Άρδευση µε σταγόνες ή στάγδην άρδευση (drip or trickle irrigation)

Transcript

1 Άρδευση µε σταγόνες ή στάγδην άρδευση (drip or trickle irrigation)

2 Εισαγωγή Εφαρµογή του νερού υπό µορφή σταγόνων στο ριζόστρωµα των φυτών µε ειδικούς σταλάκτες επί σωλήνων ΡΕ κατά µήκος των γραµµών των φυτών. Πίεση στους σταλάκτες: 0,2 4 atm Παροχή στους σταλάκτες: 1 10 l/h Προσθήκη λιπασµάτων και φυτοφαρµάκων.

3 Ιστορική αναδροµή 1860 Γερµανία Στράγγιση από πηλοσωλήνες µε αρµούς 1930 Αυστραλία Γαλβανισµένοι σωλήνες µε οπές για άρδευση 1930 Ισραήλ Symcha Blass (διαρροή κάνουλας κατασκευή υπόγειου συστήµατος µε διόδους τύπου σπιράλ 1944 Η.Π.Α. πρώτη εµφάνιση σε άρδευση φοινικόδενδρων Αγγλία θερµοκήπια τοµάτας 1960 Ισραήλ άρδευση ερήµων Negev Arava (νερό µε άλατα υποβάθµιση µε καταιονισµό και αυλάκια), χειµερινή τοµάτα από 35,8 t/ha σε 58,3 t/ha.

4 Εφαρµογή Σε ποικίλα εδάφη µε ποικιλόµορφες τοπογραφικές συνθήκες. Η σχεδίαση ενός συστήµατος ώστε να διατηρεί οµοιόµορφη παροχή έγκειται στην εµπειρία και ικανότητα του υδραυλικού µηχανικού. Απατούνται: Γνώση καλλιέργειας και ειδικών συνθηκών συνεργασία µε τονγεωπόνο.

5 Πλεονεκτήµατα 1. Έλεγχος νερού σε κάθε άρδευση ιότι το σύστηµα είναι µόνιµο χωρίς µετακινήσεις εν υπάρχει επίδραση ανέµου Αρδεύεται ένα ποσοστό του αγρού εν διακόπτεται η άρδευση κατά τις καλλιεργητικές φροντίδες Αυτοµατοποίηση Απόδοση 90% (καταιονισµός 60-80%), (επιφανειακές αρδεύσεις 50-60%)

6 Πλεονεκτήµατα 2. ιατήρηση µικρών αρνητικών πιέσεων στο έδαφος Σταθερή υγρασία = υδατοικανότητα µικρή πίεση ανάπτυξη φυτών χωρίς stress 3. Οικονοµία νερού Μικρές απώλειες κατά την µεταφορά και εφαρµογή. Εξοικονόµηση νερού κατά 25% > καταιονισµό 50%> επιφανειακές µεθόδους Καθόλου απώλειες επιφανειακής απορροής (διότι η παροχή των σταλακτήρων είναι µικρότερη της διήθησης) και βαθειάς διήθησης.

7 Πλεονεκτήµατα 4. Οικονοµικά και ενεργειακά οφέλη Το κόστος εγκατάστασης ενός σταθερού συστήµατος άρδευσης µε σταγόνες είναι συνήθως υψηλότερο από τις άλλες µεθόδους. Αυτό είναι οπωσδήποτε ένα µειονέκτηµα της µεθόδου το οποίο όµως αντισταθµίζεται από το κόστος άντλησης και το κόστος εργασίας που είναι χαµηλότερα. Επειδή όµως η οικονοµική σύγκριση δυσχεραίνεται λόγω της συνεχούς µεταβολής των τιµών ο Batty et al (1975) σύγκριναν τις διαφορές στην ενεργειακή κατανάλωση για τις διάφορες µεθόδους άρδευσης που σχεδιάσθηκαν για φάρµα 64 ha (Πίνακας 1).

8 Πίνακας 1. Συνολικά δεδοµένα σε ΜJ/ha (συµπεριλαµβανοµένης της προετοιµασίας του εδάφους) για 5 αρδευτικά συστήµατα και για απαίτηση νερού 915 mm και µηδενική ανύψωση. Αρδευτικό σύστηµα Ενέργεια εγκατάστασης Ενέργεια άντλησης Ενέργεια εργασίας Συνολική ενέργεια Επιφανειακή άρδευση , Σταθερή µε καταιονισµό , Χειροκίνητη µε καταιονισµό , Κανόνι βροχής , Στάγδην , Από τον Πίνακα φαίνεται η υπεροχή της στάγδην ως προς την κατανάλωση ενέργειας άντλησης έναντι του καταιονισµού. Στο προτέρηµα αυτό προστίθεται και ο µεγάλος βαθµός απόδοσης κατά την άρδευση µε σταγόνες. Μεγαλύτερη κατανάλωση εργασίας γίνεται στην επιφανειακή και στην άρδευση µε φορητό καταιονισµό. Μελέτες σύγκρισης µεταξύ στάγδην και άρδευσης µε µετακινούµενο κανόνι βροχής για συµπληρωµατικές αρδεύσεις σε οπωρώνες έδειξαν όµοιο κόστος στην εργασία, αλλά οι συνολικές δαπάνες νερού εγκατάστασης και άντλησης ήταν λιγότερες από τις µισές δαπάνες για την άρδευση µε κανόνι.

9 5. Χρήση χαµηλής ποιότητας αρδευτικού νερού Τα άλατα του νερού απωθούνται προς την περιφέρεια διαβροχής. Πρόσληψη νερού από το κέντρο διαβροχής (χαµηλή πίεση χωρίς ωσµωτική πίεση). 6. Μερική διαβροχή του εδάφους 30% στα οπωροφόρα Περιορίζεται η ΕΤ τα ζιζάνια 7. ιατήρηση ξηρού φυλλώµατος αποφυγή Ασθενειών αποφυγή έκπλυσης φυτοφαρµάκων αποφυγή Εγκαυµάτων λόγω αλατότητας

10 8. Εφαρµογή λιπασµάτων και φυτοφαρµάκων Οικονοµία εργατικών χεριών 9. Εφαρµογή σε δύσκολα εδάφη περιοχές µε κλίσεις ερηµικές τροπικές αµµώδεις 10. Προστασία περιβάλλοντος από ρύπανση

11 1. Κόστος εγκατάστασης 2. Εµφράξεις σταλακτήρων Μειονεκτήµατα α. Μηχανικές (φερτές ύλες αντιµετωπίζεται µε φίλτρα) β. Χηµικές (ιζήµατα Fe, Ca, CO3 αντιµετωπίζεται µε χλωρίωση) γ. Βιολογικές οργανικές (βακτήρια µύκητες άλγη αντιµετωπίζεται µε πλύσιµο δικτύου) 3. Συσσώρευση αλάτων Πρόβληµα όχι στην ίδια αλλά σε επόµενες καλλιέργειες Απαιτείται Έκπλυση αλάτων 4. Μηχανικές καταπονήσεις - ζηµιές

12 Σύγκριση µεθόδων άρδευσης

13 1. Μονάδα ελέγχου (Κεφαλή) Περιγραφή συστήµατος 2. ίκτυο µεταφοράς (Κύριοι και δευτερεύοντες) Κύριοι αγωγοί: PE PVC γαλβανισµένο ατσάλι Υπέργειο ή υπόγειο ευτερεύοντες από PE PVC Τυπικό σύστηµα στάγδην άρδευσης 3. ίκτυο εφαρµογής (πλευρικοί αγωγοί) Φέρει τους σταλάκτες µε ιαµέτρους Φ12 Φ25 από PE PVC ανθεκτικοί σε Πίεση: 4 6 atm Τοποθετούνται Κατά τις ισοϋψείς µπορεί να είναι Υπέργειοι ή υπόγειοι

14 Κεφαλή ή µονάδα ελέγχου Περιλαµβάνει: Φίλτρα Συσκευές εφαρµογής λιπασµάτων Ρυθµιστές πίεσης Μετρητές ροής

15 Σταλακτήρες Αποτελούν τη βάση του συστήµατος στάγδην άρδευσης ιακρίνονται: 1. Ανάλογα µε την τοποθέτηση τους στους πλευρικούς αγωγούς σε Γραµµικούς και πλευρικούς 2. Ανάλογα µε το είδος ροής σε Στρωτής ροής (Re 2000) Μερικά στροβιλώδη ροή ή ασταθής ροή (2000 Re 4500) Με στροβιλώδη ροή (Re > 4500) 3. Ανάλογα µε τον τρόπο απόσβεσης της πίεσης σε Σταλακτήρες µε µακρύ διάδροµο ροής Με επιστόµιο ή οπή διαµέτρου 0,4 0,6 mm, φράζουν εύκολα. 4. Ανάλογα µε την ικανότητα αυτοκαθαρισµού Αυτοκαθαριζόµενους (Η οπή µεγαλώνει σε χαµηλές πιέσεις, ακριβοί.) και µη αυτοκαθαριζόµενους 5. Ανάλογα µε τη εξάρτηση της παροχής από την πίεση Αυτορυθµιζόµενους και µη αυτορυθµιζόµενους

16 Γραµµικοί σταλάκτες Πλευρικοί σταλάκτες

17 Παροχή σταλλακτήρων q = ah b q = ηπαροχή του σταλάκτη, (L/h) α = συντελεστής παροχής που χαρακτηρίζει κάθε σταλάκτη, H = ηπίεση (ύψος) λειτουργίας του σταλάκτη, (m) b = ο εκθέτης ροής ή παροχής του σταλάκτη. Όταν b=1 η ροή είναι στρωτή (Re 2000) b=0,5 η ροή είναι στροβιλώδης (Re > 4500) Re VD = v V είναι η ταχύτητα, D η διάµετρος και v το κινηµατικό ιξώδες Στους αυτορυθµιζόµενους b=0

18 Παροχή σταλλακτήρων b = log( q log( H 1 1 / / q 2 H 2 ) ) q 1 = 4 lh -1 q 2 =5,66 lh -1 H 1 =10 m H 2 =20 m log( 4 / 5, 66 ) b = = log( 10 / 20 ) 0, 5

19 Σχέση πίεσης - παροχής 3,0 4,5 2,5 4,0 3,5 Παροχή (L/h) 2,0 1,5 1,0 Παροχή (L/h) 3,0 2,5 2,0 1,5 0,5 1,0 0,5 0, , Πίεση (kpa) Πίεση (kpa) αυτορυθµιζόµενος 100 kpa = 1 atm = 10 m

20 Ποσοστό διαβροχής D = 4q iπ D διάµετρος διαβροχής m q παροχή σταλακτήρα l/h i η τελική διηθητικότητα mm/h S e =0,8 D Se= η απόσταση των σταλακτήρων

21 Ποσοστό διαβροχής εξαρτάται από την πυκνότητα φύτευσης και την κατηγορία εδάφους. Συµβολίζεται µε το Ρ και είναι συνήθως Οπωρώνες 30% Αµπέλι 40% Γραµµικές καλλιέργειες (βαµβάκι, καλαµπόκι κλπ) 50-70% Λαχανικά 100% Το P υπολογίζεται από πίνακες σε σχέση µε το S e και το S l S e είναι η ισαποχή των σταλακτήρων και S l είναι η ισαποχή των σταλακτηφόρων αγωγών

22

23 ιατάξεις άρδευσης

24 P(%) = 100 S S e l P(%) = 100 2S S r e S e είναι η ισαποχή των σταλακτήρων και S l είναι η ισαποχή των σταλακτηφόρων αγωγών S r είναι η απόσταση µεταξύ των σειρών των δένδρων

25 p(%) = 100 ns S c 2 e S r n είναι ο αριθµός των σταλακτήρων ανά δένδρο S e είναι η ισαποχή των σταλακτήρων και S c είναι η απόσταση µεταξύ των των δένδρων S r είναι η απόσταση µεταξύ των σειρών των δένδρων

26 ET t Pc, 85 c = ETc Υπολογισµός της ΕΤ P 1 85 ET t εξατµισοδιαπνοή σε συνθήκες στάγδην άρδευσης ET εξατµισοδιαπνοή P c ποσοστό κάλυψης του εδάφους από την προβολή του φυλλώµατος Καθαρό βάθος άρδευσης Yδ ΣΜΜ d n = p * ΩΝ = p * F * Ν = p * F * pb * R 100 d n = p* USW = p* F * ASW = p* F * FC PWP 100 p b * RD

27 Sr=5 m Sr=5 m Sc=5 m Sc=5 m D D 2 314, x4, 5 63, 6 2 D = 4, 5m P = 100 = = 64 3, 14 x5, 3 88, 2 c 4x5x5 100 D = 5, 3m Pc = = = 88, 2 4x5x5 100

28 d = t d E Πραγµατικό βάθος άρδευσης n f Αποδοτικότητα άρδευσης E f = TR EU TR µέρος του νερού που διηθήθηκε και αξιοποιείται από το φυτό ( 0,95) EU οµοιοµορφία ενστάλαξης EU = q q n m q n µέση παροχή σταλακτήρων (5% του συνόλου) q m µέση παροχή του ¼ των σταλακτήρων µε τις µικρότερες παροχές Η EU κυµαίνεται από 0,90 µέχρι 0,95 Όταν χρησιµοποιούνται αυτορυθµιζόµενοι σταλακτήρες EU=1

29 Εύρος άρδευσης I = d n ET t ET t εξατµισοδιαπνοή σε συνθήκες στάγδην άρδευσης ιάρκεια άρδευσης T dt = 1000 q N Ν= αριθµός σταλακτήρων στο στρέµµα Στην απλή ευθύγραµµη διάταξη Στην διάταξη µε δύο παράλληλους αγωγούς N N = 1000 S S e l 1000 = 2 S S e r Στην διάταξη µε σταλακτήρες πολλαπλών εξόδων ή µε βοηθητικούς ελικοειδής αγωγούς n N = 1000 S S c r S e =ισαποχή σταλακτήρων S l = ισαποχή σταλακτηφόρων αγωγών S r = απόσταση µεταξύ γραµµών δένδρων S c = απόσταση µεταξύ δένδρων

30 Σε θερµοκήπιο που καλλιεργείται µε φυλλώδη λαχανικά, το έδαφος έχει Τελική Τιµή ιήθησης (ΤΤ ) ίση µε 7,5 mm/h και οι γραµµές των φυτών απέχουν µεταξύ τους απόσταση S l =0,8 m, πρόκειται να εγκατασταθεί σύστηµα στάγδην άρδευσης, µε διάταξη απλών ευθύγραµµων αγωγών. Στο εν λόγω θερµοκήπιο η φύση της εκµετάλλευσης απαιτεί την ύγρανση όλης της επιφάνειας του εδάφους. Ζητείται η επιλογή του κατάλληλου για τις περιγραφείσες συνθήκες σταλακτήρα (παροχή σταλακτήρα q (l/h) και ισαποχή σταλακτήρων στον σταλακτηφόρο αγωγό ή αγωγό εφαρµογής S e (m)).επίσης αν η έκταση του θερµοκηπίου είναι 2,5 στρέµµατα, πια είναι η απαιτούµενη παροχή νερού Q(m 3 /h), για την άρδευση όλης της έκτασης του θερµοκηπίου ταυτόχρονα.

31 p(%) Se p(%) S r 100 0, 8 = 100 Se = = = S l 0, 8m S e 4 q = 0, 8 D = 0, 8 = 0, 9 π i q i q = S e i = 2 0, 8 7, 5 0, 81 = 5, 92l / h 6l / h N = S e A S l = , 8 = , 64 = 3906 Q = 3906 * 6 = 23, 4m 3 / h

32