Текст книги "Сооружаем системы орошения, полива, дренажа и колодцы"

Системы автоматизированного полива

Собрать хороший урожай на огороде или в саду, сохранить свежий зеленый цвет газона даже в засушливое лето или вырастить красочную цветочную клумбу невозможно без обильного увлажнения. Автоматизированные системы полива помогают решить эту задачу без применения физического труда, да и воду расходуют экономнее, чем при ручном поливе. Выше мы рассматривали ряд поливных установок, которые позволяют частично автоматизировать подачу воды для орошения садового участка, но эта задача решалась средствами классической механики. Современные системы автоматического полива предполагают электронное управление и обычно состоят из таких основных частей: дождеватели, капельницы и т. п. (которые мы уже рассматривали выше); трубы и фитинги; клапаны с дистанционным управлением; насосная станция и электронный контроллер управления. Подключают такую систему к стандартной (220 В) или слаботочной (24 В) сети электропитания. Если на участке нет естественного источника воды, систему комплектуют накопительной емкостью.

Трубы для систем полива производят из полиэтилена низкого давления (ПНД). Соединяют их, как правило, с помощью компрессионных фитингов – пластиковых цанговых соединений, активно использующихся в настоящее время в водоснабжении. Помимо этого, для соединения используется сварка в раструб, однако это менее надежный способ.

Насос перекачивает воду от источника в трубы. Самый важный параметр при выборе насоса – номинальная производительность. Это объем воды, который необходимо перекачать за единицу времени, обычно она выражается в л/мин или в м³/ч.

Электромагнитный клапан – устройство, которое открывает и прекращает подачу воды на разбрызгиватели. На больших участках, как правило, устанавливают от трех до нескольких десятков независимых клапанов, которые включаются поочередно. Это связано с тем, что для единовременного орошения участка требуется огромное количество воды, а возможности ее источника и мощности насоса зачастую ограничены. Кроме того, наличие нескольких клапанов повышает надежность системы: если всю систему обслуживает один клапан, то при аварии придется отключить полив на всем участке, а если несколько независимых клапанов – то только на ветке, где обнаружены повреждения.

Контроллеры, или пульты управления (ПУ), передают команды о начале или прекращении подачи воды на электромагнитные клапаны. Контроллеры можно условно разделить на проводные (стационарные, настенные) и беспроводные.

Проводные контроллеры предназначены для обслуживания обширных территорий. Устанавливают их стационарно около источника электропитания 220 В. Управляющим концевыми устройствами напряжением принято считать переменный ток в 24 В. Для управления клапанами (подачи напряжения) используется двухпроводная система, то есть к каждому клапану подводят два индивидуальных провода, выполняющих функцию фазы и нуля. При подаче тока клапан открывается, при отключении – возвращается в закрытое положение. В последнее время появилась возможность подключения таких пультов к персональным компьютерам, сопряжение их с мобильными телефонами и прочими устройствами в режиме ввода информации.

Также к ним возможно подсоединение простых метеодатчиков (дождя, ветра, влажности почвы, заморозков), благодаря которым система может сама отменить запрограммированный полив, если пошел дождь, поднялся сильный ветер или наступили заморозки.

Беспроводные контроллеры устанавливают на небольших участках, а также на территориях, куда невозможно или экономически невыгодно подводить постоянный источник питания. Как правило, такие ПУ рассчитаны на управление от 1 до 4 клапанов, питаются они от аккумулятора или батареек.

Перед зимним периодом необходимо произвести плановую консервацию системы полива, осушение сети трубопроводов сжатым воздухом (с помощью компрессора), подготовку к хранению насосного оборудования и устройств управления. Весной рабочие части дождевателей очищают от талых наслоений и осуществляют запуск системы.

Системы автоматического полива можно заказать в специализированной торговой фирме либо в компании, которая занимается ландшафтным дизайном[19]19
  Еще один вариант обзаведения системой автоматического полива – изготовление ее самостоятельно. В рамках данной книги электронные схемы не рассматриваются, тем более что собраны такие системы могут быть на совершенно разной элементной базе – от германиевых транзисторов середины прошлого века до современных микроконтроллеров. Уровень радиолюбительской подготовки, соответственно, тоже будет неодинаковым для разных практических решений.


[Закрыть]. Как правило, первый вариант предпочтительнее, так как для профильных фирм обустройство систем полива – основной род деятельности, соответственно, знаний и навыков в этой области у них больше. Дизайнеры же, как правило, выступают фактически посредниками при покупке системы, а значит, зачастую предлагают завышенные цены.

Стоимость монтажа – также серьезный показатель. Обычно он не должен превышать 70 % от сметной стоимости системы. Но и дешевый монтаж должен насторожить заказчика, поскольку фирмы, занимающиеся автополивом, львиную долю дохода получают от монтажа и только летом. Реальная стоимость монтажа – 60 % от сметы. Если у вас большой участок, возможно, удастся договориться за 50 %, но все зависит от конкретного случая.

Еще один вариант – тщательно проштудировать техническую документацию на покупаемый оросительный комплекс, посоветоваться со знакомыми и соседями, у которых автополив уже смонтирован, взвесить свои силы и приступить к самостоятельному монтажу. В этом случае вы серьезно сэкономите на стоимости работ, но и в случае ошибки пенять будет не на кого.

И, наконец, несложную автоматическую систему полива можно полностью изготовить самому. Несмотря на отсутствие электронных компонентов, она позволит в значительной степени обезопасить урожай от засухи.

Простое по конструкции устройство, не содержащее никаких электронных приборов и запорной арматуры, не требующее электроэнергии, тем не менее способно осуществить полив участка в отсутствие владельца в заранее запрограммированное время.

Если же вдруг пошли долгожданные дожди и необходимость в поливе отпала, автомат учтет и этот фактор и полив производить не станет, оставив запас воды для более подходящего времени.

Конструкция такого «умного» устройства представлена на рис. 41, а работает оно следующим образом. При наступлении особенно жаркого периода, когда еженедельного полива явно не хватает, устройство подготавливают к работе. Расходную емкость заполняют водой до уровня немного ниже изгиба сифона (для увеличения ее объема можно соединить несколько бочек между собой трубами, как показано на рисунке пунктиром). Затем водой заполняют пусковую емкость, закрепленную на шарнире, расположенном со смещением относительно центра тяжести. Заполненную емкость фиксируют в исходном положении системой рычагов и подставкой. Система уравновешивающих рычагов состоит из вилки, приваренной неподвижно к корытообразному лотку, и шарнирно установленного коромысла. К подставке одним концом крепят предварительно намоченную и растянутую хлопчатобумажную веревку, а второй конец веревки внатяжку крепят к лотку, куда заливают воду (уровень устанавливают экспериментально, с учетом необходимого времени срабатывания), и устройство готово к работе.

Рис. 41. Автоматизированное устройство для поливки приусадебных участков:

1 – расходная емкость; 2 – пусковая емкость; 3 – шарнир; 4 – запорный рычаг; 5 – упор; 6 – сифон; 7 – емкость для веревки-датчика; 8 – веревка-датчик; 9 – дополнительная расходная емкость; 10 – вентиль подачи воды в расходную емкость

При высокой температуре и низкой влажности вода в лотке испаряется, веревка, высыхая, укорачивается и смещает подставку, выводя систему рычагов из равновесия. Емкость переворачивается, резко повышая уровень воды в расходной емкости, и включает в работу сифон, связанный с поливочной системой. Естественно, для более эффективного полива желательно, чтоб вода из поливочной системы поступала не на поверхность почвы, а под землю – непосредственно к корневой системе растений.

В случае если пойдет дождь и необходимость в поливе отпадет, устройство не сработает, поскольку веревка вновь окажется намоченной, а повышение уровня в расходной емкости от дождя будет настолько плавным, что излишки воды будут переливаться по части трубы сифона, не включая его в работу.

Если возникнут трудности с изготовлением пусковой емкости, то ее с успехом можно заменить любым объемным элементом тяжелее воды (скажем, крупным булыжником или мешком с песком), закрепив его на доске. Главное условие, которое при этом необходимо соблюсти, – обеспечить скачкообразный рост уровня воды в емкости от погружения этого элемента для включения в работу сифона.

И еще одно важное замечание: веревка должна быть только хлопчатобумажной, так как синтетические при намачивании не меняют своей длины.

Это устройство представляет собой модернизированную систему автополива, описанную в предыдущей главе, и также предназначено для орошения растений без непосредственного участия садовода. Полив осуществляется автоматически с заданной периодичностью.

Состоит данное устройство из трех подсистем: полива, прекращения и возобновления полива в случае дождя, аварийной подсистемы.

Подсистема полива (рис. 42) предназначена для периодического орошения растений, является основной и состоит из объемистого бака с автоматически опрокидывающимся ковшом, который служит для накопления воды, необходимой для зарядки и запуска сифона. Регулировочным краном обеспечивается нужная периодичность полива растений водой, накопленной и нагретой на солнце. Трубопроводная сеть служит для распределения и распыления воды по грядкам.

Бак установлен на подставке высотой не менее 1 м от поверхности грунта и оборудован краном для ручного слива воды.

Сам бак представляет собой металлическую или пластиковую емкость, которая может иметь любую форму. Объем бака зависит от потребной площади полива. К верхней кромке бака прикреплен ряд штырей, на которые надеваются пружины и крышка.

К задней стенке ковша (рис. 43), свободно вращающегося на оси, прикреплен балансировочный груз. Положение оси вращения и центр тяжести ковша подбирают так, чтобы верхний обрез ковша при заполнении был горизонтален. После заполнения ковш опрокидывается и возвращается в исходное положение опорожненным. Объем воды в ковше должен быть достаточным для зарядки сифона.

Рис. 42. Конструктивная схема устройства автоматического полива:

1 – бак; 2 – ковш; 3 – сифон; 4 – регулировочный кран; 5 – подвод воды; 6 – поливочный трубопровод; 7 – сливной кран; 8 – подставка; 9 – дождевой клапан; 10 – рычаг; 11 – толкатель; 12 – крышка бака; 13 – пружина; 14 – стакан; 15 – аварийный клапан

Сифон представляет собой дугообразную вертикально установленную трубу, один конец которой открыт для приема воды из бака, а другой соединен с поливочным трубопроводом. Высота сифона определяет объем воды в баке для полива растений. Когда вода, поступающая в бак, достигает верхнего уровня сифона, он приводится в действие последней порцией воды из ковша, и вода начинает подаваться в поливочный водопровод до тех пор, пока уровень воды в баке не опустится до открытого конца сифона. Объемный темп потока воды, поступающей в бак, регулируется краном (см. рис. 42).

Распределительная сеть может состоять из поливных трубопроводов с отверстиями для распыления воды, шлангов, капельниц и т. д.

В состав подсистемы прекращения и возобновления полива в случае дождя входят дождевой клапан, рычаг, толкатель, крышка бака и пружины (см. рис. 42). Крышка бака сделана с углублением для сбора дождевой воды и служит грузом для закрытия клапана. По периферии крышки просверлены отверстия для ее посадки на штыри. Размеры углубления в крышке таковы, что вес собранной дождевой воды достаточен для закрытия клапана, но после прекращения дождя вода должна испаряться менее чем за сутки с тем, чтобы под действием пружин крышка поднялась и клапан снова открылся. Дождевой клапан (рис. 44) изготовлен по аналогии с поплавковым клапаном сантехнического бачка.

Рис. 43. Ковш:

1 – отверстия под ось; 2 – балансировочный груз; 3 – упоры-ограничители

Рис. 44. Дождевой клапан:

1 – корпус; 2 – резиновая прокладка; 3 – шток; 4 – рычаг; 5 – толкатель; 6 – шпилька; 7 – пластмассовая крышка; 8 – штуцер

Толкатель крепится верхним концом к крышке бака, а нижним концом – к рычагу клапана. На толкателе также имеется стакан аварийной подсистемы. В случае переполнения бака вода наполняет стакан, он опускается и закрывает клапан, прекращающий доступ воды в бак.

Аварийный клапан (рис. 45) открывается под давлением воды, если ее уровень превысит высоту стенки стакана. Усилие в штоке под заданное давление устанавливается с помощью фитинга и пружины. При превышении заданного предела давления шток перемещается вправо. Как только шариковый фиксатор переместится до кольцевой канавки, шарики под действием пружины проваливаются в эту канавку и фиксируют шток, открывая путь воде через клапан в распределительную сеть.

Рис. 45. Аварийный клапан:

1 – корпус; 2 – гайка; 3, 8 – резиновые прокладки; 4 – стенка бака; 5 – шарик; 6, 11 – пружины; 7 – шток; 9 – продольная канавка; 10 – кольцевая канавка; 12 – фитинг; 13 – направление воды

Это устройство можно назвать системой автоматического полива с большой натяжкой, однако оно все же позволит обеспечить посадки влагой в перерыве между приездами хозяина участка.

Конструкция включает в себя бочку для воды, от которой к системе полива идет шланг с измененным шаровым краном: вместо ручки у него установлен шкив, выполненный из пластмассы, или рычаг-коромысло. К шкиву приматывают прочный шнур таким образом, чтобы у него было два свободных конца; на один конец прикрепляют груз, зачастую это ведро с водой.

На второй конец крепят такое же ведро, только в днище последнего проделывают маленькое отверстие. В наполненном виде второе ведро должно быть тяжелее первого – благодаря этому кран будет закрыт. Вода станет понемногу вытекать, из-за чего ведро будет подниматься, и кран постепенно начнет открываться. Когда вода полностью вытечет из второго ведра, кран полностью откроется (рис. 46). Таким образом, второе ведро с водой будет выполнять функцию таймера. Чем меньше отверстие в днище этого ведра, тем больше времени пройдет до полного открытия крана.

Рис. 46. Система одноразового автоматического полива:

1 – бак; 2 – шаровой кран со шкивом; 3 – шланг к оросительной системе; 4 – емкость-таймер; 5 – балластная емкость (груз); 6 – нить

Принцип работы такой системы следующий: перед отъездом с дачного участка заполняют водой емкость и оба ведра. Через некоторое время (которое определяют экспериментально) кран откроется, и вода из бочки потечет к растениям. По возвращении хозяина на приусадебный участок кран закрывают, опустевшую бочку вновь наполняют.

У данной системы есть существенный недостаток: в течение длительного времени кран будет открыт не полностью, поэтому вода будет идти очень медленно. Лучше было бы, чтобы кран сразу переходил из закрытого состояния в открытое. Это можно осуществить с помощью бечевки – ее привязывают сверху к балластовому ведру. Пока груз наверху, бечевка находится в свободном состоянии; как только канистра с грузом опустится до определенного положения, – она сильно натянется и полностью откроет кран.

Положительным моментом такой системы является то, что она способна функционировать автономно, не завися от энергоносителей. Ее очень легко изготовить. Главный недостаток – одноразовость подобной конструкции, то есть она может обеспечить только один полив, пока хозяев нет на даче. Кроме того, эта система не в состоянии реагировать на погодные условия и будет включаться как в солнечный день, так и в дождливую погоду.

Чтобы полив из вышеописанной системы стал более равномерным, веревку можно заменить металлическим (а значит, более надежным) триггером[20]20
  Триггер (от англ. trigger – собачка, защелка, спусковой крючок) – термин из области радиотехники: схема с несколькими устойчивыми состояниями. В общем смысле – устройство, приводящее систему или другое устройство в действие.


[Закрыть]. Его делают из отрезка широкой трубы диаметром примерно 8 см, внутрь которой запаивают свинцовый шар. Последний должен свободно перемещаться в трубе.

Такой триггер с шаром закрепляют таким образом, чтобы при перекатывании шара кран сразу полностью открывался. Шар в начальном положении будет уравновешивать обе канистры и держать кран в закрытом состоянии (рис. 47). Когда часть воды из одного ведра вытечет, полное ведро потянет всю конструкцию за собой, шар сначала займет промежуточное положение приблизительно в середине отрезка трубы. Некоторое время спустя он перекатится в другой конец трубы, полностью откроет кран, и вода хлынет в оросительную систему.

Чтобы конструкция получилась полностью автономной, в бочку помещают еще один шаровой кран с поплавком, подключенный к водопроводу или насосу для заполнения емкости. Когда уровень воды в бочке упадет до определенного уровня, он откроет приток (или включит насос). Некоторое время холодная вода будет заполнять поливальную систему, но при правильном расчете она не успеет дойти до растений и останется в трубах, получая дополнительный прогрев. Чтобы поступившая вода накопилась в бочке и хорошо прогрелась, к ведру-таймеру с проколотым дном из бочки подводят тонкий шланг. Когда бочка заполнится водой, он восстановит уровень воды в ведре и снова перекроет оросительную систему, после чего начнется новый цикл, завершающийся орошением растений.

Рис. 47. Автономная система полива с триггером:

1 – бак; 2 – подвод воды из водопровода с шаровым краном; 3 – шаровой кран со шкивом; 4 – шланг к оросительной системе; 5 – емкость-таймер; 6 – балластная емкость (груз); 7 – нить; 8 – тонкий шланг

Чтобы получившаяся система реагировала на атмосферные осадки, слив с крыши дачного домика нужно тоже подвести к бочке. Чем сильнее будет идти дождь, тем быстрее наполнится как сама бочка, так и ведро, регулирующее открытие крана, задерживая начало нового цикла.

Источники воды на вашем участке

Недостаток воды, равно как и ее излишек, доставляет дачникам большие неприятности. Известно, что садоводам требуется много воды, и если нет центрального водопровода, ее приходится добывать в буквальном смысле из-под земли. Но прежде чем приступить к добыче вожделенной влаги, необходимо разобраться в предмете поисков. В зависимости от глубины залегания водоносного пласта подземную воду условно можно разделить на три группы.

Верховодка. Само название говорит о том, что эта вода залегает на небольшой глубине – не более 4 м от поверхности. Она образуется в основном из атмосферных осадков, которые скапливаются в небольших углублениях, низинах и постепенно просачиваются в почву до водоупорного пласта. Запасы такой воды обычно невелики, а в засушливое время и зимой она, как правило, исчезает, однако после обильных дождей может снова появиться. Проходя в поверхностных слоях, верховодка насыщается разными нежелательными минеральными и органическими примесями, вредными бактериями и микроорганизмами. А поскольку залегает неглубоко, то не успевает очиститься (отфильтроваться).

Эта вода даже после очистки самыми дорогими фильтрами совершенно непригодна для питья и приготовления пищи. Верховодка годится лишь для полива и банно-хозяйственных нужд.

Грунтовая вода накапливается на глубине до 40 м, но чаще всего встречается на глубине 6–10 м. Она залегает на водоупорных (водонепроницаемых) пластах, состоящих в большинстве своем из плотных, жирных глин, суглинков и спрессованных песчаников. Грунтовая вода состоит как из атмосферной влаги, просачивающейся на эту глубину, так и из воды, поступающей сюда через толщу земли из окрестных рек, озер, болот.

Потоки грунтовой воды есть практически всюду, вопрос лишь в том, насколько обильны ее запасы, каково качество и на какой глубине она находится. Именно эта вода питает подавляющее большинство колодцев.

Поскольку рельеф водоупорных пластов (то есть пластов, через которые вода не может просочиться вглубь земли) различен по структуре, накапливающаяся в них вода образует разные по объему водоносные горизонты. Проникая в шахты колодца, грунтовая вода обычно устанавливается на том же уровне, на котором она находится в породе. Причем чем глубже от поверхности находится такой пласт, тем чище в нем вода.

Артезианская вода для колодцев недоступна, поскольку залегает на глубинах от 50 до 100 м. Располагается артезианская вода под давлением, между двумя водоупорными пластами. При вскрытии такого пласта вода обычно поднимается в шахте до поверхности земли, а иногда и вырывается из недр фонтаном.

Артезианская вода очень холодна, нередко минерализована. Она тоже есть везде, ее запасы почти безграничны, уровень всегда постоянный и не зависит ни от времени года, ни от погоды. Однако добыча артезианской воды с больших глубин – дело исключительно трудное и технологически сложное, потому под силу лишь специализированной организации. Ни дачнику, ни дачному кооперативу, ни даже садоводческому товариществу эту работу не осуществить при всем желании и энтузиазме – настолько хлопотное это дело. Самостоятельное строительство колодца для обеспечения участка грунтовой водой – и то весьма серьезное испытание ваших сил и умений. Бурение же скважины глубиной 50 м или более – удел лишь буровиков-профессионалов, и вот почему.

Сама скважина – это своеобразная колонна из обсадных труб, опущенная до выбранного водоносного слоя. Внизу колонны устанавливают фильтр из перфорированной обсадной трубы, также покрытой высокопрочной полимерной сеткой. За фильтровой колонной устанавливают специальный отстойник, предназначенный для осадки частиц песка, попавших через фильтр в колонну.

Существует несколько технологий бурения. Для мягких, рыхлых или мерзлых грунтов чаще всего применяется шнековый метод – бурение вращательным способом с помощью лопастного долота-резца. Оно производится установкой, которая имеет буровую головку, следом за которой идут шнеки, отводящие из скважины разрушенные породы грунта. Кроме этого, одновременно с бурением продавливаются и укладываются стенки скважины, которые удерживают породу и предотвращают ее обрушение. Такой способ менее затратный и позволяет размещать буровую установку даже на небольшом частном участке или даче. Из минусов – ограничение по глубине бурения (до 50 м) и отсутствие возможности установки необходимой высоты фильтра и отстойника.

Роторное, или машинное, бурение осуществляется через бурильную колонну от ротора, который расположен на поверхности. Для удаления породы при проходке в скважину по нагнетательному шлангу подается специальный вымывающий раствор. Такой способ расширяет диапазон бурения – до 200 м и более, скважина является долговечной и имеет большую производительность. Этот метод позволяет разрушать даже включения подземных скальных пород. Из минусов – необходимость иметь при бурении дополнительную технику, поэтому участок должен быть не маленьким. Также необходимо обустройство приемного котлована для очистки вымывной жидкости. Метод этот не только сложен, но и достаточно дорогостоящ. Производительность бурения при использовании роторного способа – около 10 м в смену.

Ударно-канатный метод – это самый простой и одновременно самый древний способ бурения, он был разработан еще в Древнем Китае. Проходка скважины заключается в поднимании и опускании над забоем специального бурового долота, разрушающего породу, которая удаляется впоследствии с помощью желонки. Древнее техническое оборудование было преимущественно деревянным и приводилось в движение вручную. Несмотря на медленные темпы бурения, которое иногда длилось несколько лет и даже десятилетий, сооружались глубокие колодцы глубиной 1200–1500 м, причем в любых породах, включая каменистые.

Но метод этот весьма трудоемкий и затяжной, а инструментарий хоть и можно изготовить вручную, но все же обойдется в немалую сумму. И если вы не собираетесь сделать буровые работы своим основным занятием, дешевле и надежнее, в конечном счете, окажется заказ промышленно изготовленной буровой установки с квалифицированным персоналом[21]21
  Впрочем, для желающих освоить нелегкое ремесло бурильщика описание ударно-канатного метода для самостоятельного применения на дачном участке приведено ниже.


[Закрыть].