 000 долларов США, включая угловой редуктор, топливный бак и другие аксессуары.

В следующей таблице показаны приблизительные капитальные затраты на типичную систему кругового орошения с четвертьсекцией в пересчете на акр:

	Новая стоимость	Расчетный срок службы
Система орошения	105 000 долларов	35 лет
Трубопровод	20 000 долларов	35 лет
Мощность (электрическая)	15 000 $	25 лет
Глубокий колодец	40 000 долларов	25 лет
Насос и двигатель	20 000 долларов	25 лет
ВСЕГО	200 000 долларов

Общие капиталовложения на акр = 200 000 долл. США/128 акров = 1 563 долл. США

 

Эффективность орошения фермы | Project Drawdown

Введение

Решение Project Drawdown для повышения эффективности орошения ферм мобилизует ряд энергоэффективных методов орошения, которые повышают урожайность при одновременном снижении выбросов. Это решение заменяет обычное орошение на орошаемых пахотных землях.

Перекачка и транспортировка воды для орошения сельскохозяйственных культур является основным потребителем энергии. Большая часть оросительной воды доставляется с использованием неэффективных методов, таких как затопление. Более эффективное орошение может сэкономить до 25 процентов и 40 процентов воды и парниковых газов при дождевальных и капельных методах соответственно по сравнению с традиционными методами орошения.

Преимущества капельного и дождевального орошения многочисленны: повышается урожайность, снижаются затраты и уменьшается эрозия почвы. Низкая влажность сдерживает появление вредителей. Ресурсы поверхностных и подземных вод лучше защищены, и конфликты между различными заинтересованными сторонами из-за водных ресурсов могут ослабнуть. Однако обе системы требуют инфраструктуры и обслуживания, что может быть дорогостоящим, а иногда и непомерно дорогим.

Другие методы и технологии также могут быть эффективными. Планирование орошения и дефицитное орошение – это два метода переменного применения. Датчики могут контролировать влажность почвы и автоматически управлять системами орошения. Дождевая вода и стоки также могут собираться и использоваться.

Орошение имеет решающее значение для производства некоторых сельскохозяйственных культур, особенно в эпоху изменения климата, когда дожди становятся все более непредсказуемыми. По этой причине эффективное орошение высоко ценится как стратегия адаптации к изменению климата.

Методология

Общая площадь земель

Чтобы оценить степень, в которой решение для сектора продовольствия, сельского хозяйства и землепользования может сократить выбросы парниковых газов и улавливание углерода, нам необходимо определить общую площадь земли, доступную для этого решения, в миллионах гектаров. Чтобы избежать двойного учета, мы используем интеграционную модель, которая распределяет земельную площадь между всеми решениями для сектора продовольствия, сельского хозяйства и землепользования. Это включает в себя два шага. Во-первых, мы классифицируем глобальную площадь суши по агроэкологическим зонам (АЭЗ) на основе земного покрова, качества почвы и уклона и присваиваем АЭЗ различным режимам термической влажности. Затем мы классифицируем АЭЗ на «деградированные» и «недеградированные». Наконец, мы распределяем решения по AEZ, при этом решение, наиболее подходящее для данной AEZ или наборов AEZ, назначается первым, за ним следует второе наиболее подходящее решение и так далее. Поскольку трудно предсказать будущие изменения, мы предполагаем, что общая площадь суши остается постоянной.

Общая площадь земли, доступная для этого решения, состоит из орошаемых пахотных земель, 320 миллионов гектаров. Текущее внедрение (определяемое как количество под эффективным орошением в 2018 году) составляет 53,8 млн га. Мы взяли на вооружение систему капельного и дождевального орошения от Международной комиссии по ирригации и дренажу (ICID) / Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) Aquastat и Национальной статистики. Мы основывали принятие на 2018 г. на оценке среднего значения за 1999, 2009 и 2017 гг.

Сценарии внедрения

Мы разработали семь сценариев внедрения на основе агрегированных данных на уровне регионов. В некоторых сценариях предполагались более высокие темпы внедрения для всех регионов, кроме ОЭСР, где текущий уровень внедрения намного выше, чем в других регионах. Принимая во внимание глобальный дефицит воды, некоторые сценарии предполагают пик внедрения к 2030 году.

Мы рассчитали последствия повышения эффективности орошения в фермерских хозяйствах в период с 2020 по 2050 год, сравнив два сценария роста с эталонным сценарием, в котором доля рынка была зафиксирована на текущем уровне.

• Сценарий 1: Эффективное орошение внедрено на 187,71 млн га (59 процентов от общей доступной площади земель).
• Сценарий 2: Эффективное орошение внедрено на 286,47 млн ​​га (89 процентов от общей доступной земельной площади).

Выбросы Модель

Воздействие эффективности орошения ферм на климат основано на разнице в электроэнергии, необходимой на гектар между обычными и улучшенными системами орошения. Мета-анализ данных Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО) показал, что для обычного орошения требуется 2,3 тераватт-часа на миллион гектаров в год, в то время как для улучшенного орошения требуется 1,5 тераватт-часа на миллион гектаров в год.

Финансовая модель

Все денежные значения представлены в долларах США за 2014 год.

Первая стоимость обычного орошения составила 671,37 долларов США за гектар на основе 13 точек данных из 10 источников. Первая стоимость решения Farm Irrigation Efficiency составила 1 575,86 долларов США за гектар на основе метаанализа 37 точек данных из 22 источников. Эксплуатационные расходы на обычное орошение составили 274,04 доллара США на гектар. Эксплуатационные затраты на решение составили 151,02 доллара США на гектар. Мы оценили эксплуатационные расходы для обеих практик по проценту от общего количества поливной воды, подаваемой на поле, и общей стоимости забора.

Интеграция

В отличие от большинства решений по снижению полива, решение по эффективности ирригации на ферме можно применять к единицам земли, где применяются другие решения. Сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу за счет улучшенного орошения не зависит, например, от сокращения за счет биосеквестрации от решений в области ресурсосберегающего земледелия или совмещения деревьев.

Результаты

Общее внедрение решения по повышению эффективности орошения ферм в Сценарии 1 составляет 187,71 млн га в 2050 г., что составляет 59процентов от всей доступной земли. Из них 133,95 млн га будут приняты в период с 2020 по 2050 год, что позволит сократить выбросы в эквиваленте диоксида углерода на 1,13 гигатонны к 2050 году при чистых первоначальных затратах на реализацию в размере 222,87 млрд долларов США. Чистая операционная экономия за весь срок эксплуатации составляет 534,60 млрд долларов США. Это решение экономит 37 миллиардов галлонов воды.

Общая площадь освоения в Сценарии 2 составляет 286,47 млн ​​га в 2050 году, что составляет 89 процентов от общей доступной земли. Из них 232,72 млн га будут приняты на период с 2020 по 2050 год. Этот сценарий сокращает выбросы в эквиваленте диоксида углерода на 2,07 гигатонны к 2050 году при чистых первоначальных затратах на реализацию в размере 386,9 долларов США.2000000000. Чистая операционная экономия за весь срок службы составляет 938,58 млрд долларов США. Это решение экономит 68 миллиардов галлонов воды.

Обсуждение

Контрольные показатели

Доступно несколько контрольных показателей для проведения сравнений в рамках данного исследования. В 2011 году ФАО отметила отсутствие опубликованных данных о выбросах парниковых газов в результате ирригации (Turral et al., 2011).

Ограничения

Дополнительные точки данных о выбросах и затратах на орошение эффективности орошения фермерских хозяйств могли бы улучшить это исследование.