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.