ТЕМА 4. Проектування системи краплинного зрошення

Сайт:	Навчально-інформаційний портал НУБіП України
Курс:	Мікрозрошення`
Книга:	ТЕМА 4. Проектування системи краплинного зрошення

Надруковано:	Гість-користувач
Дата:	середу, 28 жовтня 2026, 17:18

Зміст

1. Принципи та етапи проєктування системи краплинного зрошення
2. Агрономічне та ґрунтове обґрунтування параметрів краплинного зрошення
3. Проєктування схеми поливної мережі
4. Гідравлічний розрахунок системи
5. Вибір технологічного обладнання та вузла керування
6. Комплексна перевірка та оцінювання проєкту системи

1. Принципи та етапи проєктування системи краплинного зрошення

Проєктування починають не з вибору насоса чи крапельної стрічки, а з визначення агрономічної потреби у воді. Обладнання повинно забезпечувати необхідний режим зрошення, а не навпаки.

Основним завданням проєктування є створення системи, яка забезпечує:

необхідну кількість води для культури;
рівномірне подавання води по площі;
підтримання оптимального водного режиму ґрунту;
можливість внесення добрив із поливною водою;
фільтрацію та очищення води;
можливість промивання трубопроводів;
надійну роботу системи за змінних умов;
раціональні витрати води та енергії.

1.1. Вихідні дані для проєктування

До основних вихідних даних належать:

1. Природні умови:

кліматичні характеристики;
температура та вологість повітря;
опади;
тривалість вегетаційного періоду;
вітровий режим;
рельєф.

2. Ґрунтові умови:

тип і гранулометричний склад ґрунту;
щільність складення;
потужність кореневмісного шару;
польова вологоємність;
вологість в'янення;
водопроникність;
коефіцієнт фільтрації;
засоленість та содовість;
глибина залягання ґрунтових вод.

3. Агрономічні умови:

культура;
схема розміщення рослин;
ширина міжрядь;
площа живлення;
глибина розвитку кореневої системи;
тривалість вегетації;
критичні періоди водоспоживання.

4. Умови водопостачання:

джерело води;
доступна продуктивність джерела;
якість води;
температура;
мінералізація;
рН;
вміст завислих речовин;
залізо, марганець та інші компоненти, здатні впливати на роботу крапельниць.

5. Топографічні умови:

площа;
конфігурація ділянки;
ухили;
перепади відміток;
розташування джерела води.

1.2. Послідовність проєктування

Доцільно виділити такі основні етапи:

Етап 1. Агрономічне обґрунтування

Визначають культуру, площу, схему посадки, глибину зволоження та допустимі межі вологості ґрунту.

Етап 2. Визначення водопотреби

Розраховують потребу культури у воді та параметри поливного режиму.

Етап 3. Вибір схеми розміщення крапельних ліній

Визначають відстань між лініями, крок крапельниць та їх витрату.

Етап 4. Формування структури мережі

Проєктують магістральний, розподільні та поливні трубопроводи.

Етап 5. Гідравлічний розрахунок

Визначають витрати води, втрати напору та необхідний робочий тиск.

Етап 6. Вибір технологічного обладнання

Підбирають насос, фільтри, регулятори тиску, арматуру, вузол фертигації та засоби контролю.

Етап 7. Автоматизація

Визначають параметри керування поливом, необхідні датчики та алгоритм роботи.

Етап 8. Перевірка проєкту

Оцінюють рівномірність водоподачі, енерговитрати, можливість промивання та експлуатаційне обслуговування.

Схема 1. Загальна структура системи краплинного зрошення

ДЖЕРЕЛО ВОДИ

│

▼

ВОДОЗАБІР

│

▼

НАСОСНА СТАНЦІЯ

│

▼

ФІЛЬТРАЦІЙНИЙ ВУЗОЛ

│

├──── вузол фертигації

│

▼

РЕГУЛЯТОР ТИСКУ / КОНТРОЛЬ

│

▼

МАГІСТРАЛЬНИЙ ТРУБОПРОВІД

│

▼

РОЗПОДІЛЬНІ ТРУБОПРОВОДИ

│

▼

КРАПЛИННІ ЛІНІЇ

│

▼

ЗОНА ЗВОЛОЖЕННЯ КОРЕНЕВОЇ СИСТЕМИ

Таким чином, проєкт системи краплинного зрошення є взаємопов'язаною системою рішень. Зміна одного параметра може вплинути на інші. Наприклад, збільшення довжини краплинної лінії підвищує гідравлічні втрати, що може потребувати зміни діаметра трубопроводу, робочого тиску або схеми поділу поля на поливні блоки.

2. Агрономічне та ґрунтове обґрунтування параметрів краплинного зрошення

Правильне проєктування починається з відповіді на питання: скільки, коли і в яку частину ґрунтового профілю необхідно подавати воду?

Краплинне зрошення не передбачає постійного насичення всього ґрунтового шару водою. Його завданням є формування оптимального водного режиму в зоні активного розвитку кореневої системи.

2.1. Водний режим ґрунту

Для оцінювання доступності води використовують характеристики ґрунтової вологи. Важливими є:

польова вологоємність;
вологість в'янення;
діапазон доступної для рослин води;
поточна вологість;
запас доступної вологи.

У спрощеному вигляді запас доступної води можна визначити як різницю між вологістю ґрунту та вологістю в'янення з урахуванням потужності розрахункового шару.

Залежно від культури та умов вирощування встановлюють допустимий рівень висушування ґрунту. Саме цей параметр може використовуватися як один із критеріїв початку поливу.

За автоматизованого зрошення логіка може бути такою:

Вимірювання вологості ґрунту

│

▼

Порівняння з заданим порогом

│

┌────┴────┐

│ │

нижче вище

порогу порогу

│ │

▼ ▼

ПОЛИВ ПОЛИВ НЕ

ЗАПУСКАЄТЬСЯ ЗАПУСКАЄТЬСЯ

На практиці одного показника вологості недостатньо. Доцільно враховувати також прогнозовану погоду, фазу розвитку культури, температуру, сумарне випаровування та обмеження продуктивності джерела води.

2.2. Визначення потреби культури у воді

Основою розрахунку є визначення сумарного водоспоживання культури. У загальному вигляді воно пов'язане з евапотранспірацією:

ETc = ETo × Kc,

де:

ETc — евапотранспірація культури, мм;

ETo — еталонна евапотранспірація, мм;

Kc — коефіцієнт культури.

Якщо враховують опади та інші складові водного балансу, потребу в зрошенні визначають з урахуванням ефективних опадів і зміни запасів ґрунтової вологи.

Для краплинного зрошення принципово важливо розрізняти:

потребу культури у воді і кількість води, яку повинна подати система.

Між ними існують втрати, пов'язані з ефективністю використання води, промивними поливами, технічними операціями та іншими умовами.

2.3. Формування зони зволоження

За краплинного зрошення формується локальна зона зволоження — так звана волога пляма або об'єм зволоженого ґрунту.

Її форма залежить від:

гранулометричного складу ґрунту;
швидкості інфільтрації;
витрати крапельниці;
тривалості поливу;
глибини розташування водовипуску;
початкової вологості ґрунту.

На піщаних ґрунтах вода переважно швидше переміщується вниз, тоді як на важчих ґрунтах значнішим може бути горизонтальне поширення вологи.

Тому однакова крапельниця не формує однакову зону зволоження на всіх ґрунтах.

Схема 2. Формування зони зволоження

КРАПЕЛЬНИЦЯ

●

/|\

.-' | '-.

.' | '.

/ | \

─────────────────────── поверхня ґрунту

ЗОНА

ЗВОЛОЖЕННЯ

███████████████

█████████

███

Для овочевих культур краплинні лінії часто розміщують уздовж рядків. У садах можливе використання однієї або декількох ліній залежно від віку насаджень, ширини міжрядь та необхідного об'єму зволоження.

2.4. Вибір кроку та витрати крапельниць

Основними характеристиками крапельниці є:

номінальна витрата;
робочий діапазон тиску;
відстань між водовипусками;
чутливість до засмічення;
конструктивний тип;
компенсація тиску — для відповідних моделей.

Наприклад, крапельна лінія з витратою одного водовипуску 1,6 л/год і кроком 0,30 м матиме лінійну витрату:

qл = 1,6 / 0,30 = 5,33 л/(год·м).

Якщо довжина лінії становить 100 м:

Q = 5,33 × 100 = 533 л/год = 0,533 м³/год.

Такий розрахунок є базовим для подальшого гідравлічного проєктування.

3. Проєктування схеми поливної мережі

Після визначення агрономічних параметрів переходять до просторового компонування системи.

Основний принцип полягає в тому, що вода повинна пройти шлях:

джерело → насосно-фільтраційний вузол → магістраль → розподільний трубопровід → краплинні лінії → водовипуски.

3.1. Поділ поля на поливні блоки

Великі площі не завжди доцільно поливати одночасно. Поле поділяють на поливні блоки, кожен з яких може мати окремий клапан або засувку.

Це дозволяє:

зменшити необхідну продуктивність насоса;
стабілізувати тиск;
забезпечити рівномірність поливу;
зменшити діаметри окремих трубопроводів;
автоматично керувати черговістю поливів.

Наприклад:

МАГІСТРАЛЬ

│

┌───────────┼───────────┐

│ │ │

▼ ▼ ▼

Блок 1 Блок 2 Блок 3

│ │ │

───────── ───────── ─────────

краплинні краплинні краплинні

лінії лінії лінії

Якщо одночасно працює лише один блок, насос повинен забезпечувати витрату саме цього блоку, а не всієї площі.

3.2. Вибір напрямку прокладання трубопроводів

Розташування трубопроводів визначається конфігурацією поля, напрямком рядків та рельєфом.

За можливості розподільні трубопроводи розміщують так, щоб довжини поливних ліній були приблизно однаковими. Це полегшує гідравлічний розрахунок та сприяє рівномірності водоподачі.

Особливу увагу необхідно приділяти рельєфу.

Якщо краплинні лінії прокладені вздовж значного ухилу, перепад геодезичних відміток безпосередньо впливає на тиск у трубопроводі.

Тому для складного рельєфу можуть застосовуватися:

поділ поля на окремі поливні зони;
регулятори тиску;
компенсовані крапельниці;
прокладання трубопроводів уздовж горизонталей;
автоматичне регулювання тиску.

3.3. Основні елементи мережі

Магістральний трубопровід транспортує воду від насосно-фільтраційного вузла до розподільної мережі.

Розподільний трубопровід подає воду до окремих поливних блоків.

Поливний трубопровід або краплинна лінія безпосередньо подає воду до рослин.

Арматура забезпечує керування потоками: перекриття, регулювання, розподіл та промивання.

На кінцях трубопроводів необхідно передбачати можливість промивання.

3.4. Схема типового поливного блоку

РОЗПОДІЛЬНИЙ ТРУБОПРОВІД

──────────────────────────────────────────────────

│ │ │ │ │

[К] [К] [К] [К] [К]

│ │ │ │ │

▼ ▼ ▼ ▼ ▼

═══════════════════════════════════════

КРАПЛИННІ ЛІНІЇ

К — клапан/елемент керування

У реальному проєкті до схеми додають напрямок потоку, діаметри трубопроводів, довжини ділянок, відмітки рельєфу, арматуру та місця контролю тиску.

4. Гідравлічний розрахунок системи

Гідравлічний розрахунок є одним із ключових етапів проєктування. Його завдання — встановити, чи зможе система забезпечити необхідну витрату води та робочий тиск у всіх точках поливу.

4.1. Визначення витрати поливного блоку

Сумарну витрату краплинної лінії визначають:

Qл = n × qе,

де:

Qл — витрата лінії;

n — кількість крапельниць;

qе — витрата однієї крапельниці.

Кількість крапельниць:

n = L / a,

де:

L — довжина лінії;

a — крок між крапельницями.

Для декількох паралельних ліній:

Qб = Qл × N,

де N — кількість одночасно працюючих ліній.

4.2. Робочий тиск

Крапельниця має певний діапазон робочого тиску. Саме в цьому діапазоні вона забезпечує близьку до розрахункової витрату.

Для звичайної крапельниці витрата змінюється зі зміною тиску. Для компенсованих крапельниць залежність у робочому діапазоні значно слабша.

Отже, завдання проєктувальника — не просто забезпечити «тиск у системі», а забезпечити необхідний тиск у розрахункових точках.

4.3. Втрати напору

Під час руху води трубопроводом виникають гідравлічні втрати напору. Вони залежать від:

довжини трубопроводу;
внутрішнього діаметра;
витрати води;
матеріалу труби;
шорсткості;
кількості місцевих опорів.

Загальний баланс напору можна представити:

Hнас = Hроб + Σhвтр + Δz + Hтех,

де:

Hнас — необхідний напір насоса;

Hроб — необхідний робочий тиск у системі;

Σhвтр — сумарні втрати напору;

Δz — перепад геодезичних відміток;

Hтех — необхідний напір на технологічному обладнанні.

Для насоса важливо враховувати не лише його номінальну продуктивність, а робочу точку, тобто поєднання витрати та напору, за якого він фактично працюватиме.

4.4. Вплив рельєфу

Рельєф може або збільшувати, або зменшувати необхідний напір.

Якщо вода рухається вгору:

потрібний напір збільшується.

Якщо вниз:

гідростатичний перепад створює додатковий тиск.

Саме тому для ділянок із суттєвим перепадом висот недостатньо розрахувати лише втрати тертя.

Схематично:

Висока точка

●

│ ↓ напрямок води

│

─────┼────────────────────

│

●

Низька точка

У нижній частині тиск може бути вищим,

тому необхідне його регулювання.

4.5. Оцінювання рівномірності поливу

Розрахована система повинна забезпечувати прийнятну рівномірність подачі води.

Нерівномірність може виникати через:

перепади тиску;
надмірну довжину ліній;
неправильно підібраний діаметр;
засмічення крапельниць;
неоднорідність обладнання;
рельєф.

Тому проєктування необхідно завершувати не тільки визначенням насоса, але й перевіркою того, скільки води фактично отримують різні частини поливного блоку.

5. Вибір технологічного обладнання та вузла керування

Технічне обладнання системи краплинного зрошення повинно відповідати розрахованим витраті та напору, а також якості води.

5.1. Насосне обладнання

Насос підбирають за двома основними параметрами:

необхідною витратою;
необхідним напором.

Вибір лише за потужністю електродвигуна є неправильним. Два насоси однакової потужності можуть мати різні робочі характеристики.

Для проєктування необхідно знати:

Qнас ≈ Qполивного блоку

та

Hнас ≥ Hрозрахунковий.

Остаточний вибір здійснюють за насосною характеристикою.

5.2. Фільтраційний вузол

Фільтрація є критично важливою для краплинного зрошення, оскільки малі водовипускні канали можуть засмічуватися.

Тип фільтра залежить від:

походження води;
концентрації завислих речовин;
розміру частинок;
органічних домішок;
хімічного складу води;
конструкції крапельниць.

Фільтраційна система може включати:

гідроциклон;
дисковий фільтр;
сітчастий фільтр;
піщано-гравійний фільтр;
комбінацію різних фільтрів.

Вибір здійснюють не за принципом «чим тонший фільтр, тим краще», а відповідно до характеристики води та вимог виробника водовипусків.

5.3. Вузол фертигації

Однією з важливих переваг краплинного зрошення є можливість внесення розчинних добрив разом із поливною водою.

Типова послідовність:

ВОДА

│

▼

ФІЛЬТРАЦІЯ

│

▼

ВУЗОЛ ФЕРТИГАЦІЇ

│

▼

РЕГУЛЮВАННЯ ТИСКУ

│

▼

ПОЛИВНА МЕРЕЖА

Для фертигації необхідно контролювати не тільки концентрацію добрив, а й сумісність компонентів, якість води, ризик утворення осадів та можливість промивання системи після внесення добрив.

5.4. Контрольно-вимірювальні прилади

Мінімальний набір засобів контролю може включати:

манометри;
витратомір;
датчики тиску;
датчики рівня води;
лічильник води;
датчики вологості ґрунту.

Для автоматизованої системи можуть додатково використовуватися:

датчики температури повітря;
датчики вологості повітря;
метеостанція;
датчики опадів;
датчики електропровідності;
датчики рН;
контролери поливу.

5.5. Автоматизація

Автоматизована система перетворює розраховану технологію поливу на алгоритм прийняття рішень.

Наприклад:

Вологість ґрунту

│

▼

Перевірка порогу

│

┌───────┴───────┐

│ │

НИЖЧЕ ВИЩЕ

│ │

▼ ▼

Перевірка Очікування

температури

│

▼

Перевірка прогнозу

│

▼

ВІДКРИТИ КЛАПАН

│

▼

ПОЛИВ

│

▼

Контроль витрати

│

▼

ЗАКРИТИ КЛАПАН

Важливим є принцип відмовостійкості. Якщо система втратила доступ до Internet, це не обов'язково повинно означати припинення поливу. Базові алгоритми можуть виконуватися локальним контролером, тоді як хмарні сервіси використовуються для зберігання історії, аналітики та віддаленого моніторингу.

6. Комплексна перевірка та оцінювання проєкту системи

Завершений проєкт необхідно перевірити з трьох позицій:

агрономічної, технічної та економічної.

Система може бути технічно працездатною, але не відповідати потребам культури. І навпаки — агрономічно правильний режим може бути неможливим через недостатню продуктивність джерела.

6.1. Агрономічна перевірка

Необхідно встановити:

чи відповідає система культурі;
чи забезпечується необхідна глибина зволоження;
чи відповідає схема розміщення ліній рядкам культури;
чи забезпечується необхідна частота поливів;
чи не виникає надмірного перезволоження;
чи можлива фертигація;
чи враховані особливості ґрунту.

6.2. Гідравлічна перевірка

Необхідно перевірити:

максимальну витрату поливного блоку;
необхідний робочий тиск;
втрати напору;
перепади висот;
діаметри труб;
роботу фільтрів;
відповідність насоса розрахунковій робочій точці;
тиск на початку та кінці краплинних ліній.

Особливо важливо не допускати ситуації, коли насос забезпечує необхідну витрату, але не забезпечує необхідний напір.

6.3. Перевірка рівномірності

Після монтажу проєктні розрахунки необхідно підтвердити фактичними вимірюваннями.

Для цього можна виконати контроль:

тиску на початку та кінці лінії;
витрати поливного блоку;
витрати окремих крапельниць;
рівномірності зволоження ґрунту;
фактичної тривалості поливу.

Контрольні точки доцільно розміщувати на початку, у середній частині та наприкінці поливної лінії.

ПОЧАТОК СЕРЕДИНА КІНЕЦЬ

●-------------------●-------------------●

│ │ │

вимірювання вимірювання вимірювання

тиску/витрати тиску/витрати тиску/витрати

Якщо фактична витрата наприкінці лінії істотно відрізняється від початкової, необхідно встановити причину: гідравлічні втрати, перепад висот, засмічення, неправильний діаметр або несправність обладнання.

6.4. Експлуатаційна перевірка

Проєкт повинен передбачати можливість технічного обслуговування.

Необхідно забезпечити:

доступ до фільтрів;
промивання фільтрів;
промивання трубопроводів;
контроль тиску;
очищення водовипусків;
перевірку клапанів;
контроль роботи насоса;
сезонну підготовку системи.

Таким чином, проєктування не завершується кресленням трубопроводів. Система повинна бути придатною до реальної експлуатації.

6.5. Економічне оцінювання

Економічна оцінка передбачає аналіз:

капітальних витрат;
витрат на насосне обладнання;
вартості фільтрації;
вартості трубопроводів;
вартості краплинних ліній;
витрат електроенергії;
витрат на технічне обслуговування;
витрат на воду;
строку експлуатації обладнання.

Водночас оцінювати систему лише за її початковою вартістю недоцільно. Більш дешеве рішення може мати вищі експлуатаційні витрати або забезпечувати нижчу рівномірність поливу.

Раціональний проєкт — це не обов'язково система з мінімальною кількістю обладнання. Це система, яка забезпечує необхідний агрономічний результат за обґрунтованих ресурсних витрат.

Узагальнена схема проєктування

ВИХІДНІ ДАНІ

│

┌──────────────┼──────────────┐

▼ ▼ ▼

Ґрунт Культура Вода

│ │ │

└──────────────┼──────────────┘

▼

ВОДОПОТРЕБА КУЛЬТУРИ

│

▼