Перейти к содержанию

Круговое орошение

Эта статья была переведена из источника, распространяемого под свободной лицензией, и находится в стадии проработки и развития
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Спутниковый снимок области с круговым орошением, Канзас, 37°30′ с. ш. 100°45′ з. д.HGЯO.

Круговое орошение — система орошения, в которой дождевальная машина непрерывно ходит по кругу с радиусом порядка 500 м и центром в одном из её концов[1][2].Такое орошение создаёт на полях картину из кругов (не путать с агроглифами), хорошо заметную из космоса[3].

Системы кругового орошения широко распространились благодаря эффективности использования водных ресурсов, и особенно эффективны на полях большой площади.

В СССР широкое распространение получили дождевальные машины кругового орошения «Фрегат».

История

Система кругового орошения была изобретена в 1940 году[4] фермером Франком Зайбахом (англ. Frank Zybach)[5] из Страсбурга[англ.], штат Колорадо[4]. Этот метод получил признание, как повысивший эффективность распределения водных ресурсов на орошаемых полях[3].

В 1952 году Зайбах с другом организовали производство и продажу круговых дождевальных машин, однако за первые 2 года им удалось продать лишь 19 установок. Дело в том, что машины первоначальной конструкции были привередливыми и малопонятными для фермеров. Но Зайбах продолжал совершенствовать конструкцию, предпочтя сконцентрироваться на её улучшении, а не на продаже несовершенных аппаратов[6].

Улучшение конструкции привело к успеху, эффективность установок повысилась. В 1954 году он продал патент компании Роберта Догерти Valley Manufacturing, инженеры которой продолжали следующее десятилетие улучшать конструкцию, сделав её надёжнее и крупнее и заменив изначальный гидравлический привод на электрический. Компания Догерти выросла в современную Valmont Industries[англ.], для которой Valley Irrigation стала дочерней фирмой[7].

Конструкция

Система кругового орошения на полях штата Висконсин.

Круговая дождевальная машина состоит из ряда опрыскивателей, подключённых к линейной трубе (обычно стальной или алюминиевой), смонтированной на лёгкой ферме, которая может двигаться на колёсах[1]. Один конец этой фермы при движении практически неподвижен, поэтому при работе машина насыщает водой, подаваемой из центра, круговой участок[8]. Источником воды служит или глобальная система водоснабжения, или артезианская скважина.

Одна типичная дождевальная машина длиной 400 метров позволяет орошать около 50 гектаров[8].

Опрыскиватели систем кругового орошения:

Nelson A3000
Nelson Big Gun

Внешние колёса системы задают скорость вращения. Внутренние снабжаются датчиками угла изгиба. Когда изгиб достигает критической величины, приводы внутренних колёс выравниивают сегмент, чтобы он оставался прямым. Типичный период полного обращения — от трёх суток[8] до 14-21 часов, что для системы радиусом 400 метров соответствует скорости внешнего сегмента в 2-3 м/мин[9].

Для равномерного орошения надо, чтобы расход воды в опрыскивателях линейно зависел от их удаления от центра. Поэтому внутренние опрыскиватели по размеру меньше, внешние — больше. Расход воды в дождевальной машине составляет десятки литров в секунду, десятки тонн в час[10].

Система кругового орошения на ферме Иркая (25°00′ с. ш. 51°11′ в. д.HGЯO), Эр-Райян, Катар

Типичные дождевальные машины имеют высоту порядка 2 метров. Существует много разных конструкций опрыскивателей — как неподвижных, так и вращающихся. Обычно они снабжаются датчиками давления для контроля расхода воды. Посадки под машинами бывают как линейной, так и круговой формы.

Плюсы

Круговое орошение требует относительно ровной местности, однако одним из его преимуществ перед системами орошения с помощью гравитационного течения по системе каналов является способность работать и на местностях с волнистым рельефом. В некоторых областях это привело к существенному увеличению орошаемых площадей. Круговое орошение используется во многих странах[8], и в частности получило распространение в пустынях Сахары и Ближнего Востока.

Системы кругового орошения требуют меньше рабочей силы на единицу площади, чем другие системы мелиорации — например, прямоходные (фронтальные) или с подачей воды по бороздам насосами из прорытых оросительных каналов[8]. Они, также, требуют меньшего расхода воды, чем при орошении из каналов, и не требуют затрат на рытьё каналов. Меньший расход воды проиводит, также, к меньшему уровню эрозии почв[8]. Уменьшенное воздействие на землю приводит к улучшению разложения в ней органических остатков и уменьшает уплотнение почвы[8].

В США первые поселенцы часто страдали от неурожаев из-за засух, кульминацией которых стал «Пыльный котёл» 1930-х годов, и лишь после Второй мировой войны системы кругового орошения сделали массы земель Высоких равнин одним из самых плодородных регионов планеты.

Посадки в треугольнике кругового орошения, ЮАР.

Минусы

Круговые дождевальные машины не орошают пространство между кругами (21,5% площади для квадратной упаковки и 9,3% для треугольной). Для посевов в пустыне это несущественно, но для ценных плодородных земель требует отдельного внимания. Треугольная упаковка в этом отношении экономнее, но не позволяет проложить прямые дороги между кругами.

Артезианские воды — невозобновляемый (точнее, крайне медленно возобновляемый) источник. Когда уровень их потребления превосходит уровень притока, уровень подземных вод начинает снижаться. В 2013 году было показано, что, контринтуитивно, увеличение эффективности расхода воды при круговом орошении с годами приводит к тому, что фермеры используют земли более интенсивно, орошают больше земель и начинают выращивать культуры, потребляющие больше воды[10]. Это пример парадокса Джевонса.

Так, в США 60 лет высокодоходного интенсивного земледелия с круговым орошением существенно истощили водоносный горизонт Высоких равнин Огаллала[англ.][10]. Этот, один из крупнейших в мире, водоносный горизонт занимает площадь около 450 000 км² на территории восьми штатов[11][12][13].

В 1950 году орошаемые земли этого региона составляли лишь 1000 км². Круговое орошение позволило увеличить это число до примерно 12 000 км² в одном лишь штате Канзас. В некоторых местах при максимальном расходе воды уровень водоносного горизонта падал более чем на 1,5 м в год. В крайних случаях это потребовало углубления колодцев для достижения стабильного водоснабжения[10]. В некоторых местах Техасского выступа водоносный слой вообще иссяк. В итоге, «Огромные сельскохозяйственные площади Техаса, лежащие над водоносным горизонтом, больше не могут орошаться. В западно-центральном Канзасе до 20 % орошаемых сельскохозяйственных угодий вдоль 160-километровой полосы водоносного горизонта уже высохли». Восстановление истощившихся грунтовых вод высохшего водоносного горизонта потребует сотен и тысяч лет[10].

Роль в культуре

В XXI веке осознание значимости водоносного горизонта Высоких равнин привело к увеличению его освещения от регионального[14][15][16] до международного уровня[17]. В мае 2013 года неуклонный закат водоносной системы Высоких равнин отметила статья в New York Times «Колодцы высыхают, плодородные равнины обращаются в пыть»[10].

Писательница Эмили Вудсон охарактеризовала применение системы кругового орошения как часть глобального перехода от традиционного сельского хозяйства к модернизму (включая дорогие тракторы и опасные новые пестициды), произошедшего в США в 1970-е и 1980-е годы. Новое поколение фермеров выбрало высокорискованные и высокодоходные культуры, такие как кукуруза или арахис, требующие большого количества грунтовых вод, удобрений и химикатов. Сельскохозяйственные корпорации превратили многие пастбища в пахотные земли и больше заинтересованы в росте своих доходов, чем в рациональном использовании водных ресурсов[18][19].

См. также

Примечания

  1. ↑ Перейти обратно: 1,0 1,1 Mader, Shelli. Center pivot irrigation revolutionizes agriculture. The Fence Post Magazine (May 25, 2010). Дата обращения: 6 июня 2012. Архивировано 8 сентября 2016 года.
  2. ↑ ddr.nal.usda.gov Архивировано 9 октября 2011 года. Center pivot irrigation system modification to provide variable water application depths.
  3. ↑ Перейти обратно: 3,0 3,1 Gray, Ellen. Texas crop circles from space. NASA (May 3, 2012). Дата обращения: 6 июня 2012.
  4. ↑ Перейти обратно: 4,0 4,1 Morgan, Robert. Water and the Land. — Cathedral City, CA : Adams Publishing Corp., 1993. — P. 35–36. — ISBN 0935030026.
  5. ↑ Alfred, Randy (July 22, 2008). «July 22, 1952: Genuine Crop-Circle Maker Patented».
  6. ↑ Center Pivot Irrigation Systems Take over During the 1950s.
  7. ↑ Valley Irrigation's History.
  8. ↑ Перейти обратно: 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 8,6 Growing Rice Where it has Never Grown Before: A Missouri research program may help better feed an increasingly hungry world. College of Agriculture, Food and Natural Resources, University of Missouri (July 3, 2008). Дата обращения: 6 июня 2012. Архивировано 17 сентября 2013 года.
  9. ↑ Pressurized Irrigation Techniques: The center pivot irrigation systems. UN Food and Agriculture Organization (2007). Дата обращения: 26 апреля 2020.
  10. ↑ Перейти обратно: 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 Wines, Michael. Wells Dry, Fertile Plains Turn to Dust, The New York Times (19 May 2013).
  11. ↑ Darton, N.H. 1898. Preliminary report on the geology and water resources of Nebraska west of the one hundred and third meridian. In: Walcott, C.D. (ed), Nineteenth Annual Report of the United States Geological Survey, 1897—1898, Part IV, pp. 719—785.
  12. ↑ Dennehy, K.F. High Plains regional ground-water study: U.S. Geological Survey Fact Sheet FS-091-00. USGS (2000). Дата обращения: 7 мая 2008. Архивировано 23 июля 2008 года.
  13. ↑ Cooley, D.J., Maxwell, R.M., Smith, S.M. (2021). «Center Pivot Irrigation Systems and Where to Find Them: A Deep Learning Approach to Provide Inputs to Hydrologic and Economic Models». Frontiers in Water 3. doi:10.3389/frwa.2021.786016.
  14. ↑ «Shrinking aquifer looms as big problem for farms» Архивировано 4 февраля 2009 года.. Nancy Cole, Arkansas Democrat-Gazette. September 24, 2006. Last accessed October 24, 2006.
  15. ↑ Column — Mansel Phillips: «Too many thirsty industries, not nearly enough water» Архивировано 15 июня 2013 года.. Mansel Phillips, Amarillo Globe News. October 4, 2006. Last accessed October 24, 2006.
  16. ↑ «Another sign of long-term water worries», Lincoln Star Journal, October 8, 2006. Last accessed November 20, 2012
  17. ↑ Daily Telegraph (UK) Saturday Magazine Issue no 48,446 (dated 5 March 2011) pp 26-32 «High and Dry» Report by Charles Lawrence
  18. ↑ Morris, John Miller. The Future of the Southern Plains / Sherry L. Smith. — Norman, Oklahoma : University of Oklahoma Press, 2003. — P. 275. — ISBN 0806137355.
  19. ↑ Rainwater, Ken. Book Review: The Future of the Southern Plains, Lincoln, Nebraska: Center for Great Plains Quarterly Great Plains Studies, University of Nebraska (1 January 2004).

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Круговое_орошение&oldid=27309059