Temat: Projektowanie

nawadniania

deszczownianego

Prof. dr hab. inż. Czesław Rzekanowski

Prof. dr hab. inż. Czesław Rzekanowski

Katedra Ekoinżynierii i Fizykochemii

Katedra Ekoinżynierii i Fizykochemii

Środowiska

Środowiska

Budowa systemu

nawadniającego:

1.Ujęcie wody z pompownią
- stacja oczyszczania wody
- fertygator (dozownik nawozów)
2. Linia przesyłowa (od ujęcia do pola)
3. Instalacja aplikująca wodę pod rośliny
(zraszacz)

Przepustowość rur

ssących

średnica wewnętrzna dopuszczalny

przepływ

63 mm 14
m

3

·h

-1

75 mm

22 m

3

·h

-1

110 mm

56 m

3

·h

-1

125 mm

75 m

3

·h

-1

150 mm

108

m

3

·h

-1

200 mm

210 m

3

·h

-1

Pompownie ciągnikowe

Zapotrzebowanie mocy

pomp do nawodnień

ciśnieniowych

przeciętnie wynosi

0,5-1 kW·h

-1

DESZCZOWNIE

SZPULOWE

Nawadnianie deszczowniami szpulowymi jest
najczęściej stosowanym w Polsce systemem
nawadniania

(np.

warzyw,

ziemniaków,

użytków trawiastych).

●

Polega na tym, że na skraju pola

przeznaczonego do nawadniania ustawiana
jest maszyna szpulowa i za pomocą ciągnika
rolniczego, ciągnącego za wózek z
dalekosiężnym zraszaczem, w kilkanaście
minut rozwijany jest bruzdą polietylenowy wąż.

●

Po podłączeniu maszyny do hydrantu i

uruchomieniu pompy tłoczącej wodę pod
ciśnieniem (nawet ponad 10 bar),
przepływająca woda powoduje bardzo
powolne, bo trwające kilkanaście godzin
nawijanie węża.

●

Podczas 1 cyklu zwijania zostaje nawodniony

areał o długości rozwiniętego ze szpuli węża
(czyli 110-750 m), szerokości pracy zraszacza
(tj. 30-100 m), a więc powierzchni od 0,5 do 5
ha, dawką polewową rzędu 25 mm,
wystarczającą na tydzień.

[Za: K. Łuszczyk –”Łukomet”]

●

Największa maszyna szpulowa pracująca 22

godziny na dobę jest w stanie nawadniać w
polskim klimacie areał do 50 ha.

●

Jeżeli podczas nawadniania zauważalne jest

rozmywanie (np. redlin ziemniaka) to należy
zwiększyć ciśnienie na zraszaczu lub
zastosować konsolę z małymi,
niskociśnieniowymi dyszami.

●

Szerokość robocza konsoli jest zazwyczaj o

połowę mniejsza niż zraszacza a więc dla
zachowania zaplanowanej dawki polewowej
koniecznym jest dwukrotne zwiększenie
prędkości zwijania.

●

Zastosowanie konsoli pozwala znacznie

zmniejszyć ciśnienie zasilające, daje
oszczędności energii, zapewnia równomierny
opad na całej szerokości nawadnianego pasa
nawet przy wietrznej pogodzie.

●

Deszczownia szpulowa jest w pełni mobilna i

po zakończeniu cyklu nawadniania jest gotowa
do przestawienia na inne pole lub zaholowania
do gospodarstwa.

●

Deszczownie szpulowe – zwłaszcza

wyposażone w konsole dają bardzo duże
intensywności opadu, co może być poważnym
problemem na nierównym terenie i zwięzłych
glebach.

[Wg: Łuszczyk – Łukomet]

●

Zaletą deszczowni szpulowych jest ich duża mobilność,

uniwersalność i możliwość zastosowania na terenach pochyłych.

●

Ponadto dużym atutem jest fakt, ze podstawowy element

deszczowni, jakim jest maszyna szpulowa, zawsze stoi na suchym
miejscu.

●

Deszczownie szpulowe mogą być wyposażone w system

sterowania komputerowego lub też za pomocą przenośnego
nadajnika.

Konsola (w działaniu)

1. Strip width with low-pressure spray
nozzles

2. Strip width with low-pressure spray nozzles
and rotator nozzles

3. Strip width with low-pressure spray nozzles
and end nozzle block

Projektowanie deszczowni

szpulowej

Zapotrzebowanie wody do nawodnienia wybranego obszaru gleby
mineralnej.

 

F · dz

Q = [m

3

/h]

td

 

F

- powierzchnia gleby mineralnej [ha]

dz

- średnia dobowa dawka wody brutto [m

3

/ha] –

przyjmujemy

dz = 36 m

3

/ha

Td

- czas pracy deszczowni [godz/dobę] - przyjmujemy

td =

20 godz/dobę

Tabela 1. Średnie dobowe dawki wody brutto [m

3

/ha]

Nazwa uprawy

dz

[m

3

/ha]

dz

[mm]

Warzywa intensywne 50
5,0
Warzywa średnio intensywne 40
4,0

Użytki trawiaste 36

3,6

Zboża 28
2,8

Projektujemy stosownie do zapotrzebowania „

Q”

– jedną, dwie lub

3 szpule

Tabela 2.

Maszyna szpulowa IRTEC 125BR500 -

koszty elementów

systemu nawodnieniowego

Wielkość Q G F P N Koszt Koszt
Koszt Koszt Średni koszt
maszyny m

3

/h m ha bar kW pomp rurociągu

szpuli całkowity na 1 ha

40/110 8 30 4 4 3 6200 4800
8200 19200 4800
50/150 12 40 6 5 5 7200 8400
12600 28200 4700
63/200 20 50 10 6 9 9800 15500
19000 44300 4430
75/250 30 60 15 7 13 11500 23500
25000 60000 4000
82/300 40 70 20 7 18 12500 32500
28000 73000 3650
90/350 50 75 25 8 26 15000 41800
37000 93800 3750
100/400 60 80 30 8 30 19000 46000
48000 120000 3770
110/450 70 85 35 9 37 23000 50000
62000 135000 3860
125/500 80 90 40 10 50 27000 78000
91000 196000 4900
140/500 99 99 50 11 75 32000 102000
114000 248000 4960

Z gamy kilkudziesięciu wielkości maszyn jakie oferuje każdy producent, tabela przedstawia tylko te o
najrozsądniejszym stosunku średnicy węża do jego długości.

Wielkość maszyny

– stosunek średnicy węża [mm] do jego długości [m]

Q

– przepustowość deszczowni, prawie maksymalna dla danej wielkości przy optymalnej (z maksymalnych)

średnicy dyszy i ciśnieniu

G

– szerokość nawodnionego pasa [m] z uwzględnieniem 15% zakładów

F

– powierzchnia [ha] jaką jest zdolna nawadniać maszyna nawet przy całkowitym braku opadów w ciągu

całego sezonu

P

– wymagane optymalne ciśnienie [bar] na wejściu maszyny szpulowej

N

– zapotrzebowanie mocy pompy [kW] dla zapewnienia powyższych parametrów

Koszt pomp

– koszty pompowni elektrycznej z podstawowym osprzętem

Koszt rurociągu

– koszt linii przesyłowej podziemno-naziemnej, optymalnie dobranej (pod względem

materiałów i parametrów z zachowaniem minimalizacji kosztów budowy i późniejszej eksploatacji) dla danej
maszyny szpulowej

Koszt szpuli

– koszt deszczującej maszyny szpulowej, dobrej europejskiej marki, ze zraszaczem i

standardowym osprzętem

Koszt całkowity

– suma trzech powyższych

Średni koszt na 1 ha

– koszt jednostkowy w przeliczeniu na 1 ha plantacji.

[Kalkulacja wg; K.

Łuszczyk – „Łukomet”]

NAKŁADY INWESTYCYJNE NA DESZCZOWNIĘ

Każdy system nawadniania jest specyficzny w swoim rodzaju i w zasadzie
niepowtarzalnym, jeśli wymagamy od niego optymalnego przystosowania do
indywidualnych potrzeb i lokalnych warunków. Również nakłady na jego
budowę będą znacznie zróżnicowane w zależności od zastosowanych,
możliwych i koniecznych rozwiązań. Aby umożliwić przeanalizowanie kosztów
należy poczynić kilka założeń i poczynić pewne uproszczenia umożliwiające
dokonanie porównań.

Założenia:

●

Wielkość pojedynczej maszyny i jej parametry dobieramy

optymalnie do wielkości plantacji, a kształt plantacji do parametrów
roboczych maszyny.

●

Ziemniaki uprawiamy co cztery lata na tym samym polu.

●

W linie przesyłowe uzbrajamy pole w kształcie prostokąta o

powierzchni równej czterokrotnej wydajności eksploatacyjnej
deszczowni (co zapewni trzyletnią przerwę w uprawie ziemniaków na
każdym polu)

●

Pole przylega do powierzchniowego zbiornika wody lub na jego

skraju wykonana jest odpowiednia studnia.

●

Mamy możliwość zasilania pompowni energią elektryczną.

Uproszczenia
Nie wzięto pod uwagę kosztów:

- opracowania dokumentacji (ekspertyza, operat wodno-prawny, plany
budowy),
- budowli hydrotechnicznych ujęcia wody (studni, jazu, zbiornika
retencyjnego)
- budynków pompowni i pomieszczeń dla sprzętu
- zasilania w energię elektryczna (linii, stacji trafo)

Przykład nawadniania plantacji ziemniaka o powierzchni 20

ha

[Wg: K. Łuszczyk – „Łukomet”]

●

Areał 20 ha będzie miał dobowe zapotrzebowanie na wodę ok. 600

m

3

.

●

Najodpowiedniejsza byłaby wielkość 82/300, tzn. że wąż ma

średnicę 82 mm i długość 300 m, jej przepustowość godzinowa
wynosi 40 m

3

/h.

●

Żeby uzyskać opad drobnokroplisty, należy dać ciśnienie na

wejściu do deszczowni min. 7 barów, co przy dyszy zraszacza ø 22
mm nawodni pas o szerokości ok. 70 m.

●

Przy prędkości zwijania 70 m/h uzyskamy dawkę polewową prawie

20 mm, która wystarczy na 7 dni. Z jednego rozwinięcia węża
zostanie nawodnione ok. 2 ha w ciągu 10 godzin.

●

Na konserwację i przestawienie maszyny przeznaczamy 2 h .

●

W ciągu doby można nawodnić dwa zagony, a wszystkie 10

zagonów w ciągu 5 dób, przy pracy maszyny 24 godziny na dobę.
Dwie doby w tygodniu pozostają na odpoczynek.

●

Jeśli nie padał deszcz, to zazwyczaj w następnym tygodniu cykl

nawadniania należy powtórzyć.

●

W przypadku gospodarstwa wielkoobszarowego, rozłóg pod

nawadnianą uprawę ziemniaka dobieramy tak, aby jego długość była
równa podwójnej długości węża, a szerokość – pięciokrotnej
szerokości nawadnianego pasa.

●

Dla naszej deszczowni będą to wymiary 60 m x 350 m.

●

Dla zasilania deszczowni w wodę należy użyć pompowni

zapewniającej oprócz wymaganej wydajności odpowiednie ciśnienie
na maszynie (po uwzględnieniu strat geometrycznych i
dynamicznych w linii przesyłowej).

●

Z ekonomicznego punktu widzenia rozsądne byłoby

wyprowadzenie na polu dwóch stałych hydrantów z podziemnego
rurociągu biegnącego po środku całego kompleksu.

●

W rurociągu podziemnym o długości 900 m wykonanym z rur PCV

ø 160 straty ciśnienia nie przekraczają 0,8 bar.

●

Doprowadzenie wody od hydrantu do maszyny najlepiej wykonać

przy użyciu 52 szt. sześciometrowych rur deszczownianych średnicy
133 mm, w których strata ciśnienia nie przekroczy 0,3 bar. Rury będą
wykorzystywane co roku.

●

Pompownia powinna dawać ciśnienie 7+0,8+0,3 = 8,1 bar.

●

Najodpowiedniejsza będzie pompa 65PJM250 18,5 kW.

Podane w tabeli 2 parametry i koszty dla różnych wielkości
deszczowni opracowano szacunkowo. Dla wyliczenia całkowitych
nakładów na nawodnienie rozpatrywanych 20 ha należy zsumować
koszty materiałowe w wysokości około 73.000 zł oraz wiele innych.
Niektóre z nich szacunkowo wyniosłyby:
- operat i pozwolenie wodnoprawne 3.000 zł
- doprowadzenie energii elektrycznej 20.000 zł
- wykonanie prowizorycznego ujęcia wody 2.000 zł

- zakopanie rurociągu 5.000 zł

Reasumując: Całkowity koszt systemu nawadniającego wyniesie ok.
103 000zł.

Średni koszt w przeliczeniu na 1 ha – ok. 5.000 zł.

Koszty eksploatacji

[wg. Łuszczek – Łukomet]

- W latach średnio suchych należy doliczyć wprowadzenie
dodatkowego opadu w ilości 100 mm (1000 m

3

/ha). Dla plantacji 20

ha należy doliczyć co najmniej 20 000 m

3

wody (bez uwzględnienia

straty wody na parowanie ze zbiornika).

- Przewidujemy pięć nawodnień dawkami po 20 mm.

- Jeden cykl nawodnienia (2ha = jedno rozwinięcie węża) trwa 10
godzin.

- W ciągu roku cykl będzie powtarzany 50 razy.

- Deszczownia i pompa będą łącznie pracowały rocznie 500 godzin.

- Zakładając, że przy takiej eksploatacji pompa i deszczownia
wytrzyma 5 lat, a rurociągi i instalacje 10 lat.

- Robociznę przy przestawianiu, dozorze i konserwacji w
gospodarstwie prywatnym można oszacować na 4 godz. na 1 cykl, co
w sezonie daje 200 godzin.

Obliczone roczne koszty eksploatacji:
a) zużycie energii - 4,5 zł / h w sezonie
2.250 zł / rok
b) robocizna - 18,75 zł / h w sezonie 3.750
zł / rok
c) amortyzacja - 20 % od 42 000 zł, co czyni 8.400
zł / rok

10 % od 60 000 zł, co czyni 6.000 zł /

rok
d) opłata za wodę - 0,012 zł / m

3

240 zł / rok

Razem 20.640

zł / rok

Poniżej przedstawionokilkanaście różnych wariantów nawodnienia powierzchni
około 50 ha przy średnich dobowych niedoborach wody na poziomie 4 mm .
Wszystkie ceny podane są w polskich złotych i są adekwatne do kursów walut
na poziomie: 1 EUR = 4 PLN (zł)

ZESTAWIENIE: Firma ŁUKOMET - Krzysztof Łuszczyk

Warian

t

Opis

Rozpatrywana

powierzchnia [ha]

Koszty jednostkowe

[zł/ha]

I

Szpula 125/500

zraszacz

45

3585 – 5046

II

Szpula 125/500 +

boom

43

3964 – 6268

III

Szpula 125/300

zraszacz

43

3131 – 4621

IV

Szpula 125/300 +

boom

39

3430 – 5945

IVB

Szpula 110/500 +

boom

39

3416 – 5158

V

Lateral Move 480

134

3090 – 4560

VI

Center Pivot 550

100

3800 – 4740

VII

Rury aluminiowe

stałe

54

10087 – 12750

VIIPE

Węże PE stałe 18x18

54

6372 – 6898

Węże PE stałe 12x12

52

8123

VIII

Rury Al przenoszone

54

3335 – 3960

IX

Kroplowe

50

4105 - 5346

Wszystkie z przedstawionych wariantów są dobre i właściwe dla specyficznych
warunków przyjętych w założeniach. Wybór jednego z przedstawionych systemów
(lub całkiem innego) musi być poprzedzony wnikliwą analizą konkretnych
warunków danego areału i nie tylko.

A – deszczownia szpulowa IRTEC

125BR/500

B – rurociąg HK 159
C – pompownia spalinowa ŁUKOMET

4 cyl.

WARIANT I
Maszyna szpulowa IRTEC 125BR500 ze
zraszaczem.

Linia przesyłowa: rury

deszczowniane na 1,6 MPa (stalowe ocynkowane
szybkozłączne), trójniki 6" z zasuwami 4", kolana,
zawory bezpieczeństwa, na- i odpowietrzające.
Wóz ŁUKOMET do przewozu i magazynowania rur.
Pompownia spalinowa mobilna ŁUKOMET.

Powierzchnia plantacji możliwa do nawodnienia przy
całkowitym
braku opadów, przy pracy non-stop 45 ha
Cena kompletu

227054 zł

Koszt w przeliczeniu na jeden hektar

5046 zł/ha

Cena minimalna z pompownią ciągnikową zamiast
spalinowej, rurociągiem przesyłowym bez wozu,
deszczownią bez kompresora i komputera:

161 340 zł

Koszt jednostkowy

3585 zł/ha

Aby uzyskać takie parametry należy
stosować dysze średnicy 30 mm i ciśnienie
na wejściu maszyny 10 bar. Uzyskamy
nawodniony pas szerokości 90 m i
przepustowość 82 m3/h, co przy pracy 22
h/dobę da 12628 m3/tydzień, co zaspokaja
dzienne niedobory wody na poziomie 4
mm brutto.
System w pełni mobilny. Obsługa
nieuciążliwa. Możliwość pracy na małych
pochyleniach i na polach ze słupami. Duża
energochłonność pompy ze względu na
wymagane duże ciśnienie pracy.
Zagrożenie rozmywania redlin w okresie
małego pokrycia ziemi przez rośliny. Wiatr
powoduje duże nierównomierności opadu.
Do rozwijania węża potrzebny duży ciągnik
4x4.

1 EUR = 4 PLN (zł)

A – deszczownia szpulowa IRTEC 125

BR/500

A’ – zraszacz konsolowy BOOM AVT100
B – rurociąg 6” Al.
C – pompownia spalinowa ŁUKOMET

3 cyl.

WARIANT II
Maszyna szpulowa IRTEC 125BR500 ze zraszaczem
konsolowym (boom) niskociśnieniowym szerokości
roboczej 72 m.

Linia przesyłowa: rury aluminiowe 6", trójniki 6" z zasuwami
4", kolana, zawory na- i odpowietrzające, bezpieczeństwa.
Wóz ŁUKOMET do przewozu i magazynowania rur.
Pompownia spalinowa mobilna ŁUKOMET.

Powierzchnia plantacji możliwa do nawodnienia przy

całkowitym braku opadów, przy pracy non-stop 43 ha.

Cena kompletu

26 9519 zł

Koszt w przeliczeniu na jeden hektar

6

268 zł/ha

Cena minimalna z pompownią ciągnikową zamiast

spalinowej,

rurociągiem przesyłowym bez wozu, deszczownią

bez

kompresora i komputera, najtańszym boomem:

170 455 zł

Koszt jednostkowy zł/ha

3 964

zł/ha

Stosując niskociśnieniowy boom
szerokości roboczej 72 wykorzystujemy
ścieżki przejazdowe opryskiwacza. Przy
pracy non-stop obsłużymy pole o pow. 43
ha wprowadzając dawkę brutto 28 mm
raz na tydzień. Dawka netto będzie nieco
większa jak przy zraszaczu. Stosowanie
booma spowoduje: dwukrotne
zmniejszenie ciśnienia pracy i zużycia
energii, delikatny opad nie rozmywa
redlin, równomierna dawka na całej
powierzchni mimo wiatru, bardzo duża
intensywność opadu wyklucza
stosowanie na zlewnych glebach na
skłonach, uciążliwość w obsłudze,
zwłaszcza gdy na polu słupy.
Do rozwijania węża potrzebny duży
ciągnik 4x4.

Firma ŁUKOMET - Krzysztof Łuszczyk

WARIANT III

Maszyna szpulowa IRTEC 125G/300 ze zraszaczem

. Linia przesyłowa: rury stalowe

ocynkowane szybkozłączne trójniki 6" z zasuwami 4", kolana, zawory na- i
odpowietrzające, bezpieczeństwa. Wóz ŁUKOMET do przewozu i magazynowania rur.
Pompownia spalinowa ŁUKOMET

A – deszczownia IRTEC

125G/300

B – rurociąg HK 159

C – Pompownia ŁUKOMET 4 cyl.

Powierzchnia plantacji możliwa do nawodnienia przy

całkowitym

braku opadów, przy pracy non-stop 43 ha.
Cena kompletu

98700 zł

Koszt jednostkowy na hektar

4 621 zł/ha

Cena minimalna z pompownią ciągnikową zamiast

spalinowej,

rurociągiem przesyłowym bez wozu i choinki

przyściennej,

deszczowni bez kompresora i komputera

134640 zł,

Koszt jednostkowy

3131 zł/ha

Aby uzyskać takie parametry należy
stosować dysze średnicy 30 mm i
ciśnienie na wejściu maszyny prawie
10 bar. Uzyskamy nawodniony pas
szerokości 90 m i przepustowość 82 m3/h,
co przy pracy non-stop da dawkę
polewową na poziomie 28 mm brutto, co
zaspokaja dzienne niedobory wody na
poziomie 4 mm brutto. System w pełni
mobilny. Obsługa nieuciążliwa lecz częste
przestawianie. Możliwość pracy na małych
pochyleniach i na polach ze słupami.
Duża energochłonność pompy ze względu
na wymagane duże ciśnienie pracy.
Zagrożenie rozmywania redlin w okresie
małego pokrycia ziemi przez rośliny. Wiatr
powoduje dużą nierównomierność opadu.
Do rozwijania węża potrzebny duży
ciągnik.

1 EUR = 4 PLN (zł)

Firma ŁUKOMET - Krzysztof Łuszczyk

WARIANT IV
Maszyna szpulowa IRTEC 125G/300 z BOOM-em niskociśnieniowym szerokości
roboczej 72 m.

Linia przesyłowa: rury aluminiowe 6", trójniki 6" z zasuwami 4",

kolana, zawory na- i odpowietrzające, bezpieczeństwa. Wóz ŁUKOMET do przewozu i
magazynowania rur. Pompownia spalinowa mobilna ŁUKOMET.

Powierzchnia plantacji możliwa do nawodnienia przy

całkowitym braku opadów,

przy pracy non-stop 39 ha.
Cena kompletu

231 835 zł

Koszt w przeliczeniu na jeden hektar

5 940 zł/ha

Cena minimalna z pompownią ciągnikową zamiast

spalinowej,

rurociąg przesyłowy bez wozu i choinki,

deszczownia bez

kompresora i komputera, najtańszy boom

133 775 zł

Koszt jednostkowy

3 430 zł/ha

System całkowicie mobilny. Do rozwijania węża duży

ciągnik. Stosując niskociśnieniowy boom szerokości
roboczej 72 wykorzystujemy ścieżki przejazdowe
opryskiwacza. Przy pracy non-stop obsłużymy pole o
pow. 39 ha wprowadzając dawkę brutto 28 mm raz na
tydzień. Dawka netto będzie nieco większa jak przy
zraszaczu. Stosowanie booma spowoduje: dwukrotne
zmniejszenie ciśnienia pracy i zużycia energii, delikatny
opad nie rozmywa redlin, równomierna dawka na całej
powierzchni mimo wiatru, bardzo duża intensywność
opadu wyklucza stosowanie na zlewnych glebach na
skłonach uciążliwość w obsłudze zwłaszcza gdy na polu
słupy.

A – deszczownia IRTEC 125G/300
A’ – zraszacz konsolowy BOOM

AVT100

B – rurociąg 6” Al.
C – pompownia ŁUKOMET 3 cyl.

Firma ŁUKOMET - Krzysztof
Łuszczyk

WARIANT IV
Maszyna szpulowa IRTEC 125G/300 ze zraszaczem

. Linia przesyłowa: rury stalowe

ocynkowane szybkozłączne trójniki 6" z zasuwami 4", kolana, zawory na- i
odpowietrzające, bezpieczeństwa. Wóz ŁUKOMET do przewozu i magazynowania rur.
Pompownia spalinowa ŁUKOMET

A – deszczownia IRTEC 125G/300
A’ – zraszacz konsolowy BOOM
AVT100
B – rurociąg 6” Al.
C – pompownia ŁUKOMET 3 cyl.