ΑΡΔΕΥΣΕΙΣ Σημειώσεις και ασκήσεις. Σημειώσεις για το Β μέρος του μαθήματος Γεωργικά Μηχανήματα Αρδεύσεις του ΤΕΙ Δυτ. Μακεδονίας.

Transcript

1 ΑΡΔΕΥΣΕΙΣ Σημειώσεις και ασκήσεις Σημειώσεις για το Β μέρος του μαθήματος Γεωργικά Μηχανήματα Αρδεύσεις του ΤΕΙ Δυτ. Μακεδονίας. Βασίλειος Άμπας Γεωπόνος M.Sc., Ph.D. Φλώρινα 2017

2 Γενικά Η άρδευση εφαρμόστηκε από τον άνθρωπο εδώ και αρκετές χιλιάδες χρόνια, αν και μόνο τον τελευταίο αιώνα έγιναν εντατικές μελέτες πάνω στις σχέσεις νερού εδάφους φυτού. Η υπεράρδευση μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες μεγάλων ποσοτήτων νερού, έκπλυση θρεπτικών στοιχείων του εδάφους και μείωση της εδαφικής παραγωγικότητας. Επίσης η ανεπαρκής άρδευση μπορεί να οδηγήσει σε μείωση της παραγωγής. Το αρδευτικό νερό γίνεται όλο και πιο πολύτιμο, λόγω του αυξανόμενου κόστους των αρδευτικών έργων και της περιορισμένης διαθεσιμότητας νερού καλής ποιότητας. Έτσι λοιπόν πρέπει να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο θα αποφύγουμε τις υπερβολικές απώλειες αρδευτικού νερού, για να εμποδίσουμε την υποβάθμιση του εδάφους και να συμβάλουμε στη βελτίωση του για την επίτευξη του μέγιστου της παραγωγής. Το έδαφος είναι ένα πολύπλοκο σύστημα αποτελούμενο από στερεά, υγρά και αέρια υλικά. Το ορυκτό τμήμα αποτελείται από τεμαχίδια διαφόρων μεγεθών, σχημάτων και χημικής σύνθεσης. Τα εδάφη έχουν οριζόντιες στρώσεις, οι οποίες δημιουργούν την εδαφική κατατομή. Η εδαφική κατατομή ή προφίλ αποτελείται από: το επιφανειακό στρώμα (0-30 cm) το υπέδαφος (30-90 cm) και το υπόστρωμα ( cm) Η κατάταξη ενός εδάφους σε μια κατηγορία μηχανικής σύστασης γίνεται με βάση τα δεδομένα της μηχανικής ανάλυσης. Για την κατάταξη αυτή χρησιμοποιούμε τα κατά βάρος ποσοστά σε δυο από τα τρία βασικά κλάσματα μηχανικής σύστασης: άμμος, ιλύς, άργιλος. Η αναλογία με την οποία βρίσκονται τα τεμαχίδια του εδάφους στις διαφόρου διαμέτρου ομάδες καθορίζει τη μηχανική σύσταση ή υφή του εδάφους. Οργανικά εδάφη: τέτοια είναι τα εδάφη που περιέχουν οργανική ουσία σε ποσοστό από 20% μέχρι 95%. Οργανικά εδάφη στα οποία η αποσύνθεση είναι πολύ προχωρημένη λέγονται χουμώδη και παρουσιάζουν άριστες συνθήκες κινήσεως και αποθηκεύσεως του νερού. 2

3 ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ & ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ Πραγματικό ειδικό βάρος ορίζεται το βάρος των στερεών συστατικών του εδάφους προς τον ολικό όγκο των στερεών συστατικών του εδάφους (χωρίς πόρους). Το ειδικό βάρος των στερεών σωματιδίων αναφέρεται ως πραγματικό ειδικό βάρος. Βs Πεβ = s Φαινόμενο ειδικό βάρος ορίζεται το βάρος των στερεών συστατικών του εδάφους προς τον ολικό όγκο εδάφους και πόρων. (Το ειδικό βάρος του εδάφους μαζί με τους Βs γεμάτους με αέρα πόρους) Φεβ = t Το φαινόμενο ειδικό βάρος εξαρτάται από τη μηχανική σύσταση, το ποσοστό της περιεχόμενης οργανικής ουσίας, τη δομή και το βαθμό συμπίεσης του εδάφους. Το ποσοστό του όγκου του εδάφους που δεν καταλαμβάνεται από τα στερεά συστατικά ορίζει το ολικό πορώδες ή βαθμό πορώδους. Το πορώδες εκφράζει την αναλογία του όγκου των πόρων προς τον όγκο του εδάφους. Π% = t 100 Φ Π% = 1 Π εβ εβ *100 Το Π εβ είναι σταθερό, οπότε όσο μεγαλώνει το πορώδες τόσο μικραίνει το Φ εβ. Να δείξετε ότι Φ εβ ΑΣΚΗΣΗ 1 η Βs Βs = ( 1 Π) Πεβ όταν Πεβ =, Φ εβ = s t και Π =. t ΑΣΚΗΣΗ 2 η Να υπολογίσετε το φαινόμενο ειδικό βάρος του εδάφους εάν γνωρίζετε ότι το ξηρό βάρος αδιατάρακτου δείγματος εδάφους, όγκου 150 cm 3, στη φυσική του κατάσταση, προσδιορίσθηκε εργαστηριακά ίσο προς 250 gr. Εάν το πραγματικό ειδικό βάρος του εδάφους είναι ίσο με 3,34 gr/cm 3, πόσο είναι το πορώδες του εδάφους. ΛΥΣΗ 3

4 ΕΔΑΦΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ Το έδαφος είναι ένα πορώδες υλικό που αποτελείται από τεμαχίδια διαφόρων μεγεθών που βρίσκονται το ένα κοντά στο άλλο που αφήνουν όμως κενούς χώρους μεταξύ τους. Οι χώροι αυτοί είναι γνωστοί ως πόροι και για τα περισσότερα εδάφη αποτελούν το 40-60% του συνολικού εδαφικού όγκου. Μέσα στους εδαφικούς πόρους βρίσκεται σχεδόν πάντα νερό, ανάλογα με την ποσότητα του νερού που βρίσκεται στο έδαφος, διακρίνονται και διάφορες υγρασιακές καταστάσεις. Y Y ξβ υβ Η εδαφική υγρασία μπορεί να εκφραστεί με διάφορους τρόπους : Υγρασία ξηρού βάρους. B = 100 υε B B ξε ξε Y ξβ Β υε = βάρος υγρού εδάφους. Β ξε = βάρος ξηρού εδάφους. B = 100 B Β W = βάρος περιεχόμενης υγρασίας εδάφους. Υγρασία υγρού βάρους. B = 100 ξε B B υε υε Υγρασία κατ όγκο Y υβ B = 100 B ξε υε υε ξε 1 Y 1 Y W Y % = 100 W = όγκος εδαφικού νερού t Βαθμός κορεσμού = t υβ ξβ B = 100 B B = 100 B συνολικός όγκος αδιατάρακτου εδάφους W Y k % = 100 = όγκος πόρων εδάφους Ισοδύναμο πάχος υδάτινου στρώματος W υε W ξε Y h = W H Η= βάθος εδάφους t Όταν όλοι οι πόροι του εδάφους, μικροί και μεγάλοι, είναι γεμάτοι με νερό λέμε ότι το έδαφος έφτασε στον κορεσμό. Το νερό που στραγγίζει ελεύθερα από τους 4

5 πόρους του εδάφους μόνο με την επίδραση της βαρύτητας ονομάζεται νερό βαρύτητας ή ελεύθερο νερό. Το νερό που μένει στο έδαφος μετά την απομάκρυνση και του ελεύθερου νερού ονομάζεται τριχοειδές νερό και πρακτικά είναι αυτό που χρησιμοποιείται από τις καλλιέργειες. Το νερό που μένει μετά την απομάκρυνση και του τριχοειδούς νερού ονομάζεται υγροσκοπικό νερό, στο νερό αυτό ασκείται μεγάλη τάση δηλαδή συγκρατείται πολύ ισχυρά από τα εδαφικά τεμαχίδια. Για να γίνει δυνατή η εκτίμηση της ποσότητας νερού που μπορεί να συγκρατήσει ένα έδαφος κάτω από διάφορες τάσεις, πρέπει να κατασκευαστούν οι καμπύλες υγρασίας- τάσεως ή χαρακτηριστικές καμπύλες. Τάση εδαφικής υγρασίας Υγρασία Αμμώδες Πηλώδες Αργιλλώδες 0, ,5 13, ,3 12, ,1 12,5 21, , Χαρακτηριστικές καμπύλες εδαφικής υγρασίας Αμμώδες Πηλώδες Αργιλλώδες Υγρασία, % Τάση εδαφικής υγρασίας, atm 5

6 Υδατοϊκανότητα: Είναι η υγρασία που συγκρατεί ένα βαθύ, ομοιόμορφο και καλά στραγγιζόμενο έδαφος μετά την απομάκρυνση του ελεύθερου νερού. Η υγρασία του εδάφους θεωρείται ότι φθάνει στην υδατοϊκανότητα τρεις με πέντε ημέρες μετά από βροχή ή άρδευση. Σημείο μόνιμης μαράνσεως: Εάν η υδατοϊκανότητα αποτελεί το άνω όριο της χρήσιμης για τα φυτά υγρασίας, το αντίστοιχο κάτω όριο της είναι το σημείο μόνιμης μαράνσεως. Τα φυτά δεν μπορούν να πάρουν από το έδαφος το νερό που χρειάζονται και αρχίζουν να μαραίνονται. Κορεσμένο έδαφος Υδατοϊκανότητα Σημείο μόνιμης μαράνσεως Διαθέσιμη υγρασία: Είναι η υγρασία ανάμεσα στο σημείο μαράνσεως και την υδατοϊκανότητα, αποτελεί την υγρασία που μπορεί να διαθέσει ένα έδαφος στα φυτά. Y Y δ ξβ δ = B = 100 B Y i Σ 100 µ W ξε εβ Φ Β ρ Υ δ = διαθέσιμη υγρασία, Υ i = υδατοϊκανότητα, Σ μ = σημείο μόνιμης μάρανσης, Φ εβ = φαινόμενο ειδικό βάρος, Β ρ = βάθος ριζοστρώματος Εάν έχουμε έδαφος με στρώσεις Y δ = n j= Y ij Σ µ j Φ H, H = B εβ j j j Ωφέλιμη υγρασία: είναι η υγρασία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κανονική ανάπτυξη και απόδοση των καλλιεργειών και είναι κλάσμα της διαθέσιμης υγρασίας, το μέγεθος του οποίου εξαρτάται από συνδυασμό των φυτικών, εδαφικών και κλιματικών συνθηκών που επικρατούν σε μια περιοχή. Υ ω =Υ δ x Ε ω, Ε ω : συντελεστής ωφελιμότητας, Υ ω :ωφέλιμη υγρασία. ρ 6

7 7

8 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1 ο Αδιατάρακτο δείγμα εδάφους όγκου 50ml και ύψους 10 cm κορένεται και το βάρους του είναι 92.5gr. Το δείγμα αφήνεται 2 μέρες να στραγγίσει και το βάρος γίνεται 87.75gr. Μετά εφαρμόζεται πίεση 15Atm και το βάρος γίνεται 72.9gr. Μετά από ξήρανση του στους 105oC για 24 ώρες γίνεται 67.5gr. 1. Υπολογίστε το φαινόμενο ειδικό βάρος. 2. Υπολογίστε το πορώδες του εδάφους. 3. Να εκφράσετε την εδαφική υγρασία στην υδατοϊκανότητα και στο σημείο μάρανσης σε: α) επί τις εκατό ξηρού βάρους εδάφους, β) επί τις εκατό όγκου εδάφους. γ) ισοδύναμο ύψος νερού, δ) τον βαθμό κορεσμού. 4. Υπολογίστε τη διαθέσιμη και την ωφέλιμη υγρασία του εδάφους. Δίνονται συντελεστής ωφελιμότητας 0.60, πραγματικό ειδικό βάρος 2,7gr/ml. 1. Φ.Ε.Β. = 67.5/50=1.35gr/ml 2. Π% = (1-Φ.Ε.Β./Π.Ε.Β.)100=50% 3. Λύση υδατοϊκανότητα Σ.Μ.Μ. γρ νερού = =5.4 α) 20.25/67.5=30 % κ.β. 5.4/67.5=8 % κ.β. β) 20.25/50=40.5 % κ.ο. 5.4/50=10.8% κ.o. γ) 20.25/50*100=40.5mm 5.4/50*100=10.8mm δ) 20.25/25=81% 5.4/25=21.6% Υδ ΣΜΜ 30 8 Υδ = ΦΕΒ = = Υω=0.6*29.7=17.58mm ή m 3 /στρ 8

9 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2 ο Ένα χωράφι, στο οποίο θέλουμε να καλλιεργήσουμε καλαμπόκι, του οποίου το ριζικό σύστημα φτάνει στο 1μ, μετά από ανάλυση του εδάφους διαπιστώθηκε ότι αποτελείται από τέσσερεις διαφορετικές στρώσεις. Οι τιμές των παραμέτρων για τις διάφορες στρώσεις δίνονται στον παρακάτω πίνακα: Στρώση (cm) Υδατοϊκανότητα% κ.β. Σ. Μ. Μάρανσης % κ.β. Φ. Ε. Β.gr/ml % κ.β. 10% κ.β % κ.β. 18% κ.β % κ.β. 14% κ.β % κ.β. 13% κ.β Οι συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή είναι σημαντικά περιοριστικοί της ωφέλιμης υγρασίας έτσι που ο συντελεστής ωφελιμότητας διαμορφώνεται στο επίπεδο του 0.4. Ποια είναι η διαθέσιμη και η ωφέλιμη υγρασία του εδάφους; Ποια είναι η δόση άρδευσης σε m 3 /στρ αν κάθε άρδευση γίνει όταν εξαντλείται το 95% της ωφέλιμης υγρασίας και ο συντελεστής αποδοτικότητας της αρδευσης είναι 85%; Λύση Υ δ = 4 i= 1 Υ δ ΣΜΜ 100 ΦΕΒ d i = * * * *100 = = 179.9mm Υω=0.4*179.9=72mm ή m 3 /στρ Δο = 72/0.85*95% = 80.5mm ή m 3 /στρ 9

10 ΑΣΚΗΣΗ 3 η Ένας γεωργός, θέλει να καλλιεργήσει αραβόσιτο σε ένα από τα χωράφια του 15 στρεμμάτων και από την ανάλυση του εδάφους, διαπιστώθηκε ότι είναι ομοιόμορφο μέχρι το βάθος των 110 cm και προσδιορίσθηκαν τα εξής χαρακτηριστικά του: υδατοϊκανότητα 18% κ.β. εδάφους, σημείο μάρανσης 8% κ.β. ξηρού εδάφους και φαινόμενο ειδικό βάρος 1.2 gr/ml. Εάν σας είναι γνωστό ότι το αποτελεσματικό ριζόστρωμα της καλλιέργειας φτάνει στο βάθος των 70 cm, ο συντελεστή ωφελιμότητας παίρνει την τιμή 0.65 και ο βαθμός απόδοσης της άρδευσης είναι ίσος με 65%. Να υπολογίσετε την διαθέσιμη και την ωφέλιμη για τα φυτά υγρασία του εδάφους, την δόση άρδευσης σε mm και σε m 3 /στρέμμα και τέλος τον όγκο νερού που απαιτείται για μια άρδευση. ΛΥΣΗ 10

11 ΑΣΚΗΣΗ 4 η Σε ομογενές και ομοιόμορφο έδαφος η υδατοϊκανότητα βρέθηκε ίση με 25% κ.β., το σημείο μόνιμης μαράνσεως ίσο με 10% κ.β., το φαινόμενο ειδικό βάρος ίσο με 1,40 gr/ml και το βάθος του ριζοστρώματος της καλλιέργειας μας φθάνει μέχρι τα 90 cm. Εάν ο συντελεστής ωφελιμότητας είναι ίσος με 0.50, να βρείτε την διαθέσιμη και την ωφέλιμη υγρασία του εδάφους. Εάν είναι γνωστό ότι η αρδευτική περίοδος είναι ίση με 150 ημέρες, η μέση ημερήσια εξατμισοδιαπνοή είναι ίση με 3mm/ ημέρα και η αποδοτικότητα εφαρμογής του νερού ίση με 0.70, να βρείτε την αρδευτική δόση, το εύρος αρδεύσεως και τον αριθμό των αρδεύσεων σε μια καλλιεργητική περίοδο. ΛΥΣΗ 11

12 ΑΣΚΗΣΗ 5 η Αδιατάραχτο έδαφος, βρίσκεται σε κατάσταση κορεσμού και έχει βάρος 60 gr και όγκο 50 ml, μετά από τρεις ημέρες στράγγισης του νερού, το βάρος του γίνεται 50 gr. Μετά την εφαρμογή πίεσης 15 atm, το βάρος του γίνεται 40 gr και μετά από ξήρανση του σε κλίβανο, σε θερμοκρασία o C γίνεται 30 gr. α) Να υπολογίσετε το πορώδες του εδάφους και το φαινόμενο ειδικό βάρος. β) Να εκφράσετε την εδαφική υγρασία στην υδατοϊκανότητα και στο σημείο μόνιμης μαράνσεως σε: επί τις εκατό ξηρού βάρους εδάφους επί τις εκατό όγκου εδάφους, ισοδύναμο ύψος νερού, για βάθος 20cm τον βαθμό κορεσμού. γ) Να υπολογίσετε τη διαθέσιμη και την ωφέλιμη υγρασία του εδάφους, εάν γνωρίζετε ότι ο συντελεστής ωφελιμότητας είναι 0,50 και το πραγματικό ειδικό βάρος είναι 1,2 gr/ml. ΛΥΣΗ γρ νερού α) β) γ) δ) Υδατοϊκανότητα Σ.Μ.Μ. Υδ = Υω= 12

13 ΑΣΚΗΣΗ 6 η Ένας γεωργός, πρόκειται να καλλιεργήσει ένα από τα χωράφια του με βαμβάκι. Το έδαφος του χωραφιού αποτελείται από διάφορες στρώσεις, των οποίων η υδατοϊκανότητα, το σημείο μόνιμης μαράνσεως και το φαινόμενο ειδικό βάρος δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Στρώση, cm Υδατοϊκανότητα % κ.β. Σ. Μ. Μαράνσεως % κ.β. Φαινόμενο ειδικό βάρος,gr/cm , , , ,40 Οι συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή, διαμορφώνουν το ριζόστρωμα μέχρι το 1,0 m και είναι σημαντικά περιοριστικές της ωφέλιμης υγρασίας, έτσι που ο συντελεστής ωφελιμότητας διαμορφώνεται στο επίπεδο του 0,50. Να υπολογίσετε την διαθέσιμη και την ωφέλιμη υγρασία του εδάφους. ΛΥΣΗ 13

14 ΑΣΚΗΣΗ 7 η Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται οι καμπύλες υγρασίας τριών διαφορετικών εδαφών. Αφού βρείτε και για τα τρία εδάφη την υγρασία στην υδατοϊκανότητα και στο σημείο μόνιμης μάρανσης (εκφρασμένη % ξηρού βάρος και % κατ' όγκου) να υπολογίσεται την διαθέσιμη υγρασία ανά μέτρο βάθους και για τα τρία εδάφη και να εξηγήσετε θεωρητικά τις διαφορές της διαθέσιμης υγρασίας που βρήκατε. Εδαφική υγρασία % ξηρού βάρους Αργιλος Αμμοπ ηλώδες Αμμος Τάση (atm) Δίνεται Φ.Ε.Β. για άργιλλο, αμμοπηλώδες, άμμο είναι αντίστοιχα 1.3gr/ml, 1.45gr/ml, 1,65gr/ml. 14

15 ΔΙΗΘΗΣΗ Η διείσδυση του νερού στο έδαφος εξαρτάται από την κατάσταση της επιφάνειας, τη δομή και την υφή, τη σε βάθος ομοιογένεια και στα αρχικά στάδια από την εδαφική υγρασία, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διήθηση. Όταν το έδαφος είναι ξερό και δέχεται στην επιφάνεια του νερό, τότε διαμορφώνεται μια σαφής διαχωριστική επιφάνεια ανάμεσα στο έδαφος που έχει υγρανθεί και στο ξερό έδαφος. Η επιφάνεια αυτή φαίνεται χαρακτηριστικά σε διάγραμμα που ακολουθεί. Η διαχωριστική αυτή επιφάνεια ονομάζεται υγρό μέτωπο ή μέτωπο προσπελάσεως. Η υγρή περιοχή ονομάζεται ζώνη μεταφοράς. Η ταχύτητα με την οποία διηθείται το νερό στο έδαφος στην αρχή του φαινομένου είναι μεγάλη και ονομάζεται αρχική Κατανομή της υγρασίας στο εδαφικό προφίλ κατά τη διάρκεια της διήθησης. διηθητικότητα. Με την πάροδο του χρόνου ελαττώνεται σημαντικά μέχρι κάποιο όριο που από εκεί και πέρα είναι σταθερή και ονομάζεται τελική ή βασική διηθητικότητα. Η διηθητικότητα σε οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια του φαινομένου ονομάζεται στιγμιαία διηθητικότητα. Σε γραφική παράσταση που ακολουθεί μπορούμε να διακρίνουμε όλες τις διηθητικότητες. Παράγοντες που επηρεάζουν τη διηθητικότητα σε ένα χωράφι: Η στεγανοποίηση της επιφάνειας του εδάφους Η δημιουργία υπεδάφιας αδιαπέρατης στρώσης Η προσθήκη οργανικών υλικών Οι εδαφοκαλλιεργητικές εργασίες 15

16 Τα φερτά υλικά του αρδευτικού νερού Η διάβρωση του εδάφους Η ισοπέδωση του εδάφους Η περιεκτικότητα του αρδευτικού νερού σε άλατα Η θερμοκρασία του νερού. Χρόνος Τυπικές καμπύλες στιγμιαίας και αθροιστικής διηθητικότητας Η μέτρηση της κατακόρυφης διηθητικότητας γίνεται με τη συσκευή που είναι γνωστή ως συσκευή ομόκεντρων κυλίνδρων. Η συσκευή αποτελείται από δυο μεταλλικούς κυλίνδρους ύψους cm που τοποθετούνται στο έδαφος ομοαξονικά ο ένας μέσα στον άλλο σε βάθος 10 15cm ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του εδάφους. Ο χώρος που διαμορφώνεται ανάμεσα στον Διηθητόμετρο ομόκεντρων κυλίνδρων έδαφος εξωτερικό και τον εσωτερικό κύλινδρο πάνω από την επιφάνεια του εδάφους και ο χώρος μέσα στον εσωτερικό κύλινδρο γεμίζονται ταυτόχρονα με νερό μέχρι cm και σε ειδικό έντυπο παρακολουθείται η πτώση της στάθμης στον εσωτερικό κύλινδρο και ο αντίστοιχος χρόνος. Ακολουθούν μια σειρά από πράξεις που θα δούμε παρακάτω για να προσδιορισθεί η διηθητικότητα του εδάφους. 16

17 Εμπειρικές μέθοδοι Ο Kostiakov παρατήρησε ότι η διήθηση ακολουθεί κάποιο εκθετικό νόμο και έδωσε τη σχέση I=k t b I είναι η αθροιστική διηθητικότητα σε mm, k,b είναι σταθερές, t είναι ο χρόνος σε min Η στιγμιαία διηθητικότητα προκύπτει από την παραγώγιση της παραπάνω σχέσης και έχουμε: i = b k t b-1, 0<b<1 i είναι η στιγμιαία διηθητικότητα σε mm/min, t ο χρόνος σε min Για τον υπολογισμό των k και b θα εφαρμόσουμε την αναλυτική μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων ή τη γραφική μέθοδο. Η μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων υπολογίζει τις σταθερές k και b από τους τύπους: Log I = logk +b logt n n log k = log Ii b logti / n i= 1 i= 1 n n n n (log Ii)(logti ) (log Ii) (logti ) i= 1 i= 1 i= 1 b = n n 2 2 n (logt ) ( logt ) i i= 1 i= 1 i Στη γραφική μέθοδο, παίρνουμε ένα λογαριθμικό χαρτί, όπου ο οριζόντιος είναι ο άξονας του χρόνου και ο κατακόρυφος είναι ο άξονας της διηθητικότητας. Στο διάγραμμα εντοπίζονται και τοποθετούνται τα σημεία που αντιστοιχούν στα στοιχεία των παρατηρήσεων, όπως αυτά διαμορφώθηκαν στο ειδικό έντυπο. Στα σημεία αυτά προσαρμόζεται μια ευθεία γραμμή που αντιπροσωπεύει την καμπύλη της αθροιστικής διηθητικότητας. Η τομή της ευθείας αυτής με τον κατακόρυφο άξονα προσδιορίζει τη σταθερή k και η κλίση της τον εκθέτη b. Ακολουθεί διάγραμμα με τον προσδιορισμό των δύο συντελεστών. Η μέθοδος περιγράφεται αναλυτικά σε παράδειγμα που ακολουθεί. Ο ρυθμός διήθησης του νερού στο έδαφος, εξαρτάται και από την από τον τρόπο εφαρμογής. Διαφορετικές μέθοδοι άρδευσης έχουν διαφορετική διηθητικότητα. Μόνο η άρδευση με κατάκλιση ή περιορισμένη διάχυση έχουν κατακόρυφη κίνηση του νερού στο έδαφος, σε όλες τις άλλες μεθόδους άρδευσης η κίνηση του νερού στο έδαφος είναι κατακόρυφη και πλευρική. Όπως διακρίνεται και στις παρακάτω εικόνες 17

18 κατά την άρδευση με αυλάκια ή με σταγόνες υπάρχει και σημαντική πλευρική κίνηση. Κατά την άρδευση, ο ρυθμός εφαρμογής του νερού πρέπει να είναι μικρότερος από την βασική διηθητικότητα του εδάφους γιατί αλλιώς το νερό θα λιμνάσει στην επιφάνειά του. Ο καταιονισμός και οι τοπικές μέθοδοι άρδευσης εφαρμόζουν το νερό με συνθήκες ακόρεστης ροής, έτσι η διηθητικότητα δεν φτάνει ποτέ στην ελάχιστη τιμή της (βασική διηθητικότητα). Στην άρδευση με αυλάκια υπάρχουν σχέσεις από την Soil Conservation Service που μετατρέπουν την κατακόρυφη βασική διηθητικότητα στην πραγματική διηθητικότητα με την χρήση υδραυλικών χαρακτηριστικών του εδάφους. Άρα η βασική κατακόρυφη αποτελεί την κρίσιμη τιμή στο σχεδιασμό της άρδευσης, γι αυτό και οι μετρήσεις που γίνονται αλλά και οι βιβλιογραφικές αναφορές δίνονται για τη βασική διηθητικότητα. Ως προς τη βασική διηθητικότητα διακρίνονται επτά (7) κατηγορίες : Πολύ βραδεία < 0,1 cm / hr Βραδεία 0,1-0,5 cm / hr Μετρίως βραδεία 0,5 2,0 cm / hr Μέτρια 2,0 6,5 cm / hr Μετρίως Ταχεία 6,5 12,5 cm / hr Ταχεία 12,5 25,0 cm / hr Πολύ Ταχεία > 25 cm / hr Αν αυτή δεν είναι γνωστή αλλά δίνεται ο τύπος του εδάφους, τότε οι τιμές της βασικής διηθητικότητας εκτιμούνται κατά προσέγγιση: i = 1-3 mm/hr για συνεκτικά εδάφη i = 4-7 mm/hr για μέσα εδάφη. i = 8-10 mm/hr για ελαφρά εδάφη. 18

19 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 3 ο Σ ένα έδαφος μέσης σύστασης, έγινε μέτρηση της διηθητικότητας με τη μέθοδο των ομόκεντρων κυλίνδρων και ο παρατηρητής κατέγραψε τις μετρήσεις στον Πίνακα που φαίνεται παρακάτω. Να υπολογισθούν οι παράμετροι της εξίσωσης της αθροιστικής διηθητικότητας k και b στην σχέση του Kostiakov, με την αναλυτική μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων και τη γραφική μέθοδο και να σχεδιάσετε την εξίσωση της στιγμιαίας διηθητικότητας στο ίδιο λογαριθμικό χαρτί. ti Ii logti logii logtilogii (logti) 2 I υπολογ Σ= b = n i 1 n i= 1 n i) i= 1 2 n log(ii)log(ti) log(i log(ti) = b=0.455 n 2 n log(ti) log(ti) i= 1 i= 1 n n log(ii) b log(ti) log K = i= 1 i= 1 log k = k=4.179 n Οπότε η εξίσωση της αθροιστικής διηθητικότητας είναι η εξής: I = k t b I = t

20 di dt Η εξίσωση της στιγμιαίας διηθητικότητας είναι: = ,455 t ( ) di dt = 1.9 t mm / min I Iυπολογ Διάγραμμα της Αθροιστικής διηθητικότητας με το χρόνο, για τα δεδομένα του πίνακα και η προσαρμοσμένη υπολογισμένη αθροιστικότητα για τις τιμές b και k που υπολογίστηκαν από την αναλυτική σχέση I Iυπολογ Λογαριθμικό διάγραμμα της αθροιστικής διηθητικότητας με το χρόνο, για τα δεδομένα του πίνακα και η προσαρμοσμένη υπολογισμένη αθροιστικότητα για τις τιμές b και k που υπολογίστηκαν από την αναλυτική σχέση. 20

21 21

22 22

23 ΑΣΚΗΣΗ 8 η Γράψτε την σχέση του Kostiakov υπολογίζοντας τους συντελεστές της σχέσης με την αναλυτική μέθοδο χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. ti Ii logti logii (logti) 2 logtilogii

24 ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΝΕΡΟΥ ΑΠΟ ΤΙΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ Από τα στόματα των φύλλων όταν είναι ανοικτά το νερό κινείται με τη μορφή υδρατμών προς την ατμόσφαιρα. Νερό επίσης χάνεται από το χωράφι με τη διαδικασία της εξατμίσεως από την επιφάνεια του εδάφους, όταν αυτή είναι υγρή. Επίσης μετά από βροχή ή άρδευση με καταιονισμό, το νερό που συγκρατείται από τα υπέργεια μέρη του φυτού εξατμίζεται και αυτό προς την ατμόσφαιρα. Το νερό που απομακρύνεται από το χωράφι με όλες τις διαδικασίες αναφέρεται σαν εξατμισοδιαπνοή. Φυτικοί παράγοντες που επηρεάζουν την εξατμισοδιαπνοή είναι: Το είδος του φυτού. Η ανακλαστικότητα του φυλλώματος. Το ποσοστό καλύψεως του εδάφους από το φύλλωμα. Το ύψος των φυτών. Το βάθος και η πυκνότητα του ριζικού συστήματος. Το στάδιο αναπτύξεως της καλλιέργειας. Κλιματικοί παράγοντες που επηρεάζουν την εξατμισοδιαπνοή είναι: Η διαθεσιμότητα της ενέργειας. Η αεροδυναμική κατάσταση της ατμόσφαιρας. Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας αναφοράς, ET o, είναι η ένταση με την οποία νερό, εφόσον είναι άμεσα διαθέσιμο, απομακρύνεται από τις εδαφικές και φυτικές επιφάνειες μιας καλλιέργειας αναφοράς. Καλλιέργειες αναφοράς είναι ο χορτοτάπητας με ομοιόμορφο ύψος 8-15 cm ή η μηδική με μέσο ύψος 50 cm. Οι επιφάνειες των φύλλων της καλλιέργειας αναφοράς, τυπικά, δεν είναι υγρές. Η εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας αναφοράς ή, απλώς, εξατμισοδιαπνοή αναφοράς, εκφράζεται είτε σαν ροή λανθάνουσας θερμότητας ανά μονάδα επιφάνειας, λετ o, είτε σαν ισοδύναμο πάχος εξατμιζόμενου νερού ανά μονάδα χρόνου. Εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας, ET c, είναι η ένταση με την οποία νερό, εφ' όσον είναι άμεσα διαθέσιμο, απομακρύνεται από τις εδαφικές και φυτικές επιφάνειες μιας 24

25 καλλιέργειας που αναπτύσσεται δυναμικά (είναι δηλαδή ελεύθερη από ασθένειες και οποιουσδήποτε άλλους παράγοντες ανασχετικούς της ανάπτυξης και έχει στη διάθεση της όλα τα απαιτούμενα θρεπτικά συστατικά) και επιτυγχάνει το μέγιστο της ανάπτυξης και απόδοσης κάτω από τις επικρατούσες συνθήκες του περιβάλλοντος στο οποίο αναπτύσσεται. Η συνήθης έκφρασή της είναι σε ισοδύναμο πάχος εξατμιζόμενου νερού ανά μονάδα χρόνου. Πολλές φορές η ET c αναφέρεται και σαν μέγιστη εξατμισοδιαπνοή, ET max. Μέθοδος Blaney - Criddle Η μηνιαία εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται από τη σχέση [ c 816. ] [ ] ET = k f ET = k t + p m m c f = t + p όπου: ΕT m = μηνιαία εξατμισοδιαπνοή σε mm. k= μηνιαίος φυτικός συντελεστής. f= μηνιαίος κλιματικός παράγοντας εξατμισοδιαπνοής σε mm ή m 3 / στρέμ. p= μηνιαίο ποσοστό ωρών ημέρας σε σχέση με το σύνολο ωρών ημέρας του έτους. t c = μέση μηνιαία θερμοκρασία αέρα σε o C. Η Soil Consernation Service για τον υπολογισμό του μηνιαίου φυτικού συντελεστή χρησιμοποιεί τον τύπο: k = k k t c k t = 0,0311 * t + 0,242, t= μέση θερμοκρασία του αέρα κάθε μήνα k c = συντελεστής που διαφέρει από καλλιέργεια σε καλλιέργεια και κατά τα διάφορα στάδια της βλαστικής περιόδου για την ίδια καλλιέργεια. Τροποποιημένη μέθοδος των Blaney - Criddle. ΕT ο = a + b F mm/ ημέρα F = 0. 46t p [ c ] n a = RH 0, 0043 min 1, 41 N ΕΤ ο = βασική εξατμισοδιαπνοή σε mm/ ημέρα. RΗ min = η μέση ελάχιστη ημερήσια σχετική υγρασία του αέρα ως ποσοστό %. n = η πραγματική ηλιοφάνεια σε ώρες / ημέρα. Ν = η θεωρητική ηλιοφάνεια σε ώρες / ημέρα p = είναι το ποσοστό ωρών ημέρας του μήνα προς τις ώρες ημέρας του έτους, δίνεται από πίνακα. 25

26 b = είναι συντελεστής που δίνεται από Πίνακα σαν συνάρτηση της ελάχιστης σχετικής υγρασίας, της σχετικής ηλιοφάνειας και της ταχύτητας του ανέμου κατά τη διάρκεια της ημέρας. Για τον υπολογισμό του b οι Frevert et al. (1983) έδωσαν τη σχέση: b = RH min n/N U d RH min n/n RH min U d Ο Αμπας (2010) για πραγματικά δεδομένα, έδωσε τη σχέση: b = n/n RH min U d RH min n/n RH min U d Μετά τον υπολογισμό της βασικής εξατμισοδιαπνοής, η πραγματική εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται από τη σχέση: ET = K ET c c o όπου Κ c είναι ο φυτικός συντελεστής. ΜΕΘΟΔΟΣ PENMAN - MONTEITH Επιτροπή Ειδικών του F.A.O όρισε ως μέθοδο υπολογισμού της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς τη σχέση που αναφέρεται σαν συνδυασμένη μέθοδος FAO Penman- Monteith, ή FAO 56 Penman-Monteith ή ASCE-FAO Penman-Monteith ή ASCE Standardized Penman-Monteith ή A.S.CE.70 Penman-Monteith. ETo Δ(R n G) + γ (es ea ) = Τ Δ + γ( U2) όπου ET ο είναι η εξατμισοδιαπνοή αναφοράς χορτοτάπητα σε mm d -1, R n -G είναι σε MJ m -2 d -1, Τ είναι η μέση ημερήσια θερμοκρασία σε C, γ και Δ είναι σε kpa oc -1, U 2 είναι η ταχύτητα του ανέμου σε ύψος 2 m σε m s -1, e s και e a είναι σε kpa. ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΟΥ HARGREAVES Το 1975 ο Hargreaves ανέπτυξε μία εμπειρική σχέση για την εξατμισοδιαπνοή που είχε τη μορφή: ET o = R s (T+17.8) 26

27 όπου Τ σε o C και R s σε mm d -1. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία υπολογίζεται από τη σχέση: R s = K Rs (T max - T min ) 0.5 R a / λ Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης, λ = Τ Φυτικοί Παράγοντες - Φυτικοί συντελεστές Είναι προφανές ότι κάθε ένα φυτικό είδος έχει τον δικό του ρυθμό κατανάλωσης του νερού (ανάλογα με το σύστημα των φύλλων του, το ποσοστό κάλυψης του εδάφους, το χρώμα των φύλλων, κ.α.). Αλλά και για το κάθε φυτικό είδος, ο ρυθμός κατανάλωσης του νερού αλλάζει μέσα στην καλλιεργητική περίοδο, καθώς το φυτό αναπτύσσεται. Οι φυτικοί παράγοντες που επηρεάζουν την Μετεωρολογικός Σταθμός στο Αντίγονο Φλώρινας απομάκρυνση του νερού από το έδαφος είναι: Το είδος του φυτού. Η ανακλαστικότητα του φυλλώματος. Το ποσοστό καλύψεως του εδάφους από το φύλλωμα. Το ύψος των φυτών. Το βάθος και η πυκνότητα του ριζικού συστήματος. Το στάδιο αναπτύξεως της καλλιέργειας. Φυσιολογική ανάπτυξη, Ανάπτυξη υπό συνθήκες έλλειψης υγρασίας(στρες). Επειδή το σύνολο των φυτικών παραγόντων δεν είναι άμεσα μετρήσιμο, η επίδραση όλων μαζί συμπεριλαμβάνεται σε έναν φυτικό συντελεστή, που μεταβάλλεται με το χρόνο και δίνεται υπό την μορφή διαγραμμάτων και πινάκων για κάθε καλλιέργεια. Η τυπική μεταβολή του φυτικού συντελεστή είναι αυτή που φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Χαρακτηριστικές τιμές των διαγραμμάτων είναι οι τιμές του φυτικού συντελεστή στην αρχή, στη μέση περίοδο και στο τέλος καθώς και τα χρονικά διαστήματα που ισχύουν 27

28 οι τιμές των συντελεστών. Φύτεμα Άνθηση Καρποφορία Συγκομιδή Αρχικό Ανάπτυξης Μέσης Περιόδου Τελικό φυτικός συντελεστής Μεταβολή του φυτικού συντελεστή ετήσιας καλλιέργειας κατά την βλαστική περίοδο 28

29 Βλαστική περίοδος διαφόρων καλλιεργειών & Τιμές φυτικών συντελεστών Φυτικός Συντελεστής Βλαστική Περίοδος Αρχικός Μέσου Τελικό σταδίου ς 1 η 2 η 3 η 4 η Καρότα 0,7 1,05 0, Σέλινα 0,7 1, Κουνουπίδια 0,7 1,05 0, Μαρούλια 0,7 1,05 0, Κρεμμύδια ξερά 0,7 1,05 0, Σπανάκια 0,7 1 0, Ραδίκια 0,7 0,9 0, Ζαχαρότευτλα 0,35 1,2 0, Φασόλια ξερά 0,4 1,15 0, Φακές 0,4 1,15 0, Μπιζέλια ξερά 0,4 1,15 0, Σόγια 0,4 1,15 0, Αγγούρια 0,4 1 0, Πεπόνια 0,4 1,15 0, Κολοκύθες 0,4 1 0, Κολοκυθάκια 0,4 0,95 0, Μελιτζάνες 0,4 1,05 0, Πιπεριές φρεσκες 0,4 1,05 0, Πατάτες 0,4 1,15 0, Γλυκοπατάτες 0,4 1,15 0, Ντομάτες 0,4 1,2 0, Αγγινάρες 0,9 1,0 0, Σπαράγγια 0,3 0,95 0, Ηλιοτρόπιο 0,35 1,15 0, Κριθάρι, Σίκαλη, Σιτάρι χειμερινό 0,3 1,15 0, Καλαμπόκι 0,3 1,15 0, Καλαμπόκι γλυκό 0,3 1,15 1, Σόργο 0,3 1,00 0, Μηδική 0,4 1,2 1, Τριφύλλι 0,4 1,2 1, Φράουλες 0,4 0,85 0,75 Αμπέλια οινοποιήσιμα 0,3 0,85 0, βατόμουρα 0,3 0,7 0, Αμυγδαλιές, ελεύθερο έδαφος 0,4 0,95 0, Μηλιές, Κερασιές, Ροδακινιές, 0,6 0,95 0,

30 Βερικοκιές με ελεύθερο έδαφος: Αχλαδιές, Δαμασκηνιές με 0,55 0,9 0, ελεύθερο έδαφος Μηλιές, Κερασιές, Ροδακινιές, Βερικοκιές με ενεργό 0,8 1,2 0, υποβλάστηση Αχλαδιές, Δαμασκηνιές με 0,8 1,15 0, ενεργό υποβλάστηση Καρυδιές 0,5 1,1 0,

31 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4 ο Ένα χωράφι βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 40 o, τα μετερεολογικά δεδομένα δίνονται στον πίνακα ενώ ο φυτικός συντελεστής στο διάγραμμα. Τ( ο C) RHmin(%) n(ώρες) V(m/s) Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβιος Χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μέθοδο των Blaney-Criddle να υπολογίσετε την βασική και πραγματική ημερήσια εξατμισοδιαπνοή, καθώς και τη μηνιαία May 15-May 1-Jun 15-Jun 1-Jul 15-Jul 1-Aug 15-Aug 1-Sep 15-Sep ΛΥΣΗ Από πίνακες παίρνουμε τις τιμές Ν, p, b με παρεμβολή: N p n/n b Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος Για τον υπολογισμό του b του μήνα Μαίου έχουμε: V=0m/s = x 124. x 124. = x = = x 137. = x = x = x = x = x V=2m/s = x 144. = x = x

32 = x 159. = 008. x = x = x = x = x παρεμβολή ανάμεσα στις ταχύτητες = b 1278 = 015. b = b Για τον μήνα Ιούλιο το b είναι ο μέσος όρος τεσσάρων τιμών b = = Από τις σχέσεις του παραρτήματος και τα δεδομένα έχω: α F ETo (mm) Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος H πραγματική εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται: k c ETc(mm) ET μην (mm) Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος

33 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5 ο Ένα χωράφι βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 39 o, ενώ για τα μετεωρολογικά δεδομένα της περιοχής έχουμε: Τ( ο C) RH min (%) n(ώρες) V(m/s) Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβιος Ο φυτικός συντελεστής δίνεται στο παρακάτω διάγραμμα: May 15.May 1.Jun 15.Jun 1.Jul 15.Jul Χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μέθοδο των Blaney-Criddle να υπολογίσετε την βασική και πραγματική ημερήσια απαιτεί καλλιέργεια αν η έκταση του χωραφιού είναι 15στρ. 1.Aug 15.Aug 1.Sep 15.Sep εξατμισοδιαπνοή, καθώς και τη μηνιαία. Πόσος είναι ο όγκος του νερού που ΛΥΣΗ T p F Ν n RH min α n/n b ETo Μάιος 17 0,32 5,114 14,35 10, ,981 0,7 1,413 5,2 Ιούνιος 22 0,335 6,124 14,9 11, ,067 0,76 1,517 7,2 Ιούλιος 25 0,33 6,488 14,65 11, ,124 0,8 1,665 8,7 Αύγουστος 24 0,31 5,952 13,65 10, ,081 0,8 1,555 7,2 Σεπτέμβιος 16 0,28 4,346 12,5 7,5 40-1,838 0,6 1,34 4 ETo Kc ETc EΤc(μην) Μάιος 5,2 0,5 2,6 80,6 Ιούνιος 7,2 0,85 6,1 183 Ιούλιος 8,7 1,2 10,4 322,4 Αύγουστος 7,2 1,2 8,6 266,6 Σεπτέμβιος Ο όγκος που απαιτείται είναι mm/στρ και συνολικά 14598m 3 33

34 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 6 ο Σε μια περιοχή με γεωγραφικό πλάτος 40 ο, ένας γεωργός καλλιεργεί αραβόσιτο και θέλει να υπολογίστε την εποχιακή εξατμισοδιαπνοή καθώς και την εξατμισοδιαπνοή κατά το μήνα Ιούλιο. Η μέση θερμοκρασία του αέρα και ο συντελεστής p για τους μήνες Μάιο μέχρι Σεπτέμβριο (βλαστική περίοδος του αραβόσιτου) δίνεται στον παρακάτω πίνακα, επίσης ο φυτικός συντελεστής για τον αραβόσιτο στην συγκεκριμένη περιοχή δίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποια είναι η τιμή του φυτικού συντελεστή (Κ c ) κατά το μήνα Αύγουστο; o C p Μάιος 15 9,99 Ιούνιος 21 10,08 Ιούλιος 23,2 10,34 Αύγουστος 22,5 9,56 Σεπτέμβριος 18,6 8,41 c K ς τή λ ε σ ν τε υ Σ 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Χρόνος εκφρασμένος σαν ποσοστό % της βλαστικής περιόδου ΛΥΣΗ 34

35 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 7 ο Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Hargreaves να υπολογίσετε τη ημερήσια εξατμισοδιαπνοή αναφοράς για την αρδευτική περίοδο Μαΐου Σεπτεμβρίου με τα μετεωρολογικά δεδομένα που δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Για τον Τροπαιούχο Φλώρινας έχουμε Β.Γ.Π. 40 ο και K Rs = ΕΤΗΣΙΟ ΔΕΛΤΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ Μετεωρολογικός Σταθμός Τροπαιούχος Α.Μ. 342 Έτος 2010 Μήνας Σχετική Θερμο Θερμο Θερμο Ηλιοφά Ταχύτητα Βροχή Υγρασία κρασία κρασία κρασία νεια Ανέμου % C (min) o C (max) o (mm) C (hr) (m/s) Ιανουάριος 94,8 2,0-0,8 4,8 2,01 0,40 68,4 Φεβρουάριος 91,1 3,4 0,0 7,8 3,97 0,64 146,2 Μάρτιος 83,4 6,4 1,7 12,1 7,15 0,69 74,2 Απρίλιος 86,8 11,0 6,0 17,0 7,51 0,63 31,6 Μάιος 84,3 15,3 9,4 22,0 9,37 0,65 99,8 Ιούνιος 87,2 18,6 12,5 25,3 9,44 0,51 68,8 Ιούλιος 87,8 20,7 14,8 27,4 10,53 0,53 72,2 Αύγουστος 78,0 22,4 15,6 30,5 11,77 0,64 9 Σεπτέμβριος 86,5 16,6 11,5 23,0 7,55 0,50 50,8 Οκτώβριος 96,1 10,1 6,3 14,9 4,51 0, Νοέμβριος 91,1 10,3 5,6 16,4 5,71 0,58 85 Δεκέμβριος 93,9 2,8-1,2 7,6 4,15 0,59 94,6 M.O. 88,4 11,6 6,8 17,4 7,0 0,6 Άθροισμα 962,6 Ελάχιστο 78,0 2,0 Μέγιστο 96,1 22,4 ΛΥΣΗ Υπολογίζουμε αρχικά την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, R s, από τη σχέση (χωρίς το λ καθώς η εξωγήινη ηλιακή ακτινοβολία, R a, δίνεται σε mm): R s = K Rs (T max - T min ) 0.5 R a Εν συνεχεία υπολογίζουμε την εξατμισοδιαπνοή αναφοράς ET o : ET o = R s (T+17.8) Μήνας Τ o (min) C Τ (max) C R a R s Τ o C ET o Μάιος 9,4 22,0 16,4 8,44 15,3 3,77 Ιούνιος 12,5 25,3 17,3 8,96 18,6 4,40 Ιούλιος 14,8 27,4 16,7 8,60 20,7 4,47 Αύγουστος 15,6 30,5 15 8,42 22,4 4,57 Σεπτέμβριος 11,5 23,0 12,2 6,00 16,6 2,79 35

36 ΑΣΚΗΣΗ 9 η Ένας γεωργός, καλλιεργεί ζαχαρότευτλα στην περιοχή του Αγίου Δημητρίου Κοζάνης, σε ένα χωράφι του 20 στρεμμάτων με τα εξής χαρακτηριστικά, γεωγραφικό πλάτος 38 ο. Από τον αυτόματο μετεωρολογικό σταθμό που υπάρχει στην περιοχή, έχει στη διάθεση του και τα εξής στοιχεία για τον μήνα Ιούνιο: θερμοκρασία 19 ο C, μέση ελάχιστη σχετική υγρασία 50%, ταχύτητα ανέμου 2 m/sec και πραγματική ηλιοφάνεια ώρες. Να υπολογίσετε την εξατμισοδιαπνοή με την μέθοδο Blaney Criddle και την τροποποιημένη Blaney- Criddle και να συμπληρώσετε όλα τα κενά στους παρακάτω πίνακες. Επίσης να σημειώσετε δίπλα από κάθε νούμερο τις μονάδες. Τροπ/νη Blaney - Griddle Ιούνιος Τ p F N n RH min a b ET o K c ET c ET μην Όγκος Νερού Blaney - Griddle Ιούνιος Τ p F Κ ΕΤ μην Όγκος Νερού 36

37 ΑΣΚΗΣΗ 10 η Έστω ότι έχουμε ένα χωράφι το οποίο βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 39 ο, τα υπόλοιπα μετεωρολογικά δεδομένα δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Ο φυτικός συντελεστής δίνεται από το διπλανό διάγραμμα. Τ RΗ min n U 2 ( o C) (%) (ώρες) (m/sec) Μάιος ,045 2 Ιούνιος ,324 2 Ιούλιος ,72 3 Αύγουστος ,92 3 Σεπτέμβριος ,5 4 Χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μέθοδο των Blaney - Criddle να υπολογίσετε την βασική και πραγματική ημερήσια εξατμισοδιαπνοή και την μηνιαία για όλη τη βλαστική περίοδο. Πόσος θα είναι ο όγκος του νερού που απαιτεί η καλλιέργεια μας, εάν η έκταση της είναι 25 στρέμματα. 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 Μαι 15 Μαι 1-Ιουν 15-Ιουν 1-Ιουλ 15-Ιουλ 1-Αυγ 15-Αυγ 1-Σεπ 30-Σεπ U 2 =2 m/sec ΛΥΣΗ U U 2 =2 m/sec 0,6 2 m/s 0,6 0,7 3 m/s 0,76 0,8 4 m/s 0, Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστ Σεπτέμβ Τ( o C) p f Ν n/n RH min a b ET o K c ΕT c ET m ΣΥΝΟΛΟ= 37

38 ΑΣΚΗΣΗ 11 η Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του Hargreaves να υπολογίσετε τη ημερήσια εξατμισοδιαπνοή αναφοράς για τις 5/8 και για το σύνολο του μήνα με τα μετεωρολογικά δεδομένα που δίνονται στον παρακάτω πίνακα. Για το Αμύνταιο έχουμε Β.Γ.Π. 40 ο και K Rs = Ημερομηνία ΜΗΝΙΑΙΟ ΔΕΛΤΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ Μετεωρολογικός Σταθμός Αμυνταίου Α.Μ. 179 Αυγούστου 2009 Σχετική Ταχύτητα Θερμοκρασία Ηλιοφάνεια Βροχή RHmin Υγρασία o Ανέμου T C (hr) (mm) % min T max % (m/s) 1/8 52,1 26,7 12,88 1, ,3 17,5 35,2 2/8 51,0 27,9 12,74 1, ,2 19,9 36,2 3/8 53,2 27,0 8,57 1, ,3 19,2 35,2 4/8 72,2 21,1 3,15 2,92 14,6 57,8 16,6 25,7 5/8 69,5 19,6 8,99 4,35 3,6 49,8 16,2 24,6 6/8 71,7 18,1 9,16 5,03 1,4 53,6 15,2 22,5 7/8 59,3 21,2 13,04 3, ,6 16,1 28,8 8/8 63,5 20,2 14,80 2, ,3 14,3 26,1 9/8 54,5 18,8 11,86 3, ,8 14,2 25,4 10/8 58,8 20,8 13,60 0, ,0 13,1 28,8 11/8 63,0 22,3 12,29 0, ,5 13,0 31,8 12/8 64,1 24,0 12,09 1, ,4 14,9 33,2 13/8 57,2 24,7 12,86 1, ,1 16,5 32,1 14/8 50,3 23,3 12,18 4, ,6 18,9 30,0 15/8 57,2 23,0 12,73 2, ,5 15,4 32,0 16/8 56,8 22,7 9,40 1, ,5 15,2 29,8 17/8 40,3 20,4 8,55 1, ,1 14,8 25,9 18/8 46,9 20,0 13,05 1, ,9 13,0 27,6 19/8 45,3 22,0 9,75 1, ,2 13,6 28,9 20/8 48,1 22,6 12,76 1, ,3 14,0 30,3 21/8 58,7 22,2 11,61 2, ,8 14,6 28,7 22/8 68,2 21,7 8,31 2,72 5,4 49,1 19,0 26,8 23/8 67,1 19,9 6,14 1, ,5 13,9 26,1 24/8 47,9 20,3 12,02 1, ,6 13,6 27,7 25/8 50,7 21,2 10,92 1, ,2 15,0 27,8 26/8 53,3 21,8 13,21 1, ,8 14,1 30,1 27/8 46,6 23,5 12,77 1, ,2 18,1 30,0 28/8 54,5 23,3 11,96 1, ,2 14,3 30,0 29/8 56,3 23,4 10,67 1, ,6 15,3 30,1 30/8 54,1 22,4 9,50 1, ,1 16,1 28,9 31/8 52,7 21,4 10,62 1, ,6 13,5 28,5 56,3 22,2 11,04 2, ,4 15,5 29,2 38

39 Για τις 5 Αυγούστου έχουμε : R s = ET o = ΛΥΣΗ Για τον Αύγουστο έχουμε : R s = ET o = Η ΑΡΔΕΥΣΗ ΤΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ Οι ανάγκες σε νερό των καλλιεργειών προσδιορίζονται από την πραγματική εξατμισοδιαπνοή. Οι ανάγκες αυτές καλύπτονται από την βροχή, το υπόγειο νερό και το νερό που είναι αποθηκευμένο στη ζώνη του ριζοστρώματος. Έτσι οι καθαρές σε νερό ανάγκες δίνονται από τον τύπο: = ET ( P + F + SM ), σε mm n c u u όπου n = καθαρές σε νερό ανάγκες, P u =ωφέλιμη βροχόπτωση, F u =υπόγειο νερό, SM=νερό αποθηκευμένο στη ζώνη ριζοστρώματος. Εκτός από τις καθαρές σε αρδευτικό νερό ανάγκες που θα καλυφθούν με άρδευση, χρειάζονται και πρόσθετες ποσότητες νερού για την έκπλυση των αλάτων που συγκεντρώνονται στο ριζόστρωμα λόγο της αρδεύσεως. Έτσι οι ολικές σε νερό = ανάγκες υπολογίζονται από τη σχέση: t ( ) E r n 1 FL, σε mm όπου Ε r : είναι η αρδευτική αποδοτικότητα, FL: είναι ο συντελεστής έκπλυσης. Ωφέλιμη βροχή. Από τη βροχή που πέφτει στο χωράφι ένα μέρος χάνεται λόγο επιφανειακής απορροής, βαθιάς διήθησης ή εξάτμισης. Ότι απομένει αποτελεί την ωφέλιμη βροχή και εξαρτάται από το είδος της βροχής και το βαθμό καλύψεως του εδάφους από την καλλιέργεια. Συχνές ελαφριές βροχές είναι σχεδόν 100% ωφέλιμες. Η Soil Conservation Service υπολογίζει την ωφέλιμη βροχή με βάση την μηνιαία εξατμισοδιαπνοή και τη μέση μηνιαία βροχόπτωση. Στον πίνακα που ακολουθεί 39

40 φαίνονται όλες οι τιμές της. Βασίζεται βέβαια στην υπόθεση ότι το νερό που μπορεί να αποθηκευτεί στη ζώνη του ριζοστρώματος και να χρησιμοποιηθεί από τις καλλιέργειες ανέρχεται σε 75 mm. Στις περιπτώσεις που είναι διαφορετικό από 75 mm πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας διορθωτικός παράγοντας που δίνεται από το παρακάτω διάγραμμα. Οι σχέσεις που χρησιμοποιούμε είναι οι ακόλουθες: [ t ] P = f ( d) 1, 25 P 2, u 0, 824 0, ET c f ( d) =, +, d, d + 2, d Μηνιαία Βροχόπτωση mm Μέση μηνιαία ωφέλιμη βροχή κατά τη μέθοδο της SCS. Μηνιαία εξατμισοδιαπνοή, mm , , , , , , , , , , , , , , , , ,10 ς 1,05 εω σ 1,00 κ ε ύ 0,95 θ η π ο 0,90 α ς 0,85 ν τα γο 0,80 ά ρ 0,75 α Π0,70 Διορθωτικός παράγοντας αποθηκεύσεως για την εκτίμηση της ωφέλιμης βροχής Αποθηκευτική δυνατότητα εδάφους, mm 40

41 Παράδειγμα 6 ο H μηνιαία βροχόπτωση κατά το μήνα Ιούνιο είναι 50 mm, η μέση μηνιαία εξατμισοδιαπνοή της καλλιέργειας μας είναι 110 mm και η δυνατότητα αποθήκευσης του νερού στο ριζόστρωμα είναι 95 mm. Να βρείτε πόση είναι η ωφέλιμη βροχή χρησιμοποιώντας τον πίνακα και το διάγραμμα της SCS. Η ωφέλιμη βροχή είναι 35,8 mm X 1,02 = 36,5 mm. Το υπόγειο νερό Η συμβολή του εξαρτάται από το βάθος της υπόγειας στάθμης, τα χαρακτηριστικά του εδάφους και την υγρασία στη ζώνη του ριζοστρώματος. Στα συνεκτικά εδάφη το νερό μπορεί να φτάσει πολύ ψηλά από την υπόγεια στάθμη αλλά με αργούς ρυθμούς. Αντίθετα στα ελαφρά εδάφη το νερό μπορεί να φτάσει σε μικρό ύψος αλλά με αρκετά γρήγορο ρυθμό. Στο παρακάτω διάγραμμα διακρίνεται η προσφορά της υπόγειας στάθμης σε νερό για διάφορες κατηγορίες εδάφους. 41

42 Έκπλυση των αλάτων Η αλατότητα του εδάφους των χωραφιών διαμορφώνεται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά τους, την ποιότητα του αρδευτικού νερού, τον τρόπο εφαρμογής του και το μέγεθος και την κατανομή των βροχών. Η άρδευση συνεπάγεται πάντοτε αύξηση της αλατότητας του εδάφους που εάν δεν προσεχθεί από την αρχή μπορεί να προκαλέσει σοβαρό υποβιβασμό της γονιμότητας της γεωργικής γης. Ο υπολογισμός της ποσότητας του νερού που χρειάζεται για έκπλυση γίνεται με τη βοήθεια του συντελεστή εκπλύσεως (FL). ECw FL = 5EC EC EC w είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αρδευτικού νερού σε mmhos/cm. ECs είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα σε mmhos/cm του εκχυλίσματος κορεσμού που αντιστοιχεί σε μια καλλιέργεια. Ο συντελεστής εκπλύσεως αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ποσότητα νερού, εκφρασμένη σαν κλάσμα της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής, που πρέπει να διηθηθεί βαθιά μέσα από τη ζώνη του ριζοστρώματος για να διατηρήσει την αλατότητα του εδάφους σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο. Συνήθως η έκπλυση δεν είναι 100% αποτελεσματική και έτσι έχουμε ένα συντελεστή αποτελεσματικότητας τον E l ο οποίος είναι ίσος με τη μονάδα στα αμμώδη εδάφη και 0,3 στα αργιλώδη. Ο παραπάνω τύπος λοιπόν γίνεται: 1 FL = E l s w ECw 5EC EC s w ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 8 ο Ένας γεωργός, καλλιεργεί μηδική στην περιοχή της Βεύης Φλώρινας, σε ένα χωράφι του. Από τον μετεωρολογικό σταθμό που υπάρχει στην περιοχή, έχει στη διάθεση του τα εξής στοιχεία, για την αρδευτική περίοδο της καλλιέργειας του: θερμοκρασία 25 ο C και βροχόπτωση 50 mm. Εάν είναι γνωστό ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα του νερού άρδευσης είναι ίση με 3.077mmhos/cm, ο συντελεστής αποδοτικότητας του αρδευτικού νερού είναι ίσος με τη μονάδα, η συγκεκριμένη 42

43 καλλιέργεια απαιτεί 400 mm νερού για να καλύψει τις ανάγκες της εξατμισοδιαπνοής της και οι ολικές ανάγκες της για νερό είναι 500mm. Να υπολογίσετε την μείωση της παραγωγής της καλλιέργειας λαμβάνοντας υπόψη σας τον πίνακα: ΛΥΣΗ EC w =EC W1 *ποσοστό+ec w2 *ποσοστό EC w =3.077*500/550+0=2.797 mmhos/cm t = E r nfl 550 = 400 ( 1 ) 1* ( 1 FL) ECw FL = ECs=2.6 mmhos/cm 5ECs ECw Άρα η μείωση της παραγωγής θα είναι 11% Μείωση παραγωγής% Ηλεκτρική Αγωγιμότητα ECs, mmhos/cm FL = 0.27 ΑΣΚΗΣΗ 12 η Ένας γεωργός έχει ένα χωράφι σε γεωγραφικό πλάτος 40 ο, με έδαφος μέσης σύστασης, καλλιεργεί καλαμπόκι και αρδεύει με αυλάκια. Η βλαστική περίοδος της καλλιέργειας διαρκεί 150 ημέρες, από το Μάιο μέχρι το τέλος Σεπτεμβρίου. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αρδευτικού νερού (EC w ) είναι ίση με 0,8 mmhos /cm, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του εκχυλίσματος κορεσμού είναι ίση με 1,7 mmhos /cm. Η υπόγεια στάθμη του νερού είναι πολύ χαμηλή, η δε εδαφική υγρασία κατά τη σπορά και τη συγκομιδή είναι στο ίδιο επίπεδο. Η αποθηκευτική ικανότητα του εδάφους υπολογίζεται σε 95 mm νερού. Η αποδοτικότητα διανομής του νερού είναι ίση με 0,60 και η αποδοτικότητα εφαρμογής για αυλάκια είναι ίση με 0,65. Ο συντελεστής αποτελεσματικότητας εκπλύσεως E l = 0,7. Να υπολογίσετε τις καθαρές και ολικές σε νερό ανάγκες της καλλιέργειας. ΛΥΣΗ 43

44 Τ( o C) p f K ET c Βροχόπτωση Διορθωτικός Συντελεστής Ωφέλιμη Βροχή Pu Καθαρές ανάγκες n Ολικές ανάγκες t Μάιος Ιούνιος Ιούλιος 23,2 16 Αύγουστος 22,5 0 Σεπτέμβριος ΣΥΝΟΛΟ 1.02 Βάθος, διάρκεια και εύρος αρδεύσεως. Αρδευτική περίοδος: (Τ i ) χρονική περίοδος κατά την οποία εφαρμόζεται η άρδευση στη διάρκεια ενός καλλιεργητικού έτους. Εύρος αρδεύσεως: (Ε u ) το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ δυο διαδοχικών αρδεύσεων. E u Y ET = ω Υ ω = ωφέλιμη για τα φυτά υγρασία εδάφους σε mm ΕT c = μέση ημερήσια πραγματική εξατμισοδιαπνοή της θεωρούμενης καλλιέργειας σε mm. Αριθμός αρδεύσεων: (Ν i ) οι φορές που γίνεται άρδευση κατά μια αρδευτική περίοδο. N i Ti = E Βάθος ή Δόση αρδεύσεως: (Δ ο ) είναι η ποσότητα του νερού που πρέπει να εφαρμόζεται στη μονάδα επιφάνειας, στο στρέμμα, χωραφιού για να φθάσει η υγρασία που υπάρχει στο έδαφος στο επίπεδο της υδατοϊκανότητας. o Yi Σ = 100 µ Φ Ε ω = συντελεστής ωφελιμότητας 1 Ε α = αποδοτικότητα εφαρμογής του νερού. Διάρκεια άρδευσης: (t o ) είναι ο χρόνος που απαιτείται για να εφαρμοστεί στη εβ u c Β ρ E E ω a 44

45 μονάδα επιφάνειας, στο στρέμμα, ποσότητα νερού ίση με τη δόση άρδευσης. t o o 1 = ωρες / στρ Q 3,6 c Q c = παροχή εφαρμογής στα επιφανειακά δίκτυα άρδευσης, αρδευτική κεφαλή Η διάρκεια αρδεύσεως είναι συνάρτηση της διηθητικότητας του εδάφους. Όσο μεγαλύτερη είναι η διηθητικότητα αυτή τόσο μικρότερη θα είναι η διάρκεια της αρδεύσεως. Ειδική παροχή άρδευσης: (q) είναι ο όγκος του νερού που πρέπει να παροχετεύεται στη μονάδα επιφάνειας, στο στρέμμα, ανά μονάδα χρόνου, για να ικανοποιηθούν οι μέγιστες σε νερό ανάγκες των καλλιεργειών. Αρδευτική αποδοτικότητα q = o E u 1 86,4 l / sec Αποδοτικότητα του δικτύου μεταφοράς Ε c : είναι η αναλογία ανάμεσα στο νερό που φθάνει στις υδροληψίες των αγωγών εφαρμογής Q s και αυτών που παροχετεύτηκε στην πηγή τροφοδοσίας του δικτύου Q r. E c = Αποδοτικότητα του δικτύου διανομής Ε d : είναι η αναλογία ανάμεσα στο νερό που φθάνει στην κεφαλή του χωραφιού Q f και αυτού που παροχετεύτηκε στην υδροληψία του αγωγού εφαρμογής Q s. Αποδοτικότητα εφαρμογής του νερού Ε α : είναι η αναλογία ανάμεσα στο νερό που αποθηκεύτηκε στη ζώνη του ριζοστρώματος και είναι όλο στη διάθεση της καλλιέργειας για την κάλυψη των αναγκών της Υρ και αυτού που παροχετεύτηκε στην αρχή του χωραφιού Q f. E a = Y Q ρ f Η αποδοτικότητα του αρδευτικού δικτύου Ε r : είναι η αναλογία ανάμεσα στο νερό που αποθηκεύτηκε στο ριζόστρωμα Υ ρ και αυτού που παροχετεύτηκε στην πηγή Y τροφοδοσίας του δικτύου Q r. Er = Ec Ed Ea = ρ Q E Q Q d s r = Q Q f s r 45

46 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 9 ο Ένας γεωργός καλλιεργεί βαμβάκι σ ένα από τα χωράφια του με διαθέσιμη υγρασία 100 mm. Εάν η ημερήσια πραγματική εξατμισοδιαπνοή για το μήνα Ιούλιο είναι ίση με 7,1 mm, ο συντελεστής ωφελιμότητας για το βαμβάκι είναι 0.65, η αποδοτικότητα εφαρμογής είναι 0,70 και η παροχή υδροστομίου είναι 1,2 l/sec. Να υπολογίσετε το ολικό βάθος αρδεύσεως ή δόση αρδεύσεως, τη διάρκεια αρδεύσεως, το εύρος αρδεύσεως και την ειδική παροχή άρδευσης. Υω = Υδ*Εω Δο = Υω/Εα 100*0.65=65mm 65/0.7=92.9mm ΛΥΣΗ t = 21.5h Ε u =E ω /ΕΤ c 65/7.1=9.1 δηλ 9 ημέρες q = 119 l/s ΑΣΚΗΣΗ 13 η Στην περιοχή της Καστοριάς και σε ένα αρδευτικό δίκτυο καταιονισμού, ο γεωπόνος του Τοπικού Οργανισμού Εγγείων Βελτιώσεων κατέγραψε τα στοιχεία που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα κατά τον Ιούλιο, μήνα αιχμής ζήτησης του νερού. Να υπολογίσετε τις συνολικές ανάγκες σε νερό του δικτύου σε m 3 / μήνα και την ειδική παροχή άρδευσης του δικτύου σε lit/sec/στρέμμα /ημέρα, αν είναι γνωστό ότι το δίκτυο λειτουργεί με 16 ώρες /24ωρο και αν λειτουργεί με 24 ώρες/ 24ωρο. ΛΥΣΗ Καλλιέργειες Ποσοστό έκτασης που καταλαμβάνει Ac Έκταση ETo Βασική Εξατμισοδιαπνοή % στρέμμα mm / μήνα Καλαμπόκι 25 Kc, Φυτικός Συντελεστής 1.20 Etc, Πραγματική Εξατμισοδιαπνοή mm /μήνα Pu Ωφέλιμη Βροχή mm / μήνα Fu, Μηνιαία συμμετοχή υπόγειου νερού mm/ μήνα FLμ Συντελεστής έκπλυσης 0.10 Βαμβάκι Μηδική Ζαχ/τευτλα Χέρσα Σύνολο Αποδοτικότητα αρδευτικού δικτύου, Er Vt, Ανάγκες σε αρδευτικό νερό 0.80 m 3 / στρ Vt Ανάγκες σε αρδευτικό νερό m 3 46

47 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΡΔΕΥΣΕΩΝ Ο προγραμματισμός είναι μια λογιστική διαδικασία Που αρχίζει από την ημέρα σποράς ή φύτευσης Και τελειώνει με η συγκομιδή, Παίρνει δε υπόψη της την εδαφική υγρασία που είναι αποθηκευμένη στο έδαφος κατά την ημέρα σποράς, το ύψος και την κατανομή των βροχών κατά τη βλαστική περίοδο, την τυχόν συμβολή από ανοδική κίνηση νερού όταν υπάρχει υψηλή υπόγεια στάθμη, την ωφέλιμη υγρασία του εδάφους και τις διακυμάνσεις της που παρατηρούνται κυρίως κατά τα δύο πρώτα στάδια ανάπτυξης της καλλιέργειας και την ημερήσια τιμή της εξατμισοδιαπνοής. Η διαμόρφωση ενός προγράμματος άρδευσης είναι απαραίτητη για η λειτουργία κάθε δικτύου άρδευσης γιατί, με βάση αυτόν, γίνεται η παροχέτευση του απαραίτητου νερού σε κάθε χωράφι. Αυτό σημαίνει ότι το πρόγραμμα άρδευσης πρέπει να είναι γνωστό πριν από την έναρξη της βλαστικής περιόδου. Κάτι τέτοιο όμως θεωρητικά είναι αδύνατο, αφού το ύψος και η κατανομή των βροχών αλλά και, κατά κύριο λόγο, Το ύψος ης εξατμισοδιαπτνοής, διαμορφώνονται από τις μετεωρολογικές συνθήκες που θα επικρατήσουν κατά την ερχόμενη βλαστική περίοδο, που όμως δεν είναι δυνατό να προβλεφθούν. Για το λόγο αυτό, καταστρώνεται ένα προκαταρκτικό Πρόγραμμα με βάση ιστορικά δεδομένα, το οποίο στη συνέχεια αναπροσαρμόζεται με βάση τις πραγματικές συνθήκες που διαμορφώνονται κατά ην πρόοδο ης βλαστικής περιόδου. Η παραπάνω διαδικασία στην πραγματικότητα υπολογίζει ένα, μέρα με τη μέρα, ισοζύγιο νερού στη ζώνη του ριζοστρώματος, το οποίο θα μπορούσε να εκφραστεί από μια σχέση της μορφής D i = D i-1 + (ΕΤ - Pe- IR) i, <= ΜΑD όπου D i είναι Το νερό που απομακρύνθηκε από το χωράφι μέχρι την ημέρα i, D είναι το νερό που είχε απομακρυνθεί μέχρι την ημέρα i-1, ΕΤ, Ρe και IR είναι η εξατμισοδιαπνοή, η χρήσιμη βροχή και το νερό που δόθηκε με άρδευση την ημέρα i για να είναι εξασφαλισμένες οι συνθήκες κανονικής ανάπτυξης της καλλιέργειας το D πρέπει να Είναι πάντοτε μικρότερο ή ίσο με την ωφέλιμη υγρασία. Εξετάζοντας την παραπάνω μέθοδο έχουμε ότι: Η άρδευση πρέπει να γίνει όταν καταναλωθεί η διαθέσιμη υγρασία Κατά την ημέρα της άρδευσης η υγρασία γίνεται η μέγιστη ωφέλιμη, χωρίς να 47

48 υπολογίζεται τυχόν ποσότητα νερού που υπήρχε αλλά δεν έφτανε για την κάλυψη των αναγκών της ημέρας, γιατί δεν μπορεί το έδαφος να ξεπεράσει την αποθηκευτική του δυνατότητα. Η κατανάλωση του νερού της άρδευσης αρχίζει από την μέρα της άρδευσης. Σε αντίθετη περίπτωση προκαλείται ψεύτικη αύξηση της αποδοτικότητας της άρδευσης (αφού εξαιρείται η εξατμισοδιαπνοή μιας μέρας), εξαιρούνται περιπτώσεις τοπικής άρδευσης με μεγάλο βαθμό αποδοτικότητας της άρδευσης και περιπτώσεις σε αμμώδη εδάφη που φτάνουν εύκολα στη υδατοϊκανότητα. Με δεδομένο ότι η άρδευση πρέπει να γίνει πριν καταναλωθεί όλο το νερό της ωφέλιμης υγρασίας η βροχόπτωση λαμβάνεται υπ όψην μόνο κατά τον κλείσιμο του υδατικού ισοζυγίου του μήνα και ουσιαστικά για τον επόμενο μήνα. Αντίθετη περίπτωση που θα υπολογιζόταν στην αρχή του μήνα σε πραγματικές συνθήκες θα υπήρχε ο κίνδυνος να μείνει η καλλιέργεια μας χωρίς νερό. Στον παρακάτω πίνακα γίνεται ένα πρόγραμμα άρδευσης. Φαίνεται η πόση είναι η εδαφική υγρασία κάθε μέρα σε ένα χωράφι με αρχική υγρασία 30mm, αρδευτική περίοδο 1 Μαΐου μέχρι 30 Σεπτεμβρίου, ημερήσια εξατμισοδιαπνοή 3mm, 6mm, 8mm, 9mm, 4mm για κάθε μήνα αντίστοιχα, η ωφέλιμη υγρασία είναι 80mm, και η ωφέλιμη βροχόπτωση 23mm,14mm,3mm,0mm,45mm για κάθε μήνα αντίστοιχα. Η αρχική υγρασία των 30μμ καταναλώνεται σε 30mm/(3mm/ημέρα)=10 μέρες, άρα για τις 10 μέρες υπάρχει νερό στο έδαφος. Στις 11 Μαΐου θα γίνει η πρώτη άρδευση και θα πληρωθεί η ωφέλιμη υγρασία με 80μμ νερού. Το νερό αυτό μπορεί να καλύψει τις ανάγκες σε νερό για 80mm/(3mm/ημέρα)=26 μέρες. Δηλαδή υπερκαλύπτει τις ανάγκες του Μαΐου. Στις 1 Ιουνίου η εδαφική υγρασία του χωραφιού θα είναι το νερό της άρδευσης (80mm) μείον το νερό που καταναλώθηκε στις μέρες από την άρδευση και μετά (21x3=63mm) συν το νερό της βροχής του Μαΐου (23mm) δηλ 40mm.Τα 40μμ για τον Ιούνιο καλύπτουν τις ανάγκες σε νερό για 40mm/(6mm/ημέρα)=6 μέρες, άρα στις 7/6 θα πρέπει να γίνει η επόμενη άρδευση και θα πληρωθεί η ωφέλιμη υγρασία με 80μμ νερού. Το νερό αυτό μπορεί να καλύψει τις ανάγκες σε νερό για 80mm/(6mm/ημέρα)=13 μέρες, άρα στις 20/6 θα πρέπει να γίνει η επόμενη άρδευση και θα πληρωθεί η ωφέλιμη υγρασία με 80μμ νερού. Το νερό αυτό μπορεί να καλύψει 48

49 τις ανάγκες σε νερό για 80mm/(6mm/ημέρα)=13 μέρες. Δηλαδή υπερκαλύπτει τις ανάγκες του Ιουνίου. Στις 1 Ιουλίου η εδαφική υγρασία του χωραφιού θα είναι το νερό της άρδευσης (80mm) μείον το νερό που καταναλώθηκε στις μέρες από την άρδευση και μετά (11x6=66mm) συν το νερό της βροχής του Ιουνίου (14mm) δηλ 28mm. Καθ αυτόν τον τρόπο συμπληρώνεται όλος ο πίνακας και υπολογίζονται οι ημερομηνίες άρδευσης για όλη την αρδευτική περίοδο. 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 1-Μαϊ 21-Μαϊ 10-Ιουν 30-Ιουν 20-Ιουλ 9-Αυγ 29-Αυγ 18-Σεπ ΕΤ/d Αρδευση Βροχη Υγρασία ωφέλιμη ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 10 ο Να κάνετε ένα πρόγραμμα άρδευσης μιας καλλιέργειας της οποίας η αρδευτική περίοδος είναι από 1Μαϊου μέχρι 15 Σεπτεμβρίου, συμπληρώνοντας τον παρακάτω πίνακα και γνωρίζοντας ότι: η ωφέλιμη υγρασία του εδάφους είναι 85mm, ο συντελεστής αποδοτικότητας της άρδευσης είναι 70%, η έκπλυση των αλάτων γίνεται εκτός της αρδευτικής περιόδου. 49

50 Χρονική Περίοδος Υγρασία στην αρχή περιόδου mm Ωφέλιμη Βροχή mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας mm Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/περίοδο Διαφορά υγρασίας Αριθμός Αρδεύσεων Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/ημέρα Μέρες που υπάρχει νερό στο έδαφος για τα φυτά Καθ. Βάθος άρδευσης (Ωφέλιμη Υγρασία) Δόση Άρδευσης (ολικό Βάθος άρδευσης) Ημερομηνία άρδευσης Μάιος Μαϊ Ιουν Ιούνιος Ιουν Ιουλ Ιουν Ιούλιος Ιουλ Ιουλ Αυγ Αύγουστος Αυγ Σεπτέμβριος Σεπ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 11 ο Να σχεδιάσετε το πρόγραμμα άρδευσης συμπληρώνοντας τον παρακάτω πίνακα και έχοντας ως δεδομένα: Τις τιμές της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής για την βλαστική περίοδο που φαίνονται στον πίνακα. Η ωφέλιμη υγρασία είναι 85mm. Ο συντελεστής αποδοτικότητας της άρδευσης είναι 0,70. Στην αρχή της βλαστικής περιόδου η υγρασία είναι ίση με το 80% της ωφέλιμης. Η έκπλυση των αλάτων γίνεται στο τέλος της βλαστικής περιόδου. Δεν υπάρχει συμβολή της υπόγειας στάθμης. Χρονική Περίοδος Υγρασία στην αρχή περιόδου mm Ωφέλιμη Βροχή mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας mm Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/περίοδο Διαφορά υγρασίας Αριθμός Αρδεύσεων Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/ημέρα Μέρες που υπάρχει νερό στο έδαφος για τα φυτά Καθ. Βάθος άρδευσης (Ωφέλιμη Υγρασία) Δόση Άρδευσης (ολικό Βάθος άρδευσης) Ημερομηνία άρδευσης Μάιος Μαϊ Ιούνιος 1-15 Ιούνιος Ιούλιος 1-15 Ιούλιος Αύγουστος 1-15 Αύγουστος Σεπτέμβριος Ιουν Ιουν Ιουλ Ιουλ Ιουλ Αυγ Αυγ Αυγ 50

51 ΑΣΚΗΣΗ 14 η Ένας γεωργός στην περιοχή της Φλώρινας καλλιεργεί βαμβάκι σ ένα από τα χωράφια του, εάν οι τιμές της ημερήσιας πραγματικής εξατμισοδιαπνοής για την βλαστική περίοδο (Μάιο έως Σεπτέμβριο) είναι αυτές που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα, η ωφέλιμη υγρασία είναι ίση με 65mm, ο συντελεστής ωφελιμότητας για το βαμβάκι είναι 0.80 και ο συντελεστής αποδοτικότητας της άρδευσης είναι 0,70. Να υπολογίσετε το ολικό βάθος αρδεύσεως ή δόση αρδεύσεως και τη διαθέσιμη υγρασία. Επίσης να σχεδιάσετε το πρόγραμμα άρδευσης της καλλιέργειας, γνωρίζοντας ότι στην αρχή της βλαστικής περιόδου η υγρασία είναι ίση με την ωφέλιμη και η έκπλυση των αλάτων γίνεται στο τέλος της βλαστικής περιόδου. Χρονική Περίοδος Υγρασία στην αρχή περιόδου mm Ωφέλιμη Βροχή mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας mm Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/περίοδο Διαφορά υγρασίας Αριθμός Αρδεύσεων Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/ημέρα Μέρες που υπάρχει νερό στο έδαφος για τα φυτά Καθ. Βάθος άρδευσης (Ωφέλιμη Υγρασία) Δόση Άρδευσης (ολικό Βάθος άρδευσης) Ημερομηνία άρδευσης Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος

52 ΑΣΚΗΣΗ 15 η Σας ανατίθεται η σύνταξη της γεωργοοικονομικής μελέτης στην αγροτική περιοχή της Βεύης και πρέπει να μελετήσετε μια έκταση αρκετά μεγάλη που καλλιεργείται από τους παραγωγούς της περιοχής αποκλειστικά με καλαμπόκι. Από τον αυτόματο μετεωρολογικό σταθμό της περιοχής έχετε τις τιμές της μηνιαίας πραγματικής εξατμισοδιαπνοής για την βλαστική περίοδο του καλαμποκιού (Μάιο έως Σεπτέμβριο) που φαίνονται στον παρακάτω πίνακα, σας είναι γνωστή η διαθέσιμη υγρασία 85mm, ο συντελεστής ωφελιμότητας για το καλαμπόκι 0.80 και ο συντελεστής αποδοτικότητας του δικτύου 0,70. Πρέπει να υπολογίσετε το ολικό βάθος αρδεύσεως ή δόση αρδεύσεως με την οποία πρέπει να αρδεύουν οι παραγωγοί που καλλιεργούν καλαμπόκι στην εν λόγω περιοχή καθώς και την ωφέλιμη υγρασία. Επίσης πρέπει να σχεδιάσετε το πρόγραμμα άρδευσης της καλλιέργειας που θα ακολουθούν πιστά όλοι οι εν λόγω παραγωγοί, γνωρίζοντας ότι στην αρχή της βλαστικής περιόδου η υγρασία είναι ίση με την ωφέλιμη και η έκπλυση των αλάτων γίνεται στο τέλος της βλαστικής περιόδου. Χρονική Περίοδος Υγρασία στην αρχή περιόδου mm Ωφέλιμη Βροχή mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας mm Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/περίοδο Διαφορά υγρασίας Αριθμός Αρδεύσεων Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/ημέρα Μέρες που υπάρχει νερό στο έδαφος για τα φυτά Καθ. Βάθος άρδευσης (Ωφέλιμη Υγρασία) Δόση Άρδευσης (ολικό Βάθος άρδευσης) Ημερομηνία άρδευσης Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος

53 ΑΣΚΗΣΗ 16 η Εάν είναι γνωστά τα εξής στοιχεία: ωφέλιμη υγρασία είναι ίση με 100 mm για τους μήνες Μάιο και Ιούνιο και ίση με 120 mm για τους υπόλοιπους μήνες της βλαστικής περιόδου. Ο συντελεστής αποδοτικότητας της άρδευσης είναι ίσος με 0,7. Η έκπλυση των αλάτων γίνεται στο τέλος της βλαστικής περιόδου. Να υπολογίσετε τη διαθέσιμη υγρασία και τη δόση άρδευσης για κάθε μήνα της βλαστικής περιόδου και να συμπληρώσετε το παρακάτω πρόγραμμα άρδευσης μιας καλλιέργειας της οποίας η αρδευτική περίοδος είναι από αρχές Μαΐου μέχρι τέλος Σεπτεμβρίου. Εάν έχουμε μια βροχόπτωση παραμονή της πρώτης άρδευσης με 25 mm (ωφέλιμη βροχή), πόσες ημέρες θα μετατοπιστεί η πρώτη άρδευση; Εάν θέλουμε να μην μετατοπίσουμε την ημερομηνία της πρώτης άρδευσης, πόσο θα πρέπει να μειώσουμε τη δόση άρδευσης τη δεδομένη χρονική στιγμή; ΛΥΣΗ Χρονική Περίοδος Υγρασία στην αρχή περιόδου mm Ωφέλιμη Βροχή mm Νερό στη διάθεση της καλλιέργειας mm Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/περίοδο Διαφορά υγρασίας Αριθμός Αρδεύσεων Εξατμισοδιαπνο ή ΕΤ mm/ημέρα Μέρες που υπάρχει νερό στο έδαφος για τα φυτά Καθ. Βάθος άρδευσης (Ωφέλιμη Υγρασία) Δόση Άρδευσης (ολικό Βάθος άρδευσης) Ημερομηνία άρδευσης Μάιος Ιούνιος Ιούλιος Αύγουστος Σεπτέμβριος

54 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΡΔΕΥΣΗΣ Μια άρδευση για να θεωρηθεί επιτυχής πρέπει να αποθηκεύει στο χωράφι νερό ίσο με το καθαρό βάθος άρδευσης, με τρόπο τέτοιο που οι απώλειες σε βαθειά διήθηση και επιφανειακή απορροή να είναι οι μικρότερες δυνατές. Προϋπόθεση για την επίτευξη του σκοπού αυτού είναι το νερό να εφαρμοστεί ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια του χωραφιού και να παραμείνει επί τόσο χρόνο όσος χρειάζεται για την αποθήκευση του καθαρού βάρους άρδευσης. Οι τρόποι με τους οποίους εφαρμόζεται το νερό στο χωράφι αναφέρονται σαν μέθοδοι άρδευσης. Υπάρχουν τρεις βασικές κατηγορίες αρδευτικών μεθόδων η επιφανειακή άρδευση, ο καταιονισμός και η άρδευση με σταγόνες ή στάγδην άρδευση. Στην επιφανειακή άρδευση το νερό εφαρμόζεται στην επιφάνεια του χωραφιού. Στην κατηγορία αυτή ανήκει η μέθοδος της κατάκλυσης, της περιορισμένης διάχυσης και των αυλακιών. Γενικά, στην επιφανειακή άρδευση το νερό παροχετεύεται σε ένα ή περισσότερα σημεία στο πάνω άκρο του χωραφιού όπου, αφού διηθηθεί μια ποσότητα, το υπόλοιπο κινείται προς τα κάτω με μειωμένη παροχή σαν συνέπεια της συνεχιζόμενης διήθησης. Χρειάζεται δε προσεκτικός χειρισμός του νερού για να επιτευχθεί ικανοποιητική ομοιομορφία κατανομής και υψηλός βαθμός απόδοσης της άρδευσης. Ένα προφίλ του νερού που κινείται στην επιφάνεια και αυτού που διηθείται στο έδαφος φαίνεται στο Σχήμα. Η ομοιομορφία εφαρμογής του νερού και η αποδοτικότητα της άρδευσης εξαρτώνται από ορισμένους παράγοντες. Οι παράγοντες αυτοί είναι η παροχή άρδευσης που είναι το νερό που παροχετεύεται στο πάνω άκρο του χωραφιού, το 54

55 μήκος διαδρομής που είναι η απόσταση που θα διατρέξει το νερό από το πάνω μέχρι το κάτω άκρο του χωραφιού, η διηθητικότητα του εδάφους στιγμιαία και αθροιστική και η ταχύτητα ροής του νερού που είναι συνάρτηση της κλίσης και της τραχύτητας της αρδευόμενης επιφάνειας και της πυκνότητας της καλλιέργειας δια μέσου της οποίας πρέπει ενδεχόμενα να κινηθεί. Από τους παραπάνω παράγοντες αμετάβλητοι μπορεί να θεωρηθούν η διηθητικότητα, η κλίση, η τραχύτητα και η καλλιέργεια. Αντίθετα, η παροχή όδευσης και το μήκος διαδρομής είναι παράγοντες μεταβλητοί, πρέπει δε να επιλέγονται έτσι που, σε συνδυασμό με τους αμετάβλητους παράγοντες, να δίνουν την καλύτερη δυνατή κατανομή του νερού στο χωράφι και τη μεγαλύτερη αποδοτικότητα της άρδευσης. Στις μεθόδους του καταιονισμού και της στάγδην άρδευσης απαιτείται πρόσθετος εξοπλισμός και κατανάλωση ενέργειας για την εφαρμογή τους. Ένα τυπικό σύστημα καταιονισμού ή/και στάγδην άρδευσης αποτελείται από το αντλητικό συγκρότημα, το δίκτυο μεταφοράς και το Αντλητικό συγκρότημα δίκτυο εφαρμογής. Το αντλητικό συγκρότημα αποτελείται από τον κινητήρα και την αντλία και έχει σκοπό να εξασφαλίζει την παροχή και το φορτίο που χρειάζονται για τη σωστή λειτουργία του αρδευτικού δικτύου. Το δίκτυο μεταφοράς αποτελείται από αγωγούς που είναι κατασκευασμένοι από χάλυβα, αλουμίνιο ή πλαστικό και έχει προορισμό να μεταφέρει το νερό που χρειάζεται με την απαιτούμενη πίεση σε όλες τις υδροληψίες των αγωγών εφαρμογής. Κατά την κίνηση του νερού στους κλειστούς αγωγούς παρατηρούνται απώλειες φορτίου λόγω τριβών, οι οποίες διακρίνονται σε γραμμικές και τοπικές. Οι απώλειες αυτές προκαλούν διακύμανση του πίεσης εντός του δικτύου μεταφοράς η οποία δεν πρέπει να υπερβαίνει το 20% του λειτουργικού φορτίου. Έτσι οι μέγιστες απώλειες δίνονται από τη σχέση: 55

56 Pa Ζ H = 0. 2 max LF όπου ΔΖ είναι η υψομετρική διαφορά μεταξύ των άκρων του αγωγού, P α η πίεση λειτουργίας σε m, L μήκος, F συντελεστής περιορισμού γραμμικών απωλειών. Οι ολικές γραμμικές απώλειες δίνονται από τη σχέση : P όπου P f είναι σε m, L σε m, H f σε m/100 m και F από πίνακα. Οι κατασκευαστές είναι υποχρεωμένοι να δίνουν τις γραμμικές απώλειες των υλικών τους με τη μορφή πινάκων ή διαγραμμάτων. f = LH f 100 F Μία διαδεδομένη σχέση για τον υπολογισμό των γραμμικών απωλειών είναι των Hazen-Williams: H Ql 4.87 f = 1.13*10 D C όπου H f είναι οι γραμμικές απώλειες σε m/100 m αγωγού, Q l είναι η παροχή του αγωγού σε m 3 /h, D είναι η εσωτερική διάμετρος του αγωγού σε mm και C είναι μία 56

57 σταθερά της οποίας η τιμή εξαρτάται από το υλικό που είναι κατασκευασμένος ο αγωγός. ΑΡΔΕΥΣΗ ΜΕ ΚΑΤΑΙΟΝΙΣΜΟ Στον καταιονισμό το νερό εφαρμόζεται σε όλη την επιφάνεια του χωραφιού σαν τεχνητή απομίμηση της βροχής και διηθείται στο έδαφος κατακόρυφα υπό ακόρεστες συνθήκες ροής. Αν το σύστημα σχεδιαστεί σωστά, η κατανομή του νερού πάνω στο χωράφι είναι αρκετά ομοιόμορφη χωρίς να παρατηρείται λίμνασμα και με μηδενική επιφανειακή απορροή. Ο καταιονισμός μπορεί να εφαρμοστεί για την άρδευση όλων σχεδόν των καλλιεργειών, κάτω από μεγάλη ποικιλία εδαφικών συνθηκών. Ιδιαίτερα, η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άρδευση χωραφιών που έχουν εδάφη ανομοιόμορφα, αβαθή, πολύ διαπερατά, με υψηλή υπόγεια στάθμη, μεγάλη κλίση και ανώμαλη τοπογραφία, μπορεί δε να εφαρμόζεται και όταν η διατιθέμενη παροχή είναι σχετικά μικρή. Ανάλογα με τον τρόπο εγκατάστασης και λειτουργίας, διακρίνονται σε μόνιμα, ημιμόνιμα και μεταφερόμενα, ενώ μεγάλη διάδοση έχουν και τα αυτοκινούμενα. Το δίκτυο εφαρμογής αποτελείται από σωλήνες που στη μεγάλη τους πλειοψηφία είναι κατασκευασμένοι από αλουμίνιο και πλαστικό και έχει σκοπό την κατά το δυνατό ομοιόμορφη κατανομή του νερού στο χωράφι με τη βοήθεια των καταιονιστήρων. Οι καταιονιστήρες στέλνουν το νερό στον αέρα με τη μορφή σταγόνων μέσα από τα ακροφύσια τα οποία ρυθμίζουν την παροχή, την ακτίνα εκτόξευσης, την κατανομή και το μέγεθος των σταγόνων. Οι καταιονιστήρες διακρίνονται Μικροεκτοξευτήρας lt/h, 5-10m σε χαμηλής πίεσης, με πιέσεις από atm, παροχές από lt/h, δίνουν σχεδόν ομοιόμορφη κατανομή του νερού στο 70% περίπου της ακτίνας εκτόξευσης που ποικίλει από 1.5-5m, υψηλής πίεσης με πιέσεις από 3-7atm, παροχή m 3 /h, δίνουν κατά προσέγγιση ομοιόμορφη κατανομή του νερού στο 70-80% περίπου της ακτίνας εκτόξευσης που ποικίλει από 30-80m. Υπάρχει ο καταιονιστήρας περιστροφικού τύπου βραδείας περιστροφής, με πιέσεις από atm και παροχές από 57

58 m 3 /h. Η κατανομή του νερού που εξασφαλίζουν είναι κατά κανόνα τριγωνική με το μεγαλύτερο ύψος στη θέση του καταιονιστήρα, αποσκοπούν στην ομοιόμορφη άρδευση όλης της επιφάνειας των χωραφιών. Το δίκτυο εφαρμογής πρέπει να εξασφαλίζει καλή ομοιομορφία κατανομής του νερού πάνω στο χωράφι, η οποία είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών των καταιονιστήρων και της διάταξης τους, δηλαδή της μεταξύ τους απόστασης πάνω στους αγωγούς εφαρμογής και της απόστασης των αγωγών αυτών μεταξύ τους. Γενικά εφαρμόζεται (1) Η απόσταση μεταξύ καταιονιστήρων των που βρίσκονται επί των αγωγών εφαρμογής (S l ) πρέπει να είναι ίση με το 50% της διαμέτρου εκτόξευσης του υπό κρίση καταιονιστήρα, όπως αυτή δίνεται στον πίνακα προδιαγραφών του κατασκευαστή. (2) Η απόσταση μεταξύ των αγωγών εφαρμογής (S m ) δεν Εκτοξευτής νερού με (α)ταλαντευόμενο βραχίονα (β) φτερωτή και ρυθμιζόμενη περιστροφή m 3 /h, m, 2-7atm. Θέση μανομέτρου. Καταιονιστήρες περιστροφικού τύπου 0.5-5m 3 /h, 10-30m πρέπει να υπερβαίνει το 65% της διαμέτρου εκτόξευσης για μικρή ταχύτητα του ανέμου και το 50% για μέτρια ταχύτητα ανέμου. Η αποδοτικότητα εφαρμογής του νερού (E f ) με τη μέθοδο του καταιονισμού δεν μπορεί να φτάσει το 100%. Το πόσο μεγάλη θα είναι εξαρτάται από τη διάταξη, τον τύπο του καταιονιστήρα, το ρυθμό εφαρμογής και την ταχύτητα του ανέμου, είναι δε φυσικό να είναι άμεσα συνδεδεμένη με την ομοιομορφία κατανομής του νερού πάνω στο έδαφος. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στο ρυθμό εφαρμογής του νερού στο χωράφι, η μέθοδο του καταιονισμού επιδιώκει το μηδενισμό της επιφανειακής απορροής και την εξασφάλιση συνθηκών ακόρεστης ροής του νερού στο έδαφος. 58

59 ΑΥΤΟΚΙΝΟΥΜΕΝΟΙ ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΡΕΣ Ο αυτοκινούμενος εκτοξευτήρας υψηλής πιέσεως (κοινώς καρούλι) είναι ένας μεγάλος υψηλής πιέσεως καταιονιστήρας που τροφοδοτείται με νερό μέσω ενός εύκαμπτου πλαστικού σωλήνα και κινείται από το ένα μέχρι το άλλο άκρο του χωραφιού αρδεύοντας μια λωρίδα εδάφους. Το όλο συγκρότημα αποτελείται από ένα φορείο πάνω στο οποίο βρίσκεται ο εκτοξευτήρας και από ένα άλλο φορείο που φέρει ένα τύμπανο στο οποίο τυλίγεται ο σωλήνας. Στο φορείο αυτό καταλήγει ο κύριος αγωγός μεταφοράς που φέρνει το νερό από την υδροληψία και συνδέεται με τον πλαστικό σωλήνα που είναι τυλιγμένος στο τύμπανο. Το τύμπανο περιστρέφεται με τη βοήθεια ενός μηχανισμού που είναι συνήθως μια υδραυλική τουρμπίνα. Το άλλο άκρο του σωλήνα συνδέεται με τον εκτοξευτήρα. Για να αρχίσει η άρδευση, το φορείο με το τύμπανο τοποθετείται στο πάνω άκρο του χωραφιού και το φορείο με τον εκτοξευτήρα τοποθετείται στο κάτω, ενώ ο πλαστικός σωλήνας είναι ξετυλιγμένος συνδέοντας τα δύο φορεία. Με την έναρξη της άρδευσης, το τύμπανο αρχίζει να περιστρέφεται τυλίγοντας το σωλήνα, ο οποίος ταυτόχρονα τροφοδοτεί με νερό τον εκτοξευτήρα και έλκει το φορείο που τον φέρει, επιτυγχάνοντας έτσι την άρδευση μιας λωρίδας εδάφους ανάμεσα στα όρια του χωραφιού. Μετά την άρδευση της λωρίδας αυτής, το σύστημα μετακινείται στη διπλανή και επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία, μέχρι να αρδευτεί 59

60 ολόκληρη η έκταση. Το πλάτος της λωρίδας που αρδεύεται κάθε φορά εξαρτάται από τη διάμετρο εκτόξευσης του νερού και την ταχύτητα του ανέμου. Το πλάτος της αρδευόμενης σε κάθε διαδρομή λωρίδας είναι συνάρτηση της διαμέτρου διαβροχής που εξασφαλίζει ο εκτοξευτήρας και της ομοιομορφίας εφαρμογής του νερού, η οποία επηρεάζεται σημαντικά από την ταχύτητα και τη διεύθυνση του ανέμου, την παροχή του εκτοξευτήρα, τη γωνία εκτόξευσης, τον τύπο του ακροφυσίου και το φορτίο στον εκτοξευτήρα. Με μέση ταχύτητα ανέμου γύρω στα 16km/h, η ομοιομορφία καταιόνισης είναι περίπου 70% με 75% στο κεντρικό τμήμα της αρδευόμενης έκτασης, για πλάτος λωρίδας ίσης με 60% έως 70% της διαμέτρου διαβροχής του εκτοξευτήρα. Γενικά, ο αυτοκινούμενος εκτοξευτήρας εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή του νερού όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι μικρή. Στην περίπτωση αυτή, πλάτος λωρίδας ίσο με το 80% της διαμέτρου διαβροχής εξασφαλίζει άριστη ομοιομορφία κατανομής σε όλο το χωράφι. 60

61 Οι αρδευτικές αποδοτικότητες στα συστήματα αυτοκινούμενων εκτοξευτήρων, ανάλογα με τις επικρατούσες σε κάθε υπό άρδευση περιοχή συνθήκες, κυμαίνονται από 65% μέχρι 80%. 1000Q dt = Ws Όπου dt είμαι το ολικό βάθος άρδευσης σε mm, Q η παροχή σε m 3 /h, W το πλάτος της λωρίδας και S η ταχύτητα μετακίνησης του εκτοξευτήρα σε m/h ΑΡΔΕΥΣΗ ΜΕ ΣΤΑΓΟΝΕΣ Η άρδευση με σταγόνες ή στάγδην άρδευση είναι μια μέθοδος κατά την οποία νερό εφαρμόζεται στο χωράφι σε μικρές ποσότητες με τη μορφή σταγόνων έτσι που κάθε φυτό χωριστά να εφοδιάζεται με την απαραίτητη για την κανονική του ανάπτυξη και απόδοση υγρασία. Η μέθοδος είναι σχετικά πρόσφατη, είναι πολύ αποτελεσματική όταν εφαρμόζεται σωστά και προσφέρεται κατ' εξοχή για αυτοματισμούς. Ιδιαίτερα, η μέθοδος προσφέρεται για περιπτώσεις που η διαθέσιμη παροχή άρδευσης είναι πολύ μικρή, με αποτέλεσμα να μη μπορούν να εφαρμοστούν άλλοι μέθοδοι. Μεγάλο πλεονέκτημα είναι ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε περιοχές με εξαιρετικά ανώμαλη τοπογραφία χωρίς την ανάγκη ισοπέδωσης. Το ολοκληρωμένο σύστημα στάγδην άρδευσης εκτός από το αντλητικό συγκρότημα, τα δίκτυα μεταφοράς και εφαρμογής περιλαμβάνει και τη μονάδα ελέγχου. Το δίκτυο εφαρμογής αποτελείται από εύκαμπτους σωλήνες πολυαιθυλενίου με συνηθισμένη διάμετρο mm, που σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να φτάσει και τα 25 mm, στους οποίους, Ένθετοι και καρφωτοί σταλάκτες σε προκαθορισμένες θέσεις, τοποθετούνται ή ενσωματώνονται οι σταλακτήρες μέσω των οποίων το νερό φτάνει στο έδαφος με τη μορφή σταγόνων. 61

62 Η μονάδα ελέγχου τοποθετείται στην αρχή του δικτύου και περιλαμβάνει μετρητή ροής, φίλτρα, ρυθμιστές πίεσης και συσκευές εφαρμογής λιπασμάτων και φυτοφαρμάκων. Κύριο στοιχείο της μονάδας ελέγχου αποτελούν τα φίλτρα γιατί το νερό που παροχετεύεται στο δίκτυο πρέπει να είναι απαλλαγμένο από φερτά υλικά, ακόμη και πολύ μικρών διαστάσεων, για να μην αποφράσσονται οι σταλακτήρες. Βάση του συστήματος στάγδην άρδευσης είναι οι σταλακτήρες. Το νερό εμφανίζεται στην έξοδο των σταλακτήρων με τη μορφή σταγόνων κατά τακτά χρονικά διαστήματα, έτσι ώστε σε κάθε θέση να διηθούνται στο έδαφος λίγα λίτρα νερού την ώρα. Για να μπορεί να εκπληρώσει σωστά την αποστολή του, ένας σταλακτήρας πρέπει να εξασφαλίζει μικρή και ομοιόμορφη παροχή που να μην επηρεάζεται από περιορισμένες μεταβολές της πίεσης στον αγωγό εφαρμογής, να έχει σχετικά μεγάλη διατομή ροής ώστε να μην αποφράζεται εύκολα, να είναι κατασκευασμένος από υλικό που να μην επηρεάζεται σημαντικά και να μην παθαίνει μόνιμες αλλοιώσεις από τις έντονες μεταβολές της θερμοκρασίας κατά την έκθεση του στο χωράφι, να είναι ευκολόχρηστος και να έχει μικρό κόστος. Προϋπόθεση για τη σωστή σχεδίαση συστημάτων στάγδην άρδευσης αποτελεί η σαφής γνώση της κατανομής της υγρασίας στο έδαφος μετά την έξοδο του νερού από το σταλακτήρα και ιδιαίτερα η πλευρική κίνηση. Η κίνηση αυτή είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών του εδάφους και της παροχής του σταλακτήρα, ειδικότερα δε η μέγιστη διάμετρος διαβροχής (D) συνδέεται με την παροχή του σταλακτήρα (q) και τη βασική διηθητικότητα του εδάφους (i) με τη σχέση D = 4q πι όπου D είναι σε m, i σε mm/h και q σε lt/h. Οι σταλακτήρες είναι τοποθετημένοι στους αγωγούς εφαρμογής. Οι αγωγοί αυτοί τοποθετούνται στο έδαφος με διάφορες διατάξεις ανάλογα με το σκοπό που πρόκειται να εξυπηρετήσουν. Η πιο κοινή διάταξη είναι η απλή ευθύγραμμη στην οποία οι αγωγοί εφαρμογής ακολουθούν τις γραμμές των φυτών της καλλιέργειας και σχεδιάζονται έτσι που κατά την άρδευση να σχηματίζεται μια συνεχής ζώνη διαβροχής του εδάφους με το επιθυμητό κατά περίπτωση πλάτος. Η συνέχεια της υγρής ζώνης εξασφαλίζεται αν τοποθετηθούν οι σταλακτήρες σε απόσταση μεταξύ 62

63 τους σε απόσταση ίση με 0,8 της διαμέτρου. Αν η απόσταση μεταξύ των φυτών είναι μεγάλη, όπως συμβαίνει στους οπωρώνες, η διάταξη με απλούς ευθύγραμμους αγωγούς δεν είναι επαρκής για την ύγρανση της επιθυμητής επιφάνειας του εδάφους τότε χρησιμοποιούνται διατάξεις με δύο παράλληλους αγωγούς εφαρμογής, με βοηθητικούς ελικοειδείς αγωγούς ή με σταλακτήρες πολλαπλών εξόδων. Σε μια διάταξη άρδευσης, οι γειτονικές ζώνες διαβροχής μπορεί να εφάπτονται μεταξύ τους ή να μην εφάπτονται, οπότε μόνο ένα τμήμα του εδάφους υγραίνεται. Στην απλή ευθύγραμμη διάταξη το ποσοστό ύγρανσης, μπορεί να υπολογιστεί με τη βοήθεια της σχέσης: p(%)=100s e /S l όπου S e η απόσταση των σταλακτήρων πάνω στον αγωγό εφαρμογής και S l η απόσταση των αγωγών αυτών μεταξύ τους. S e = 0.8D = 0. 9 q ι όπου S e, D είναι σε m, i σε mm/h και q σε lt/h. σχέση Για κάθε άλλη διάταξη, το ποσοστό ύγρανσης μπορεί να υπολογιστεί με τη ns p(%) = 100 S S c 2 e l όπου n είναι ο αριθμός των σταλακτήρων ή σημείων ενστάλαξης νερού που αντιστοιχεί σε κάθε φυτό και S c S r είναι η επιφάνεια του εδάφους που αντιστοιχεί σε κάθε φυτό. Αντικαθιστώντας του S e η σχέση γίνεται 81n p(%) = S S c I q i 63

64 Η στάγδην άρδευση προκαλεί μείωση των αναγκών σε νερό καθώς και δεν ευνοείται η ανάπτυξη των ζιζανίων σε οπωρώνες. Η μείωση αυτή εκτιμάται στο 15%. Η αποδοτικότητα στη στάγδην άρδευση υπολογίζεται με τη σχέση: E f = TR EU όπου TR είναι το μέρος εκείνο του νερού που διηθήθηκε στο έδαφος το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ωφέλιμα από την καλλιέργεια και EU είναι η ομοιομορφία ενστάλαξης του νερού. Οι τιμές του TR κυμαίνονται από 0,9 σε ξερά κλίματα με μικρό ποσοστό ύγρανσης και αυξημένη περιεκτικότητα του νερού σε άλατα, μέχρι 1,0 σε υγρά κλίματα που η άρδευση είναι καθαρά συμπληρωματική και η αλατότητα του εδάφους δεν αποτελεί πρόβλημα. Γενικά, σε ένα σύστημα που λειτουργεί σωστά κάτω από συνθήκες παρόμοιες με τις ελληνικές, η τιμή του TR είναι περίπου 0,95. Η ομοιομορφία ενστάλαξης EU έχει σχέση με την καλή λειτουργία των σταλακτήρων και τη σταθερότητα της παροχής τους κάτω από τα φορτία του δικτύου. Σε ένα δίκτυο που λειτουργεί ικανοποιητικά, η EU κυμαίνεται από 0,90 μέχρι 0,95. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 12 ο Έστω ότι σε ένα θερμοκήπιο που καλλιεργείται με λαχανικά, που έχει έδαφος με βασική διηθητικότητα i=3 mm/h και οι γραμμές των φυτών απέχουν μεταξύ τους S l =lm, πρόκειται να εγκατασταθεί ένα σύστημα στάγδην άρδευσης, με διάταξη απλών ευθύγραμμων αγωγών. Λόγω της φύσης της εκμετάλλευσης κρίνεται ότι πρέπει να υγραίνεται όλη η επιφάνεια του εδάφους. Η παροχή των σταλακτήρων που είναι κατάλληλοι για το σκοπό αυτό βρίσκεται με τη βοήθεια των σχέσεων 100%=100S e /1 q 1= άρα q=3.7lt/h Επειδή αυτής της παροχής σταλακτήρες δεν υπάρχουν στο εμπόριο, επιλέγεται q=4lt/h. Η απόσταση μεταξύ των σταλακτήρων πάνω στον αγωγό εφαρμογής, θα είναι 4 S e = 0.9 = 1m 3 64

65 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 13 ο Έστω τώρα ότι ένας μηλεώνας σε νεαρή ηλικία είναι εγκατεστημένος σε ένα χωράφι με i=2 mm/h και σε αποστάσεις δένδρων επί και μεταξύ των γραμμών S c =Sr=6m. Ο οπωρώνας αυτός πρόκειται να αρδευτεί με διάταξη βοηθητικών ελικοειδών αγωγών και ποσοστό ύγρανσης p=30%. Από την παραπάνω σχέση μπορούμε να υπολογίσουμε το γινόμενο nq, δηλαδή την ολική κατά δέντρο παροχή που, για p=30%, είναι: % = nq nq = 26.7lt / h 6*6* 2 Επιλέγονται σταλακτήρες με q=4 lt/h οπότε ο αριθμός τους ανά δένδρο θα είναι η=7. Η απόσταση μεταξύ τους, σύμφωνα με τη σχέση, πρέπει να είναι 4 S e = 0.9 = 1. 27m 2 οπότε το μήκος του βοηθητικού αγωγού θα είναι (7-1)*1,25 = 7,5 m. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 14 ο Η διαθέσιμη υγρασία ενός οπωρώνα με νεαρά δένδρα, που είναι τοποθετημένα σε τετραγωνική διάταξη S c S r = 6x6 m και η κόμη τους σε προβολή καλύπτει P c = 50% της επιφάνειας του εδάφους, είναι ASM=100 mm. Η εξατμισοδιαπνοή κατά την περίοδο αιχμής ζήτησης νερού είναι ΕΤ = 6 mm/d. Ο οπωρώνας αρδεύεται με διάταξη βοηθητικών ελικοειδών αγωγών και σε κάθε δένδρο αντιστοιχούν η=7 σταλακτήρες παροχής q=4lt/h. To σύστημα λειτουργεί σωστά και το TR είναι ίσο με 0,95. Από πειραματικά δεδομένα βρέθηκε η ομοιομορφία ενστάλαξης To ποσοστό ύγρανσης του εδάφους είναι p=30% και ο συντελεστής ωφελιμότητας είναι F=0.5. Με βάση τα στοιχεία αυτά θα είναι: Η εξατμισοδιαπνοή κάτω από συνθήκες στάγδην άρδευσης, ET t = 6x50/85 = 3.53mm/d Η αποδοτικότητα εφαρμογής της άρδευσης, είναι E f = 0,95x0,96 = 0,91 Το καθαρό βάρος άρδευσης, είναι d n = 0,3x0,5x100 = 15 mm Το ολικό βάθος άρδευσης, είναι d t = 15/0,91 = 16,5 περίπου 17 mm Ο αριθμός των σταλακτήρων ανά στρέμμα, είναι Ν = 1000x7/(6x6) =194 Η διάρκεια άρδευσης, είναι t = 1000x17/(4x194) = 21,9 περίπου 22 ώρες Το εύρος άρδευσης, είναι Ι = 15/3,53 = 4,25 =* 4 ημέρες. 65

66 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 15 ο Να μελετήσετε την άρδευση ενός αγροτεμαχίου: με καταιονισμό, με καρούλι και στάγδην. Δίνονται: Μέγιστη παροχή πηγής υδροδότησης 20m 3 /h. Αγωγοί δικτύου μεταφοράς: πλαστικοί Φ125, 66μ, Αγωγοί δικτύου διανομής: πλαστικοί Φ125, 79μ και 66μ Αγωγοί δικτύου εφαρμογής πλαστικοί Από νομογράφημα απωλειών προκύπτουν οι απώλειες σε 4m/100 Καρούλι Γραμμικές απώλειες P f =( )*4/100=10.4m Τοπικές απώλειες καρουλιού (από κατασκευαστή) 4.5m Ακροφύσιο 4.5atm, 16 στόμιο, 62m. Πλάτος λωρίδας 62*80%=49.6m 50m. 3 Λωρίδες Απαιτούμενη πίεση λειτουργίας *10 = 60m Καταιονισμός 2.5atm, 20m άρα 120/(20/2-1)=11καταιωνιστήρες/σειρά. q=20000(lt/hr)/11/3 σειρές = 606lt/hr Γραμμικές απώλειες αγωγού μεταφοράς P f =66*4/100=2.64m Γραμμικές απώλειες αγωγού διανομής P f =79*4/100*F(3)=3.16*0.534=1.68m Γραμμικές απώλειες αγωγού μεταφοράς P f =120*4/100*F(11)=3.16*0.398=1.91m Γραμμικές απώλειες =6.23m Απαιτούμενη πίεση λειτουργίας *10 = 31.2m 66

67 Στάγδην Για μέσο έδαφος, p=100%, S l =1.4m, S e =0.9m, Προκύπτει q=4lt/h. 120m /0.9m κάθε αγωγός έχει 133 σταλακτήρες 133*4=532lt/h η παροχή κάθε αγωγού εφαρμογής (lt/h)/532 lt/h = 36 σειρές 36*1.4=50.4m 3 λωρίδες Απώλειες Αγωγού εφαρμογής από διαγράμματα 0.4m Γραμμικές απώλειες αγωγού διανομής P f =79*4/100*F(36)=3.16*0.365=1.15m Γραμμικές απώλειες =4.19m Απαιτούμενη πίεση λειτουργίας *10 = 14.2m 67

68 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 16 ο Τετράγωνο χωράφι 90 στρεμμάτων χωρίζεται σε 4 λωρίδες για να αρδευτεί με καρούλι. Η παροχή του αντλητικού συγκροτήματος είναι 45m 3 /h. Από την Ανάλυση του εδάφους υπολογίστηκε η ωφέλιμη υγρασία σε 70mm. Η αποδοτικότητα της άρδευσης είναι 80%. Το πλάτος κάθε λωρίδας είναι το 75% της ακτίνας διαβροχής. Τι στόμιο θα χρησιμοποιηθεί; Ποια πρέπει να είναι η ταχύτητα μετακίνησης του εκτοξευτήρα; ΛΥΣΗ Πλάτος Χωραφιού 300m Πλάτος Λωρίδας 75m Ακτίνα διαβροχής :75m/75%=100m Ολικό βάθος άρδευσης ή αρδευτική Δόση 70/0.8= Q dt = 87.5mm = 1000*45m 3 hr -1 /75m/s s=6.86m/hr Ws Από Πίνακες διαπιστώνουμε ότι πρέπει να χρησιμοποιήσουμε στόμιο ΑΣΚΗΣΗ 17 η Τι θα συμβεί αν στο παράδειγμα 12 γίνουν 5 λωρίδες. Είναι προτιμότερο να υπάρχουν 4 ή 5 λωρίδες; 68

69 Κριτήρια επιλογής συστήματος άρδευσης Η επιλογή του καταλληλότερου συστήματος άρδευσης σχετίζεται µε την ορθολογική διαχείριση του νερού και την επίτευξη του καλύτερου οικονομικού αποτελέσματος της γεωργικής εκμετάλλευσης. Οι διάφορες παράμετροι που επηρεάζουν και που πρέπει να συνεκτιμώνται στην επιλογή ενός συστήματος άρδευσης είναι οι ακόλουθες: Το κλίμα: Από τις κλιµατικές παραµέτρους ιδιαίτερη σηµασία στην επιλογή του συστήµατος έχουν ο άνεµος και η θερµοκρασία του αέρα. Σε περιοχές µε συχνούς και δυνατούς ανέµους (ταχύτητα > 4-5 m/s) η εφαρµογή της άρδευσης µε τεχνητή βροχή (ή µικροεκτοξευτήρες) είναι προβληµατική γιατί δεν µπορεί να επιτευχθεί οµοιόµορφη άρδευση ενώ ταυτόχρονα υπάρχουν αυξηµένες απώλειες νερού λόγω µεταφοράς των σταγόνων της βροχής εκτός της αρδευόµενης έκτασης. Κατ ανάλογο τρόπο µεγάλες απώλειες δηµιουργούν οι υψηλές θερµοκρασίες εξ αιτίας των ευνοϊκών συνθηκών εξάτµισης και για το λόγο αυτό οι αρδεύσεις και µάλιστα η τεχνητή βροχή πρέπει να αποφεύγονται ιδιαίτερα τις µεσηµεριανές ώρες. Από τις κλιµατικές συνθήκες εξαρτώνται άµεσα και οι ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό. Σε περιοχές µε έντονα προβλήµατα λειψυδρίας πρέπει να προτιµώνται καλλιέργειες ανθεκτικές στην έλλειψη νερού και να εφαρµόζονται µέθοδοι άρδευσης µε µικρές απώλειες (π.χ. σταγόνες). Σε περιοχές που πλήττονται από παγετούς η άρδευση µε τεχνητή βροχή αποτελεί µέθοδο αντιπαγετικής προστασίας. Το έδαφος: Όταν οι κλίσεις του εδάφους και η διηθητικότητά του είναι µεγάλες πρέπει να αποφεύγονται οι επιφανειακές µέθοδοι άρδευσης. Οι ισοπεδώσεις που απαιτούνται για τη µείωση των κλίσεων και την εφαρµογή επιφανειακής άρδευσης µπορεί να αποκαλύψουν άγονα εδάφη και πρέπει να αποφεύγονται σε τέτοιες περιπτώσεις. Αν η υπόγεια στάθµη του νερού βρίσκεται ψηλά, µε την εφαρµογή επιφανειακής άρδευσης, υπάρχει κίνδυνος περαιτέρω ανύψωσής της στο βάθος του ριζοστρώµατος λόγω των αυξηµένων ποσοτήτων νερού που απαιτεί η εφαρµογή της µεθόδου. Οι παραπάνω περιορισµοί υπαγορεύουν την εφαρµογή άλλης µεθόδου άρδευσης (σταγόνες, τεχνητή βροχή). Είδος φυτού και τρόπος καλλιέργειας: Το ρύζι είναι η µοναδική καλλιέργεια που ποτίζεται µόνο µε κατάκλυση. Σε ορισµένες καλλιέργειες η διαβροχή των φυλλωµάτων δηµιουργεί ευνοϊκές συνθήκες ανάπτυξης ασθενειών και η τεχνητή 69

70 βροχή πρέπει να αποφεύγεται. Παροµοίως πρέπει να αποφεύγεται σε περιπτώσεις που το αρδευτικό νερό περιέχει άλατα και η καλλιέργεια είναι ευαίσθητη σ αυτά. Η άρδευση λειµώνων και μηδικής µπορεί να γίνει σε λωρίδες αλλά και µε τεχνητή βροχή. Στις γραµµικές καλλιέργειες µπορούν να εφαρµοσθούν γενικά όλες οι µέθοδοι. Στην περίπτωση του καλαµποκιού η εφαρµογή της τεχνητής βροχής παρουσιάζει προβλήµατα λόγω του ύψους της καλλιέργειας και εναλλακτικά χρησιµοποιούνται συνήθως αυτοκινούµενοι αρδευτές (καρούλι - κανόνι). Οι ευνοϊκές συνθήκες εδαφικής υγρασίας που επιτυγχάνονται από την εφαρµογή της άρδευσης µε σταγόνες συντελεί σε αυξηµένες αποδόσεις και έχει οδηγήσει στην επικράτηση της µεθόδου στις θερµοκηπιακές και γενικά τις δυναµικές καλλιέργειες (π.χ. οπωρώνες). Διαθέσιμη ποσότητα και ποιότητα του αρδευτικού νερού: H επιφανειακή άρδευση ενδείκνυται όταν οι διαθέσιµες ποσότητες νερού είναι µεγάλες. Σε αντίθετη περίπτωση πρέπει να προτιμάται η άρδευση µε τεχνητή βροχή ή σταγόνες. Ειδικά όταν πρόκειται για πολύ µικρές παροχές η άρδευση µε σταγόνες επιτυγχάνει την καλύτερη αξιοποίησή τους λόγω των μικρότερων απωλειών και της δυνατότητας άρδευσης κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η ποιότητα του αρδευτικού νερού είναι επίσης καθοριστική στην επιλογή της µεθόδου άρδευσης. Αν το νερό περιέχει άλατα η άρδευση µε σταγόνες µπορεί να εφαρμοστεί εφόσον εξασφαλιστεί αποτελεσµατική έκπλυση των εδαφών. Με τις άλλες µεθόδους άρδευσης (επιφανειακή, τεχνητή βροχή) και ειδικά µε την άρδευση µε λεκάνες µπορεί να επιτευχθεί αποτελεσµατική έκπλυση των αλάτων από το έδαφος. Στην περίπτωση που η εφαρµογή της άρδευσης µε τεχνητή βροχή προκαλεί διαβροχή των φυλλωµάτων καλλιέργειας που είναι ευαίσθητη στα άλατα η χρήση αλατούχου νερού καθιστά απαγορευτική την εφαρµογή της µεθόδου. Τέλος, η παρουσία αλάτων και φερτών υλικών στο αρδευτικό νερό µπορεί να προκαλέσει σοβαρά προβλήµατα ιδιαίτερα στα συστήµατα άρδευσης µε σταγόνες λόγω έµφραξης των σταλακτήρων (βλ. ποιότητα αρδευτικού νερού). ιαθέσιµο εργατικό και τεχνικό δυναµικό: Η ύπαρξη επαρκούς ακόµη και ανειδίκευτου εργατικού δυναµικού ευνοεί τις παραδοσιακές µεθόδους επιφανειακής άρδευσης. Η άρδευση µε τεχνητή βροχή και σταγόνες απαιτεί αρκετά 70

71 ειδικευµένους εργάτες, τεχνίτες και αγρότες λόγω της πληθώρας και πολυπλοκότητας των µηχανών, µηχανισµών και αυτοµατισµών που συνεπάγεται η εφαρµογή και η συντήρησή τους. Από πλευράς απασχόλησης, η εκµηχάνιση και αυτοµατοποίηση των παραπάνω µεθόδων αναπόφευκτα οδηγεί σε µικρότερες απαιτήσεις εργατικών χεριών. Για το λόγο αυτό οι µέθοδοι αυτές προτιµώνται όταν υπάρχουν ελλείψεις εργατικού δυναµικού. Κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας των έργων: Το κόστος της εγκατάστασης ήταν παλαιότερα καθοριστικό στη επιλογή της µεθόδου άρδευσης. Η άρδευση µε επιφανειακές µεθόδους έχει το µικρότερο κόστος εγκατάστασης. Το κόστος όµως λειτουργίας, αν συµπεριλάβουµε και το κόστος του απασχολούµενου προσωπικού, είναι αρκετά υψηλό και αυξάνει καθώς το εργατικό δυναµικό που ασχολείται µε τον αγροτικό τοµέα µειώνεται. Στην άρδευση µε σταγόνες και τεχνητή βροχή το κόστος της εγκατάστασης (ηλεκτροµηχανολογικός εξοπλισµός) είναι υψηλό που αυξάνεται από τη χρήση επιπρόσθετων αυτοµατισµών. Η ύπαρξη ηλεκτρικού δικτύου στην περιοχή ευνοεί την εγκατάσταση των συστηµάτων αυτών από πλευράς κόστους συντήρησης και λειτουργίας. Γενικά το κόστος λειτουργίας συστηµάτων µε σταγόνες είναι χαµηλότερο αυτών της τεχνητής βροχής λόγω της χαµηλότερης πίεσης λειτουργίας των δικτύων. Παρότι το κόστος των σύγχρονων συστηµάτων άρδευσης µε τεχνητή βροχή και ιδιαίτερα µε σταγόνες είναι αρκετά υψηλό εντούτοις δεν είναι πάντοτε καθοριστικό στην επιλογή της µεθόδου άρδευσης. Καθοριστικοί παράγοντες µπορεί να θεωρηθούν ιδιαίτερα η αύξηση της απόδοσης των καλλιεργειών και µάλιστα των δυναµικών (π.χ. οπωροκηπευτικά) και οι απαιτήσεις για µείωση του χρόνου ενασχόλησης µε την αρδευτική πρακτική. 71

72 ΑΝΤΛΗΣΗ ΝΕΡΟΥ-ΙΣΧΥΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Όταν το νερό δεν μπορεί να φτάσει με βαρύτητα στον προορισμό του τότε η μεταφορά του γίνεται με άντληση. Το μηχανικό μέσο με το οποίο γίνεται η ανύψωση του νερού σε σημείο με μεγαλύτερη δυναμική ενέργεια ονομάζεται αντλία, οι αντλίες ανακαλύφθηκαν πριν από τις κινητήριες μηχανές. Η κίνηση των αντλιών γίνεται από κινητήρες. Ο κινητήρας και η αντλία αποτελούν το αντλητικό συγκρότημα. Το ποσοστό αξιοποίησης της εισαγόμενης ενέργειας ονομάζεται αποδοτικότητα του αντλητικού συγκροτήματος, δηλαδή είναι ο λόγος της ισχύς στην έξοδο της αντλίας προς την ισχύ εισόδου στον κινητήρα. Τέσσερα μεγέθη χαρακτηρίσουν τη λειτουργία του αντλητικού συγκροτήματος: α) Παροχή (Q), β) Μανομετρικό ύψος (H), γ)βαθμός απόδοσης (n) και δ)ισχύς (W). Η ισχύς εξόδου της αντλίας δίνεται από τη σχέση: W HP = QH 273 Η ισχύς σε ίππους, η παροχή σε m 3 h -1 και το μανομετρικό ύψος σε m. Οι χαρακτηριστικές καμπύλες αντλίας παρουσιάζουν τα υδραυλικά χαρακτηριστικά και την απορροφημένη ισχύ της αντλίας σε συγκεκριμένη ταχύτητα περιστροφής, είναι ξεχωριστές για κάθε αντλία και δίνονται από τον κατασκευαστή. Σε ένα διάγραμμα παρουσιάζονται τρεις καμπύλες. Ολικό φορτίο, m Αποδοτικότητα, % Παροχή, m 3 /h 72

73 73

74 74

75 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 17 ο Ένας γεωργός θέλει να καλλιεργήσει μια έκταση 50 στρεμμάτων με καλαμπόκι (60%) και βαμβάκι (40%) και αποφασίζει να αρδεύσει με τη μέθοδο του καταιονισμού, είναι γνωστό ότι σε περίοδο αιχμής πρέπει να αρδεύεται όλη η καλλιεργήσιμη έκταση μέσα σε τέσσερις ημέρες, με δόση άρδευσης 100 mm και 120 mm αντίστοιχα. Πόση πρέπει να είναι η παροχή του συστήματος σε l/sec εάν είναι γνωστό ότι η ημερήσια λειτουργία του συστήματος θα είναι 16 ώρες; Πόση πρέπει να είναι η εγκατεστημένη ισχύς του αντλητικού συγκροτήματος σε (Ps ή Hp) και σε KWatt και πόση του κινητήρα, εάν είναι γνωστά τα εξής στοιχεία: Το γεωδετικό ύψος είναι ίσο με 22 μέτρα, οι γραμμικές απώλειες φορτίου είναι 8 μέτρα, οι τοπικές απώλειες φορτίου είναι 2 μέτρα, το ύψος του καταιονιστήρα είναι 1.5 μέτρα και η πίεση λειτουργίας του καταιονιστήρα είναι 2.5 atm. Η άρδευση γίνεται με το σύστημα αντλία κινητήρας και ο βαθμός απόδοσης της αντλίας είναι 60% και ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα 85%. ΛΥΣΗ 50*60%=30στρ 30*100mm = 3000m 3 50*40%=20στρ 20*120mm = 2400m 3 Ώρες λειτουργίας 4d*16hr = 64 hr ΣΥΝΟΛΟ = 5400m 3 Παροχή Q = 5400m 3 /64hr = m 3 /hr ή lt/s H = *10 = 58.5m QH W HP = =84.735*58.5/273/60%/85% = 35.6Hp 273n ΑΣΚΗΣΗ 18 η Ένας γεωργός θέλει να αρδεύσει με τη μέθοδο του καταιονισμού. Η αντλία αντλεί 60m 3 /hr από βάθος 65m, το νερό πρέπει πίεση να έχει 4.5atm και οι όλες οι απώλειες υπολογίσθηκαν σε 5m Πόση πρέπει να είναι η εγκατεστημένη ισχύς του αντλητικού συγκροτήματος σε Hp και πόση του κινητήρα, εάν ο βαθμός απόδοσης της αντλίας είναι 65% και ο βαθμός απόδοσης του κινητήρα 90%. 75

76 ΑΣΚΗΣΗ 19 η Συγκρίνεται τις μεθόδους άρδευσης καταιονισμού και στάγδην από την άποψη του κόστους λειτουργίας για τα παρακάτω δεδομένα. Εξατμισοδιαπνοή καλαμποκιού 570mm για την αρδευτική περίοδο Έκταση αγροτεμαχίου 100στρ Παροχή αντλίας 60m 3 /hr Βάθος άντλησης 65m. Συνολικές απώλειες 5m Πίεση αρδευτικού συστήματος 5atm για τον καταιονισμό, 1.5atm για στάγδην Βαθμός απόδοσης του αντλητικού ζεύγους, 60% Αποδοτικότητα αρδευτικού συστήματος 70% για τον καταιονισμό, 95% για στάγδην Δίνεται 1Hp = ΚW, το κόστος της ενέργειας είναι 0,009 /KWh ΛΥΣΗ Σταγδην Καταιονισμός ΕΤc Εf 95% 70% Δο 600,0 814,3 Εκταση Ογκος νερού Παροχή ώρες λειτουργίας Μανομετρικό Απόδοση Αντλητικού 60% 60% Ισχύς (Hp) 31,1 44,0 Ενέργεια(KWh) 22915, ,8 Κόστος ( ) 206,24 395,15 Άρα η αρδευση με καταιονισμό είναι κατά 92% πιο ενεργοβόρα από στάγδην άρδευση 76

77 77

78 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΡΔΕΥΣΗΣ 1000Q dt = Ws ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 18 ο Τετράγωνο χωράφι 90 στρεμμάτων χωρίζεται σε 4 λωρίδες για να αρδευτεί με καρούλι. Η παροχή του αντλητικού συγκροτήματος είναι 45m 3 /h. Από την Ανάλυση του εδάφους υπολογίστηκε η ωφέλιμη υγρασία σε 70mm. Η αποδοτικότητα της άρδευσης είναι 80%. Το πλάτος κάθε λωρίδας είναι το 75% της ακτίνας διαβροχής. Τι στόμιο θα χρησιμοποιηθεί; Ποια πρέπει να είναι η ταχύτητα μετακίνησης του εκτοξευτήρα; ΛΥΣΗ Πλάτος Χωραφιού 300m Πλάτος Λωρίδας 75m Ακτίνα διαβροχής :75m/75%=100m Ολικό βάθος άρδευσης ή αρδευτική Δόση 70/0.8= Q dt = 87.5mm = 1000*45m 3 hr -1 /75m/s s=6.86m/hr Ws Από Πίνακες διαπιστώνουμε ότι πρέπει να χρησιμοποιήσουμε στόμιο ΑΣΚΗΣΗ 19 η Τι θα συμβεί αν στο παράδειγμα 12 γίνουν 5 λωρίδες. Είναι προτιμότερο να υπάρχουν 4 ή 5 λωρίδες; 78

79 Άρδευση ακριβείας Η γεωργία ακριβείας (Precision Agriculture) αποτελεί ένα σύστημα παραγωγής αγροτικών προϊόντων που στηρίζεται στη διαχείριση των εισροών σε ένα αγρό σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες της καλλιέργειας τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Τα συστήματα της γεωργίας ακριβείας στηρίζονται στις δυνατότητες που παρέχουν οι νέες τεχνολογίες για την αναγνώριση της χωρικής-χρονικής παραλλακτικότητας των αναγκών της καλλιέργειας και την ανάπτυξη συστημάτων μεταβλητών παροχών των εισροών. Η άρδευση, μαζί τη φυτοπροστασία και τη λίπανση είναι οι τρεις βασικοί τομείς εφαρμογής της γεωργίας ακριβείας. Η άρδευση ακριβείας είναι μια νέα τεχνική άρδευσης, με στόχο την αύξηση της παραγωγικότητας του νερού και μέσω αυτής την μείωση του αγροτικού κόστους παραγωγής. Ως άρδευση ακριβείας εννοούμε την άρδευση με βάση τις πραγματικές ανάγκες του φυτού σε πραγματικό χρόνο και σε τοπικό επίπεδο. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει την άρδευση κατά τη κατάλληλη χρονική στιγμή, στη κατάλληλη ποσότητα, στο σωστό σημείο του χωραφιού, βοηθώντας ταυτόχρονα την ορθολογική διαχείριση του νερού, την μείωση του ενεργειακού κόστους και την αύξηση της αγροτικής παραγωγής. Αυτό σημαίνει ότι η απόφαση του κάθε αγρότη για το πότε, το πόσο και του που να αρδεύσει δεν είναι μία απλοϊκή διαδικασία, όπως σήμερα, αλλά μια πιο σύνθετη διαδικασία που περιλαμβάνει: α) Γνώση για τις μετεωρολογικές συνθήκες που θα επικρατήσουν στο χωράφι του τις επόμενες πέντε ημέρες, β) Γνώση για τις εδαφικές ιδιότητες του αγρού του και τις συνθήκες υγρασίας που κατακρατεί το έδαφος αυτό στο βάθος της ρίζας του φυτού, καθώς και γ) Γνώση για τις ιδιαίτερες απαιτήσεις του φυτού σε νερό ανά καλλιεργητική φάση. Οι μετεωρολογικές συνθήκες που προηγήθηκαν από την έναρξη της καλλιεργητικής περιόδου, αλλά κυρίως αυτές που προβλέπονται στο άμεσο μέλλον, είναι ιδιαίτερα σημαντικές για να γνωρίζουμε τόσο τη ποσότητα νερού που έπεσε στον αγρό όσο και τη ποσότητα νερού που χάθηκε από αυτόν μέσω της διαδικασίας της εξατμισοδιαπνοής. 79

80 Οι συνθήκες εδαφικής υγρασίας μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε τη ποσότητα νερού που είναι αποθηκευμένη στο έδαφος του αγρού, ανάλογα με την αύξηση του ριζικού συστήματος, και να προβλέπουμε τον χρόνο και τη ποσότητα νερού άρδευσης που απαιτείται, πετυχαίνοντας έτσι την βέλτιστη αγροτική παραγωγή με την μικρότερη δυνατή προσπάθεια και κόστος. Στην άρδευση ακριβείας απαιτείται υψηλής τεχνολογίας εξοπλισμός και τεχνογνωσίας που μπορεί να περιλαμβάνει πολυφασματικές, θερμικές κάμερες, δορυφορικές φωτογραφίες μεγάλης ανάλυσης, GPS, Γεωγραφικά Συστήματα πληροφοριών, εξειδικευμένες γνώσεις, λογισμικά, φασματικές υπογραφές, κ.α. που υπολογίζουν και ρυθμίζουν τη σωστή χωροχρονική εφαρμογή του νερού με τον έλεγχο ηλεκτροβανών. Σχηματική παράσταση άρδευσης ακριβείας με αισθητήρες εδαφικής υγρασίας που επικοινωνούν με μετεωρολογικό σταθμό και αφού υπολογισθούν οι ανάγκες σε νερό δίνουν εντολή σε ηλεκτροβάνες για την χωρική εφαρμογή του νερού. Η υγιής βλάστηση έχει μία εξαιρετικά διακριτή αλληλοεπίδραση με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στη δίοδο του ερυθρού και εγγύς υπέρυθρου που μπορεί να καταγραφεί από πολυφασματικούς σαρωτές. 80

81 VIS: Οι φωτοχρωστικές ουσίες του φύλλου των φυτών (κυρίως χλωροφύλλη) απορροφούν σημαντικά επίπεδα ΗΜΑ (κυρίως ιώδες & ερυθρό) για τη φωτοσύνθεση 81

82 NIR: Σκέδαση της ΗΜΑ από την εσωτερική δομή του φύλλου των φυτών (κυρίως από τη μεσοφυλλική μεμβράνη) η οποία εξαιτίας του πολλαπλασιασμού του από τα φυλλώματα παρουσιάζει σημαντικό ποσοστό ανάκλασης Ένα σημαντικό βήμα ήταν η αναγνώριση ότι οι διακυμάνσεις της υπέρυθρης ακτινοβολίας, ως αποτέλεσμα της αυξομείωσης της χλωροφύλλης, της μείωσης του ποσοστού του φυτικού νερού και των μεταβολών στη δομή του φύλλου, ήταν σημαντικές και πριν από την εμφάνιση των αντίστοιχων συμπτωμάτων στον αγρό. Σε σχέση με το ποσοστό νερού των φύλλων η έρευνα δείχνει ότι γενικά η ανάκλαση αυξάνεται με τη μείωση του νερού. Η αύξηση αυτή δεν εύκολο να καταγραφεί στην ορατή περιοχή του φάσματος, γιατί καλύπτεται από την επίδραση των χρωστικών ουσιών των φύλλων. Στην περιoχή 0,75-1,35 μm (εγγύς υπέρυθρη), οι φασματικές ιδιότητες των φύλλων έχουν σχέση με τη μορφολογία του φύλλου, η οποία αλλάζει με την απώλεια νερού που έχει ως αποτέλεσμα μικρή αύξηση της ανάκλασης Η μεγαλύτερη αλλαγή παρατηρείται στην περιοχή πέρα από το μήκος κύματος 1,35μm, όπου το ποσοστό νερού στα φύλλα είναι ο ισχυρότερος παράγοντας που διαφοροποιεί την ανάκλαση, με την ανάκλαση να αυξάνεται με τη μείωση του ποσοστού νερού στα φύλλα. Ακόμα μεγαλύτερη αλλαγή παρατηρείται σε μήκος κύματος μεγαλύτερο 1,45μm (περιοχή απορρόφησης από το νερό) και θεωρείται ως η καλύτερη περιοχή του φάσματος για τη μελέτη της κατάστασης, από την άποψη του νερού, του φυτικού υλικού. Πολυφασματικές κάμερες ειδικά σχεδιασμένες για γεωργικές εφαρμογές. Καλύπτουν έως και 1300 στρ. με μία λήψη (χωρική ανάλυση 1m). 82

83 Διάφοροι τρόποι λήψης πολυφασματικών φωτογραφιών. 83

84 Φασματική υπογραφή βλάστησης. Αλλαγές στην φασματική υπογραφή δείχνουν την ελλείψεις σε θρεπτικά στοιχεία, ασθένειες, υδατικό στρες. 84

85 Σύστημα ελέγχου της διανομής του αρδευτικού νερού 85

86 Εφαρμογές Γεωργίας Ακριβείας στη Φλώρινα Αυτοματοποιημένη λειτουργία χάρτη ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με διαδραστικό χάρτη Τηλεμετρική μετάδοση δεδομένων εδαφικής υγρασίας 86