АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДПОЧВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ

На некоторых мелиорируемых объектах можно осуществить достаточно эффективное регулирование влажности почвы в корнеобитаемом слое почвы шлюзованием. Мелиоративная система в этом случае содержит открытые каналы с регулируемыми уровнями воды (с помощью электрифицированных труб-регуляторов или шлюзов-регулято-ров), а также закрытую дренажную систему, которая используется для подпочвенного увлажнения водой из каналов.

Следует иметь в виду, что эффективность процессов регулирования влажности почвы шлюзованием зависит от свойств последней, от свойств подстилающих, горизонтов. Поэтому в дипломном проекте должно быть соответствующее обоснование. Эффект увлажнения почвы достигается определенным подъемом уровня грунтовой воды.

В литературе имеются рекомендации по оптимальному положению этого уровня по месяцам в зависимости от типа почв, вида сельскохозяйственной культуры и фазы развития растения. Зная это, можно сконструировать систему автоматического регулирования влажности почвы по положению уровня грунтовой воды. Для этого понадобятся стержневые датчики уровня воды, которые следует установить на объекте в специальных скважинах. Стержни датчиков должны быть настроены на требуемое положение уровня воды. Устройство и работа системы регулирования будут такими же, как и в случае, описанном ранее (рис. 5, 6). Нужно, однако, учесть, что после перестановки затвора в новое положение понадобится значительное время для перехода мелиорируемого объекта в новый статический режим, когда установится новое устойчивое положение уровня грунтовой воды. Это время может достигать 5...10 ч и более, что отразится на выборе типа реле времени, которое должно обеспечивать такую большую паузу.

Если регулирование влажности почвы будет осуществляться по информации, поступающей не от датчиков уровня грунтовых вод, а от датчиков влажности почвы, то в этом случае устройство автоматической системы и ее конструкция будут зависеть от типа датчиков влажности почвы. Так, если кислотная реакция почвенной воды нейтральная или слабощелочная (РН = 5...7), то с успехом можно применить гипсовые датчики влажности почвы (рис. 7). Их равномерно по площади объекта устанавливают в почву и соединяют в общую последовательную электрическую цепь с помощью кабеля, уложенного на глубине, превышающей глубину вспашки почвы. Конец линии связи выводят к станции управления, установленной рядом с регулирующим гидротехническим сооружением.

Количество датчиков зависит от характера поверхности почвы. Обычно объекты с торфяной почвой имеют спокойный рельеф, и датчики можно ставить из расчета 1…3 датчика на каждые 50...70 га. Если же рельеф местности, более выражен, с западинами, то количество датчиков должно быть увеличено до 5…7. Выходным сигналом гипсового датчика является величина его электрического сопротивления, зависящая от влажности почвы. Поэтому в составе автоматической системы должно быть предусмотрено соответствующее задающее устройство, устройство сравнения, командное устройство, рассчитанные на восприятие информации от датчика.

Рис. 7. Схема установки гипсового датчика влажности почвы:

1 – датчик; 2 – соединительный кабель; 3 – колышек-сторож.

Принципиальная электрическая схема системы регулирования представлена на рис. 8. Подземный, кабель (от датчиков влажности почвы) подключен к точкам 1 и 2 мостика сопротивлений, выполняющего функции устройства сравнения. В качестве задающего устройства использован потенциометр R₃ со шкалой требуемых значений влажности почвы. Высокочувствительные реле Р1 и Р2 выполняют функции командного устройства. Реле PП1 и РП2 увеличивают мощность команд и передают их в цепь управления электродвигателем затвора.

Работает система следующим образом. Если влажность почвы близка к заданной, то суммарное электрическое сопротивление датчиков влажности равно сопротивлению задающего устройства. Мостик сопротивлений сбалансирован. На его выходе (точки 3 и 4) нет напряжения, и командные реле P1 и Р2.находятся в исходных положениях. Их контакты разомкнуты. Поэтому разомкнуты и контакты реле РП1 и РП2. Электродвигатель затвора выключен.

Рис. 8. Система регулирования влажности почвы шлюзованием.

При подсыхании почвы и уменьшении ее влажности увеличивается электрическое сопротивление цепи гипсовых датчиков влажности почвы. Мостик сопротивлений разбалансируется. Увеличивается выходное напряжение в точках 3 и 4 мостика. В момент, когда это напряжение станет равным порогу срабатывания реле Р2 оно сработает. Замкнутся его контакты. Сработает реле РП2 и замкнет свои контакты в цепи запуска электродвигателя затвора в направлении его опускания. Затвор опустится до определенного расчетного положения, и двигатель будет выключен концевым выключателем. Уровень воды в канале начнет повышаться. Это^: будет способствовать подъему уровня грунтовой воды в почве и увеличению влажности корнеобитаемого слоя почвы.

По мере увеличения влажности почвы мостик сопротивлений возвращается в сбалансированное положение. Уменьшается выходное напряжение в точках 3 и 4. Реле Р2 переходит в исходное положение. Обесточивается катушка реле РП2 и размыкаются его контакты в цепи управления электродвигателем. При дальнейшем увеличении влажности почвы система действует следующим образом. Уменьшается электрическое сопротивление цепи датчиков. Мостик начинает разбалансироваться в обратном направлении. В точках 3 и 4 возникает выходное напряжение обратной полярности, и под его влиянием реле Р2 уже сработать не может, так как этому препятствует диод. Реле P1 может сработать, так как диод в цепи катушки P1 этому не препятствует. При определенной влажности почвы реле P1 сработает. Это вызовет срабатывание реле PП1 и запуск электродвигателя на подъем затвора. Затвор займет заранее определенное расчетами верхнее положение. Уровень воды в канале начнет понижаться. Это повлечет за собой, понижение уровня грунтовой воды в почве и уменьшение ее влажности.

Таким образом, при плавных, медленных изменениях влажности почвы имеет место эпизодическое перемещение затвора, занимающего заранее установленные расчетные положения. Очевидно, эта система относится к системам регулирования релейного действия. Положения затвора должны обеспечивать требуемые уровни воды в верхнем бьефе канала при известных значениях расхода воды, в канале. В дипломном проекте должны быть соответствующие расчеты положений затвора.

Если увлажнение почвы осуществляется подачей воды в осушительную систему из напорного водоема НВ, построенного на диктующей отметке местности, то необходимо предусмотреть автоматизацию подкачки воды в НВ с помощью насосной станции. Технологическая схема мелиоративной системы показана на рис. 9. Перед увлажнением закрывают электрозадвижку Э32. В результате этого прекращается осушительное действие дренажной системы. При включении насосной станции, в автоматическом режиме открывается задвижка Э31, установленная на напорном трубопроводе и вода поступает по трубопроводу в НВ.

Рис. 9. Технологическая схема автоматизированной системы:

НС – насосная станция; ЭЗ1 и ЭЗ2 – электрозадвижки;

РУ – реле уровня воды; НВ – напорный водоем.

Уровень воды в НВ достигает заданной отметки. Срабатывает реле уровня РУ, установленное в НВ, и выключает насос. Вода в НВ расходуется на увлажнение почвы. Уровень ее понижается. Реле РУ переходит в исходное положение и снова включает насос и т.д. Частота включений насоса вначале будет относительно высокой. Потом, когда влажность почвы повысится, включения насоса станут более редкими вследствие увеличения ширины зоны смоченной почвы вокруг дрен-увлажнителей и увеличения длины пути фильтрации в более удаленное от дрен зоны почвы.

Таким образом, увлажнение почвы осуществляется без контроля ее фактической влажности. Оператор назначает срок начала увлажнения. Автоматизирован лишь процесс подачи воды в НВ. Можно усовершенствовать систему. Для этого следует ввести в ее состав контроль фактической влажности почвы.