Оптимальное сочетание структуры дождя и технологии его подачи с основными характеристиками орошаемого поля (тип почвы, ее состояние, микрорельеф поля, метеорологические данные, сельскохозяйственная культура, стадия ее развития и т.д.) определяет элементы техники полива.
Структура дождя, создаваемого дождевальными устройствами, характеризуется интенсивностью, размером капель, слоем осадков за один цикл и равномерностью распределения по орошаемой площади.
Интенсивность дождя выражается его слоем, выпадающим на поливную площадь за единицу времени и измеряется в мм/мин.
В связи с различным характером выпадения искусственного дождя различают мгновенную, действительную и среднюю интенсивность.
Мгновенная интенсивность дождя , мм/мин, отражает интенсивность в точке на поверхности почвы и выражается отношением приращения слоя осадков , мм, которые находят экспериментально с помощью дождемерного сосуда, к приращению времени , мин, и вычисляется по формуле:
, (1)
Интенсивность в различных точках контура увлажнения не одинакова, поэтому для характеристики дождевого облака используют действительную интенсивность , мм/мин, с которой дождь воздействует на почву и растения.
Действительная интенсивность дождя отражает интенсивность его выпадения непосредственно из дождевого облака, создаваемую дождевателем (дождевальным аппаратом , дождевальной машиной , мм/мин):
, (2)
, (3)
где ,- расход воды дождевальным аппаратом, машиной, л/с;
,- площадь полива дождевальным аппаратом,
дождевальной машиной, м2.
При поливе движущимися машинами и вращающимися аппаратами дождь выпадает в каждой точке орошаемой площади периодически; в этом случае для его характеристики используют среднюю интенсивность дождя , мм/мин:
, (4)
, (5)
где - рассредоточенная площадь дождевания, на которой в едином
технологическом процессе вносится заданная поливная норма, м2.
Площадь дождевания принимают равной: для машин и установок позиционного действия - площади захвата дождем с одной позиции; для струйных дождевальных аппаратов и машин кругового действия - площади круга захвата дождем с радиусом ; для машин, работающих в движении, - площади участка, определяемого фронтом дождевания и длиной прохода (бьефа) в направлении движения машины.
Средняя интенсивность дождя не зависит от скорости движения (вращения) машины или аппарата.
Для дождевальных машин, работающих в движении, важным параметром, характеризующим технологию дождевания, является слой дождя за один проход или оборот машины , мм:
, (6)
где - продолжительность нахождения под дождем, мин.
Для машин, поливающих в движении (типа ДДА-100 М, «Кубань»), слой дождя за один проход , мм:
, (7)
где - расход воды дождевальной машиной, л/с;
- средняя скорость движения машины, м/мин (с учетом кратковременных остановок);
- ширина площади захвата машины дождем, м.
Для струйного дождевального аппарата или машин типа ДДН слой дождя за один оборот , мм:
(8)
(9)
где - частота вращения дождевального аппарата, мин -1;
,- расход воды дождевальным аппаратом, машиной, л/с.
Слой осадков зависит от скорости перемещения дождевого облака, влияет на процесс впитывания воды в почву и определяет поливную норму.
Поливная норма , мм или м3/га, зависит от продолжительности непрерывного дождевания и повторности процесса (цикличности) при прерывистом дождевании.
для непрерывного дождевания (10)
для циклического полива (11)
где - средняя интенсивность дождя, мм/мин;
- продолжительность полива, мин;
- слой осадков за один цикл полива, мм;
- число циклов.
Оптимальным пределом продолжительности дождевания считается период до образования луж или стока воды на поле. Практически до этого момента скорость впитывания воды в почву равна интенсивности дождя.
Интенсивность дождя, обеспечивающую в данных условиях подачу требуемой нормы полива без стока воды, называют допустимой. Впитывание воды при дождевании зависит от водопроницаемости почв, интенсивности дождя, крупности дождевых капель, реального дождевого облака и других факторов. При дождевании скорость впитывания на 30-60 % меньше, чем при затоплении.
Скорость впитывания
Почвы
не более 0,1-0,2 мм/мин
0,2-0,3 мм/мин
0,5-0,8 мм/мин
тяжелые почвы
средние почвы
легкие почвы
Качество дождевания зависит от диаметра образуемых капель. Наиболее благоприятный для растений и почвы моросящий дождь состоит из дождевых капель диаметром 0,4-0,9 мм.
При выборе расчетной крупности капель искусственного дождя учитывают, что крупные капли разрушают агрегаты почвы, уплотняют ее и оказывают неблагоприятное воздействие на растения.
Диаметр капель искусственного дождя зависит в основном от энергогидравлических параметров дождевальной насадки (отношение напора воды к дальности полета струи и к диаметру выходного отверстия (струи) дождевальной насадки ). Средний диаметр капель уменьшается с увеличением скорости истечения и увеличивается с увеличением диаметра струи. Строгое теоретическое решение о движении и разрушении дождевальных струй отсутствует.
Для приближенного расчета крупности (диаметра) капель , мм, образующихся при распаде дождевальных струй, может быть использована зависимость:
12)
где - диаметр струи, мм;
– скорость струи, м/с;
- опытный коэффициент (среднее значение =25,5).
Для определения дальности полета струи , м, предложено несколько эмпирических зависимостей. Одна из них автора Б.М. Лебедева рекомендуется при :
(13)
где - напор перед дождевальной насадкой, м;
- диаметр дождевальной насадки или сопла, мм.
Основная качественная характеристика дождя - степень равномерности распределения его по орошаемой площади.
Существующими агротехническими требованиями к дождевальным машинам и дождевальным установкам предусмотрено значение коэффициента эффективного полива не менее 0,7 (70% при ).