تصميم شبكات الري الحديث
بسم الله الرحمن الرحيم
تصميم شبكات الري الحديث
أولا:النظام المائي في التربة
يجب أن تتوفر الظروف المثالية لمحتوى التربة من الماء-الهواء-الغذاء- الحرارة.لتحقيق أفضل الشروط لنمو النباتات. ويعتبر النظام المائي من أهم العوامل الخارجية. لأنه يحدد النظام الهوائي والغذائي والحرارة في التربة. وأن أفضل ظروف النظام المائي في ا لتربة. هي الرطوبة المثلى في الطبقة الفعالة والتي حددها ( كوستياكوف) وفق مايلي.
- الأعشاب والمراعي : 80---85 %
- الحبوب : 70---80 %
- النباتات الجذرية : 60---70 %
- الخضروات : 75---80 %
وتختلف هذه الحدود من منطقة لأخرى ومن طبقة التربة الى طبقة أخرى .
ثانيا": تعار يف هامة
1- رطوبة التربة : هي محتوى الماء في وحدة الحجم من التربة. ويعبر عنها كنسبة مئوية من الوزن الجاف للتربة. أو كنسبة مئوية حجمية من حجم التربة .
2- سعة الاحتفاظ : هي قدرة التربة على الاحتفاظ بحجم معين من الماء. ويعبر عنها كنسبة مئوية من وزن أو حجم التربة الجافة
-الاعظمية : عندما لا يتوفر الصرف الزراعي.حيث تملأ الماء كل قطاع
التربة وعندها يختنق النبا ت.
-الأصغرية : (السعة الحقلية ) وهي كمية المياه التي تحتفظ بها التربة بعد
التخلص من الماء الزائدة. وقيمتها المثلى عندما يشكل الهواء نسبة 40% من الحجم الكلي للفراغات .
3- حد الذبول : هي كمية المياه في التربة التي تظهر عندها بوادر الذبول.
4- الرطوبة الهيكروسكبية: هي طبقة الماء الرقيقة جدا". والمتشكلة على سطح جزيئات التربة .
وقيمتها الاعظمية في التربة الرملية 1% وفي التربة الطينية 5-8%
وفي التربة الغضارية 10-12% من الوزن الجاف. ولايمكن للنبات أن يستفيد منها
5-الرطوبة الشعرية : هي حد من الرطوبة التي تضيع عنده امكانية حركتها. وتقسم الى قسمين
الأول : وهي الرطوبة الإنتاجية حيث تقع بين حد الذبول والسعة الحقلية
الثاني :وهي الرطوبة الفعالة حيث يكون الماء سهل الامتصاص من النبات
6- التسرب : حركة الماء من سطح التربة شاقوليا" مم / سا
7- النفوذية : حركة الماء ضمن التربة وهي تختلف عن التسرب. لأن التسرب لايستمرالا إذا اتاح
النفوذ ضمن فراغات التربة
مما تقدم يتبين لنا مايلي :
1-ان الري بكميات تزيد عن السعة الحقلية يعتبر إسرافا وهدرا للماء .وضارا للنبات ( اختناق النبات )
2- ان وصول الرطوبة في التربة الى حد الذبول يعتبر ضارا بالنبات حيث تبدأ بوادر الذبول على
النبات مما سيؤثر سلبا على معدلات الإنتاج.
3- إن الري المثالي هو كمية الماء المعطى للتربة والذي يقع بين السعة الحقلية وحد الذبول . وحتى
لا يصل النبات الى مرحلة الذبول . ينصح بالبدء بالري عندما تصل الرطوبة في التربة الى 70 %
من السعة الحقلية بشكل عام .
ثالثا": طرق قياس رطوبة التربة
وزن الماء في عينة التربة
1- المخبر : رطوبة التربة الوزنية = --------------------------- x100
وزن عينة التربة بعد التجفيف
حجم المياه في عينة التربة
رطوبة التربة الحجمية = ------------------------------- x100
حجم التربة بما فيها الفراغات
2- مقاومة التوصيل الكهربائي : مقاومة التوصيل الكهربائي تزداد مع انخفاض محتوى التربة من الرطوبة
3- جهاز التشتت النيتروني : تتشتت اللاشعاعات يختلف بحسب درجة الرطوبة .
مثال : اذا علمت ان درجة الرطوبة الوزنية للتربة 27 % ثم أصبحت 20 % قبل الري مباشرة.وأ ن عمق
الجذور 100سم. والكثافة الظاهرية للتربة 1.3 المطلوب :
1- تحديد حجم الماء الواجب إعطاؤه للتربة لرفع الرطوبة الى السعة الحقلية .
2- الزمن اللازم لري مساحة /1/ هكتار بتدفق 20 ل/ ثا .
الرطوبة الوزنية المطلوبة : 27 % - 20 % = 7 %
7X1.3X100
عمق الماء المطلوب إضافته : ------------------ = 9.1 سم
100
1x10000x9.1
حجم الماء المطلب إضافته : ---------------------- = 910 م3
100
910x1000
الزمن اللازم : -------------------- = 12.6 ساعة
20x3600
[IMG]file:///C:/Users/abo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg[/IMG]
ا- الرطوبة الهكروسكوبية الاعظمية ب-حد مقاومة الذبول ج- الرطوبة الحرجة
س- سعة الاحتفاظ الاصغرية م- سعة الاحتفاظ الاعظمية A - رطوبة غير متاحة
B- رطوبة ميسرة ( متاحة ) C- هواء D- قوام التربة
1- تربة رملية 2- تربة سلتية 3- تربة طينية
4- تربة غضا رية 5- تربة غضا رية ثقيلة
رابعا" : الاحتياجات المائية
لكي ينمو النبات بشكل جيد يجب تعويض الفقد الحا صل من الماء من سطح الأوراق الخضراء بواسطة النتح وكذلك الفقد الحاصل من عملية التبخر. ويشكل مجموع النتح والتبخر الاحتياجات المائية للنبات . وتقدر الاحتياجات المائية للمحاصيل وفق مايلي :
1-العلاقات الرياضية : ويزيد عددها عن /30/ علاقة في مختلف مناطق العالم. وكل هذه العلاقات
قد لا تصلح إلا في الظروف التي وضعت وجربت بها ومن أهمها:
( دار سيان—كريستوف—بلاني وكر يد ل-- بنمان )
ومن أهم هذه العلاقات التي يمكن استخدامها تحت الظروف الجافة هي
علاقة بلاني وكر يدل أو علاقة بنما ن .
وبالرغم من ذلك فإن الاختلافات كبيرة في تطبيق هاتين العلاقتين على
المناطق السورية . حتى ضمن المنطقة الواحدة ( نفس المعطيات المناخية)
وفق الجدول التالي للري السطحي . م3/هكتار
العلاقة نيسان ايار حزيران تموز اب ايلول المجموع بلاني وكريدل 120 527 810 3038 3100 1260 8855 بنما ن 150 589 1110 3875 3627 1410 10760
2-التجارب البحثية : وتختلف النتائج التي يتم الحصول عليها من التجارب البحثية من عام
الى عام ومن منطقة الى منطقة ومن موقع الى موقع ومن بحث الى بحث.
وبعد هذه المقدمة الطويلة التي كان لابد منها. واتي تهم المصمم في تصميم شبكة الري الحديث
رابعا": المعلومات الأساسية اللازمة لتصميم شبكة الري الحديث :
1- الموقع : ا لظروف المناخية / درجة الحرارة- الرطوبة- الرياح –السطوع الشمسي/
2- طبيعة الحقل : الطول -- العرض – الطبوغرافية
3- التربة : الصفات الفيزيائية --- الصفات الكيميائية
4-مصدر الماء : نهر -- بئر -- بحيرة -- نبع -- خزان --
5- نوعية الماء : عذبة -- مالحة -- شديدة الملوحة -- كبريتية -- تحتوي على رمال وحصى صغيرة --- تحتوي على مواد بيو لوجية --
6-موقع مصدرا لماء : ضمن الحقل -- بعيد عن الحقل -- مكانه بالنسبة للحقل .
7-الزراعة : محاصيل زراعية -- مراعي -- خضار -- أشجار مثمرة --
8- تباعد الخطوط : خطوط الزراعة /75 -- 100 -- 150 سم/ --- تباعد خطوط الأشجار
9- نظام الري : - الري بالرش / سنتر بيفوت – جهاز جبهوي – تيفون – مرشات / ومواصفاتها الفنية وخاصة التدفق والضغط اللازم لتشغيلها .
- الري بالتنقيط /GR --نقاطات ثابتة التدفق -- نقاطات معيارية/ ومواصفتها الفنية وخاصة التدفق والضغط اللازم لتشغيلها
10- أية معلومات أخرى
خامسا" : مكونات شبكة الري الحديث
1– مجموعة الضخ : لاختيار المضخة المناسبة لأحد المشاريع لابد من حساب التدفق أو حجم الماء اللازم وحساب الضغط اللازم للتشغيل معبرا" عن ذلك بالارتفاع الهيدروديناميكي أو الحمولة . ويقدر التدفق أو حجم الماء اللازم عن طريق حساب الاحتياجات المائية للمحاصيل المزروعة وبعرفة مساحة الأرض المراد ريها. أما الضغط اللازم فيتم تقديره عن طريق اجراء الحسابات الهيدروليكية لشبكة الري وحساب ضياعات الطاقة لتقدير الارتفاع الهيدروليكي . حيث تنتج الشركات الصانعة العديد من المضخات. ولكل مضخة خط مميز لعملها تصدره الشركة وعلى المصمم اختيار المناسب منها وفق احتياجات المشاريع. وبعد اختيار المضخة فيمكن اختيار المحرك اللازم لتشغيلها.
عندما يراد زيادة كمية المياه المنقولة في الانبوب فلا بد من استبدال الضخة بأخرى اكبر لتؤمن التدفق المطلوب ويمكن ربط أكثر من مضخة على التوازي . أما عندما يكون الارتفاع المطلوب أعلى من الارتفاع المانومتري للمضخة المتوفرة فلا بد من استخدام ذات ارتفاع مانومتري أعلى أو يمكن ربط عدة مضخات مع بعضها على التسلسل. وهنا لابد أن تكون المضخات الموجودة متساوية في حجم الماء الذي تقوم بضخه . وتتضمن محطات الضخ في المشاريع الزراعية الكبيرة عدد من مجموعات الضخ حيث يضاف لها مجموعة إضافية احتياطية لضمان استمرارية عمل محطات الضخ لتأمين التدفق اللازم للمشروع . وإضافة بعض مجموعات الضخ الصغيرة لامكانية اجراء عمليات المناورة العملية في تأمين التدفق المناسب للمشروع دون زيادة أو نقصان كبير .
ونظرا"لكون المحرك والمضخة متوفران في اغلب المشاريع. ومعظمها قديم . وقد وضع تحت العمل منذ فترة طويلة . ولا توجد لمثل هذه المضخات أي منحنيات بيانية توضح التدفقات والضغوط المناسبة لعملها. فلابد من اجراء القياسات الحقلية البسيطة لمعرفة ذلك . أو الاعتماد على المعلومات التي يقدمها الأخ المزارع . او الاعتماد على المعلومات الواردة في رخصة البئر المعدة من قبل مديرية الموارد المائية.كوثيقة رسمية . اخذين بعين الاعتبار أن تدفق مثل هذه المضخات يتعلق بعدة عوامل هامة وخاصة سرعة دوران المحرك نظرا" لاعتماد معظم المزارعين على محركات ديزل .
2- الانابيب الرئيسية والفرعية : يتم اختيار الانبوب الرئيسي والفرعي الملائم لتدفق المضخة او وحدة الري على أن يكون مناسبا لضغوط العمل . وفق تصميم شبكة الري. وتتلخص الدراسات الهيدروليكية للأنابيب في دراسة جريان الماء بالأنابيب.وفي اختيارا قطار الانابيب الاقتصادية حسب التدفقات المطلوبة. كما تهتم بتحديد وحسابات ضياعات الطاقة .على طول الانابيب وفي التجهيزات الخاصة وذلك لتحديد الارتفاع المانومتري .
إن أساس الحسابات الهيدروليكية للأنابيب تكمن في تقدير ضياعات الطاقة او القدرة FRICTION LOSSESعلى طول الانبوب .حيث تظهر ضياعات الطاقة في الانابيب بانخفاض الضغط على طول الانبوب. وتتم حسابات ضياعات الطاقة على طول الانبوب باستخدام علاقة DARCY --
وقد وضعت علاقات عديدة لتحديد قيمة معامل الاحتكاك . ولكنها لا تعطي القيمة الحقيقية لأن جميع هذه العلاقات فيها جزء تجريبي وليس رياضي .وهناك صعوبة في وضع علاقة مناسبة تأخذ بعين الاعتبار جميع العوامل المؤثرة على هذا المعامل. ولتحديد هذا المعامل يجب معرفة نوع الجريان في الانابيب صفيحي او مضطرب . وقد حدد رينولدس باستخدام العلاقة
U.D
Re = ---------
V
ويكون الجريان صفيحي اذا كان رقم Re اقل من الرقم الحدي 2320 ويكون مضطربا إذا كان الرقم اكثر من الرقم الحدي 2320 ولا يصادف الجريان الصفيحي عند جريان الماء في الاقنية او الانابيب إلا في حالات نادرة.أما الجريان المضطرب ميمكن حسابه باستخدام مخططات عديدة لسهولة الحساب. حيث يتم حساب معمل الخشونة النسبي وتقدر قيمة معامل خشونة الانابيب من الجداول التي تصدرها الشركات الصانعة
أهم ميزات الانابيب المستخدمة
معامل الخشونة للأنبوب الحديث معامل الخشونة للأنبوب القديم سرعة الجريان الاقتصادية الضغط المستخدم نوع الانبوب 0.0-0.002 0.03 1.4-3.0 1 بلاستيكي 0.02-0.1 0.4 1.3- 2.2 1.5 أسمنتي 0.05-0.2 3.0 1.2-2.0 4 فولاذي
اضافة لضيعات الطاقة على طول الانبوب. فهناك ضياعات موضعية وفق التجهيزات المختلفة في شبكة الري وتقدير قيمة هذه الضياعات عادة من 5 -10 % من ضياعات الطاقة على طول الانابيب في اغلب الشبكات .
لحساب قطر الانبوب اللازم استعماله. فنستخدم علاقة الاستمرار
Q = U.A
وبما أن مساحة مقطع الانبوب ( مساحة الدائرة ) . فان حسب قطر الانبوب يتم وفق العلاقة
[IMG]file:///C:/Users/abo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg[/IMG]
ومن غير الممكن أن تكون كافة أقطار الانابيب المحسوبة منتجة صناعيا. لذا يتم اختيار أقطار الانابيب الموجودة في الأسواق بشكل تكون فيه اقرب ما يمكن الى القيم المحسوبة.
تكون ضياعات الطاقة عند نفس التدفق في الانابيب ذات الأقطار الصغيرة اكبر منها في الانابيب ذات الأقطار الكبيرة. ويعود ذلك لأن ضياعات الطاقة كما رأينا تتناسب طردا مع مربع سرعة الجريان. وحيث ان سرعة الجريان عند نفس قيمة التدفق تكون اكبر في الانابيب ذات الأقطار الصغيرة.فإن قيم الضياعات تكون اكبر.
إن الزيادة في سرعة الجريان يؤدي الى زيادة الضياعات وهذا يؤدي الى زيادة الاستطاعة اللازمة للضخ
ملاحظة : توجد مخططات لتقدير ضياعات الطاقة في الانابيب ( ترفق مع المحاضرة)
3-نظام الري : يتم اختيار نظام الري الحديث ( نظام الري بالرش أو نظام الري بالتنقيط ) وذلك وفق المعطيات المناخية ووفق المحاصيل المزروعة.وتبعا لنوعية المياه والتربة----
ثم يتم تحديد نوعية أجهزة النظام التي تتوافق مع المعطيات الأساسية للمشروع
امثلة توضيحية :
- الري بالرش لاينا سب المناطق التي تكون فيها سرعة الرياح كبيرة جدا .
- الري بالرش لاينا سب المناطق التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة جدا في الصيف
- الري بالرش لايمكن استخدامه عندما تكون درجة ملوحة مياه عالية
4- الفلاتر / المصافي : ويتم اختيار نوعيتها وفق نوعية مياه الري المستخدمة ويتم اختيار قياسها حسب قطر انبوب
الري الأساسي لشبكة الري المصممة
تستخدم المصافي الشبكية : عندما تكون مياه الري عذبة وصافية
تستخدم المصافي القرصية : تستخدم عندما تكون مياه الري عذبة وغير صافية(تصفية اكبر )
تستخدم المصافي الرملية : عند وجود مواد عضوية او غير عضوية في مياه الري(مواد عالقة )
تستخدم المصافي الدورا نية( سيكلونية ) : عند وجود رمال أوحصى صغيرة في مياه الري
5- السمادات : ويتم اختيارها نوعيتها وسعتها وفق رغبة المزارع بالتنسيق مع المصمم
6- اجهزة التحكم والتشغيل : ويتم اختيارها وفق متطلبات تصميم شبكة الري الحديث وحسب الحاجة لها لرفع
مثل الصمامات السكورة ومقاييس الضغط ومنظمات الضغط ومنظمات التدفق. الشبكة كفاءة
7- الاكسسوارات المختلفة : مثل الوصلات – الجوانات – الاكواع – السدات –تيا ت- ------
سادسا" : مراحل تصميم الشبكة
1- في حال توفر مجموعة الضخ يتم تصميم شبكة الري ابتداء الانبوب الأساسي لشبكة الري حتى وحدة الري
2- في حال عدم توفر مجموعة الضخ يتم تصميم شبكة الري ابتداء من وحدة الري حتى الانبوب الأساسي
المناسبة لشبكة الري المصممة ثم يتم تحديد استطاعة مجموعة الضخ
مثال تطبيقي :
يراد تصميم شبكة ري حديث لحقل مساحته /1/ هكتار وفق المعطيات التالية :
مصدر الماء : بئر يقع ضمن الحقل من الجهة الشمالية. مياهه عذبة
مجموعة الضخ : متوفرة لدى المزارع قياس /4/ أنش بتدفق /75/م3/سا ومستمر
أبعاد الحقل : الطول /200/م العرض /120/ م الطول باتجاه الشمال
المحصول : قطن تباعد الخطوط /75سم
واحسب عدد ساعات الري اليومية في شهر حزيران وشهر تموز اذا علمت ان الاحتياج المائي
لمحصول القطن في شهر حزيران /60/مم وفي شهر تموز /186/مم .
الحل:
1 – مجموعة الضخ متوفرة.
2-أنبوب الري الأساسي قطر 110/مم ضغط /6/ بار
3-أنبوب الري الفرعي قطر /90/ مم ضغط/ 4/ بار
4- الفلتر شبكي قطر /110/مم
5- السمادة عادية سعة /110/ لتر
6- خطوط GR -16مم/ تباعد المنقطات /40 سم
[IMG]file:///C:/Users/abo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg[/IMG]
حساب الزمن اللازم للري خلال شهر حزيران وخلال سهر تموز
الزمن اللازم في شهر حزيران :-1
الاحتياج الشهري 60 مم
الاحتياج اليومي 60/30= 2مم
تدفق وحدة الري 40 م3/سا = كثافة الري 4 مم /سا
عدد ساعات الري اليومية 2/4 = 0.5 ساعة = 30 دقيقة
2- الزمن اللازم في شهر تموز :
الشهري 186 مم الاحتياج
الاحتياج اليومي 186/31= 6 مم مم/يوم
تدفق وحدة الري 40 م3/سا = كثافة الري 4 مم /سا
عدد ساعات الري اليومية 6/4 = 1.5 ساعة = 1 ساعة و 30 دقيق
ملاحظة هامة : إن أي تغيير في أي واحد من أساسيات التصميم/ ناقش التغيرات إذا تغير:
1- تغير أبعاد الحقل من 200-120م الى 240-100م الى 300-80م
من 16/مم -40سم الى 16/مم – 33سمG R 2-
3- تغير المسافة بين خطوط الزراعة 75سم - 100سم - 150سم
4- تغير المصدر المائي من مياه عذبة الى مياه كبريتية الى مياه تحمل رمال
5- تغير المصدر المائي من تدفق /75/م3/سا الى /45/ م3/سا
6- أي تبديلات أخر
سابعا" : برمجة الري
ان برمجة الري أمر هام وضروري . لأن معظم تدفق المصادر المائية لا يكفي لري كافة مساحة المشروع جميعه دفعة واحدة. لذلك لابد من وضع برنامج للري. يحدد فيه ساعات الري اليومية لكل وحدة ري .إذا كان المصدر المائي خاص بمزارع واحد .أما إذا كان مصدر الماء يروي مشاريع عدة مزارعين ( مشروع الباب تادف ) فلا بد من وضع برنامج للري يحدد ساعات الى لكل مزارع وفق مساحته ووفق المحصول المزروع .وتوزيع ساعات الري المخصصة لكل مزارع على وحدات الري التابعة له .
بالاعتماد على المثال السابق فقد حصلنا على الزمن اللازم لري وحدة الري الواحدة في شهر تموز 1/ساعة و 30 دقيقة وان عدد وحدات الري حسب التصميم المقترح هو /8/ وحدات ري ووفق هذه المعلومات نستطيع اقتراح البرنامج التالي لري محصول القطن ويترك الزمن الباقي لري باقي المحاصيل المزروعة وفق الدورة الزراعية :
الزمن التراكمي ساعة انتهاء الري ساعة بدء الري التدفق اللازم رقم الوحدة 1.30 7.30 6 صباحا 40/م3/سا 1 3.0 9.0 7.30 40/م3/سا 2 4.30 10.30 9.0 40/م3/سا 3 6.0 12.0 10.3 40/م3/سا 4 7.30 13.30 12.0 40/م3/سا 5 9.0 15.0 13.30 40/م3/سا 6 10.30 16.30 15.0 40/م3/سا 7 12 18.0 16.3 40/م3/سا 8
مواضيع مشابهة:
اقتباس