stringtranslate.com

Орошение с центральным кругом

Спутниковый снимок круглых полей, характерных для кругового орошения, Канзас.
Сельскохозяйственные угодья с круговым орошением

Центробежное орошение (иногда называемое центробежным орошением ), также называемое водяным колесом и круговым орошением , представляет собой метод орошения сельскохозяйственных культур , при котором оборудование вращается вокруг оси, а сельскохозяйственные культуры поливаются с помощью разбрызгивателей . [1] [2] Орошается круглая область с центром на оси, часто создавая круговой рисунок на сельскохозяйственных культурах, если смотреть сверху (иногда называемый кругами на полях , не путать с теми, которые образуются при круговом выравнивании части сельскохозяйственных культур на поле). [3] Большинство центробежных систем изначально работали на воде, однако сегодня большинство из них приводятся в движение электродвигателями .

Системы орошения с центральным кругом выгодны благодаря своей способности эффективно использовать воду и оптимизировать урожайность фермы. Системы очень эффективны на больших земельных полях.

История

Система орошения с центральным кругом была изобретена в 1940 году [4] фермером Фрэнком Зибахом [5] , который жил в Страсбурге, штат Колорадо . [4] Она признана эффективным методом улучшения распределения воды на полях. [3]

В 1952 году Зибах начал бизнес с AE Trowbridge, другом, Итаном Джеймсом Олсоном, из Колумбуса, Небраска. Троубридж вложил 25 000 долларов (что эквивалентно 287 000 долларов в 2023 году) и получил 49% патентных прав. Зибах вернулся из Колорадо в Колумбус, открыл магазин, нанял несколько человек, увеличил высоту трубы до 1,8 м (6 футов) и занялся бизнесом. За первые два года работы они продали всего 19 систем. Ранние конструкции были привередливыми, и мало кто из фермеров понимал эти системы. Зибах продолжал совершенствовать свои конструкции и сосредоточился на том, чтобы сделать свои машины лучше, а не на том, чтобы пытаться продать системы с проблемами. [6]

Зибах добился успеха с модифицированными конструкциями, которые повысили эффективность работы систем. В 1954 году он передал лицензию на свой патент Роберту Догерти и его компании Valley Manufacturing. Инженеры Догерти провели следующее десятилетие, совершенствуя нововведение Зибаха, делая его прочнее, выше и надежнее, и преобразуя его из гидравлической силовой системы в электропривод. Компания Догерти впоследствии выросла в Valmont Industries , а Valley Irrigation стала ее дочерней компанией. [7]

Обзор

Системы кругового орошения на кукурузных полях в Висконсине

Орошение с центральным кругом — это разновидность дождевального орошения с верхним расположением, состоящая из нескольких сегментов трубы (обычно из оцинкованной стали или алюминия ) с разбрызгивателями, расположенными по всей их длине, соединенными вместе и поддерживаемыми фермами , и установленными на колесных башнях. [1] Машина движется по круговой схеме и получает воду из точки поворота в центре круга. [8]

Для использования круговой дождевальной установки местность должна быть достаточно ровной; но одним из главных преимуществ круговых дождевальных установок перед альтернативными системами, использующими гравитационный поток, является способность функционировать на холмистой местности. Это преимущество привело к увеличению орошаемых площадей и водопользования в некоторых районах. Система используется в некоторых частях Соединенных Штатов , Австралии , Новой Зеландии , Бразилии [8] и в пустынных районах, таких как Сахара и Ближний Восток.

Круговые дождевальные установки обычно имеют длину менее 500 метров (1600 футов) (радиус окружности), при этом наиболее распространенным размером является стандартная 400 -метровая ( 1⁄4 мили) машина, которая охватывает около 50 гектаров (  125 акров) земли. [8]

Насадки для орошения с центральным поворотом

Первоначально большинство центральных поворотных устройств работали на воде. Их заменили гидравлические системы и системы с электроприводом, обычно приводимые в действие двигателем, установленным на каждой башне.

Внешний набор колес задает темп вращения. Внутренние наборы колес установлены на ступицах между двумя сегментами и используют датчики угла (микропереключатели) для определения, когда изгиб в соединении превышает определенный порог. Когда угол слишком большой, колеса вращаются, чтобы удерживать сегменты выровненными. Типичные периоды для полного вращения включают три дня; [8] в то время как другие источники говорят о том, что внешний край конструкции движется со скоростью от 2 до 3 м (от 6,6 до 9,8 футов) в минуту, что равняется от 14 до 21 часа для одного полного вращения системы радиусом 400 метров ( 1 ⁄ 4  мили). [9]

Для достижения равномерного применения центральные поворотные установки требуют переменного расхода эмиттера по всему радиусу машины. Поскольку самые внешние пролеты (или башни) перемещаются дальше за заданный период времени, чем самые внутренние пролеты, размеры сопел наименьшие во внутренних пролетах и ​​увеличиваются с расстоянием от точки поворота. Виды с воздуха показывают поля кругов, созданные трассировками радиальных оросительных труб длиной в четверть мили или полмили (400 или 800 м), которые потребляют до нескольких тысяч галлонов в минуту." [10]

Круговое орошение на ферме Irkhaya Farms в Аль-Райяне , Катар

Большинство систем кругового полива теперь имеют капли, свисающие с U-образной трубы, называемой гуськом , прикрепленной к верхней части трубы [ необходимо разъяснение ] с головками разбрызгивателей, которые располагаются на расстоянии нескольких футов (максимум) над культурой, тем самым ограничивая потери на испарение и снос ветром. Существует множество различных конфигураций форсунок, включая статическую пластину, подвижную пластину и частичный круг. Регуляторы давления обычно устанавливаются выше каждой форсунки, чтобы гарантировать, что каждая форсунка работает при правильном расчетном давлении.

Капли также можно использовать с тяговыми шлангами или барботерами, которые осаждают воду непосредственно на земле между культурами. Этот тип системы известен как LEPA (Low Energy Precision Application) и часто ассоциируется со строительством небольших плотин вдоль длины борозды (называемых бороздами, обваловывающими/обваловывающими). ​​Культуры можно высаживать либо прямыми рядами, либо по кругу, чтобы соответствовать ходу ирригационной системы.

Линейные или боковые оросительные машины

Небольшая система с центральным шарниром от начала до конца

Оборудование для орошения также может быть настроено на движение по прямой линии, где оно называется боковым движением , линейным движением , колесным движением или системой орошения с боковым валиком . [11] [12] В этих системах вода подается по оросительному каналу, проходящему по всей длине поля. Канал располагается либо с одной стороны, либо на линии через центр. Моторное и насосное оборудование устанавливаются на тележке у канала подачи. Тележка перемещается вместе с машиной.

Фермеры могут выбрать орошение с боковым перемещением, чтобы сохранить существующие прямоугольные поля. Это может помочь им перейти от бороздкового орошения. Орошение с боковым перемещением встречается гораздо реже, требует более сложных систем наведения и дополнительного управления по сравнению с круговым орошением. Орошение с боковым перемещением распространено в Австралии. Там системы обычно имеют длину от 500 до 1000 метров.

Преимущества

Орошение с центральным кругом требует меньше труда, чем многие другие методы поверхностного орошения , такие как бороздковый полив . [8] Оно также требует меньших трудозатрат, чем методы наземного орошения, требующие рытья каналов. Кроме того, орошение с центральным кругом может сократить объем обработки почвы . Таким образом, оно помогает уменьшить сток воды и эрозию почвы, которые могут возникнуть при наземном орошении. [8] Меньшая обработка также способствует разложению большего количества органических материалов и остатков урожая обратно в почву. Это также уменьшает уплотнение почвы. [8]

В Соединенных Штатах первые поселенцы полузасушливых Высоких равнин страдали от неурожаев из-за циклов засухи , кульминацией которых стал катастрофический Пыльный котёл 1930-х годов. Только после Второй мировой войны , когда стало доступно орошение с круговым орошением, земельный массив водоносной системы Высоких равнин превратился в один из самых сельскохозяйственно продуктивных регионов в мире. [ требуется ссылка ]

Культуры высаживаются кругами для эффективного орошения.
Культуры высаживаются кругами для эффективного орошения .

Отрицательные эффекты

Уровень грунтовых вод снижается, когда скорость извлечения воды орошением превышает скорость ее пополнения. К 2013 году было показано, что, как ни странно, по мере того, как эффективность потребления воды центрально-круговым орошением улучшалась с годами, фермеры сажали более интенсивно, орошали больше земли и выращивали более влаголюбивые культуры. [10] Это пример парадокса Джевонса .

В некоторых частях Соединенных Штатов шестьдесят лет прибыльного бизнеса интенсивного земледелия с использованием огромных центрально-круговых ирригационных систем привели к опустошению части водоносного горизонта Огаллала (также известного как водоносный горизонт Высоких равнин). [10] Один из крупнейших в мире водоносных горизонтов , он охватывает площадь приблизительно 450 000 км 2 (170 000 кв. миль) в частях восьми штатов Южная Дакота , Небраска , Вайоминг , Колорадо , Канзас , Оклахома , Нью-Мексико и Техас , под Великими равнинами в Соединенных Штатах . [13] [14] Общий забор воды из центрально-кругового орошения в этом районе оценивается примерно в 5,42 миллиона акро-футов воды в год. [15]

В 1950 году орошаемые пахотные земли занимали 100 000 гектаров (250 000 акров). С использованием орошения с центральным кругом только в Канзасе орошались почти 1,2 миллиона гектаров (3 миллиона акров) земли. В некоторых местах во время максимального извлечения уровень грунтовых вод падал более чем на 1,5 м (5 футов) в год. В экстремальных случаях приходилось значительно углублять скважины , чтобы достичь постоянно падающего уровня грунтовых вод. [10] В некоторых местах в Техасском Панхэндле уровень грунтовых вод был осушен (осушен). «Огромные участки техасских сельскохозяйственных угодий, лежащие над водоносным горизонтом, больше не поддерживают орошение. В западно-центральном Канзасе до одной пятой орошаемых сельскохозяйственных угодий вдоль 100-мильной [160-километровой] полосы водоносного горизонта уже высохли». Потребовались бы сотни или тысячи лет осадков, чтобы заменить грунтовые воды в высохшем водоносном горизонте. [10]

Роль в культуре

В XXI веке признание значимости водоносного горизонта Высоких равнин привело к более широкому освещению этой темы региональными [16] [17] [18] и международными журналистами. [19] В статье New York Times от мая 2013 года «Колодцы высыхают, плодородные равнины превращаются в пыль» [10] рассказывается о неуклонном упадке частей водоносного горизонта Высоких равнин.

Писательница Эмили Вудсон охарактеризовала возросшее использование системы орошения с центральным кругом как часть глубокого сдвига отношения к модернизму (дорогие тракторы, орошение с центральным кругом, опасные новые пестициды) и отхода от традиционного земледелия, который имел место в середине 1970-х и 1980-х годов в Соединенных Штатах. Новое поколение выбрало высокорисковые, высокодоходные культуры, такие как орошаемая кукуруза или арахис, которые требуют большого количества грунтовых вод, удобрений и химикатов. Новые семейные фермерские корпорации превратили многие пастбища в новые пахотные земли и были больше заинтересованы в росте цен на землю, чем в сохранении воды . [20] [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Mader, Shelli (25 мая 2010 г.). «Центральная круговая система орошения произвела революцию в сельском хозяйстве». The Fence Post Magazine. Архивировано из оригинала 8 сентября 2016 г. Получено 6 июня 2012 г.
  2. ^ ddr.nal.usda.gov Архивировано 09.10.2011 в Wayback Machine Center. Модификация круговой системы орошения для обеспечения переменной глубины подачи воды.
  3. ^ ab Gray, Ellen (3 мая 2012 г.). "Техасские круги на полях из космоса". NASA . Получено 6 июня 2012 г.
  4. ^ ab Морган, Роберт (1993). Вода и земля . Cathedral City, CA: Adams Publishing Corp. стр. 35–36. ISBN 0935030026.
  5. ↑ Альфред, Рэнди (22 июля 2008 г.). «22 июля 1952 г.: запатентовано устройство для создания подлинных кругов на полях». Wired Magazine . Получено 6 июня 2012 г.
  6. ^ «Системы кругового орошения выходят на первый план в 1950-х годах».
  7. ^ «История орошения долины».
  8. ^ abcdefg «Выращивание риса там, где он никогда не рос раньше: исследовательская программа Миссури может помочь лучше прокормить все более голодный мир». Колледж сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов, Университет Миссури. 3 июля 2008 г. Архивировано из оригинала 17 сентября 2013 г. Получено 6 июня 2012 г.
  9. ^ "Техники орошения под давлением: системы кругового орошения" (PDF) . Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН . 2007 . Получено 26 апреля 2020 г. .
  10. ^ abcdef Вайнс, Майкл (19 мая 2013 г.). «Колодцы высыхают, плодородные равнины превращаются в пыль». The New York Times .
  11. ^ Эванс, РО; и др. (март 1997 г.). "Центральная круговая и линейная система орошения" (PDF) . North Carolina Cooperative Extension Service, North Carolina State University. Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2012 г. Получено 6 июня 2012 г.
  12. ^ «Эксплуатация и управление дождеванием с колесным приводом» (PDF) .
  13. ^ Дартон, Нью-Гэмпшир, 1898. Предварительный отчет о геологии и водных ресурсах Небраски к западу от сто третьего меридиана . В: Уолкотт, CD (редактор), Девятнадцатый ежегодный отчет Геологической службы США, 1897-1898, часть IV, стр. 719-785.
  14. ^ Деннехи, К. Ф. (2000). "Региональное исследование грунтовых вод Высоких равнин: Информационный лист Геологической службы США FS-091-00". USGS . Архивировано из оригинала 23 июля 2008 г. Получено 7 мая 2008 г.
  15. ^ Кули, DJ, Максвелл, RM, Смит, SM (2021). «Системы кругового орошения и где их найти: подход глубокого обучения для предоставления входных данных для гидрологических и экономических моделей». Frontiers in Water . 3. doi : 10.3389/frwa.2021.786016 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ "Сокращение водоносного горизонта становится большой проблемой для фермерских хозяйств" Архивировано 04.02.2009 в Wayback Machine . Нэнси Коул, Arkansas Democrat-Gazette . 24 сентября 2006 г. Последний доступ 24 октября 2006 г.
  17. ↑ Колонка - Мэнсел Филлипс: «Слишком много жаждущих отраслей, но совсем мало воды». Архивировано 15 июня 2013 г. в Wayback Machine . Мэнсел Филлипс, Amarillo Globe News . 4 октября 2006 г. Последний доступ 24 октября 2006 г.
  18. ^ «Еще один признак долгосрочных проблем с водой», Lincoln Star Journal , 8 октября 2006 г. Последний доступ 20 ноября 2012 г.
  19. ↑ Daily Telegraph (Великобритания), субботний выпуск журнала № 48,446 (от 5 марта 2011 г.), стр. 26-32, «High and Dry» Report Чарльза Лоуренса
  20. ^ Моррис, Джон Миллер (2003). Шерри Л. Смит (ред.). Будущее Южных Равнин . Норман, Оклахома: University of Oklahoma Press. стр. 275. ISBN 0806137355.
  21. ^ Рейнуотер, Кен (1 января 2004 г.). «Обзор книги: Будущее Южных равнин». Great Plains Quarterly Great Plains Studies . Линкольн, Небраска: Center for Great Plains Quarterly Great Plains Studies, Университет Небраски.

Дополнительные источники

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Орошение с круговым дождеванием».