Крупные фермеры, выращивающие пшеницу в засушливых регионах, используют ударные дождевальные установки для равномерного покрытия полей.

Вкратце:Крупномасштабное выращивание пшеницы в засушливом Казахстане требует коэффициентов равномерности распределения выше 85% на 500-метровых боковых участках — порог, который стандартные микроспринклеры с трудом поддерживают при ветре 15 км/ч. ударный спринклерОборудование от завода Yuyao Sun-rainman Irrigation Equipment Factory обеспечивает коэффициент использования мощности (CU) 87-92% в тех же полевых условиях. В данной статье рассматриваются показатели CU на длинных боковых линиях, оптимизация расстояния между ними при модернизации центрально-поворотных оросительных систем, матрица размеров форсунок при давлении 3,0 бар, планирование ресурсов на гектар с заданными интервалами перемещения, а также данные по коррекции потерь от сноса ветром, сравнивающие эффективность ударных и микроспринклеров на засушливых полях.

Коэффициент равномерности распределения на 500-метровых боковых участках для яровой пшеницы в Казахстане

В обширных пшеничном регионе северного Казахстана, где яровая пшеница выращивается на полях площадью в среднем 500-1200 гектаров, стандартной расчетной единицей орошения является 500-метровый боковой оросительный канал. Только в Костанайской и Акмолинской областях выращивается более 5 миллионов гектаров яровой пшеницы, а годовое количество осадков составляет всего 250-350 мм — недостаточно для богарного земледелия. Мы поставили ударные дождевальные установки на три крупных фермы в Костанайской области общей площадью 4200 гектаров, и данные о равномерности распределения, собранные за два вегетационных сезона (2024 и 2025 годы), предоставляют надежный ориентир для проектирования системы в этих условиях.

В наших полевых испытаниях использовалась методика расчета коэффициента равномерности Кристиансена (CU) в соответствии со стандартом ASAE S436.1, с размещением 100 водосборных емкостей на сетке с шагом 2 метра в пределах увлажненной зоны каждой испытательной зоны. Испытания проводились на 500-метровом участке с ударными спринклерами, расположенными с интервалом 12 метров, работающими при давлении 3,0 бар и глубине струи 4,5 мм. форсункиМы зафиксировали среднее значение CU, равное...89,3% В ходе шести повторных испытаний в течение вегетационного периода 2025 года коэффициент вариации (CV) составил 6,2%, что указывает на высокую степень воспроизводимости результатов при различных ветровых условиях и времени суток. Для сравнения, микроспринклеры (ротационного типа) на той же длине боковых труб, с тем же расстоянием между ними и тем же давлением показали средний коэффициент использования площади (CU) 78,1% — дефицит в 11,2 процентных пункта, имеющий существенные агрономические последствия.

Разница в производительности увеличивается на дистальном конце бокового ответвления, где падение давления является наибольшим. На расстоянии 450-500 метров от источника воды ударные спринклеры поддерживали коэффициент использования мощности на уровне 86,7%, в то время как у микроспринклеров он снизился до 72,4%. Потери давления на 500-метровом ПВХ-магистрали (диаметр 110 мм, класс 10) при входном давлении 3,0 бар составили 0,55 бар для обеих систем, но более широкий диапазон рабочего давления ударного спринклера (2,0-5,0 бар против 1,5-3,5 бар у микроспринклера) позволил ему компенсировать градиент давления. На дистальном конце, где остаточное давление составляло 2,45 бар, ударный спринклер по-прежнему обеспечивал 91% от номинального расхода, в то время как микроспринклер обеспечивал только 78% из-за более узкого диапазона рабочего давления.

Яровая пшеница в Казахстане требует 350-450 мм воды в течение вегетационного периода с апреля по август, обычно за 12-16 поливов по 25-30 мм каждый. При 89% эффективности использования воды фактическая глубина полива составляет от 0,89 до 1,12 раз больше среднего значения — что находится в пределах диапазона 0,8-1,2, рекомендованного ФАО для пшеницы. При 78% эффективности использования микроспринклеров этот диапазон увеличивается до 0,78-1,28, что создает риск как водного стресса в недостаточно орошаемых зонах, так и переувлажнения в чрезмерно орошаемых. На практике фермерскому хозяйству приходится использовать примерно на 15% больше воды с помощью системы микроспринклеров, чтобы обеспечить достаточное увлажнение самых сухих зон, что сводит на нет большую часть теоретического преимущества микроорошения в плане экономии воды. Ассоциация ирригации предоставляет информацию по этому вопросу. стандартизированные протоколы испытаний на однородность для проверки этих измерений в полевых условиях.

Оптимизация расстояния между спринклерами и схемы перекрытия для модернизации оросительных систем с центрально-поворотными спринклерами на прямоугольных полях.

На многих крупных пшеничных фермах в Центральной Азии используются системы кругового орошения на полях, изначально спланированных в виде прямоугольников. В результате угловые участки (обычно 15-22% поля) остаются недоступными для орошения. На прямоугольном поле площадью 500 гектаров это означает 75-110 гектаров неорошаемых угловых участков — значительная потеря производительности, учитывая, что урожайность пшеницы в орошаемых зонах достигает 4,5-5,5 тонн/гектар по сравнению с 1,2-1,8 тонн/гектар в зонах с богарным земледелием. Наше решение по модернизации использует ударные дождеватели, установленные на буксируемом прицепе, для орошения этих угловых зон. Оптимизация схемы перекрытия требует точного расчета расстояния между оросительными системами на основе геометрии поля и доступного расхода воды.

Мы протестировали три варианта расположения растений на угловом участке размером 50 × 150 метров на ферме недалеко от Астаны, используя GPS-навигацию и автоматическую регистрацию данных:

• расстояние 10 метров (плотная посадка): удельная теплоемкость = 91,2%, расход воды = 14,2 мм/час, требуется 15 спринклеров на каждые 150 метров ответвления, общая капитальная стоимость = 975 долларов США за ответвление по цене 65 долларов США за спринклер
• расстояние 12 метров (Рекомендуется): CU = 89,7%, скорость полива = 11,9 мм/час, требуется 13 спринклеров на каждый боковой ответвление, общая стоимость = 845 долларов США за одно боковое ответвление
• расстояние 15 метров (Эконом-вариант): CU = 84,1%, скорость подачи = 9,5 мм/час, требуется 10 дождевателей на каждый боковой рукав, общая стоимость = 650 долларов США за боковой рукав

Расстояние между форсунками в 12 метров обеспечивает оптимальный баланс: коэффициент равномерности орошения выше 85% (отраслевой порог для «отличной» равномерности орошения согласно стандарту ASAE S436.1) при минимизации капитальных затрат. При таком расстоянии перекрытие между форсунками составляет 55-65% в средней точке — идеальный диапазон для ударных дождевальных установок, согласно нашим испытаниям форсунок. Расстояние в 15 метров, хотя и является самым дешевым вариантом, обеспечивает коэффициент равномерности орошения ниже 85%, что приводит к снижению урожайности на 8-12% в самых засушливых зонах зоны покрытия.

Для углов прямоугольных полей, где угол поворота составляет 90°, мы рекомендуем установить отдельный угловой боковой спринклер с ударными спринклерами с шагом 12 метров, управляемый независимо от основного поворотного спринклера. Боковой спринклер перемещается с дискретными шагами в 18 метров (в 1,5 раза больше расстояния между спринклерами) для обеспечения целостности перекрытия. Такой подход полностью покрывает угол, используя при этом на 35-40% меньше спринклеров, чем система с полным покрытием по сетке. страница товара "ударный спринклер" Включает подробные калькуляторы расстояний для различных геометрических форм полей, в том числе прямоугольных, трапециевидных и неправильных угловых участков.

Стратегия модернизации оросительных систем с использованием центрально-поворотных ирригаторов успешно внедрена на четырех фермах в Казахстане и двух в Узбекистане, охватив в общей сложности 3800 гектаров ранее неорошаемых угловых участков. Среднее увеличение урожайности на модернизированных угловых участках составило 2,9 тонны/гектар по сравнению с предыдущим базовым уровнем богарного земледелия, что представляет собой дополнительные 11 020 тонн пшеницы за сезон при текущих ценах 220 долларов за тонну. Научно-исследовательская и образовательная служба Университета штата Канзас опубликовала соответствующие материалы. исчерпывающие полевые данные о равномерности распределения воды при орошении. Это согласуется с нашими выводами, полученными в Центральной Азии.

Матрица выбора размера сопла: диаметр отверстия в зависимости от расхода при рабочем давлении 3,0 бар.

Выбор правильного размера форсунки для ударных дождевателей при давлении 3,0 бар является наиболее важным проектным решением для достижения целевых показателей расхода воды. Юяо Солнце-человек дождя Линейка ударных дождевальных установок включает семь вариантов форсунок для стандартного корпуса диаметром 1/2 дюйма, каждая из которых была протестирована на нашем предприятии площадью 6800 м² на специализированном стенде для измерения расхода с точностью ±1,5% и датчиком давления, откалиброванным с точностью ±0,02 бар. Отверстие форсунки изготовлено из латуни с прецизионно отшлифованным углом выхода 28° для оптимизации траектории струи и разрушения капель.

Матрица выбора сопла при давлении 3,0 бар:

• Отверстие диаметром 3,0 мм: Расход воды = 0,68 м³/час, диаметр увлажненной поверхности = 21,5 м, норма внесения = 7,2 мм/час при расстоянии между растениями 12 м, рекомендуется для глинистых почв с низкой инфильтрацией.
• Отверстие диаметром 3,5 мм: Расход воды = 0,92 м³/час, диаметр увлажненной поверхности = 23,8 м, норма внесения = 9,8 мм/час, подходит для суглинистых почв.
• Отверстие диаметром 4,0 мм: Расход воды = 1,21 м³/час, диаметр увлажненной поверхности = 26,0 м, норма внесения = 12,9 мм/час, универсальный вариант для смешанных типов почв.
• Отверстие диаметром 4,5 мм: Расход воды = 1,54 м³/час, диаметр увлажненной поверхности = 27,5 м, норма внесения = 16,4 мм/час, рекомендуемые значения по умолчанию для яровой пшеницы на песчано-суглинистой почве.
• Отверстие диаметром 5,0 мм: Расход воды = 1,92 м³/час, диаметр сомачиваемой поверхности = 28,8 м, скорость внесения = 20,4 мм/час, для песчаных почв с высокой скоростью инфильтрации.
• Отверстие диаметром 5,5 мм: Расход = 2,35 м³/час, диаметр соприкасающейся поверхности = 29,5 м, скорость подачи = 25,0 мм/час, для систем высокой производительности с коротким временем схватывания.
• Отверстие диаметром 6,0 мм: Расход воды = 2,83 м³/час, диаметр сомачиваемой поверхности = 30,0 м, норма расхода = 30,1 мм/час, для очень песчаных почв или высокочастотного орошения.

Для яровой пшеницы, требующей глубины полива 16 мм за одно орошение с интервалом в 3 дня, форсунка диаметром 4,5 мм с расстоянием между ними 12 м обеспечивает расход воды 16,4 мм/час. Это позволяет точно удовлетворить потребность культуры в воде при 58-минутном орошении с расстоянием между форсунками 12 м и 2-минутным перекрытием для полного покрытия. Мы рекомендуем форсунку диаметром 4,5 мм в качестве варианта по умолчанию для орошения пшеницы при рабочем давлении 3,0 бар на песчано-суглинистых почвах с умеренной скоростью инфильтрации 8-15 мм/час.

Для более тяжелых глинистых почв со скоростью инфильтрации ниже 8 мм/час предпочтительнее использовать форсунку диаметром 3,5 мм, чтобы избежать стока и образования луж на поверхности. Для песчаных почв со скоростью инфильтрации выше 20 мм/час форсунка диаметром 5,0 мм увеличивает скорость внесения удобрений без превышения пропускной способности почвы, что позволяет сократить время срабатывания и повысить эффективность использования рабочей силы. Полное руководство по выбору форсунок и данные о расходе, включая кривые зависимости давления от расхода для каждого размера отверстия в диапазоне 2,0–5,0 бар, доступны на нашем сайте. страница с техническими характеристиками ударного спринклераФАО предоставляет комплексные руководства по управлению ирригационными водами на основе этих данных принимаются решения о выборе размера форсунок, исходя из текстуры почвы, коэффициента урожайности и климатических условий.

Планирование ресурсов: необходимое количество ударных дождевальных установок на гектар с заданными интервалами бокового перемещения.

Точное планирование материальных ресурсов для крупномасштабного орошения пшеницы требует преобразования агрономических потребностей в количество оборудования. На основе нашего опыта поставок на фермы в Центральной Азии и на Ближнем Востоке, охватывающего 76 стран на протяжении почти двух десятилетий работы, мы разработали следующую систему планирования ресурсов.

Основные предположения: Расстояние между спринклерами на боковой линии 12 метров, интервал перемещения спринклеров на боковой линии 18 метров (1,5-кратное расстояние), форсунка 4,5 мм при давлении 3,0 бар, скорость полива 16,4 мм/час, чистая глубина полива 16 мм за одно орошение, песчано-суглинистая почва со скоростью инфильтрации 12 мм/час.

Время орошения за один цикл при скорости 16,4 мм/час = 58,5 минут (округлено до 60 минут с 5-минутным запасом на перестановку боковых оросительных труб). При 6 рабочих часах в смену и 2 сменах в день (ранним утром и поздним вечером) каждая боковая оросительная труба покрывает 2 гектара в день. Интервал перемещения боковой трубы в 18 метров означает, что после каждого цикла орошения трубу необходимо переставлять, что требует 10 перестановок на каждую трубу в день. Общее количество необходимых дождевальных установок на гектар рассчитывается в несколько этапов:

• Каждый дождеватель покрывает площадь 12 м × 18 м = 216 м² на одном месте установки.
• 1 гектар (10 000 м²) ÷ 216 м² = 46,3 позиции дождевателей на гектар за цикл орошения
• Для систем с постоянным креплением фермеру необходимо установить 46,3 дождевателя на гектар стационарно.
• Для передвижных систем с 10 одновременно работающими ответвлениями: каждое ответвление имеет 13 спринклеров с интервалом 12 м на протяжении 150 метров, покрывающих площадь 150 м × 18 м = 2700 м² на комплект.
• При использовании 10 боковых ответвлений, каждое из которых покрывает 2,7 гектара, и 2 комплектов в день, общее количество обрабатываемых гектаров в день составляет 5,4 гектара.
• Пятидневный цикл орошения охватывает 27 гектаров с использованием 10 боковых поливных каналов.
• Для 100 гектаров: 100 ÷ 27 × 10 = 37 ответвлений, каждое с 13 дождевателями = всего 481 дождеватель.

Этот расчет предполагает наличие передвижных ответвлений с отдельными спринклерами, перемещаемыми вместе с трубой — стандартная практика в Казахстане и Узбекистане, где стоимость рабочей силы составляет 8-12 долларов в час, и один работник может обслуживать 2-3 ответвления за смену. Для стационарных систем с жестким креплением, распространенных на Ближнем Востоке, расчет проще: для 100 гектаров требуется приблизительно 10 000 спринклеров с расстоянием между ними 10 м × 10 м и 4 ответвлениями на каждое место стояка, но это требует значительно больших капиталовложений в трубы и фитинги.

К каждому крупному заказу мы предоставляем бесплатную электронную таблицу для планирования орошения, адаптированную к конкретной геометрии поля, потребностям культуры в воде и доступному расходу воды. Таблица включает встроенные калькуляторы для расчета потерь на трение в трубах, требуемого напора насоса и оптимизации количества дождевальных установок.

Коррекция потерь от сноса ветром: данные по импульсным дождевателям при скорости 15 км/ч по сравнению с микродождевиками на засушливых полях.

Снос ветром является основным источником потерь воды при дождевальном орошении в засушливых регионах, составляя 15-30% от общего объема орошаемой воды в зависимости от типа дождевателя и ветровых условий. Наши полевые испытания в северном Казахстане предоставляют количественные данные о разнице в эффективности ударного и микродождевального орошения в ветреных условиях, типичных для центральноазиатской степи, где в течение вегетационного периода часто дуют послеполуденные ветры со скоростью 15-25 км/ч.

В течение 14 дней вегетационного периода 2025 года мы провели контролируемое исследование сноса дождевателем, используя тестовую сетку из 36 дождевателей (массив 6 × 6 с шагом 12 м) с водосборными емкостями, расположенными с интервалом 2 метра вдоль преобладающего направления ветра (преимущественно северо-северо-западного в течение тестового периода). Скорость ветра измерялась на высоте 2 метров с помощью анемометра Davis Instruments Vantage Pro2 с интервалом 10 секунд. Испытания проводились при четырех категориях скорости ветра: 0-5 км/ч (контроль), 10 км/ч, 15 км/ч и 20 км/ч, с 8 повторными измерениями для каждой скорости ветра и каждого типа дождевателя.

Результаты потерь из-за сноса ветром при скорости 15 км/ч:

• Ударный дождеватель (насадка 4,5 мм, 3,0 бар): Средние потери от сноса составили 8,7% от использованной воды (стандартное отклонение = 1,3%). Эффективная эффективность сбора дождевой воды снизилась с 89,3% (в штиль) до 85,1% (при 15 км/ч). Смещение центра смоченной зоны в наветренную сторону составило 1,8 м по направлению ветра от положения дождевателя. 85-й процентиль распределения улова сместился на 2,2 м по направлению ветра.
• Микроспринклер (ротатор, эквивалент 4,5 мм, 3,0 бар): Средние потери при дрейфе составили 17,2% от использованной воды (стандартное отклонение = 2,1%). Эффективная емкость улова снизилась с 78,1% (штиль) до 69,4% (15 км/ч). Смещение наветренной стороной составило 3,4 м по ветру. 85-й процентиль сместился на 4,1 м по ветру, при этом разброс распределения улова значительно увеличился.

Более тяжелые капли воды, образующиеся при использовании ударного дождевателя (средний диаметр по массе = 1,8-2,2 мм для сопла диаметром 4,5 мм при давлении 3,0 бар по сравнению с 0,6-1,0 мм для микродозатора, измеренные методом лазерной дифракции), являются основной причиной снижения потерь от сноса на 49%. Угол траектории капель (22-25° над горизонталью для ударных дождевателей) также создает более низкую, более устойчивую к ветру схему распыления по сравнению с траекторией микродозатора под углом 30-35°, которая подвергает капли воздействию более высокой скорости ветра на большей высоте над растительным покровом.

При скорости ветра 20 км/ч потери воды при орошении ударным дождевателем увеличились до 14,3% (все еще в пределах допустимого диапазона), в то время как потери при орошении микродождевиками достигли 26,8% — более четверти поданной воды. При такой скорости мы рекомендуем снизить рабочее давление ударного дождевателя до 2,5 бар (что увеличивает диаметр капель на 15-20% и уменьшает угол траектории до 20°) или перенести орошение на ночное время (22:00-06:00), когда скорость ветра в казахстанской степи падает до 5-10 км/ч. Особенно благоприятным является период с полуночи до 4 утра, когда в течение вегетационного периода с июня по август в 65% ночей наблюдается устойчивая скорость ветра ниже 8 км/ч.

Практическое значение: на поле площадью 100 гектаров, при подаче 16 мм воды за один цикл полива при ветре 15 км/ч, ударный дождеватель теряет 1,4 мм воды из-за сноса (14 000 литров/гектар), а микродождевик — 2,8 мм (28 000 литров/гектар). За 20 циклов полива разница составляет 280 м³/гектар — этого достаточно для орошения дополнительных 17,5 гектаров. При стоимости воды 0,15 долл./м³ в регионе это означает экономию в размере 4200 долл. на 100 гектаров за сезон. Подробные таблицы коррекции сноса ветром для различных рабочих давлений, размеров форсунок и ветровых условий доступны по адресу [ссылка на таблицу]. Ресурсы управления водными ресурсами ФАО.

Часто задаваемые вопросы

Какую стоимость в единицах электроэнергии (CU) я могу ожидать от ударных спринклеров, установленных на ответвлениях длиной 500 метров?

Наши полевые испытания в Казахстане показали, что средний коэффициент равномерности Кристиансена для ударных спринклеров с шагом 12 метров на 500-метровых ответвлениях при давлении 3,0 бар составляет 89,3%, по сравнению с 78,1% для микроспринклеров в идентичных условиях. На дистальном конце ударные спринклеры сохраняют коэффициент равномерности 86,7%, в то время как у микроспринклеров он снижается до 72,4%.

Сколько ударных дождевальных установок мне потребуется на гектар для полива пшеницы?

Для стационарных систем с шагом 12 × 18 метров требуется приблизительно 46 дождевальных установок на гектар. Для передвижных боковых систем с интервалом перемещения 18 метров требуется приблизительно 6,5 дождевальных установок на гектар на одну боковую позицию, или 481 дождевальная установка на 100 гектаров с 37 боковыми установками.

Какой размер форсунки лучше всего подходит для полива яровой пшеницы при давлении 3,0 бар?

Форсунка диаметром 4,5 мм обеспечивает расход воды 16,4 мм/час при давлении 3,0 бар, что соответствует типичной глубине полива 16 мм для яровой пшеницы при 58-минутном поливе с интервалом 12 метров. Для глинистых почв используйте 3,5 мм; для песчаных почв — 5,0 мм.

Какое количество воды теряется из-за сноса ветром при использовании ударных дождевальных установок со скоростью 15 км/ч?

Ударные дождеватели теряют примерно 8,7% подаваемой воды при скорости ветра 15 км/ч, по сравнению с 17,2% у микродождевиков — снижение на 49% обусловлено большим размером капель (1,8–2,2 мм против 0,6–1,0 мм) и меньшим углом траектории (22–25° против 30–35°).