Лекція 4. Автоматизація осушувально-зволожувальних систем з трубчастим дренажем. Оптимальне за швидкістю керування водним режимом.

При безперервному шлюзуванні протягом усього вегетаційного періоду створюються такі підпори рівнів води в каналах, які забезпечують оптимальну зміну рівнів ґрунтових вод. У випадку періодичного шлюзування зволоження відбувається циклами: після посіву шлюзи відкривають, відбувається поступове зниження рівня ґрунтових вод за рахунок випаровування і фільтрації; при досягненні рівнями мінімальних норм осушення шлюзи закривають, канали наповняють водою до бровок з короткочасним (на 1...2 доби) затопленням мікрознижень поля і потім воду скидають з мережі. Витрата води в 1,5–2 рази більше, ніж при безперервному шлюзуванні.

Вода в дрени при зволоженні шлюзуванням може подаватися за такими основними схемами: у гирла колекторів-зволожувачів із провідних осушувальних каналів; у джерела колекторів-зволожувачів з підвідних каналів розподільників; у витоки колекторів-зволожувачів з напірного трубопроводу; у спеціальні зволожувальні трубопроводи із розподільчих каналів.

 

1.1. Автоматизація осушувально-зволожувальних систем з закритими колекторами

Конструкції осушувально-зволожувальних систем з трубчатим дренажем залежать, в основному, від рельєфу місцевості і коефіцієнта фільтрації ґрунту.

На рис.1 наведена ділянка осушувально-зволожувальної системи з закритою дренажною мережею. При ухилах території 0,003...0,005 найбільш досконалою з погляду гнучкості керування є проточна схема регулюючої дренажної мережі з подачею води із зволожувального каналу у витоки дрен. У цій системі дренажні колодязі ДК зв'язані з осушуваними колекторами ОК, а водозабірні колодці ВК – зі зволожувальними колекторами ЗК. Регулюючі споруди РС1 і РС2 забезпечують необхідні рівні води в магістральному (МК) і в зволожувальному (КЗ) каналах.

Оскільки витрата води на зволоження ділянки є змінною (залежить від рівня ґрунтових вод і багатьох стохастичних природних факторів), то для забезпечення найбільш сприятливих умов фільтрації води із дрен в грунт рівень води у водозабірному колодязі повинен підтримуватись сталим при кожному циклі зволоження, що можливе лише при використанні системи автоматичного регулювання рівня води. При відсутності альтернативних джерел енергії доцільно застосовувати гідравлічні системи регулювання на базі мембранних регуляторів.

Витрата води із зволожувального каналу, як сума витрат із водозабірних колодязів і втрат, буде також змінною. Тому регулююча споруда РС2 на зволожувальному каналі повинна підтримувати автоматично ННБ = const в широкому діапазоні зміни витрат. Це може бути забезпечено однією із систем автоматичного регулювання рівня води у нижньому б'єфі каналу.

Рис.1. Фрагмент осушува-льно-зволожувальної про-точної системи.

 

Регулююча споруда РС1 на магістральному каналі має створити необхідний підпір води біля витоку зволожувального каналу. Оптимальним варіантом цієї споруди буде такий, який забезпечить сталий рівень води у верхньому б'єфі незалежно від витрати зволожувального каналу, наприклад, клапанний затвор.

На рис.2 наведена функціональна схема керування підґрунтовим зволоженням, яка може бути автоматичною або автоматизованою. Схема передбачає керування за рівнем ґрунтових вод, як найбільш проста в реалізації.

Рис.2. Функціональна схема системи автоматичного регулювання підгрунтовим зволоженням.

 

При роботі системи в режимі автоматичного керування інформація про рівні ґрунтових вод на всіх ділянках (модулях) повинна поступати від відповідних давачів рівня ґрунтових вод ДР на обчислювальний пристрій ОП, який буде формувати сигнал на зволоження у випадку, коли рівень ґрунтових вод на будь-якому модулі знизиться до встановленого в пристрої мінімального значення hmin . При цьому hmin задається для кожної ділянки залежно від виду культури і періоду вегетації.

За сигналом ОП регулююча споруда РС1 підніме рівень води у верхньому б'єфі до заданої позначки Нп. При рівні води Нп давач рівня ДРМ , який контролює рівень води у верхньому б'єфі магістрального каналу МК, видає сигнал на відкриття споруди РС2. Коли  зволожувальний канал наповниться водою до заданої глибини Н3 , яка відповідає необхідному рівню води біля самого віддаленого водозабірного колодязя, споруда РС2 перейде в режим стабілізації рівня у нижньому б'єфі. В цей час водозабірні колодязі ВК і дренажна мережа ДМ будуть заповнюватися водою, і, коли рівень у будь-якому колодязі досягне заданого значення , встановлений в ньому регулятор автоматично перейде на режим стабілізації рівня, забезпечуючи ефективне підґрунтове зволоження. При цьому вода із дренажної мережі ДМ буде фільтруватись в об'єкт керування (ОК - активний шар ґрунту), і рівень ґрунтових вод, який контролює давач рівня ДР, буде підвищуватись.

Стабілізацію рівня води у водозабірному колодязі ВК забезпечує замкнута система регулювання, яка складається з об'єкта керування ВК, задавача 3 і мембранного регулятора Р (рис.1). Якщо уставка регулятора розрахована вірно, то повинен стабілізуватись усереднений за добу рівень ґрунтових вод. При завищеній уставці регулятора або із-за інших причин, наприклад, значного зменшення випаровування, рівень фунтових вод може перевищувати допустиме значення hmax . Щоб не допустити цього, при h = hmax обчислювальний пристрій ОП видасть сигнал на припинення процесу зволоження, зменшивши підпір на споруді РС1, що призведе автоматично до закриття споруди РС2. Перевід системи на зволоження автоматично наступить тоді, коли рівень ґрунтових вод на будь-якій ділянці знизиться до мінімального значення hmin.

При заниженій уставці регулятора режим стабілізації може наступити при рівні ґрунтових вод, який буде значно відрізнятись від розрахункового (оптимального), і система на це не буде реагувати, бо вона є дискретною, тобто реагує тільки на граничні значення hmin і