Центрально-поворотное орошение
Центральное орошение (иногда называемое центральным орошением ), также называемое водяным колесом и круговым орошением , представляет собой метод сельскохозяйственных культур орошения , при котором оборудование вращается вокруг оси, а посевы поливаются с помощью разбрызгивателей . [1] [2] Круглая область с центром на оси орошается, часто создавая круговой узор на посевах , если смотреть сверху (иногда называемый кругами на полях , не путать с кругами , образующимися в результате кругового сплющивания части урожая на поле). [3] Большинство центральных шарниров изначально имели водяной привод, однако сегодня большинство из них приводятся в движение электродвигателями .
Системы орошения с центральным шарниром выгодны благодаря их способности эффективно использовать воду и оптимизировать урожайность фермы. Системы высокоэффективны на больших земельных полях.
История
[ редактировать ]Централизованное орошение было изобретено в 1940 году. [4] фермер Фрэнк Зибах, [5] который жил в Страсбурге, штат Колорадо . [4] Это признано эффективным методом улучшения распределения воды на полях. [3]
В 1952 году Зибах начал бизнес с А. Э. Троубриджем, другом Итаном Джеймсом Олсоном из Колумбуса, штат 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. Первые конструкции были привередливыми, и лишь немногие фермеры понимали эти системы. Зибах продолжал совершенствовать свои конструкции и сосредоточился на улучшении своих машин, а не на попытках продать системы с проблемами. [6]
Зибах добился успеха благодаря модифицированной конструкции, которая повысила эффективность работы системы. В 1954 году он передал лицензию на свой патент Роберту Догерти и его компании Valley Manufacturing. Инженеры Догерти потратили следующее десятилетие на совершенствование инновации Зибаха, сделав ее прочнее, выше и надежнее, а также переоборудовав ее с гидравлической силовой системы на электрический привод. Компания Догерти впоследствии превратилась в Valmont Industries , а Valley Irrigation стала ее дочерней компанией. [7]
Обзор
[ редактировать ]
Центральное круговое орошение — это форма верхнего спринклерного орошения, состоящая из нескольких сегментов труб (обычно из оцинкованной стали или алюминия ) с разбрызгивателями, расположенными по их длине, соединенными вместе и поддерживаемыми фермами и установленными на колесных башнях. [1] Машина движется по кругу и подает воду из точки поворота в центре круга. [8]
Для использования центральной оси местность должна быть достаточно ровной; но одним из основных преимуществ центральных кругов перед альтернативными системами, использующими самотек, является способность работать в холмистой местности. Это преимущество привело к увеличению орошаемых площадей и увеличению использования воды в некоторых районах. Система используется в некоторых частях США , Австралии , Новой Зеландии , Бразилии , [8] и в пустынных районах, таких как Сахара и Ближний Восток.
Центральные шарниры обычно имеют длину менее 500 метров (1600 футов) (радиус окружности), при этом наиболее распространенным размером является стандартный. 400-метровая ( 1 ⁄ мили ) машина, которая покрывает около 50 гектаров (125 акров) земли. [8]
Первоначально большинство центральных шарниров были с водяным приводом. На смену им пришли гидравлические системы и системы с электроприводом, обычно приводимые в движение двигателем, установленным на каждой башне.
Внешний набор колес задает темп вращения. Внутренние комплекты колес установлены на ступицах между двумя сегментами и используют датчики угла (микропереключатели) для определения того, когда изгиб в шарнире превышает определенный порог. Когда угол слишком велик, колеса вращаются, чтобы сегменты оставались выровненными. Типичные периоды полной ротации включают три дня; [8] в то время как у других источников внешний край конструкции движется со скоростью от 2 до 3 м (от 6,6 до 9,8 футов) в минуту, что соответствует от 14 до 21 часам для одного полного оборота Система радиусом 400 метров ( мили ) 1 ⁄ . [9]
Для достижения равномерного внесения центральные круговые системы требуют переменной скорости потока эмиттеров по радиусу машины. Поскольку самые внешние пролеты (или башни) за определенный период времени перемещаются дальше, чем самые внутренние пролеты, размеры патрубков на внутренних пролетах наименьшие и увеличиваются по мере удаления от точки поворота. Аэрофотоснимки показывают поля кругов, созданные следами радиальных ирригационных труб длиной в четверть или полмили (400 или 800 м), которые потребляют до нескольких тысяч галлонов в минуту». [10]
В большинстве систем с центральным шарниром теперь есть капли, свисающие с U-образной трубы, называемой « гусиной шеей», прикрепленной к верхней части трубы. [ нужны разъяснения ] с разбрызгивающими головками, расположенными на высоте нескольких футов (максимум) над культурой, что ограничивает потери на испарение и снос ветром. Доступно множество различных конфигураций сопел, включая статическую пластину, подвижную пластину и частичную окружность. Регуляторы давления обычно устанавливаются перед каждым соплом, чтобы обеспечить работу каждого из них при правильном расчетном давлении.
Капли также можно использовать с тяговыми шлангами или барботерами, которые оставляют воду прямо на землю между посевами. Этот тип системы известен как LEPA (приложение с низким энергопотреблением) и часто связан со строительством небольших дамб вдоль длины борозды (так называемое обвалование борозд/обваловок). Культуры можно сажать либо прямыми рядами, либо кругами, чтобы соответствовать ходу ирригационной системы.
Машины для орошения с линейным или боковым перемещением
[ редактировать ]
Ирригационное оборудование также может быть настроено на движение по прямой линии, где это называется боковым перемещением , линейным перемещением , колесным перемещением или системой орошения с боковым вращением . [11] [12] В этих системах вода подается по оросительному каналу, проходящему по всей длине поля. Канал располагается либо сбоку, либо на линии, проходящей через центр. Двигатель и насосное оборудование смонтированы на тележке у подводящего канала. Тележка едет вместе с машиной.
Фермеры могут выбрать систему орошения с боковым движением, чтобы сохранить существующие прямоугольные поля. Это может помочь им отказаться от полива по бороздам. Орошение с боковым движением встречается гораздо реже, основано на более сложных системах управления и требует дополнительного управления по сравнению с орошением с центральным круговым движением. В Австралии распространено орошение с боковым движением. Там системы обычно имеют длину от 500 до 1000 метров.
Преимущества
[ редактировать ]Круговое орошение требует меньше труда, чем многие другие методы поверхностного орошения , такие как орошение по бороздам . [8] Он также требует более низких затрат на рабочую силу, чем методы наземного орошения, требующие рытья каналов. Кроме того, круговое орошение может сократить объем обработки почвы . Таким образом, это помогает уменьшить сток воды и эрозию почвы, которые могут возникнуть при поливе грунта. [8] Меньшая обработка почвы также способствует разложению большего количества органических материалов и растительных остатков 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 котел 1930-х годов. Только после Второй мировой войны , когда стало доступно центральное орошение, территория водоносного горизонта Высоких равнин превратилась в один из самых продуктивных в сельскохозяйственном отношении регионов мира. [ нужна ссылка ]
Негативные эффекты
[ редактировать ]Уровень грунтовых вод снижается, когда скорость забора воды путем орошения превышает скорость пополнения. К 2013 году было показано, что, как ни странно, по мере того, как эффективность потребления воды при центральном орошении с годами улучшалась, фермеры сеяли более интенсивно, орошали больше земель и выращивали более жаждущие культуры. [10] Это пример парадокса Джевонса .
В некоторых частях Соединенных Штатов шестьдесят лет прибыльного бизнеса интенсивного земледелия с использованием огромных ирригаторов с центральным шарниром привели к опустошению частей водоносного горизонта Огаллала (также известного как водоносный горизонт Высоких равнин). [10] в мире Один из крупнейших водоносных горизонтов , его площадь составляет около 450 000 км2. 2 (170 000 квадратных 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 в результате кругового орошения в этом районе оценивается примерно в 5,42 миллиона акров-футов воды в год. [15]
В 1950 году орошаемые пахотные земли занимали 100 000 гектаров (250 000 акров). Только в Канзасе с использованием центрально-центрового орошения было орошено почти 1,2 миллиона гектаров (3 миллиона акров) земли. В некоторых местах во время максимальной добычи уровень грунтовых вод падал более чем на 1,5 м (5 футов) в год. В крайних случаях колодцы приходилось сильно углублять, чтобы достичь неуклонно падающего уровня грунтовых вод. [10] В некоторых местах Техасского Панхандла уровень грунтовых вод осушён (обезвожен). «Огромные участки сельскохозяйственных угодий Техаса, лежащие над водоносным горизонтом, больше не поддерживают орошение. В западно-центральном Канзасе до пятой части орошаемых сельскохозяйственных угодий вдоль 100-мильного [160-километрового] участка водоносного горизонта уже высохло». Чтобы заменить грунтовые воды в высохшем водоносном горизонте, потребуются сотни и тысячи лет осадков. [10]
Роль в культуре
[ редактировать ]В 21 веке признание значимости водоносного горизонта Высоких равнин привело к расширению охвата со стороны региональных [16] [17] [18] и международные журналисты. [19] май 2013 г.: Статья в New York Times, «Сухие колодцы, плодородные равнины обращаются в пыль» [10] рассказывает о неустанном упадке частей системы водоносных горизонтов Высоких равнин.
Писательница Эмили Вудсон охарактеризовала более широкое использование центрально-поворотной ирригационной системы как часть глубокого изменения отношения к модернизму (дорогие тракторы, центрально-поворотное орошение, новые опасные пестициды) и отходу от традиционного земледелия, которое произошло в середине 1970-х и 1980-х годов. в Соединенных Штатах. Новое поколение выбрало высокорискованные и 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]
См. также
[ редактировать ]
- Управление ирригацией
- Орошение в Саудовской Аравии
- Управление водными ресурсами
- Ископаемая вода
- Гидрогеология
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Мадер, Шелли (25 мая 2010 г.). «Центральная круговая ирригация производит революцию в сельском хозяйстве» . Журнал Fence Post. Архивировано из оригинала 8 сентября 2016 года . Проверено 6 июня 2012 г.
- ^ ddr.nal.usda.gov. Архивировано 9 октября 2011 г. в Wayback Machine Center. Модификация поворотной системы орошения для обеспечения переменной глубины внесения воды.
- ^ Jump up to: а б Грей, Эллен (3 мая 2012 г.). «Техасские круги на полях из космоса» . НАСА . Проверено 6 июня 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Морган, Роберт (1993). Вода и Земля . Кафедральный город, Калифорния: Adams Publishing Corp., стр. 35–36. ISBN 0935030026 .
- ^ Альфред, Рэнди (22 июля 2008 г.). «22 июля 1952 года: запатентовано оригинальное устройство для создания кругов на полях» . Проводной журнал . Проверено 6 июня 2012 г.
- ^ «Центральные ирригационные системы приходят на смену в 1950-е годы» .
- ^ «История ирригации долины» .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г «Выращивание риса там, где он никогда раньше не рос: исследовательская программа в Миссури может помочь лучше накормить все более голодающий мир» . Колледж сельского хозяйства, продовольствия и природных ресурсов Университета Миссури. 3 июля 2008 года. Архивировано из оригинала 17 сентября 2013 года . Проверено 6 июня 2012 г.
- ^ «Методы орошения под давлением: центрально-поворотные ирригационные системы» (PDF) . ООН Продовольственная и сельскохозяйственная организация . 2007 . Проверено 26 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Уайнс, Майкл (19 мая 2013 г.). «Колодцы высыхают, плодородные равнины превращаются в пыль» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Эванс, РОД; и др. (март 1997 г.). «Центральная ось и ирригационная система с линейным перемещением» (PDF) . Кооперативная служба распространения знаний Северной Каролины, Университет штата Северная Каролина. Архивировано из оригинала (PDF) 21 октября 2012 года . Проверено 6 июня 2012 г.
- ^ «Эксплуатация и управление спринклерными спринклерами с колесным приводом» (PDF) .
- ^ Дартон, Нью-Хэмпшир, 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 гг., Часть IV, стр. 719–785.
- ^ Деннехи, К.Ф. (2000). «Региональное исследование подземных вод Высоких равнин: Информационный бюллетень Геологической службы США FS-091-00» . Геологическая служба США . Архивировано из оригинала 23 июля 2008 года . Проверено 7 мая 2008 г.
- ^ Кули, DJ, Максвелл, РМ, Смит, С.М. (2021). «Центральные опорные ирригационные системы и где их найти: подход глубокого обучения для предоставления входных данных для гидрологических и экономических моделей» . Границы в воде . 3 . дои : 10.3389/frwa.2021.786016 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Сокращение водоносного горизонта становится большой проблемой для ферм». Архивировано 4 февраля 2009 г. в Wayback Machine . Нэнси Коул, Арканзасский демократический вестник . 24 сентября 2006 г. Последнее обращение 24 октября 2006 г.
- ↑ Колонка — Мэнсел Филлипс: «Слишком много жаждущих отраслей, недостаточно воды». Архивировано 15 июня 2013 г. в Wayback Machine . Мэнсел Филлипс, Amarillo Globe News . 4 октября 2006 г. Последнее посещение 24 октября 2006 г.
- ^ «Еще один признак долгосрочных проблем с водой» , Lincoln Star Journal , 8 октября 2006 г. Последний доступ: 20 ноября 2012 г.
- ^ Daily Telegraph (Великобритания), выпуск журнала Saturday Magazine № 48 446 (от 5 марта 2011 г.), стр. 26–32. Отчет Чарльза Лоуренса «High and Dry».
- ^ Моррис, Джон Миллер (2003). Шерри Л. Смит (ред.). Будущее южных равнин . Норман, Оклахома: Университет Оклахомы Пресс. п. 275. ИСБН 0806137355 .
- ^ Рейнуотер, Кен (1 января 2004 г.). «Рецензия на книгу: Будущее южных равнин» . Ежеквартальные исследования Великих равнин . Линкольн, Небраска: Центр ежеквартальных исследований Великих равнин, Университет Небраски.
Дополнительные источники
[ редактировать ]- Снайдер, Синди (18 января 2011 г.). «Системы центрально-поворотного орошения стоят больших денег» . Times-News (Твин-Фолс, Айдахо) . Проверено 6 июня 2012 г.
- Беккер, Хэнк (2 октября 2000 г.). «Может ли сельскохозяйственная культура регулировать температуру при центральном ирригации?» . Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США . Проверено 6 июня 2012 г.
- Гарнер, Фэй (февраль 2008 г.). «Ферма Таскиги Терф борется с засухой с помощью более эффективного орошения» . Служба охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США . Проверено 6 июня 2012 г.
- Бойд, Вики (16 февраля 2012 г.). «Valley Irrigation представляет датчик шин для систем с центральным шарниром» . Журнал «Производитель». Архивировано из оригинала 8 марта 2013 года . Проверено 6 июня 2012 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Водоносный горизонт Огаллала» Манджула В. Гуру, специалист по сельскохозяйственной политике, и Джеймс Э. Хорн, президент и генеральный директор Центра устойчивого сельского хозяйства Керра, Пото, Оклахома
- Региональное исследование подземных вод USGS High Plains
- Юридическая тяжба в Техасе из-за водоносного горизонта Огаллала
- Информация Геологической службы Канзаса о Высоких равнинах / водоносном горизонте Огаллала
- Быстрое пополнение частей водоносного горизонта высоких равнин, выявленное рекогносцировочным исследованием в Оклахоме