Том 4 № 2 (2026): июль-декабрь
1-12
2026-10-30
Открытый доступ

Оптимизация диаметров труб в системах капельного орошения посредством пространственной группировки участков по поливным очередям

Айбек Арифжанов
Лукмон Самиев
Сирожиддин Жалилов
Аркен Турсун
Хумора Жалилова
Мардон Реимбаев
https://doi.org/10.35938/jhee-2026-1-00006

Получена: 2026-10-23

Опубликована: 2026-10-30

pdf (английский)
Crossmark Crossmark

Аннотация

Эффективное гидравлическое проектирование систем капельного орошения требует учитывать пространственное распределение потребности в воде и последовательность работы системы при выборе диаметров трубопроводов. Если производительность насоса ограничивает площадь, орошаемую одновременно, различные комбинации работающих участков могут создавать разные гидравлические условия даже при одинаковом суммарном расходе воды. В настоящем исследовании разработан метод, объединяющий пространственную группировку участков по поливным очередям с гидравлическим анализом сети для обоснованного выбора диаметров трубопроводов.


Предлагаемый метод включает разделение поля на участки равной площади, формирование пар по критерию max–min на основе расстояний между центроидами участков, учет ограничений по производительности насоса и выполнение гидравлических расчетов для каждой поливной очереди. Поле неправильной формы площадью около 19,02 га было разделено на 12 участков, объединенных в шесть парных поливных очередей. Каждая запланированная очередь охватывала приблизительно 3,17 га при расходе воды 111,24 м³/ч. Общая продолжительность запланированного цикла орошения составила 18,81 ч. Расстояния между центроидами парных участков варьировались от 287,20 до 349,24 м.


Предварительные гидравлические расчеты для 11 подключенных участков показали, что для пяти полностью сформированных парных поливных очередей требовался напор насоса в диапазоне 22,71–25,00 м при практически одинаковом расходе на входе в систему. Максимальная скорость потока в магистральном трубопроводе составила 0,98 м/с, что ниже принятого предельного значения 2,2 м/с. Эти результаты показывают, что одинаковый расход воды не исключает различий в гидравлической нагрузке и что при выборе диаметров труб необходимо учитывать наиболее неблагоприятный режим работы системы, определяющий требуемый напор.


Предлагаемый подход может применяться для предварительного проектирования и эксплуатационной оценки сетей капельного орошения на полях неправильной формы, где ограниченная производительность насоса обусловливает необходимость поочередного орошения. Кроме того, метод создает основу для сравнения вариантов группировки участков и оценки применимости стандартных коммерческих диаметров труб.

Ключевые слова

Список литературы

  1. Pourmahmoud, J.; Hashemy Shahdany, S.M.; Roozbahani, A. Practical Drought Risk Assessment and Management Framework: A Step toward Sustainable Modernization in Agricultural Water Management. J. Hydrol. (Amst). 2024, 644, doi:10.1016/j.jhydrol.2024.132121.

  2. Elmahdi, A. Addressing Water Scarcity in Agricultural Irrigation: By Exploring Alternative Water Resources for Sustainable Irrigated Agriculture. Irrigation and Drainage 2024, 73, 1675–1683.

  3. Hou, P.; Ma, C.; Wang, J.; Li, Y.; Zhang, K.; Hou, S.; Li, J.; Sun, Z.; Xiao, Y.; Li, Y. Failure Behavior of Pressure Compensating Emitter under Different Operation Pressures in Drip Irrigation Systems. Agric. Water Manag. 2024, 297, doi:10.1016/j.agwat.2024.108835.

  4. Xing, S.; Du, K.; Liu, N.; Li, M.; Li, W.; Zhang, J.; Yin, F.; Zhang, J.; Wang, Z. Effect of Dynamic Pressure and Emitter Type on Irrigation and Fertigation Uniformity of Drip Irrigation Systems. Agric. Water Manag. 2025, 312, doi:10.1016/j.agwat.2025.109418.

  5. Wang, Y.; Zhang, Y.; Wang, W.; Liu, Z.; Yu, X.; Li, H.; Wang, W.; Hu, X. A Review of Optimal Design for Large-Scale Micro-Irrigation Pipe Network Systems. Agronomy 2023, 13.

  6. Fan, K.; Zhao, T.; Yu, X.; Wang, W.; Hu, X.; Ran, D.; Huo, X.; Wang, Y.; Pi, Y. Synchronization Optimization of Pipeline Layout and Pipe Diameter Selection in a Drip Irrigation Network System Based on the Jaya Algorithm. Water (Switzerland) 2024, 16, doi:10.3390/w16202913.

  7. Peretti, F.; Menapace, A.; Zanfei, A.; Righetti, M. Optimal Irrigation Scheduling for Sustainable Agriculture: Minimising Energy Costs in Rotational Management. Agric. Water Manag. 2025, 322, doi:10.1016/j.agwat.2025.109986.

  8. Zhang, X.; Li, Y.; Wang, L.; Mao, B.; Yu, E.; Mu, Q.; Shan, M. Field-Calibrated Hydraulic Feedback for Optimizing Rotational Irrigation Grouping in Cotton Drip-Irrigation Networks. Sci. Rep. 2026, doi:10.1038/s41598-026-67861-8.

  9. Lyu, H.; Guo, X.; Ai, Y.; Yang, A. Cooperative Optimization Design and Layout of Water Supply Facilities for Agricultural Sprinkler Irrigation Systems. Applied Sciences (Switzerland) 2026, 16, doi:10.3390/app16062741.

  10. Yang, F.; Li, H.; Jiang, Y. A Review of Pressure Regulation Technologies for Irrigation Pipeline Systems. Agriculture (Switzerland) 2025, 15.

  11. González-Pavón, C.; Palau, C.V.; Juárez, J.M.; Guillem-Picó, S.; Balbastre-Peralta, I. Optimization of Multioutlet Hydrant Location and Pressurized Irrigation Network Layout Using the GRASP Metaheuristic. Journal of Agricultural Engineering 2025, 56, doi:10.4081/jae.2025.1633.

  12. Li, M.; Bai, D.; Li, L. Optimization Design of Drip Irrigation System Pipe Network Based on PSO-GA: A Case Study of Northwest China. Processes 2025, 13, doi:10.3390/pr13051485.

  13. Carravetta, A.; Del Giudice, G.; Fecarotta, O.; Morani, M.C.; Ramos, H.M. A New Low-Cost Technology Based on Pump as Turbines for Energy Recovery in Peripheral Water Networks Branches. Water (Switzerland) 2022, 14, doi:10.3390/w14101526.

  14. Paudel, P.P.; Adhikari, S. Technical Feasibility and Economic Analysis of Solar Photovoltaic Water Pumping System for Sustainable Irrigation in Nepal: A Case Study. International Journal of Sustainable Engineering 2025, 18, doi:10.1080/19397038.2025.2590115.

  15. Pedras, C.M.G.; Pereira, L.S.; Gonçalves, J.M. MIRRIG: A Decision Support System for Design and Evaluation of Microirrigation Systems. Agric. Water Manag. 2009, 96, 691–701, doi:10.1016/j.agwat.2008.10.006.

  16. Carrión, F.; Tarjuelo, J.M.; Hernández, D.; Moreno, M.A. Design of Microirrigation Subunit of Minimum Cost with Proper Operation. Irrig. Sci. 2013, 31, 1199–1211, doi:10.1007/s00271-013-0399-8.

  17. Moreno, M.A.; del Castillo, A.; Montero, J.; Tarjuelo, J.M.; Ballesteros, R. Optimisation of the Design of Pressurised Irrigation Systems for Irregular Shaped Plots. Biosyst. Eng. 2016, 151, 361–

  18. 373, doi:10.1016/j.biosystemseng.2016.10.005.

  19. Baiamonte, G. Explicit Relationships for Optimal Designing Rectangular Microirrigation Units on Uniform Slopes: The IRRILAB Software Application. Comput. Electron. Agric. 2018, 153, 151–168, doi:10.1016/j.compag.2018.08.005.

  20. Palau, C.V.; Arviza, J.; Balbastre, I.; Manzano, J. DIMSUB, a Computer Program for Designing Microirrigation Subunits. Tool Definition and Case Studies. Sci. Agric. 2020, 77, doi:10.1590/1678-992x-2018-0184.

  21. Patel, N.; Rajput, T.B.S.; Kumar Dinkar, D.; Ram, S.; Singla, S.K. DOMIS: A Decision Support System for Design and Cost Estimation of Micro-Irrigation Systems; 2018; Vol. 115;.

  22. Sharu, E.H.; Ab Razak, M.S. Hydraulic Performance and Modelling of Pressurized Drip Irrigation System. Water (Switzerland) 2020, 12, doi:10.3390/w12082295.

  23. Barberena, I.; Campo-Bescós, M.A.; Casalí, J. Precision Agriculture ’25 168. QDrip: A QGIS-Based Tool for the Spatial Layout and Cost Minimization of Drip Irrigation Subunits;

  24. Shaheemath Suhara, K.K.; Ravikumar, V.; Kannan, B.; Duraisamy, M.R.; Ganapati, P.S. Development of a Web-Based Simulation Application for Efficient Drip Irrigation Submain Design. Journal of Applied and Natural Science 2023, 15, 1195–1203, doi:10.31018/jans.v15i3.4799.

  25. Córdoba, A.T.; Manzano, J.M. Reducing Flow Heterogeneity in Drip Irrigation Networks Using Genetic Algorithms. Irrigation and Drainage 2025, 74, 957–969, doi:10.1002/ird.3050.

  26. Li, Y.; Saiyue, C. Coordinated Optimization of Pipe Network Layout and Pipe Diameters in a Multi-Source Irrigation System. Industrial Engineering Journal 2024, 27, doi:10.3969/j.issn.1007-7375.220255.

  27. Samarinas, N.; Gravani, A.; Evangelides, C.; Loukas, A. A Smart Pipe Length Splitting Method for Cost Minimization of a Pressurized Irrigation Network. A Case Study in Greece 2024.

  28. Khalil, E.M.; El-Fitiany, F.A.; Abourohiem, M.A.; Abdelrazek, A.M. Economic Assessment of Using Booster Pumps and Hydrant Sectoring in Pressurized Irrigation Networks (Case Study: Kostol Area, Egypt). KSCE Journal of Civil Engineering 2024, 28, 495–501, doi:10.1007/s12205-023-0705-9.

  29. Creaco, E.; Barbero, G.; Montanaro, A.; Reduzzi, M. Effective Optimization of Irrigation Networks with Pressure-Driven Outflows at Randomly Selected Installation Nodes. Sci. Rep. 2023, 13, doi:10.1038/s41598-023-45844-3.

  30. A. Arifjanov, T. Kaletova, D. Abduraimova, L. Samiev, and X. Jalilova, “Evaluation of the hydraulic efficiency of the sprinkler irrigation system,” in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2022, p. 12131.

  31. A. Arifjanov, L. Samiev, D. Abduraimova, and K. Jalilova, “Sustainable green development: Water-saving irrigation technologies,” in E3S Web of Conferences, 2024, p. 5002.

  32. A. Aybek, S. Luqmon, A. Dilbar, and J. Khumora, “SELECTING AN EFFECTIVE SPRINKLER IRRIGATION SYSTEM SPACING: BASED ON ISODENSITY CONTOUR MAPPING- VORONOI-LIKE CONNECTION- HOTSPOT CLUSTERING MODELS,” Water Conserv. Manag., vol. 9, no. 3, pp. 01–09, Jun. 2025, doi: 10.26480/wcm.03.2025.446.454.

  33. A. Arifjanov, L. Samiev, K. Jalilova, S. Jalilov, U. Vokhidova, and E. Tursunova, “Analysis and design of the trajectory of water droplets from sprinklers using optical observation and mathematical modeling,” J. Sustain. Dev. Energy, Water Environ. Syst., vol. 14, no. 1, pp. 1–25, Mar. 2026, doi: 10.13044/j.sdewes.d13.0647.

  34. Samiev, L., Abduraimova, D., Jalilova, K., Gong, P., Jalilov, S., Liu, H., Makhmudov, B., & Gafforova, M. (2026). Adapting China’s innovative water-saving technologies to Uzbekistan: Needs, opportunities, and approaches. Water Conservation and Management (WCM), 10(3), 667–677.

Об авторах

Айбек Арифжанов
obi-life@mail.ru
Лукмон Самиев
luqmonsamiev@gmail.com
Сирожиддин Жалилов
jalilovsirojiddin1997@gmail.com
Национальный исследовательский университет «Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства», Государственная ключевая лаборатория экологической безопасности и устойчивого развития засушливых территорий, Институт экологии и географии Синьцзяна, Китайская академия наук
Аркен Турсун
arken@ms.xjb.ac.cn
Государственная ключевая лаборатория экологической безопасности и устойчивого развития засушливых территорий, Институт экологии и географии Синьцзяна
Хумора Жалилова
xumora798911@gmail.com
Мардон Реимбаев
reimbayevmard1202@gmail.com

Лицензия

Copyright (c) 2026 Журнал гидравлической и экологической инженерии

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Оптимизация диаметров труб в системах капельного орошения посредством пространственной группировки участков по поливным очередям. (2026). Журнал гидравлической и экологической инженерии, 4(2), 1-12. https://doi.org/10.35938/jhee-2026-1-00006

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Похожие статьи

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.


ISSN 2181-3949 (Online)