در حال
جستجو...
Drip Irrigation Systems - Oklahoma State University
- مقدمه
- اجزای سامانه آبیاری
- نشانگرهای خطی (لوله/نوار قطره‌ای)
- نشانگرهای نقطه‌ای (نقطه‌ای/قطره‌ای)
- تنظیم‌کننده‌های فشار
- کیفیت آب و فیلتراسیون
- جلوگیری از بازگشت جریان
- ظرفیت سامانه و محاسبات
- خلاصه نهایی
مقدمه
آبیاری قطره‌ای یا تراپل آب را در نرخ‌های جریان کم و فشار پایین مستقیماً به منطقه ریشه گیاه می‌رساند و به جای خیساندن کل سطح مزرعه، آبیاری هدفمند انجام می‌دهد. از آنجا که آب نزدیک یا درون سطح خاک اعمال می‌شود، اثرات باد تقریباً ناچیز است و بهره‌وری کاربرد آب بسیار بالا می‌ماند. سامانه‌های قطره‌ای که به‌خوبی طراحی و نگهداری شوند معمولاً به راندمان کاربرد نزدیک به 90٪ دست می‌یابند. به‌عنوان مثال، در اوکلاهما طبق سرشماری USDA سال 2007 بیش از 11،000 هکتار از آبیاری قطره‌ای استفاده شده است که بخش عمده آن به صورت آبیاری زیرسطحی (SDI) بوده است.
اجزای سامانه آبیاری
یک سامانه قطره‌ای شامل منبع تأمین آب، فیلتراسیون، تنظیم فشار، خطوط اصلی و فرعی، لاترال‌ها یا نوارها و نشانگرها (emitters) است. تغییرات فشار (به‌دلیل اختلاف ارتفاع و افت اصطکاک) بر دبی نشانگرها تأثیر می‌گذارد؛ برای حفظ یکنواختی کاربرد باید اختلاف دبی بین پایین‌ترین و بالاترین نشانگرها حدود 10٪ یا کمتر باشد. انتخاب صحیح قطر لوله و لوله‌های فرعی، نحوه چینش لاترال‌ها (عرض شیب یا کمی در جهت پایین‌دست) و تقسیم مزرعه به نواحی با تنظیم فشار جداگانه برای اختلاف ارتفاع‌های بزرگ‌تر، از موارد ضروری در طراحی یکنواخت هستند.
نشانگرهای خطی (لوله/نوار قطره‌ای)
نشانگرهای خطی مانند تیوب قطره‌ای یا نوار قطره‌ای، دارای چندین سوراخ داخلی هستند که الگوهای خیس‌شدگی در طول ردیف هم‌پوشانی ایجاد می‌کند و یک نوار آبیاری پیوسته پیرامون ریشه‌ها شکل می‌گیرد. این نوع مناسب گیاهان دارای فاصله کم بین ردیف‌ها مانند بسیاری از سبزیجات و محصولات کم‌ریشه است.
ساختار و عملکرد
تیوب‌های قطره‌ای رایج دارای طراحی دولایه (دو محفظه) هستند: یک محفظه داخلی بزرگ برای جریان و یک محفظه بیرونی کوچک‌تر که مسیر گسیختن فشار نشانگرها را در خود جای می‌دهد. نشانگرها معمولاً با فاصله‌های 6–36 اینچ نصب می‌شوند. محفظهٔ دوگانه افت فشار طولی را کاهش داده و یکنواختی را بهبود می‌بخشد. فشارهای عملیاتی متداول در حدود 6–12 psi هستند. حداکثر طول لاترال قابل استفاده بستگی به فشار ورودی، قطر تیوب، فاصله و دبی نشانگرها و شیب مزرعه دارد. هدف طراحی معمول حفظ حداقل 90٪ یکنواختی انتشار است.
| فاصله بین نشانگرها | دبی هر نشانگر (gph) | یکنواختی 90% – قطر 5/8" | یکنواختی 90% – قطر 7/8" | یکنواختی 85% – قطر 5/8" | یکنواختی 85% – قطر 7/8" |
|---|---|---|---|---|---|
| 12 in | 0.22 | 750 ft | 1300 ft | 1000 ft | 1750 ft |
| 12 in | 0.45 | 500 ft | 900 ft | 650 ft | 1150 ft |
| 24 in | 0.34 | 672 ft | 1203 ft | 850 ft | 1521 ft |
| 24 in | 0.50 | 519 ft | 929 ft | 657 ft | 1175 ft |
| 36 in | 0.50 | 672 ft | 1203 ft | 850 ft | 1521 ft |
| 36 in | 1.00 | 427 ft | 765 ft | 541 ft | 967 ft |
نرخ کاربرد از نوارها بستگی به دبی نشانگر، فاصله نشانگرها و فشار عملیاتی دارد. تولیدکنندگان معمولاً دبی را به‌صورت گالن در دقیقه به ازای 100 فوت یا گالن در ساعت به‌ازای هر نشانگر گزارش می‌کنند. در خاک‌های درشت دانه، نشانگرها باید نزدیک‌تر باشند یا از چند نوار در یک بستر استفاده شود زیرا پخش افقی آب محدود است؛ در خاک‌های با بافت ریزتر، مویرگی رطوبت را دورتر از هر نشانگر منتشر می‌کند.
نوارهای مدرن با جریان آشفته و نوارهای دارای جبران فشار کمتر در معرض گرفتگی کمتری قرار دارند (سوراخ‌های بزرگ‌تر برای همان دبی) و عملکرد بهتری در شیب‌های نامنظم ارائه می‌دهند. ضخامت جداره نوار (5–15 mil) بر دوام و هزینه اثرگذار است؛ نوارهای ضخیم‌تر چندین فصل عمر می‌کنند و در SDI رایج‌اند.
نشانگرهای نقطه‌ای
نشانگرهای نقطه‌ای آب را در نقاط جداگانه اعمال می‌کنند و برای گیاهانی که فاصله زیادی از هم دارند مانند درختان میوه و تاک‌ها مناسب‌اند. این نشانگرها به لوله‌های پلی‌اتیلن متصل شده و معمولاً دبی‌های 0.5، 1، 2 یا 4 gph در فشار طراحی ارائه می‌دهند. حداکثر طول لاترال بستگی به کیفیت نشانگر، دبی، فاصله‌ها، قطر لوله، فشار ورودی و شیب دارد.
| قطر لوله PE | انگور – نشانگر 2 gph @ فاصله 5 ft (Cv=0.05, x=0.5) | گردو/پکان – 8×4 gph نشانگر در هر درخت، فاصله 70 ft (Cv=0.05, x=0.5) |
|---|---|---|
| 1/2 in | 415 ft (12–15 psi) | 560–630 ft (12–15 psi) |
| 3/4 in | 850–980 ft (12–15 psi) | 1330–1400 ft (12–15 psi) |
| 1 in | 1650–1800 ft (12–15 psi) | 2310–2590 ft (12–15 psi) |
برای درختان میوه، نشانگرها را در اطراف تنه در نزدیکی خط قطر سایه‌انداز (dripline) توزیع کنید تا توسعه ریشه متوازن تشویق شود. با رشد درختان، جریان را با افزودن نشانگرهای بیشتر تقسیم کنید تا از متمرکز شدن رطوبت در نزدیکی تنه جلوگیری شود.
تنظیم‌کننده‌های فشار
سامانه‌های قطره‌ای در فشارهای پایین کار می‌کنند، بنابراین حتی تغییرات کوچک فشار می‌تواند باعث تغییر قابل‌توجه دبی شود. هر 2.31 فوت اختلاف ارتفاع تقریباً معادل 1 psi است؛ بنابراین اختلاف ارتفاع 10 فوت حدود 4.3 psi تغییر ایجاد می‌کند که در فشار طراحی حدود 8 psi بسیار قابل‌توجه است. از تنظیم‌کننده‌های فشار یا نشانگرهای جبران‌کننده فشار در شیب‌ها استفاده کرده یا مزرعه را به نواحی هم‌سطح تقسیم کنید. تنظیم‌کننده‌های پیش‌تنظیم شده فشار ثابت فراهم می‌کنند و ارزان‌ترند؛ تنظیم‌کننده‌های قابل‌تنظیم امکان بهینه‌سازی را برای بهره‌بردار فراهم می‌آورند.
نشانگرهای جبران‌کننده فشار دبی را در یک بازه فشار (معمولاً 10–30 psi) تقریباً ثابت نگه می‌دارند و می‌توانند نیاز به تنظیم‌کنندهٔ مستقل را در سطوح ناهموار حذف کنند، اما هزینهٔ اولیه آنها بیشتر است.
کیفیت آب و فیلتراسیون
فیلتراسیون و تصفیهٔ آب حیاتی است زیرا مجرای نشانگرها بسیار ریز بوده و مستعد گرفتگی‌اند. مواد معلق (سِلت، شن)، املاح رسوب‌کننده (آهن، کلسیم)، جلبک و لجن باکتریایی می‌توانند مجراها را مسدود کنند. تقریباً هر سامانهٔ قطره‌ای نیازمند فیلتراسیون متناسب با مشخصات نشانگر است؛ در غیر این صورت زمان و هزینهٔ نگهداری مزایا را خنثی می‌کند.
تولیدکنندگان فیلتراسیون پیشنهادی را به‌صورت اندازه شبکه (mesh) یا حداکثر عرض بازه (opening width) مشخص می‌کنند. انواع فیلترها شامل صفحه‌های قابل‌استفاده دوباره (استیل یا پلاستیک)، کارتریج‌های یک‌بارمصرف، جداکننده‌های گریز از مرکز (برای ذرات درشت)، فیلترهای دیسکی (تعادل خوب هزینه و نگهداری) و فیلترهای رسانه‌ای (شن) برای بارهای زیاد ذرات ریز هستند. آب زیرزمینی معمولاً ذرات معلق کمتری نسبت به آب سطحی دارد.
| اندازه مش | حداکثر عرض باز (اینچ) | میکرون |
|---|---|---|
| 40 | 0.0150 | 380 |
| 60 | 0.0100 | 260 |
| 80 | 0.0070 | 180 |
| 100 | 0.0060 | 140 |
| 140 | 0.0041 | 105 |
| 200 | 0.0029 | 74 |
| 400 | 0.0011 | 27 |
مواد محلول هنگام تغییر pH، دما یا هواگیری ممکن است رسوب کنند. کلسیم می‌تواند رسوبات ایجاد کرده و سوراخ‌های نشانگر را مسدود نماید؛ تزریق اسید به‌مدت کوتاه قبل از خاموشی می‌تواند از ایجاد پوسته جلوگیری کند. آهن توسط هواگیری یا کلریناسیون اکسید شده و سپس با فیلتراسیون حذف می‌شود. کودها یا آفت‌کش‌ها را قبل از فیلتر نهایی تزریق کنید تا رسوب‌های حاصل در فیلترها گرفته شوند. شستشوی دوره‌ای لاترال‌ها برای حذف رسوبات و مواد رسوبی توصیه می‌شود.
جلبک‌ها در منابع آب سطحی می‌توانند فیلترها و نشانگرها را آلوده کنند؛ در صورت امکان با آلیسیدها (در چارچوب مجوزهای محلی) یا فیلتراسیون قوی اقدام نمایید. لجن باکتریایی از آب‌های غنی از مواد آلی را می‌توان با شستشوی روتین با مقادیر پایین کلر (مثلاً ~2 ppm پس از هر دوره آبیاری) کنترل کرد؛ آلودگی شدیدتر ممکن است نیازمند پاک‌سازی با غلظت‌های بالاتر (مثلاً ~30 ppm) باشد.
جلوگیری از بازگشت جریان
از آنجا که آب سامانهٔ قطره‌ای ممکن است با مواد شیمیایی تزریقی یا تماس با خاک آلوده شود، باید دستگاه‌ها یا تدابیر جلوگیری از بازگشت جریان (backflow prevention) بین نقطهٔ تزریق و منبع آب نصب گردد تا از آلودگی منابع آب شرب، سطحی یا زیرزمینی جلوگیری شود.
ظرفیت سامانه و محاسبات
طراحی سامانه باید دبی نشانگرها، فاصلهٔ آبیاری و نیاز آبی محصول را در نظر بگیرد. سیستم را طوری طراحی نکنید که بیش از 18 ساعت در روز به‌طور کلی عمل کند (تا زمان نگهداری و جبران وجود داشته باشد) و از آبیاری یک ناحیه بیش از حدود 16 ساعت پی‌درپی خودداری کنید تا تهویهٔ منطقهٔ ریشه میسر بماند.
محاسبات آب روزانه باید تنها بر ناحیهٔ پوشیده گیاهی آبیاری شده مبتنی باشد. فرمول نمونه برای سیستم‌های ردیفی به‌ازای هر 100 فوت ردیف:
Q = 0.7 W L D
که در آن Q = نیاز آب روزانه (گالن)، W = عرض ردیف پوشش گیاهی (فوت)، L = طول ردیف (فوت)، D = عمق مصرف آب (اینچ/روز)، و ضریب 0.7 شامل حدود ~90٪ کارایی است.
مثال: گوجه‌فرنگی با عرض پوشش 3 فوت و نیاز 0.25 اینچ/روز بر روی ردیف 100 فوت = حدود 52.5 گالن/روز به ازای هر 100 فوت. اگر تیوب 0.5 gpm به‌ازای هر 100 فوت ارائه دهد و بازه آبیاری 2 روز باشد، زمان عملیات T برای هر نوبت:
T = (Q × I) ÷ R
که در آن T = دقیقه برای هر آبیاری، Q = گالن/روز به‌ازای هر 100 فوت، I = تعداد روز بین آبیاری‌ها، R = نرخ کاربرد (gpm به‌ازای هر 100 فوت). در مثال بالا T ≈ 210 دقیقه (3.5 ساعت).
برای مزارع بزرگ‌تر، سامانه را به زیرواحدها تقسیم کنید تا ظرفیت منبع آب از حد مجاز فراتر نرود. برای درختان با فاصله زیاد، نیاز آب را به‌ازای هر درخت با فرمول زیر محاسبه کنید:
Q = 0.544 d² D
که در آن Q = گالن/روز به‌ازای هر درخت، d = قطر تاج (فوت)، D = مصرف آب (اینچ/روز)، و 0.544 شامل تقریباً 90٪ کارایی است. مقدار Q را بین چند نشانگر در هر درخت توزیع کنید؛ مثال: درخت هلو با قطر تاج 12 فوت و نیاز 0.24 اینچ/روز ≈ 18.8 گالن/روز که با چهار نشانگر 2 gph در حدود 2.4 ساعت در روز اعمال می‌شود.
برای باغچه‌های خانگی، یک شیر بیرونی استاندارد (~5 gpm) می‌تواند تا حدود ~1000 فوت نوار قطره‌ای (با نشانگرهای 0.30 gph در فاصله 12 اینچ) یا تقریباً 300 نشانگر یک‑gph را راه‌اندازی کند.
خلاصه نهایی
آبیاری قطره‌ای می‌تواند منابع آب محدود را بهینه کند، با جلوگیری از خیس شدن شاخسار بیماری‌های قارچی را کاهش دهد، امکان اتوماسیون و کاهش نیروی کار را فراهم آورد و هنگام استفاده از آب با کیفیت مرزی، تجمع شوری را مدیریت نماید. با این حال، نیازمند طراحی دقیق، تعیین اندازهٔ اجزا و سیستم فیلتراسیون و نگهداری سختگیرانه برای جلوگیری از گرفتگی نشانگرهاست. با نصب و نگهداری صحیح، هزینه‌های اولیهٔ بالاتر اغلب از طریق کاهش هزینه‌های عملیاتی و افزایش بهره‌وری آب به‌سرعت جبران می‌شود.
نویسنده: صالح تقوی‌ایان، متخصص ترویج آبیاری
توئیتر
فیس بوک
لینکدین
