Лекція 10 механізація меліоративних робіт
10.1. Види меліоративних робіт.
10.2. Механізація будівництва та використання меліоративної мережі.
10.3. Механізація зрошення.
Меліорація (від латинського meliorate – поліпшення) – система технічних і організаційно-господарських заходів, спрямованих на докорінне поліпшення родючості земельних угідь (ґрунтів), – важливий елемент інтенсифікації сільськогосподарського виробництва.
Основним засобом виробництва і найбільшим багатством України є її ґрунти. Основою родючості ґрунтів є гумус, на створення якого природа потратила мільйони років. Нерозумний, споживацький підхід до його використання (висока розораність – у межах 80%, недосконалість техніки і технологій, часті обробітки, запущення земель у облоги) призводить до деградації ґрунту. Це усвідомлені світові тенденції, на подолання яких людство реагує. Тому 04.07.2002 р. ВР України прийняла Закон України про ратифікацію Конвенції ООН про боротьбу з опустелюванням земель і засухами (деградацією земель), до якої уже приєдналася 191 країна.
Потенціальні можливості земель сільськогосподарського призначення не вповні використовуються через недостатнє або надмірне зволоження, частина площ зазнає ерозії, закислюється, заболочується, заростає чагарниками тощо. Відновити, залучити до виробництва сільськогосподарської продукції, підвищити віддачу землі – завдання меліорації і зрошення.
10.1. Види меліоративних робіт:
1. Меліорація гідротехнічна – поліпшення надмірно та недостатньо зволожених земель.
2. Меліорація земель, що зазнають шкідливого впливу води, вітру – водяна і вітрова ерозія.
3. Меліорація земель із несприятливими для росту і розвитку рослин фізичними властивостями, поліпшення яких здійснюється культуртехнічними роботами (рекультивація земель відпрацьованих промислових кар’єрів, видалення каміння, пеньків, чагарників, задернілості, ліквідація дрібноконтурності тощо) та хімічними (підвищена кислотність, засоленість).
Культуртехнічні роботи належать до галузі меліоративної науки, яка вивчає методи і способи поліпшення властивостей ґрунту і його поверхні.
За напрямами робіт їх можна розділити на такі групи:
Первинне освоєння осушуваних земель і докорінне поліпшення староорних.
Поліпшення лук і пасовищ – докорінне, поверхневе та прискорене залуження.
Рекультивація – сільськогосподарське освоєння вироблених торфовищ, промислових кар’єрів тощо.
Для виконання культуртехнічних робіт використовують дві групи машин.
Машини для підготовчих робіт: кущорізи з активними та пасивними робочими органами; корчувачі пеньків і чагарників з активними, пасивними та комбінованими робочими органами (роторні, зубові, тросові); каменезбиральні машини циклічної дії для каменів Ø >0,6 м, безперервної дії для каміння Ø 0,03 – 0,6 м.
Машини для первинного обробітку: чагарниково-болотні плуги; болотні фрези; важкі дискові борони; планувальники; лукові та ґрунтообробні агрегати.
Корчувальна борона К-1 – пасивна, шириною захвату 3 м, має 8 зубів довжиною 800 мм. Борона призначена для корчування чагарників і пеньків діаметром до 15–20 см за поступового руху агрегату.
Ротаційні робочі органи машини МТП-26 складаються з п’яти роторів (рис. 2.33а) діаметром 1,2-1,3 м, що обертаються з частотою 18,2 об/хв.
Пасивне бульдозерного типу обладнання (рис. 2.33б) використовується за поступового руху агрегату шляхом вивертання пнів, каміння великої маси.
Комбіновані агрегати з поступовим рухом і додатковим переміщенням корчувальної частини гідроциліндром (рис. 2.33в) ефективніші та можуть використовуватись і для навантаження.
Машини канатної (прямої або через лебідку чи стрілу драглайна) тяги (рис. 2.33г) найкраще спрацьовують, коли сила тяги знаходиться під кутом 45–70º до горизонту (найменше зусилля корчування).
Перспективними є грейферні вібраційні машини (рис. 2.33д), які зменшують зусилля та час корчування, залишаючи родючий шар ґрунту на місці.
Викорчувану рослинність залишають для підсихання, а після цього обтрушують ґрунт і рослинну масу вивозять за межі поля.
Викорчувану рослинність залишають для підсихання, а після цього обтрушують ґрунт і рослинну масу вивозять за межі поля.
Каменезбиральні машини безперервної дії підкопують шар ґрунту з камінням і сепарувальними органами відділяють його, а каміння укладають у валок із наступним підбиранням, навантаженням на транспортні засоби та вивезенням за межі або на край поля.
Чагарниково-болотні плуги переважно мають один корпус напівгвин-тового типу шириною захвату 75, 100 см з плоским або чересловим ножем, орють на глибину 35–45 см та здатні приорати чагарник висотою 4–5 м.
Важкі дискові борони використовують для обробітку після осушення боліт і заболочених мінеральних ґрунтів. Батареї обладнують вирізними дисками, що можуть ступінчасто встановлюватися з кутом атаки 6–18º.
Болотні фрези для задернілих ґрунтів і чагарнику висотою до 0,5 м можуть за два проходи обробити його на глибину до 25 см.
Для прискореного залуження лук і пасовищ, що втратили кормову цінність, використовують агрегати прискореного залуження, які за один прохід вносять добрива, підготовляють ґрунт до сівби та висівають суміш трав і вирівнюють поверхню поля.
Для вирівнювання поля використовують довгобазові планувальники, які з базою між передніми і задніми колесами 12...15 м мають посередині косо поставлений ніж із полицею шириною захвату 4 м, які вирівнюють поверхню поля, знімаючи горбки та заповнюючи впадини, зсувають землю з підвищень і заповнюють низини.
10.2. Абсолютна вологість ґрунту, за якої припиняється вегетація (настає засихання рослин), знаходиться в межах 16%. Підвищена вологість призводить до заболочування – відсутності повітря у зоні кореневої системи, коли виживають тільки пристосовані до таких умов рослини. Вологість ґрунту в таких умовах регулюють з допомогою меліоративної мережі та зрошення.
Влаштування меліоративної мережі вимагає виконання великого обсягу земляних робіт і починається з розробки проекту. Мережа призначена для відведення надлишкової вологи або підведення води в зону кореневої системи рослин за її недостачі.
За призначенням меліоративна мережа може бути: осушувальна, зрошувальна, комбінована (регульована двостороння).
За виконанням меліоративна мережа може бути: відкритою (каналами) та закритою (укладеними у ґрунт трубами, дренажем).
Дренаж може бути осушувальним і аераційним, траншейним матеріальним (гончарний, пластмасовими трубами, фашинами – в’язаний у снопи хворост, дощатий, щебеневий) і безтраншейним (кротовий, щілинний). Нематеріальний дренаж служить 2–4 роки, а гончарний > 50 років, тому хоча і дорогий – поширеніший.
Глибина каналів водоприймачів меліоративної мережі (річок, ярів, струмків) 1,5...5 м, а швидкість води –0,25...5 м/с за похилу дна 0,0001...0,005.
Для створення меліоративної мережі будують земляні споруди (рис. 2.34). Вийнятий з каналу ґрунт від країв відсувають (не допустити осипання в канал ґрунту).
Рис. 2.34. Схеми земляних споруд:
а – напіввиїмка – напівнасип; б – насип; в – канал.
Насипи – земляні підвищення над поверхнею: греблі – насипи впоперек русла; дамби – насипи вздовж русла; насипи для шляхів; виїмки для відведення чи подачі води (траншея – виїмка з вертикальними стінками); кювети –бічні канали біля насипів доріг; канали, напіввиїмки-напівнасипи – залежно від рельєфу. Дрібну поливну мережу формують при сівбі чи догляді за посівами борозноутворювачами, підгортальниками, аричниками.
Невеликі поливні канали утворюють канавокопачами з пасивними робочими органами. Наприклад, копач-зарівнювач КЗУ–0,6 може розпушувати ґрунт долотами, утворювати канал робочим органом плужного типу, а після завершення терміну його використання зарівняти канал. Тягові канавокопачі потребують попереднього планування ухилу та значних тягових зусиль, а це відповідно – великомасових тягачів.
Канавокопачі можуть бути з активними робочими органами (фрезерні, роторно–ківшові), комбіновані та циклічної дії.
Для земляних робіт у меліорації та будівництві використовують:
землерийно–транспортні машини (бульдозери, скрепери, грейдери);
екскаватори циклічної дії (одноківшові з прямою та оберненою лопатами); універсальні з гідравлічним або механічним приводом (тросовим у драглайна) – ківш заповнюється волочінням його тросом після наведення. Багатоківшові екскаватори спеціалізовані роторні та ланцюгові продуктивніші на певних роботах;
машини для ущільнення ґрунту (котки, трамбівки);
машини та обладнання для гідравлічного розроблення землі (гідромонітори, землесосні установки).
Універсальні одноківшові екскаватори копають ґрунт і переміщають його на довжину стріли. Вони можуть мати змінне обладнання: ківш (пряма й обернена лопата на рукояті); грейфер – ківш зі щелепами для сипких вантажів; кранове обладнання з гаком; копер для забивання свай. Пряма лопата слугує для робіт вище від опорної площини, а обернена – нижче (траншеї).
Бульдозери канатно–тросового або гідравлічного приводу, поворотного або неповоротного ножа з полицею призначені для зрізування шару ґрунту та переміщення його на відстань до 50...100 м перед собою.
Скрепери причіпні чи самохідні призначені для зрізування ґрунту і транспортування його у ковші на відстань до 1500 м. Об’єм ковша може бути у межах 2,5...10 м3 і більше.
Грейдери призначені для зрізування сипучих матеріалів (ґрунту, снігу, щебеню) і переміщення його на відстань до 5 м. Випускаються причіпні та автогрейдери з шириною захвату 3...5 м, вирівнюють поверхню, як і довгобазові планувальники.
Комплекс робіт догляду за відкритою меліоративною мережею передбачає:
очищення русел каналів від наносів (замулення);
видалення водяної рослинності;
знищення бур’янів на укосах, бермах і дамбах;
поправка геометричної форми (профілю) поперечного перерізу каналів;
ремонт гребель, шлюзів, мостів.
Закрита меліоративна мережа не створює перешкод для роботи механізмів, не є розсадником бур’янів. Вона дорожча під час створення, але довговічніша та дешевша під час використання. Промивають її водою під тиском.
Гончарний дренаж укладають у траншеї шириною 0,5...0,8 м з ухилом 0,002...0,015 (уздовж троса чи лазерного променя) на глибину 0,8...1,8 м трубками Ø5...6 см для збірних магістралей і 6...25 см – для колекторних. Стики між трубками (1–2 мм) покривають фільтрувальним матеріалом (піском, гравієм, а поверх – ґрунтом).
Вузькотраншейний (0,25...0,3 м) метод використовують для прокладання пластмасового дренажу (суцільними трубами з отворами чи перфорацією), сформованими зі стрічки спеціальними автоматами (перфоровані трубки при укладанні).
Щілинний дренаж утворюють коливною фрезою, шнеками, ланцюговими барами шириною 11...11,5 см, глибиною до 1,4 м. Від поверхні щілина закривається на глибину 0,4...0,5 м за рахунок осипання ґрунту з поверхні.
Кротовий дренаж (рис. 2.35) закладають дренером (конічний снаряд) на глибину 0,4...1,4 м залежно від призначення на віддалі 2...15 м (осушувальний, аераційний).
10.3. Воду можна подавати у ґрунт дощуванням, поверхневим, підґрунтовим і крапельним поливом. Зрошенням регулюють водяний і тепловий режим ґрунту, вносять розчинені добрива, вимивають надлишки солей, знищують шкідників і гризунів. Урожай на зрошуваних землях у 3–5 разів вищий, ніж на богарних.
Основним енергетичним елементом зрошувальної системи з механізованою подачею води є насосна станція, що подає воду із джерела (річки, каналу, водосховища) у відкриту або закриту зрошувальну систему. Насосні станції бувають стаціонарні й пересувні, сухопутні і плаваючі з приводом від трактора, двигуна внутрішнього згоряння або електродвигуна. Вони обладнуються відцентровими насосами продуктивністю 18...700 л/с і робочим тиском 0,04...1 МПа.
У закритій зрошувальній системі воду насосами під тиском подають трубами до гідрантів, а з них до поливних машин і установок.
У відкритій сітці вода із каналів або тимчасових трубопроводів насосами подається до дощувальних установок або поливних машин.
Поверхневий полив проводять борознами шляхом напуску води смугами або затопленням зрошуваних площ (наприклад, рисових чеків).
Підгрунтовий полив здійснюють подачею води трубами з отворами, кротовинами (дренами), що заложені на глибину 40...50 см. Волога капілярами піднімається до верхніх шарів ґрунту (у зону кореневої системи рослин).
Крапельне зрошення здійснюють подачею води трубами до споживачів безпосередньо в зону кореневої системи, де вона краплями з потрібною інтенсивністю витікає на ґрунт (у садах, теплицях, виноградниках).
Дощувальні машини та установки роздрібнюють воду на краплі розміром 1–2 мм і розподіляють по площі у вигляді дощу. Разом із водою можуть подаватися розчинені добрива. Інтенсивність дощу 0,1...0,8 мм/хв (залежно від типу ґрунту, відповідно, важкі...легкі).
Дощувальна установка складається з легких переносних трубопроводів та розбризкувальних насадків або дощувальних апаратів і працює позиційно. Після поливу демонтується і монтується на іншому місці.
Дощувальні машини, як і установки, отримують воду із гідрантів та здійснюють полив позиційно, переміщуючись з позиції на позицію власним ходом від енергії тиску води у магістралі чи двигуна або під час руху.
Дощувальні агрегати навішують на трактори, обладнують насосами. Рухаючись уздовж каналу, водозабірником агрегат забирає воду та під тиском насоса подає до дощувальних насадок чи апаратів.
Залежно від дальності польоту струменя розрізняють коротко-, середньо- та далекоструминні апарати.
У короткоструминних апаратах дальність польоту струменя до 10 м за тиску в напірній магістралі 0,05–0,15 МПа. При цьому струмінь дробиться дефлектором (нерухомою перешкодою).
У середньоструминних дальність польоту до 35 м за тиску 0,08–0,35 МПа. Струмінь дробиться при польоті від опору повітря.
У далекоструминних дальність польоту до 80 м за тиску 0,4–1 МПа.
Зрошення та осушення дозволяють отримати запланований урожай незалежно від кліматичних умов і тим самим зменшують ризики виробництва, відносяться до заходів гарантованого виробництва у галузі землеробства.