Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Zavlažování II – dostupnost vody

9.8.2013

Grundfos Sales Czechia and Slovakia s.r.o.

Firemní

Charakteristika vody, která má být pro zavlažování použita, je velmi důležitá pro kvalitu závlahy. Různé vodní zdroje vyžadují rozdílný přístup. Výkony čerpadla jsou velmi závislé na analýze vodního zdroje a na základě těchto údajů je umožněn správný výběr zařízení.

Zdroj: firemní publikace Grundfos

2.1 Podzemní voda

Podzemní voda je na celém světě důležitým zdrojem dodávek vody pro závlahu. Jde možná o nejspolehlivější zdroj vody, který je k dispozici. Je však důležité používat podzemní vodu uvážlivě. Musíme se starat o zajištění vody pro budoucnost a chránit ohrožené životní prostředí, v němž žijeme.

Tok povrchové vody je relativně jasný, protože je snadno sledovatelný a snadno měřitelný. Tok podzemní vody je však skrytý, což činí měření komplikovanější.

Nejobvyklejšími omezeními, týkajícími se dodávky podzemní vody, jsou:

Omezení dodávky
Opotřebení čerpadla
Ucpání
Přečerpávání

2.1.1 Omezení dodávky

Přečerpání studny může vést k chodu nasucho, což může způsobit vážné poškození čerpadla. Výsledný prostoj je finančně náročný vzhledem k nákladům na opravu a nižší produktivitě.

Pro ochranu čerpacího systému před chodem nasucho je mimořádně důležité zjistit, kolik vody může studna dodat. Potom budete schopni zhodnotit dostupné množství při špičkové spotřebě.

Předtím než provedete spolehlivý test studny, musíte:

Provést instalaci čerpadla se správným výkonem.
Zjistit snížení hladiny vody při různých průtocích.
Změřit průtok při různých polohách škrcení u vypouštěcího regulačního ventilu.

Postup zkoušení

Při spouštění čerpadla musí být ventil uzavřený. Zaznamenejte hloubku statické vodní hladiny.
Otevřete regulační ventil na cca ¼ Vašeho požadavku špičkového zatížení.
Změřte hloubku od povrchu k dynamické vodní hladině.
Naplňte nádobu o objemu 1 litr vodou z dolního kohoutu výtlačného potrubí.
Nádobu utěsněte; označte ji štítkem s označením ¼.
Proveďte zkoušku při ¼ špičkového zatížení po dalších 15 minut. Znovu zkontrolujte hloubku od dynamické vodní hladiny.
Pokud se snížila, zapište o jakou hodnotu.
Opakujte tento postup s ½, ¾, a 1/1 (potřeba při špičkovém zatížení).

Asi po 1 hodině získáte čtyři různé vztahy mezi průtokem a hloubkou k čerpané vodní hladině. Budete mít rovněž čtyři vzorky vody: ¼, ½, ¾, 1/1.

Otevřete zcela regulační ventil. Zaznamenejte výkon čerpadla a hloubku k čerpané vodní hladině.
Naplňte nádobu č. 5, utěsněte ji a zaznamenejte aktuální výkon na nádobu.
Nechejte běžet montážní chod. Aktivujte všechny možné instalace čerpání do dostřiku 1,5 km.
Po návratu na místo zkoušek zaznamenejte výkon a hloubku k vodní hladině při stejném výkonu.
Zkouška je ukončena. Zastavte čerpadlo a všech 5 vzorků uschovejte tak, aby na ně nemohly působit vibrace, teplo, nebo sluneční světlo.

Analýza výsledků testu

Příští den si prohlédněte údaje, získané v textu. Je důležité, abyste se nedotýkali nádob, ale pouze je pozorovali. Je nutno zjistit, zda je na dně vzorků písek.

Prozkoumejte vzorek ¼. Je na dně písek? Vypočtěte specifický výkon studny při ¼ špičkové spotřeby.
Prozkoumejte vzorek ½. Je na dně písek? Vypočtěte specifický výkon studny při ½ špičkové spotřeby.
Stejný postup opakujte u ¾ spotřeby při špičkovém zatížení a u plného průtoku (1/1).

Srovnání vašich výpočtů specifických výkonů čerpadla Vám pomůže při rozhodování o získání rozsahu výkonu se stejným snížením hladiny o m³/h na metr.

2.1.2 Odstraňování problémů s podzemní vodou

Situace	Důvod	Nápravná opatření
Na dně sklenice je při specifické kapacitě písek.	Vaše studna je přečerpána.	Pokud má být Vaše čerpadlo funkční, nečerpejte nikdy více než s cca polovičním průtokem než je průtok při objevování písku.
Specifická kapacita klesá, což způsobuje snížení počtu m³/h na metr vodní hladiny.	Překročili jste limit dlouhodobého trvale udržitelného průtoku.	Snižte průtok.
Hladina čerpané vody je v obdobích čerpání přo stejném průtoku snížena.	Vaše vodní zdroje jsou omezeny.	Dodatečná zásobní kapacita pro závlahu při špičkové spotřebě
Hladina čerpané vody při čerpání při stejném průtoku klesá při spuštění vedlejších čerpacích stanic.	Čerpací stanice si navzájem přebírají omezené množství vody.	Dodatečná zásobní kapacita pro závlahu při špičkové spotřebě
Celková účinnost je nižší než 50 %.	Opotřebení čerpadla nebo nesprávný výběr čerpadla.	Nahraďte čerpadlo jiným čerpadlem z vhodnějšího materiálu.
Nadměrná spotřeba energie nebo nedostatečná kapacita závlahy.	Čerpadlo může být ucpáno pískem, naplaveninami nebo rzí, což způsobuje tření, omezující průtok.	Nahraďte čerpadlo jiným čerpadlem z vhodnějšího materiálu. NEBO Vložte houbu pro regulaci rychlosti čištění/proplachování. Pro zabránění dalšímu ucpání nainstalujte pískové cyklóny nebo vakové filtry u ústí studny.

2.1.3 Opotřebení čerpadla

Koroze může být devastující.

Nesprávný výběr materiálu čerpadla a následné opotřebení čerpadla je všeobecným problémem, snižujícím kapacitu studně. Výběr správných čerpadel s nezbytně důležitými součástmi z bronzu nebo korozivzdorné oceli zajistí od počátku správné řešení spolehlivého, energeticky účinného čerpadla na podzemní vodu bez nutnosti údržby.

Rez na litinových čerpadlech, vytvořená železem z oběžného kola, které oxiduje stykem s kyslíkem ve vodě. Při otáčení oběžného kola odstraňuje voda s rychlým průtokem (5–15 m/sec) rez z povrchu oběžného kola. Tento proces koroze/eroze vede k úbytku materiálu oběžného kola. Při úbytku materiálu oběžného kola se snižuje i výkon a účinnost.

Před výběrem oběžného kola a čerpadla zvažte tyto faktory:

Typ: Zvolte konstrukci čerpadla podle níže uvedených kritérií. Uvědomte si, že jde pouze o všeobecné směrnice.

Teplota podzemní vody	Hodnota pH	Kyslík ve vodě	Doba závlahy	Materiál oběžného kola
pod 10° C	nad 7	ne	krátká	litina
nad 10° C	pod 7	ano	dlouhá	bronz/kompozitum nebo korozivzdorná ocel

Vyzkoušejte Vás systém:

Nedostatečný výkon je často způsoben obdobími nečinnosti. Proto je důležité vyzkoušet výkon Vašeho zařízení při přejímce čerpacího systému a každý rok před spuštěním.
Pokud je Vaše závlahové zařízení v provozu, měli byste vypočítat účinnost Vašeho čerpacího zařízení. K tomuto účelu použijte níže uvedenou rovnici:

Účinnost = (manometrické údaje na ústí studně + snížení hladiny) × výkon 365 × √ 3 × I × V × cos ϕ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
cos ϕ = 0,85

Intervaly pro provádění servisu ponorných čerpadel

Graf 1

Ponorná čerpadla jsou vystavena opotřebení, stejně jako všechna ostatní čerpadla. Bohužel jejich umístění pod zemí znesnadňuje sledování tohoto opotřebení.

Uvedený graf 1 Vám umožní tyto výpočty:

Kdy by měl být proveden servis mého ponorného čerpadla?
O kolik se snížila účinnost od posledního servisu?
Kolik bude stát obnova (přibližně)?

Řada věcí musí být určena předem. Patří k nim:

Rychlost vody v součásti, která má být testována.
Podmínky, vztahující se k materiálu čerpadla a prostředí, v němž má být čerpání prováděno.
Přítomnost/nepřítomnost tuhých látek a agresivního kysličníku uhličitého.

Viz bod 1 na křivce A. Materiál čerpadla a podmínky prostředí jsou vyznačeny v legendě.
Nakreslete paralelní přímku doprava. Ztráta materiálu oběžného kola je cca 0,18 mm na hodinu za 1 000 hodin provozu (bod 2).
Pokračujte v paralelní přímce, až dosáhnete diferenční přímky, která odpovídá agresivnímu CO₂ a materiálu součásti. Všimněte si podmínek v našem příkladu (bod 3).
Spusťte přímku dolů (90°). Obsah agresivního CO₂ zvýšil ztrátu materiálu na 0,25 m. Všimněte si hladiny slanosti vody (bod 4). Veďte vodorovnou přímku tímto bodem, protáhněte ji doleva a přečtěte si výsledky.
Doporučené intervaly pro provádění servisu Vašeho čerpadla: po každých 6 000 hodinách provozu (bod 5).
Ztráta účinnosti: cca 18 % (bod 6).
Přibližná výše nákladů na obnovu čerpadla: 75 % ceny nového čerpadla (bod 7).

2.1.4 Ucpání

Potrubí, které je zčásti naplněno pískem, naplaveninami nebo rzí, může způsobit některé z těchto problémů:

Nadměrnou spotřebu energie
Nedostatečný objem vody
Opotřebení čerpadla

Ucpávání lze zabránit pomocí jednoho nebo více z těchto opatření:

Pískový cyklón nebo pytlíkový filtr. Tyto filtry brání pronikání písku, naplavenin nebo rzi do potrubního systému.
Otevřený zdroj/rybník: Jejich použití je vhodné tehdy, když jsou částice příliš malé, aby je zadržely cyklóny nebo pytlíkové filtry. Naplaveniny padají na dno a závlahová voda se odebírá z vrchu.

Poznámka: Pokud budete používat otevřený sedimentační zdroj /rybník, musí čerpadlo na podzemní vodu vždy vytvořit poloviční zdvih. Rozvodná čerpadla ze zásobníku/rybníku vytvářejí tlak trysky, čímž zabraňují hydraulickým ztrátám v potrubí.

Vzhledem k tomu, že se požadavek na dopravní výšku může vztahovat k rychlosti v oběžného kola a tělesa rozváděče, snižuje řešení s použitím usazovací nádrže požadovanou dopravní výšku čerpadla na podzemní vodu. Navíc toto řešení často prodlužuje provozní intervaly čerpadla na podzemní vodu.

2.1.5 Přečerpání

Někdy způsobí kapacita při špičkové spotřebě přečerpání studně do takové míry, že dochází k pronikání písku. Poškození čerpadla lze v takovém případě zabránit instalací jednoho nebo více z níže uvedených zařízení:

Oddělovač písku nebo teleskopicky vložená filtrační část.
Tato zařízení snižují množství naplavenin a písku ve vodě. Zabránění vstupu těchto elementů do čerpadla rovněž vyloučí následné opotřebení a vznik trhlin.
Třísekundový měkký rozběh/zastavení:
Spouštění čerpadla na podzemní vodu v okamžiku, kdy je objem vodonosné vrstvy naplněn, má za následek nadměrný výkon v prvních sekundách provozu. Toto vysokokapacitní spouštění zvyšuje/snižuje obsah písku a naplavenin ve vodonosné vrstvě tím, že ji odvádí do čerpadla.
Toto výkonné sání se eliminuje třísekundovým měkkým rozběhem/zastavením.

Speciální upozornění:

Pokud použijete VFD, musí být spouštěcí kmitočet upraven na 25 Hz a odtud ji zvedejte. Ponorné motory jsou vybaveny samomaznými vodovzdornými kluznými ložiskovými systémy, které nejsou mazány pod 25 Hz.
Zvolte čerpací zařízení s mechanickou ucpávkou hřídele Sic/Sic na motoru, abyste zabránili pronikání písku/naplavenin do ložiska motoru. Instalace chladícího pláště s rychlostí chlazení nad 1 m/s zabrání usazování nečistot kolem motoru.

2.2 Povrchová voda

K povrchové vodě patří voda z pramenů, jezer a řek. Pokud objem zdroje povrchové vody vyhovuje špičkové spotřebě, je tento zdroj vždy vhodný jako zdroj povrchové vody pro závlahu.

Průtok povrchové vody je snadno znatelný, protože ho lze pozorovat přímo a snadno měřit. Existují však určité charakteristické znaky dodávky povrchové vody, které musíte brát v úvahu, než si vyberete čerpací systém.

Spojení vtoku závlahy s vodou tekoucí z přírodních zdrojů vyžaduje zvláštní pozornost, zaměřenou na tyto aspekty:

Návrh konstrukce vtoku
Vyrovnání se se suchými sezónami a obdobími sucha
Snížení vodní hladiny, způsobené jinými uživateli (dodávka vody z veřejné rozvodné sítě)
Poškození zařízení zaplavením
Riziko krádeže (při čerpání vody z veřejných zdrojů)

2.2.1 Návrh konstrukce vstupu

Při návrhu konstrukce vstupu je důležité si uvědomit, že povrchová voda s sebou nese v deštivém období nebo v období tání sněhu velké množství bahna, naplavenin a jiných nečistot. Konstruování usazovacích kanálů před sáním čerpadla může zabránit pronikání těchto nečistot do Vašeho systému, což by mohlo způsobit nežádoucí poškození.

2.2.1.1 Usazovací kanál

Aby byla umožněna sedimentace částic, musí být kanál minimálně 6 m dlouhý a musí mít výšku vodní hladiny, která snižuje rychlost v kanálu na max. 0,015 m/s při čerpání při návrhovém průtoku.

Pokud je délka klidné části kanálu kratší než 6 metrů, mohou vítr a vlny, stejně jako velikost čerpadla negativně ovlivnit funkci usazování.

W × H = 0,015 × Q / 2826

kde je

Q: – návrhový průtok [m³/h]
W: – šířka [m]
H: – výška [m]

Dodatečná upozornění:

Vodu z usazovacího kanálu lze použít okamžitě

Usazovací rybníky mají konstrukci, složenou ze dvou částí

Šířka kanálu musí umožňovat odstraňování mechanických usazenin. Před začátkem závlahové sezóny musí být usazovací kanál zbaven naplavenin, aby byla zajištěna jeho řádná funkce.
Během léta mohou způsobovat problémy vodní živočichové a vegetace, jako jsou slávky, larvy, vodní rostliny atd. Usazovací kanál by měl být zakryt, aby se zabránilo růstu těchto organismů působením slunečního záření a denního světla.

2.2.2 Vyrovnání se se suchými sezónami a obdobími sucha

Pokud hrozí nebezpečí, že Váš zdroj povrchové vody může vyschnout během období sucha nebo během horké sezóny, měl by být vtokový kanál vybaven běžným vstřikovacím vrtem. Jeho konstrukce se nazývá vstřik zásobní říční vody.

2.2.2.1 Vstřik zásobní říční vody

V deštivých sezónách, kdy je hladina řeky vysoká, vstřikuje konstrukce říčního vtoku obrovské množství říční vody do vodonosné vrstvy. Během suchých sezón, kdy je hladina řeky nízká, čerpá ponorné čerpadlo ve vstřikovacím vrtu vstřikovanou říční vodu z podzemních prostor.

2.2.2.2 Snižování vodní hladiny jinými uživateli (dodávka vody z veřejné rozvodné sítě)

Horní konstrukce vrtu musí být umístěna nad rizikovou záplavovou hladinou

Pokud máte zdroj vody společný s jinými uživateli (např. komunální systém), musíte na to brát v suchých sezónách ohled. Řešení tohoto problému je možné dvěma způsoby:

Vytvořte si zásobní zdroje, jako např. nádrž, jámu, nebo vrt.
Prohlubte Váš dosavadní zásobní zdroj.

2.2.3 Poškození zařízení zaplavením

Pokud existuje nebezpečí záplav, měla by zde být instalována místo čerpadel se suchým motorem ponorná čerpadla. Konstrukce studní, jak je zobrazeno na obrázku, nejsou vodotěsné. Čerpadlo a motor uvnitř budou zničeny, pokud záplavová voda dosáhne několikaleté hladiny.

2.2.4 Riziko krádeže (při čerpání vody z veřejných zdrojů)

Pokud hrozí nebezpečí, že vaše volně stojící zařízení může být ukradeno, doporučuje Grundfos speciální konstrukci. Zde mohou být částí konstrukce ponorná čerpadla, která jsou uschována dole.

2.3 Dešťová voda & NEWater (nová voda)

Pokud není k dispozici ani podzemní, ani povrchová voda, nebo její objem nestačí pro pokrytí špičkové spotřeby, lze využít jiné zdroje. Patři k nim:

Akumulace dešťové vody
Zdokonalení nízké kvality zdroje (NEWater/recyklace)
Dovoz závlahové vody v cisternách

2.3.1 Akumulace dešťové vody

Shromažďování dešťové vody zahrnuje jednoduše shromažďování vody z povrchu, na které prší, a následné jímání této vody pro závlahové účely. Voda se v běžném případě shromažďuje ze střech budov a jímá se do nádrží na dešťovou vodu. Vodu však lze jímat i v přehradách při dešti, padajícím dolů a způsobujícím vytékání.

Povrchy, vhodné pro akumulaci dešťové vody, nazývané také sběrné oblasti, jsou:

střechy
silnice
dlážděné povrchy

2.3.1.1 Kapacita zdroje

Aby byla zajištěna dostatečná zásoba dešťové vody pro závlahu, musí být vypočtena velikost sběrné oblasti. Je nutno brát v úvahu tyto faktory:

Špičková spotřeba
Měsíční průměrné srážky v oblasti
Velikost cisteren nebo nádrží, v nichž je skladována akumulovaná dešťová voda

Na základě rozpočtu dodávky vody bude potom potřebné upravit velikost sběrné oblasti a nádrží podle požadavku na závlahovou vodu.

2.3.2 NEWater nebo recyklace vody

NEWater je upravená použitá voda, která prošla procesem čištění a úpravy s využitím mikrofiltrace a reverzní osmózy. Kvalita membránové technologie se v průběhu let značně zdokonalila. Nyní je dokonce možné změnit mořskou vodu na pitnou s náklady na energii, nižšími než 3 kWh/m³. Díky této nízké spotřebě energie je reverzní osmóza vhodnou metodou závlahy vysoce hodnotných plodin.

Membrány reverzní osmózy mají životnost asi 5 let. Ta se neustále zvětšuje se zvyšováním trvanlivosti. Chcete-li se seznámit s nejnovějšími technologiemi, doporučujeme se obrátit na:
Affordable Desalination Coalition Point Hueneme, CA, USA
E-mail: jmacharg@affordabledesalination.com

2.3.3 Srovnání zdokonalení nízké kvality

Potřeba energie pro různé druhy dodávky a úpravy

Nejdůležitějším nákladovým faktorem při obstarávání vody pro závlahu je spotřeba energie, potřebná pro úpravu a dodávku správného objemu vody při správném tlaku. Pro nízce hodnotné plodiny připadá závlaha v úvahu pouze tehdy, je-li k dispozici zdroj povrchové vody nebo podzemní vody vysoké kvality ve správném množství.

V posledních letech se energetická účinnost membránové technologie zdokonalila tak, že je možno počítat se spotřebou energie nižší než 3 kWh na m³ závlahové vody. To je výhodné pro zlepšení (recyklaci) zdroje odpadní vody s nízkou kvalitou téměř všech druhů a pro vysoce hodnotné druhy plodin a dokonce lze nyní provádět odsolování brakické vody a mořské vody.

2.4 Akumulace vody

Pokud vodní zdroj nemůže vhodným způsobem splnit požadavek na špičkovou spotřebu vody, lze vytvořit zásobní nádrž. Voda z této nádrže může být čerpána během období špičkové spotřeby.

Instalování nádrže pro vyrovnání rozdílu mezi získanou vodou ze zdroje a potřebou v době špičkové spotřeby vyžaduje výpočet velikosti nádrže. Použijte níže uvedený vzorec pro zvolení vhodného objemu jímané vody:

Objem = Špičková spotřeba Q × hodiny špičkové spotřeby Provozní kapacita × provozní hodiny

2.4.1 Venkovní nádrž

Akumulace může být prováděna ve venkovní nádrži, konstruované s moderním typem fólie jako těsniva/ membrán. To sníží rychlost unikání z nádrže na zem.

Výhody:

nenákladná konstrukce
nenákladné odstranění

Nevýhody:

Ztráty odpařováním v horkém klimatu
Růst řas a mechu
Zvýšená koncentrace soli v důsledku odpařování
Poškození membrán dobytkem nebo cizím zaviněním
Zvětšení neproduktivní oblasti orné půdy
Riziko utonutí (osob nebo dobytku)

2.4.2 Vodní nádrž nebo podzemní zásobník

Pokud není možné překonat výše uvedené nevýhody, doporučuje Grundfos alternativní metody akumulace. Při jejich konstruování budou zapotřebí různé úrovně investic.

Vodní nádrž: Lze ji zhotovit z vlnité oceli nebo prefabrikovaných betonových dílců.

Čerpadla mohou provádět čerpání z podzemního zásobníku

Podzemní zásobník: Zhotovení nádrže a zakrytí ornou půdou.