ΕΓΓΕΙΟΒΕΛΤΙΩΤΙΚΑ ΕΡΓΑ

ΕΓΓΕΙΟΒΕΛΤΙΩΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ιοίκηση: Συνολικά 419 φορείς 11 Γ.Ο.Ε.Β. (Γενικοί Οργανισµοί Εγγείων Βελτιώσεων) GOLR (General Organizations of Land Reclamations) 384 Τ.Ο.Ε.Β. (Τοπικοί Οργανισµοί Εγγείων Βελτιώσεων) LOLR (Local Organizations of Land Reclamations) 2 Ειδικοί Οργανισµοί (Special Associations) 22 Προσωρινές ιοικούσες Επιτροπές (Provisional Administrative Committees) 1

Οόρος εγγειοβελτιωτικά έργα αναφέρεται σε όλα τα τεχνι-κά έργα και τις εργασίες που έχουν ως τελικό σκοπό τη βελ-τίωση της «έγγειας προσόδου», δηλαδή της παραγωγικότητας της γης, όσον αφορά τις φυτικές καλλιέργειες. 2

Ηαποξήρανση της Κωπαΐδας Τα έργα για την αποξήρανση της Κωπαΐδας άρχισαν την δεκαετία του 1880, ενώ το έργο ολοκληρώθηκε τελικά το 1931. Στην πρώτη φάση πραγµατοποιήθηκαν αποστραγγιστικά έργα από γαλλική εταιρία κατά την περίοδο 1882-1886. Η Κωπαΐδα αποξηράνθηκε προσωρινά αλλά εξαιτίας µείωσης της επιφάνειας του εδάφους της, που σηµειώθηκε αµέσως µετά την αποξήρανση, η περιοχή πληµµύρισε ξανά τα επόµενα χρόνια. Τότε πραγµατοποιήθηκαν νέα έργα από αγγλική εταιρία ("Λίµνη Κωπαΐδος ΑΕ") τα οποία ολοκληρώθηκαν το 1931 και η λίµνη αποξηράνθηκε οριστικά. Με την αποξήρανση της λίµνης δηµιουργήθηκαν 241.000 στρέµµατα καλλιεργήσιµης γης[2]. Το 1953 η περιοχή της Κωπαΐδας απαλλοτριώθηκε και ταυτόχρονα δηµιουργήθηκε µε το Ν.. 2488/24-7-1953 ο Οργανισµός Κωπαΐδos (νοµικό πρόσωπο δηµοσίου δικαίου) ο οποίος αντικατέστησε την αγγλική εταιρία και εφάρµοσε πρόγραµµα εναλλασσόµενων καλλιεργειών. 3

Ηαποξήρανση της Κωπαΐδας κατά την αρχαιότητα Οι πρώτοι που αποξήραναν την λίµνη Κωπαΐδα, ήταν οι αρχαίοι κάτοικοι του Ορχοµενού, οι Μινύες. Οι Μινύες τον 16ο αιώνα π.χ. περίπου, πραγµατοποιώντας εντυπωσιακά αρδευτικά έργα για την εποχή κατάφεραν να αποξηράνουν την λίµνη. Για τον σκοπό αυτό δηµιούργησαν µία σειρά από σήραγγες και καταβόθρες διοχετεύοντας τελικά το νερό της λίµνης στον κόλπο της Λάρυµνας. Τα αρδευτικά αυτά έργα καταστράφηκαν µετά την παρακµή των Μινύων και την κάθοδο στην περιοχή των Βοιωτών. Στην καταστροφή των έργων συνέβαλαν και καταστρεπτικοί σεισµοί που σηµειώθηκαν στην περιοχή. Έτσι σταδιακά στις αρχές του 13ου π.χ αιώνα, η περιοχή πληµµύρισε πάλι και ξανασχηµατίστικε η λίµνη. 4

ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Οι βασικές µονάδες µέτρησης που χρησιµοποιούνται είναι: Το µήκος σε µέτρα (m), την µάζα σε χιλιόγραµµα (kg), τον χρόνο σε δευτερόλεπτα (s) ή ώρες (h) ή ηµέρες (d), την δύναµη σε Newtons (N), την θερµοκρασία στην εκατόβαθµη κλίµακα (βαθµοί Celsius) ( o C), την ενέργεια σε Joules (J). Πολλές φορές είναι βολικό να χρησιµοποιούµε µικρότερες µονάδες σε κλίµακα εργαστηρίου, θα χρησιµοποιούµε εκατοστόµετρα (cm), χιλιοστά (mm), γραµµάρια (gr) και χιλιοστόγραµµα (mg) 5

Τι είναι το έδαφος; Αντίθετα µε ότι πιθανόν να σκέπτεστε, δεν είναι απλά «σωµατίδια σκόνης». Το έδαφος αποτελείται από στερεά υλικά που ως επί το πλείστον είναι ανόργανα οξείδια του πυριτίου (Si), του αργιλίου (Al), του σιδήρου (Fe), του άνθρακα (C.), του ασβεστίου (Ca) και του µαγνησίου (Mg), Επίσης υπάρχουν µικρές διάσπαρτες ποσότητες πολλών άλλων χηµικών, στα οποία περιλαµβάνονται οργανικά συστατικά και µείγµατα. Τα εδαφικά σωµατίδια ποικίλουν ως προς το µέγεθος και το σχήµα τους. 6

Μέγεθος εδαφικών σωµατιδίων Τα εδαφικά σωµατίδια ποικίλουν ως προς το µέγεθος και το σχήµα τους. Ο Πίνακας που ακολουθεί δείχνει την ταξινόµηση κατά µέγεθος των εδαφικών σωµατιδίων σύµφωνα µε την ιεθνή Εδαφολογική Εταιρεία. Η ταξινόµηση περιλαµβάνει τρεις τάξεις µεγέθους (Άµµος, Ιλύς και Άργιλος) µε µέγεθος που ποικίλει από 2 mm µέχρι 0,002 µµ ή 2 χιλιοστά του χιλιοστού. Πίνακας 1. Ταξινόµηση κατά µέγεθος των εδαφικών σωµατιδίων ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΜΕΓΕΘΟΣ Άµµος Χονδρή 2 ~ 0,2 mm 2000 200 µ Λεπτή 0,2 ~ 0,05 mm 200 50 µ Ιλύς 0,05 ~ 0,002 mm 50 2 µ Άργιλος < 0,002 mm <2 µ 7

Μηχανική σύσταση του εδάφους Η ποσοστιαία αναλογία (%) των τριών κλάσεων εδαφικών σωµατιδίων (Άµµος, Ιλύς και Άργιλος) λέγεται µηχανική σύσταση του εδάφους ή υφή του εδάφους Η µηχανική σύσταση του προσδιορίζεται µε µια διαδικασία που είναι γνωστή ως µηχανική ανάλυση µε βάση την οποία µπορεί να κατασκευαστεί στεί η κοκκοµετρική καµπύλη του εδάφους Με βάση τη µηχανική σύσταση τα εδάφη κατατάσσονται σε τρεις πολύ βασικούς τύπους: Λεπτόκοκκα ή βαριά εδάφη, µέσης σύστασης και χονδρόκοκκα ή ελαφριά εδάφη. Η περιγραφή αυτής της διαδικασίας ξεπερνά τον σκοπό και το αντικείµενο του µαθήµατος. Με βάση την µηχανική σύσταση του εδάφους και τη βοήθεια του διαγράµµατος κατάταξης των εδαφών, που είναι ένα ισόπλευρο τρίγωνο στην κάθε πλευρά του οποίου µεταβάλλεται µία από τις τρεις τάξεις µεγέθους εδαφικών σωµατιδίων. 8

Τρίγωνο ρίγωνο µηχανικής σύστασης Οι οριζόντιες γραµµές δείχνουν την επί τοις εκατό αναλογία σε Άργιλο (C) (κατά βάρος). Οι γραµµές µε ανοδική κλίση προς τα δεξιά δείχνουν την αναλογία % σε Ιλύ (Si). Οι γραµµές µε ανοδική κλίση προς τα αριστερά δείχνουν την αναλογία % σε Άµµο (S) ιάγραµµα κατάταξης των εδαφών ή τρίγωνο µηχανικής σύστασης. Πηλός Άργιλος 20% Ιλύς 40% άµµος 40% 9

Σχήµα και µορφή εδαφικών τεµαχιδίων Το σχήµα των εδαφικών τεµαχιδίων εξαρτάται από τη χηµική σύσταση των τεµαχιδίων και τον τρόπο που προέκυψαν αυτά από το αρχικό (µητρικό) υλικό. Τα τεµαχίδια της άµµου που είναι εύκολα ορατά µπορεί να είναι οποιοσδήποτε συνδυασµός στρογγυλών, επιµηκών, ακανόνιστων ή κιβωτοειδών τεµαχιδίων όπως τα δύο χαλίκια της φωτογραφίας. Η Ιλύς δεν είναι ορατή, γίνεται αισθητή µε την αφή (δάκτυλα), αλλά γενικά έχουν τα ίδια σχήµατα µε την άµµο. 10

Σχήµα και µορφή εδαφικών τεµαχιδίων Τα τεµαχίδια της αργίλου είναι σχεδόν επίπεδα ελάσµατα, που µοιάζουν µε τα επίπεδα κοµµάτια βράχου της φωτογραφίας που ακολουθεί. Αποτελούνται από µόρια που είναι τετράεδρα ή οκτάεδρα που συνδυάζονται και σχηµατίζουν στρώσεις και ελάσµατα µε πάρα πολύ µεγάλη επιφάνεια σε σχέση µε το µέγεθός τους. Τετράεδρο άτοµο οξυγόνου Άτοµο πυριτίου εσωτερικά Οκτάεδρο Υδροξύλιο πυρίτιο, σίδηρος ή Μαγνήσιο εσωτερικά 11

ιευθέτηση εδαφικών τεµαχιδίων Τα εδαφικά σωµατίδια διατάσσονται µε τρόπο ανάλογο εκείνου που διατάσσονται τα χαλίκια της φωτογραφίας. Τα κενά µεταξύ των σωµατιδίων ονοµάζονται «πόροι». Στο εσωτερικό των πόρων µπορεί να υπάρχουν ρίζες φυτών, νερό, χηµικά διαλύµατα, βακτήρια και µικρότερα τεµαχίδια. Μέσω των πόρων γίνεται και η κίνηση του νερού. ΟΜΗ: είναι ο τρόπος διάταξης των σωµατιδίων αυτών, για τον σχηµατισµό οµάδων ή συσσωµατωµάτων. 12

Εδαφικές φάσεις στερεά, υγρά και αέρια Σχηµατική διάταξη εδαφικού δείγµατος. (α) Πραγµατικό έδαφος. (b)( Ιδεατό έδαφος. 13

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους Αέρας (a) Νερό (w) Ma, Va Mw, Vw Στερεό (s) Ms, Vs VtVa+Vw+Vs 14

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους 1. Πυκνότητα νερού, p w Mw/Vw Αέρας (a) Ma, Va Στους υπολογισµούς η τιµή της Νερό (w) Mw, Vw p w λαµβάνεται ίση µε 1 gr/ cm 3 Στερεό (s) Ms, Vs 2. Πραγµατική πυκνότητα, p s Ms/Vs ή Πυκνότητα του στερεού VtVa+Vw+Vs για τα ανόργανα εδάφη η τιµή κυµαίνεται µεταξύ 2,6-2,7 gr/ cm 3 ανάλογα µε την ορυκτολογική σύσταση του εδάφους µε µέση τιµή 2,65 gr/ cm 3 15

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους 3. Φαινοµενική πυκνότητα, p b Ms/Vt Αναφέρεται και ως φαινόµενο ειδικό βάρος (ΦΕΒ) αέρας νερό στερεό Ma, Va Mw, Vw Ms, Vs Στα ανόργανα εδάφη η τιµή της p b κυµαίνεται από 1,1 µέχρι 1,8 gr/ cm 3 VtVa+Vw+Vs Στα οργανικά εδάφη η τιµή της p b κυµαίνεται από 0,8 µέχρι 1,0 gr/ cm 3 Προσδιορίζεται σε αδιατάρακτο δείγµα εδάφους γνωστού όγκου (Vt), Το δείγµα θερµαίνεται στους 105 o C για 24 ώρες και ζυγίζεται, Προκύπτει έτσι η µάζα Ms των στερεών και στη συνέχεια η p b Ms/Vt 16

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους 4. Ολικό Πορώδες, n (Va+Vw)/Vt Είναι ένας δείκτης του όγκου των πόρων ή των κενών στο έδαφος αέρας νερό στερεό Ma, Va Mw, Vw Ms, Vs Στα ανόργανα εδάφη η τιµή του n κυµαίνεται από 0,3 µέχρι 0,6 cm 3 /cm 3 ή 30 60% VtVa+Vw+Vs Προσδιορίζεται πειραµατικά σε δείγµα εδάφους το οποίο κορένεται µε νερό και ζυγίζεται. Αφού ξηρανθεί το δείγµα ξαναζυγίζεται. Η διαφορά του βάρους αντιπροσωπεύει έναν όγκο νερού ισοδύναµο µε τον όγκο των πόρων στο έδαφος 17

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους 5. Υγρασία του εδάφους: αέρας Ma, Va νερό Mw, Vw 5α. Κατά βάρος, w Mw/Ms Εκφράζεται σε gr νερού/ gr δάφους ή συνήθως σε gr/100gr εδάφους ή % κ.β. π.χ 0,25 gr/gr εδάφους ή 25 gr/100 gr εδάφους ή 25% κ,β. στερεό VtVa+Vw+Vs Ms, Vs 5β. Κατά όγκο, θ Vw/Vt Εκφράζεται σε cm 3 νερού/ cm 3 εδάφους ή συνήθως % κ.o. π.χ 0,25 cm 3 /cm 3 ή 25% κ,o. θw*p b 18

Σχέσεις όγκου -µάζας του εδάφους 6. Βαθµός Κορεσµού (degree of saturation) S Vw/(Vw + Va) m 3 νερού/m 3 κενών. Οι τιµές του S εκφράζουν τον όγκο του νερού που βρίσκεται στο έδαφος σε σχέση µε τον όγκο των κενών. Οι τιµές του S κυµαίνονται από 0 µέχρι 1 m 3 /m 3 µε την υψηλότερη τιµήόταν το έδαφος είναι κορεσµένο δηλαδή όλοι οι πόροι είναι γεµάτοι µε νερό. Σχέση πορώδους βαθµού κορεσµού κατ όγκο υγρασίας (n, S, θ) Vw S Vw + Va Vw + Va Vw S αέρας νερό Ma, Va Mw, Vw Vw + Va Vw n n Vt Vt S θ S στερεό Ms, Vs θ n S VtVa+Vw+Vs 19

Σχέση πορώδους - φαινοµενικής πυκνότητας πυκνότητας στερεών (n, p b, p s ) Vt Vw + Va + Vs Vw + Va Vt-Vs n Vw + Va Vt Vt Vs Vt 1- Vs Vt M s ps Vs V s M p s s n 1- Vs Vt 1- M s Vt p s 1- p p b s 20

ΑΣΚΗΣΗ είγµα εδάφους όγκου 180 cm 3 έχει βαθµό κορεσµού S 80%. Η περιεκτικότητα σε υγρασία του δείγµατος είναι 0,3 gr/gr και η πυκνότητα των στερεών p s είναι 2,6 gr/cm 3. Να υπολογιστούν; α) η φαινοµενική πυκνότητα β) η κατά όγκο υγρασία γ) το ολικό πορώδες 21

ΑΣΚΗΣΗ είγµα εδάφους όγκου έχει βαθµό κορεσµού S 80%. Η περιεκτικότητα σε υγρασία του δείγµατος είναι 0,3 gr/gr και η πυκνότητα των στερεών p s είναι 2,6 gr/cm 3. Να υπολογιστούν; α) η φαινοµενική πυκνότητα β) η κατά όγκο υγρασία γ) το ολικό πορώδες θ n S θ w pb w p b n S n w p S b n 1 p p b s 1 p p b s w S p b p s p s p b w S p b 2, 6. p b 0 3 b 0, 78 pb 2, 08 0, 8 p 1, 58 p 2, 08 p 132, gr / cm 3 b b b 2, 6 p 0, 8 θ w p b 0, 3 132, 0,396 3 cm / cm 3 n 1 p p b s 1. 32 1 2. 6 0. 492 22

Ισοδύναµο βάθος νερού A Στην ιδεατή διάταξη των τριών φάσεων του εδάφους στο σχήµα, z είναι το βάθος του εδάφους και Α είναι το εµβαδόν της στήλης (δείγµατος) του εδάφους. Ο όγκος του νερού Vw z D eq αέρας νερό στερεό Ma, Va Mw, Vw Ms, Vs Ο λόγος D eq Vw/A ορίζεται ως το ισοδύναµο βάθος νερού για το βάθος εδάφους z VtA*z AVt/z D eq Vw/AVw*z/Vtθ*z VtVa+Vw+Vs Στο SI οι µονάδες του D eq είναι m 3 νερού ανά m 2 επιφάνειας εδάφους. Συνήθως εκφράζεται σε m ή cm ή mm νερού. θ0,25 cm 3 /cm 3 ή 25% z120 cm D eq θ*z0,25*12030 cm ή 300 mm D eq θ*z25*120/10030 cm ή 300 mm Το θ είναι ο µέσος όρος της υγρασίας σε όλο το βάθος z. Όταν το θ διαφέρει στα διάφορα βάθη του εδάφους, όπως σε εδάφη µε στρώσεις διαφορετικής µηχανικής σύστασης, τότε χρησιµοποιούµε διάφορες τεχνικές για τον υπολογισµό του D eq 23

Ισοδύναµο βάθος νερού Αν είναι γνωστή η συνάρτηση µεταβολής της θ µε το βάθος z π.χ. είναι θ(z), τότε D eq z 0 θ ( z) dz Αν είναι γνωστή η θ για όλες τις n στρώσεις του εδάφους (θi, ι1,2..n), όπως και το πάχος της κάθε στρώσης ( z i, i1,2 n) τότε D eq θ * z n i 1 i i 0 Βάθος εδάφους 0 Υγρασία εδάφους θ θ(z) z z 24

Παράδειγµα 1 υπολογισµού Ισοδύναµου βάθος νερού Ηκατά όγκο υγρασία εδάφους βάθους 800 mm περιγράφεται µε τη σχέση θ(z)0,2+0,0001*z. Μετά από µία βροχόπτωση µετρήθηκε πάλι η κατά όγκο υγρασία στις 4 στρώσεις του εδάφους. Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων δίνονται στον παρακάτω Πίνακα: Στρώση Βάθος cm 1 20 0,3 Υγρασία κ.ο. 2 10 0,25 3 20 0,26 4 30 0,28 Σύνολο 80 Ποιο είναι το ισοδύναµο βάθος νερού που αποθηκεύτηκε στο έδαφος 25

Παράδειγµα 1 υπολογισµού Ισοδύναµου βάθος νερού Ηκατά όγκο υγρασία εδάφους βάθους 800 mm περιγράφεται µε τη σχέση θ(z)0,2+0,0001*z. Μετά από µία βροχόπτωση µετρήθηκε πάλι η κατά όγκο υγρασία στις 4 στρώσεις του εδάφους. Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων δίνονται στον παρακάτω Πίνακα: Στρώση Βάθος cm 1 20 0,3 Υγρασία κ.ο. 2 10 0,25 3 20 0,26 4 30 0,28 Σύνολο 80 Ποιο είναι το ισοδύναµο βάθος νερού που αποθηκεύτηκε στο έδαφος D eq(1) z θ ( z) dx (0,2 + 0.0001* z) dz 0 800 (0,2*800 + 0,0001* 2 z 0 2 0 ) (0,2 *0 + 0.0001* ) 192 0 192 2 2 mm D eq ( 2) n θi * zi 0,3* 20 + 0,25*10 + 0,26 * 20 + 0,28*30 22,1cm 221mm 1 D eq D eq(2) -D eq(1) 221-19229 mm 26

Παράδειγµα 2 υπολογισµού Ισοδύναµου βάθος νερού Αν το έδαφος του παραδείγµατος αντιπροσωπεύει έκταση 10 στρεµµάτων, ποιος είναι ο όγκος νερού που αποθηκεύτηκε σε όλη την έκταση. Vw(1) Deq ( 1) Vw(1) Deq(1) * A A Vw(2) Deq ( 2) Vw(2) Deq(2) * A A V w V w(1) -V w(2) (D eq(1) -D eq(2) )*A(0,221-0,192)*10 4 (m * m 2 ) 0,029*10 4 m 3 290 m 3 Ας υποθέσουµε ότι σε εκταση 1 στρέµµατος η διαφορά των ισοδύναµων βαθών είναι 1 mm. Σε ποιο όγκο νερού αντιστοιχεί αυτή η διαφορά V w V w(1) -V w(2) (D eq(1) -D eq(2) )*A(0,001)*10 3 (m m 2 )1 m 3 1 mm 1 m 3 /στρέµµα 27

Παράδειγµα 3 υπολογισµού Ισοδύναµο βάθος νερού Ηυγρασία σε ένα έδαφος βάθους700 mm, είναι 18% κ.β. και η φαινοµενική πυκνότητα του, p b 1,3 gr/cm 3. Ποιο είναι το ισοδύναµο βάθος νερού Deq θ * z w* pb * z 18 D eq *1,3* 700 163,8 mm 100 28

Υγρασία εδάφους Το νερό στο έδαφος µπορεί να βρίσκεται υπό στερεή, υγρή και αέρια µορφή. Περιοριζόµαστε στην υγρή κατάσταση που ενδιαφέρει τις αρδεύσεις. Το εδαφικό νερό κατατάσσεται: 1. Σε νερό βαρύτητας ή ελεύθερο νερό: Γεµίζει τους µεγάλους πόρους αποµακρύνεται µε τη βαρύτητα χάνεται µε βαθιά διήθηση. 2. Τριχοειδές νερό: Είναι το νερό που αποµένει στο έδαφος µετά την αποµάκρυνση του ελεύθερου. Συγκρατείται στους τριχοειδείς πόρους του εδάφους µε δυνάµεις συνοχής και συνάφειας (επιφανειακής τάσης και µοριακής έλξης) Είναι η κύρια πηγή νερού για τα φυτά. 3. Υγροσκοπικό νερό: Συγκρατείται πολύ ισχυρά από τα µόρια του εδάφους, κυρίως τα κολλοειδή, σε σηµαντική αναλογία δεν είναι σε υγρή κατάσταση, µετακινούµενο υπό µορφή υδρατµών. Επίσης συγκρατείται στο πλέγµα των αργιλικών ορυκτών του εδάφους εν µπορεί να απορροφηθεί από τις ρίζες. 29

υγρασία κορεσµού Υγρασία εδάφους Όταν όλοι οι πόροι του εδάφους, µικροί και µεγάλοι, είναι γεµάτοι µε νερό τότε το έδαφος λέγεται κορεσµένο και η υγρασία του εδάφους υγρασία κορεσµού. Ηυγρασία κορεσµού είναι η µέγιστη υγρασία που µπορεί να περιέχει ένα έδαφος και θεωρητικά είναι ίση µε το πορώδες [n(vw+va)/vt] του εδάφους. Ηυγρασία ενός εδάφους κυµαίνεται µεταξύ της υγρασίας κορεσµού και του µηδέν (όταν αυτό θερµανθεί µέχρις ότου το βάρος του γίνει σταθερό) Σε οποιαδήποτε άλλη υγρασία διαφορετική της υγρασίας κορεσµού το έδαφος χαρακτηρίζεται ως ακόρεστο 30

Μέτρηση της εδαφικής υγρασίας Υγρασία εδάφους Οι µετρήσεις της εδαφικής υγρασίας είναι χρήσιµες Στον προγραµµατισµό των αρδεύσεων Στην πρόσληψη νερού από τις καλλιέργειες Στον υπολογισµό των αναγκών σε νερό των καλλιεργειών Στο υπολογισµό του βάθους διήθησης του νερού στο έδαφος Στον υπολογισµό της χωρητικότητας του εδάφους σε νερό Στον υπολογισµό του ρυθµού κίνησης του νερού στο έδαφος Στον υπολογισµό της βαθιάς διήθησης του νερού και στην έκπλυση των αγροχηµικών ουσιών (λιπάσµατα, φυτοφάρµακα) και των αλάτων. 31

Υγρασία εδάφους Μέτρηση της εδαφικής υγρασίας Για τη µέτρηση της εδαφικής υγρασίας χρησιµοποιούνται διάφορες µέθοδοι που ταξινοµούνται σε: άµεσες και έµµεσες άµεσες µέθοδοι Οι άµεσες µέθοδοι απαιτούν τη λήψη δειγµάτων από το έδαφος, κάθε φορά που επιζητείται η µέτρηση της υγρασίας του. Από τα δείγµατα αφαιρείται το νερό µε θέρµανση ή µε κάποια χηµική διαδικασία και προσδιορίζεται η ποσότητα του νερού που αποµακρύνεται. Η κυριότερη µέθοδος αυτής της κατηγορίας είναι η σταθµική µέθοδος στην οποία το νερό αποµακρύνεται από το εδαφικό δείγµα µε θέρµανση στους 105 o C έως ότου σταθεροποιηθεί το βάρος του (24 ώρες). w M w M M d d gr/gr ή w 100 M w M M d d % ξ.β. Όπου M w η µάζα του υγρού εδάφους, M d η µάζα του ξηρού εδάφους 32

Υγρασία εδάφους Παράδειγµα: Υγρή µάζα M w 36 gr, Ξηρή µάζα εδάφους M d 30 gr w M w M M d d 36-30 30 0,2 gr/gr ή w 100 M w M M d d 36-30 100 30 20 % ξ.β. Στο εργαστήριο το εδαφικό δείγµα τοποθετείται σε κάψες για την ξήρανσή του. Αν η µάζα της κενής κάψας είναι M k, η µάζα του υγρού δείγµατος και της κάψας είναι A(M w +M k ), το βάρος του ξηρού εδάφους και της κάψας είναι Β(M d +M k ), τότε η κ.β. υγρασία είναι: w A B B M k gr/gr ή w 100 A B B M k % ξ.β. Αν το βάρος της κάψας είναι 20 gr τότε στο παραπάνω παράδειγµα θα είναι Βάρος κάψας M k 20 gr, Υγρή µάζα M w 56 gr, Ξηρή µάζα εδάφους M d 50 gr w M M w d M M d k 56-50 50-30 0,2 gr/gr ή w 100 M M w d M M d k 56-50 100 50-30 20 % ξ.β. 33

Υγρασία εδάφους Οι µετρήσεις µε τις µεθόδους αυτές είναι: χρονοβόρες, καθότι απαιτούνται τουλάχιστον δύο ηµέρες για την πραγµατοποίησή τους. Επίσης, οι µετρήσεις δεν µπορούν να επαναληφθούν στο ίδιο σηµείο, καθώς η απόσπαση των δειγµάτων διαταράσσει το έδαφος στο σηµείο δειγµατοληψίας. Για το λόγο αυτό, όταν απαιτείται η µελέτη της χρονικής µεταβολής της υγρασίας, είναι απαραίτητο να λαµβάνονται δείγµατα από περισσότερα του ενός σηµεία, ώστε να εξουδετερώνεται η χωρική µεταβλητότητα Οι άµεσες µέθοδοι παρόλα τα µειονεκτήµατα που παρουσιάζουν, χρησιµοποιούνται για τη µέτρηση της εδαφικής υγρασίας σε πολλές περιπτώσεις, αλλά κυρίως στη βαθµονόµηση των έµµεσων µεθόδων, επειδή δίνουν ακριβείς µετρήσεις. 34

Υγρασία εδάφους έµµεσες µέθοδοι Στις έµµεσες µεθόδους η εδαφική υγρασία προσδιορίζεται έµµεσα από τις µετρήσεις φυσικών ιδιοτήτων του εδάφους, οι οποίες συναρτώνται µε την εδαφική υγρασία. Οι πιο διαδοµένες από τις έµµεσες µεθόδους είναι η µέθοδος των νετρονίων, Η µέθοδς της ακτινοβολίας η µέθοδος της ηλεκτρικής αντίστασης, η µέθοδος της θερµικής αγωγιµότητας και οι µέθοδοι της διηλεκτρικής σταθεράς. 35

Οι συσκευές ηλεκτρικής αντίστασης είναι ευαίσθητες σε συγκέντρωση αλάτων ακόµη και λιπασµάτων εν είναι κατάλληλες για µικρές πιέσεις Είναι κατάλληλες για υψηλές πιέσεις µέχρι 60 bar 36

Υγρασία εδάφους έµµεσες µέθοδοι µέθοδος των νετρονίων Η µέθοδος των νετρονίων χρησιµοποιήθηκε ευρέως κατά το παρελθόν και εξακολουθεί να χρησιµοποιείται ως µία γενικά αποδεκτή µέθοδος. Σε πολλές περιπτώσεις χρησιµοποιείται ως µέθοδος αναφοράς αλλά η χρήση της αντικαθίσταται τα τελευταία χρόνια από τη µέθοδο TDR. Εκτός από τις ειδικές προφυλάξεις έναντι της ραδιενέργειας που απαιτούνται κατά τη χρήση της, η µέθοδος των νετρονίων παρουσιάζει ορισµένα µειονεκτήµατα έναντι της TDR, όπως είναι η ευαισθησία της στη φαινόµενη πυκνότητα του εδάφους και η ανάγκη βαθµονόµησης των οργάνων µέτρησης για κάθε τύπο εδάφους και ορίζοντα του εδαφικού προφίλ. Επίσης ένα σηµαντικό µειονέκτηµα της µεθόδου αυτής είναι η δυσκολία που σχετίζεται µε την αυτοµατοποίησή της (αυτόµατη καταγραφή των µετρήσεων). Η δυσκολία αυτή εµποδίζει τη γενίκευση της χρήσης της και συντελεί στην αντικατάστασή της από τη µέθοδο TDR. 37

έµµεσες µέθοδοι Υγρασία εδάφους µέθοδοι της διηλεκτρικής σταθεράς. µέθοδος της χωρητικότητας η µέθοδος TDR (Τime Domain Reflectometry) ή µέθοδος µέτρησης χρόνου ανάκλασης ηλεκτροµαγνητικού παλµού 38

Υγρασία εδάφους αρχής λειτουργίας της µεθόδου TDR Ένας ηλεκτροµαγνητικός παλµός τάσης V εφαρµόζεται στις παράλληλες γραµµές διαβίβασης. Ένα κλάσµα της εφαρµοζόµενης τάσης V T διαδίδεται κατά µήκος των κυµατοδηγών. Μετά την ανάκλαση του παλµού από το έδαφος στο τέλος των κυµατοδηγών, ένα κλάσµα V R επιστρέφει στην αρχή. V V T V R L Οχρόνος που µεσολαβεί από την είσοδο του παλµού στον κυµατοδηγό µέχρι την επιστροφή του είναι ο χρόνος διαβίβασης, από την ακριβή µέτρηση του οποίου προσδιορίζεται η φαινόµενη διηλεκτρική σταθερά του εδάφους, σύµφωνα µε την παρακάτω εξίσωση K b ct 2 L 2 όπου: c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό (cm ns -1 ), L είναι το µήκος του κυµατοδηγού σε cm και t ο χρόνος σε ns που απαιτείται για να διατρέξει ο ηλεκτροµαγνητικός παλµός την απόσταση 2L. 39

Υγρασία εδάφους Η διηλεκτρική σταθερά του νερού εξαρτάται από τη θερµοκρασία και κυµαίνεται από 74 µέχρι 84 (80,2 στους 20 o C), των στερεών συστατικών του εδάφους 3 έως 5 του αέρα είναι 1,0005 στους 20 o C. Οι µεγάλες διαφορές µεταξύ των τιµών της διηλεκτρικής σταθεράς του νερού και των άλλων φάσεων του εδάφους, καθιστά τη φαινόµενη διηλεκτρική σταθερά του εδάφους, ευαίσθητη στην εδαφική υγρασία θ 0,053 + 0,0292 K 0,00055 K + 0,0000043 b 2 b K 3 b ισχύει για ευρύ φάσµα ανόργανων εδαφών για θ< 0,5 cm 3 cm -3. εν ισχύει όταν θ> 0,5 cm 3 cm -3, όπως επίσης σε οργανικά εδάφη και σε ανόργανα εδάφη µε υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία ή άργιλο. Στις περιπτώσεις που η εξίσωση αδυνατεί να περιγράψει τη σχέση θ-k b, απαιτείται βαθµονόµηση της µεθόδου για τις ειδικές συνθήκες της κάθε περίπτωσης. 40

Υγρασία εδάφους Συσκευή µέτρησης της εδαφικής υγρασίας TRIME-FM 41

Υγρασία εδάφους σωλήνας προσπέλασης αποτελεσµατικός όγκος µέτρησης 6 cm 17,5 cm κυλινδρικός ανιχνευτής Trime ισοδυναµικές γραµµές κυµατοδηγοί (πλάκες αλουµινίου) 42

Τάση του εδαφικού νερού Στο εδαφικό νερό επιδρούν Θετικές δυνάµεις που συγκρατούν το νερό στο έδαφος (συνάφειας και συνοχής) Αρνητικές δυνάµεις που τείνουν να αποµακρύνουν το νερό από το έδαφος (βαρύτητα, ρίζες φυτών και το έλλειµµα εξάτµισης της ατµόσφαιρας). Σε κάθε χρονική στιγµή η υγρασία του εδάφους είναι το αποτέλεσµα της δράσης των θετικών και αρνητικών δυνάµεων Οι δυνάµεις συνάφειας αντιπροσωπεύουν την έλξη που ασκούν τα εδαφοµόρια στο νερό Οι δυνάµεις συνοχής αντιπροσωπεύουν την έλξη που ασκούν τα µόρια του νερού το ένα στο άλλο. Πραγµατικό έδαφος 43

Τάση του εδαφικού νερού Μετά την αποµάκρυνση του νερού βαρύτητας το νερό συγκρατείται στο έδαφος από τις θετικές δυνάµεις (συνάφειας και συνοχής) Το σύνολο των θετικών αυτών δυνάµεων εκφράζεται µε τους όρους αρνητική πίεση ή τάση ή µύζηση του εδαφικού νερού Αρνητική πίεση ή τάση είναι το µέτρο που δείχνει πόσο ισχυρά συγκρατείται το νερό στο έδαφος. Αντιπροσωπεύει τη δύναµη ανά µονάδα επιφανείας που πρέπει να ασκηθεί για την αποµάκρυνση του νερού από τους εδαφικούς πόρους και έχει αρνητικό πρόσηµο. Εκφράζεται σε ατµόσφαιρες (bar) ή σε ισοδύναµο ύψος νερού 1 bar10 m 10 3 cm στήλης νερού Όταν το έδαφος είναι κορεσµένο η πίεση του νερού είναι >0 Όταν είναι ακόρεστο η πίεση είναι αρνητική 44

Τάση του εδαφικού νερού Ητάση του εδαφικού νερού προσδιορίζεται µε ειδικά όργανα τα τασίµετρα Χρησιµοποιούνται για µέτρηση τάσεων µέχρι -800 cm 45

χαρακτηριστική καµπύλη Σε κάθε τιµή της αρνητικής πίεσης του εδάφους ή τάσης αντιστοιχεί µια ορισµένη τιµή της εδαφικής υγρασίας, η οποία δεν είναι ίδια για όλα τα εδάφη. Αν µετρηθεί η υγρασία του εδάφους που αντιστοιχεί σε ορισµένες τιµές της αρνητικής πίεσης ή τάσης, τότε από τα ζεύγη τιµών µπορεί να κατασκευαστεί µία καµπύλη που συνδέει την υγρασία του εδάφους µε τις αρνητικές πιέσεις ή τάσεις και λέγεται χαρακτηριστική καµπύλη του εδάφους, Η αρνητική πίεση ή τάση µπορεί να εκφραστεί και µε τον όρο pf pflog 10 (ψ) όπου ψ είναι η τάση εκφρασµένη σε cm 46

χαρακτηριστική καµπύλη 47

χαρακτηριστική καµπύλη ιάταξη για την κατασκευή της χαρακτηριστικής καµπύλης Η ίδια διάταξη χρησιµοποιείται και για τη µέτρηση της υδατοΐκανότητας και του σηµείου µόνιµης µάρανσης 48

Υδατοϊκανότητα και Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης. Στις αρδεύσεις παρουσιάζουν ενδιαφέρον και χρησιµοποιούνται δύο τιµές εδαφικής υγρασίας. Η υγρασία που αντιστοιχεί στην Υδατοϊκανότητα και στο Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης. Υδατοϊκανότητα Είναι η υγρασία που περιέχει ένα έδαφος, όταν αποµακρυνθεί το νερό βαρύτητας και το νερό συγκρατείται στο έδαφος µε δύναµη ίση µε το 1/3 της ατµόσφαιρας (τάση ψ-1/3 bar ή ψ-333 cm ή pf2,52 Συνήθως αυτό συµβαίνει 3-5 ηµέρες µετά την άρδευση (ανάλογα µε τη µηχανική σύσταση του εδάφους) Σηµείο Μόνιµής Μάρανσης Είναι η υγρασία η οποία συγκρατείται από το έδαφος µε δύναµη 15 atm. Ουσιαστικά αντιστοιχεί στο υγροσκοπικό νερό οπότε το φυτό δεν µπορεί να το παραλάβει από το έδαφος. 49

Χρήση χαρακτηριστικής καµπύλης Στο διπλανό σχήµα φαίνεται η χαρακτηριστική καµπύλη ενός εδάφους. Πια είναι η υγρασία στην Υδατοϊκανότητα και πια στο Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης του εδάφους αυτού. pf 5 4 3 2 1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 υγρασία cm 3 /cm 3 Υδατοϊκανότητα Όταν η πίεση εδαφικού νερού (τάση) είναι h-330 cm ή pf Log10(330)2,5 Από το σχήµα (µπλε βέλη) Υδ0,295 cm3/cm3 0,30 cm 3 /cm 3 ή 30% κ.ο. Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης Όταν η πίεση εδαφικού νερού είναι h-15000 cm ή pf Log10(15000)4,18 Από το σχήµα (κόκκινα βέλη) ΣΜΜ0,11 cm3/cm3 0,11 cm 3 /cm 3 ή 11% κ.ο. 50

ιαθέσιµη υγρασία διαθέσιµο νερό Στις αρδεύσεις ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η υγρασία ανάµεσα στην Υδατοϊκανότητα και στο ΣΜΜ, στο βάθος του ριζοστρώµατος. Η υγρασία αυτή λέγεται διαθέσιµη υγρασία ( Υ) και το νερό που περιέχεται στο έδαφος µεταξύ αυτών των δύο χαρακτηριστικών υγρασιών λέγεται διαθέσιµο νερό ( Ν) Το διαθέσιµο νερό υπολογίζεται µε τη σχέση: Ν Υδ ΣΜΜ 100 * p b * RD Όταν Υδ και ΣΜΜ εκφράζονται % κ.β. Ν Υδ ΣΜΜ 100 * RD Όταν Υδ και ΣΜΜ εκφράζονται % κ.ο. Υ ή Ν σε mm Όπου RD είναι το βάθος του ενεργού ριζοστρώµατος (mm). p b η φαινοµενική πυκνότητα του εδάφους (gr/cm 3 ) 51

Επειδή η υγρασία στην Υδατοϊκανότητα θ Υδ ή w Υδ λέγεται απλά Υδατοϊκανότητα (FC ή Υδ) και αναλογικά η υγρασία στον Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης θ ΣΜΜ ή w ΣΜΜ λέγεται απλά Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης ( PWP ή ΣΜΜ), Η έκφραση του διαθέσιµου νερού (ASW ή Ν) γίνεται µε τις παρακάτω σχέσεις: ASW ή Ν FC PWP 100 z Υδ ΣΜΜ 100 z όταν η υγρασία εκφράζεται % κ.ο. θ(%) ASW ή Ν FC PWP 100 p b z Υδ ΣΜΜ 100 p b z όταν η υγρασία εκφράζεται % κ.β. w(%) Όπου Υδ και ΣΜΜ εκφράζονται σε % κ.ο. ή κ.β. η φαινοµενική πυκνότητα σε gr/cm 3, το z σε mm και το Ν σε mm Στις παραπάνω σχέσεις το z είναι το βάθος του εδάφους στο οποίο εκτείνεται το ριζόστρωµα της καλλιέγειας 52

βάθος του ριζοστρώµατος Πίνακας Βάθος ριζοστρώµατος καλλιεργειών που αναπτύσσονται σε αρδευόµενα, βαθιά, οµοιογενή, µέσης σύστασης εδάφη Βάθος ριζοστρώµατος, m α/α Καλλιέργεια κανονικό µέγιστο 1. Καλαµπόκι 0.90 1.80 2. Σιτηρά 0.90 1.80 3. Βαµβάκι 1.20 2.00 4. Μηδική 1.50 2.40 5. Χορτοδοτικά 0.60 1.20 6. Φυλλοβόλα οπωροφόρα 1.50 2.40 7. Εσπεριδοειδή 1.50-8. Αµπέλια 1.50-9. Ζαχαρότευτλα 0.90 1.50 10. Πατάτες 0.60 0.90 11. Ντοµάτες 1.20 1.50 12. Σπανάκι 0.30 0.60 13. Σέλινο 0.30 0.60 14. Αγγούρια 0.30 0.45 15. Καπνός 0.90-16. Ρύζι 0.60-53

Πίνακας Ενδεικτικές τιµές διαθέσιµης υγρασίας διαφόρων εδαφικών τύπων σε mm βάθους νερού ή σε m3/στρέµµα για κάθε µέτρο βάθους εδάφους Έδαφος ιαθέσιµη υγρασία Πολύ χοντρή άµµος 40-70 Χοντρή µέχρι λεπτόκοκκη άµµος 70-100 Αµµοπηλώδες 100-150 Πηλώδες, ιλυοπηλώδες 130-200 Αµµοαργιλλώδες, ιλυοαργιλλώδες, αργιλλώδες 150-220 Βαριάοργανικάεδάφη 170-250 54

Παράδειγµα Σε έδαφος ενός αγρού προσδιορίστηκαν οι υδροδυναµικές παράµετροι Υδατοϊκανότητα (Υδ)27% ξ.β. Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης (ΣΜΜ)14% ξ.β. Φαινόµενη πυκνότητα p b ή (ΦΕΒ)1,3 gr/cm3 Ποιο είναι το διαθέσιµο νερό του εδάφους αν το βάθος του ριζοστρώµατος είναι 0,8 µέτρα. Ν Υδ ΣΜΜ * p b 100 * RD Ν 27 14 * 13, * 800 135, 2 100 mm 55

Συντελεστής ωφελιµότητας θ ς Υ (FC) ASW ή Υδ ΣΜΜ Ν * p 100 b * RD Το διαθέσιµο νερό είναι εκείνο που µπορούν τα φυτά να προσλάβουν Υ ΩΥ Σχηµατική ιδεατή παράσταση Σ.Μ.Μ. (PWP) Ξηρό έδαφος Το νερό που προσλαµβάνεται εύκολα είναι ποσοστό του διαθέσιµου και καλείται ωφέλιµο νερό ΩΝ (USW) USW ή ΩΝ Ν x F F συντελεστής ωφελιµότητας F<1 η τιµή του εξαρτάται από την καλλιέργεια και τις κλιµατικές συνθήκες Καθαρό βάθος άρδευσης d n ή καθαρή δόση d n ΩΝ d Υ ΣΜΜ δ * pb * F RD 100 56 n *

συντελεστής ωφελιµότητας F Πίνακας 3. Ανώτερο όριο µείωσης της διαθέσιµης εδαφικής υγρασίας, παράγοντας ωφελιµότητας (F), για διάφορες καλλιέργειες α/α Καλλιέργεια F 1. Καλαµπόκι 0.60 2. Σιτηρά 0.60 3. Βαµβάκι 0.65 4. Μηδική 0.55 5. Χορτοδοτικά 0.55 6. Φυλλοβόλα οπωροφόρα 0.50 7. Εσπεριδοειδή 0.50 8. Αµπέλια 0.60 9. Ελιές 0.70 10. Ζαχαρότευτλα 0.50 11. Πατάτες 0.25 12. Ντοµάτες 0.40 13. Καρότα 0.35 14. Λάχανο 0.45 15. Αγγούρια 0.40 16. Καπνός 0.50 17. Καρπούζια - πεπόνια 0.35 18. Φράουλες 0.15 57

Παράδειγµα Στο έδαφος µιας έκτασης, όπου θα κατασκευασθεί αρδευτικό δίκτυο, η Υδατοϊκανότητα (Υδ) είναι 0,245 ή 24,5% κ.ο., το Σηµείο Μόνιµης Μάρανσης (ΣΜΜ) 12,5% κ.β. και η φαινοµενική πυκνότητα 1,3 gr/cm 3. Αν η έκταση καλλιεργείται µε βαµβάκι του οποίου ο συντελεστής ωφελιµότητας (F) είναι 0,65 και το ενεργό ριζόστρωµα (RD) 80 cm, να υπολογιστεί η θεωρητική (καθαρή) δόση άρδευσης ή το καθαρό βάθος άρδευσης dn. Υ ΣΜΜ d n δ * pb * F * RD 100 θ w* p b w θ p b Υδ 24, 5 13, 18, 3% κ. β. d n 18, 8 12, 5 * 13, * 0. 65* 800 100 6, 3 * 13, * 0, 65* 800 100 42, 6 mm 58

Πραγµατική δόση άρδευσης d t Για την κάλυψη των καθαρών αναγκών άρδευσης απαιτούνται επιπρόσθετες ποσότητες νερού, λόγω απωλειών κατά τη µεταφορά και την εφαρµογή του αρδευτικού νερού στο χωράφι. Οι απώλειες αυτές εκφράζονται µε τον συντελεστή αρδευτικής αποδοτικότητας, ο οποίος περιλαµβάνεται στην εκτίµηση των ολικών αναγκών σύµφωνα µε τη σχέση d t d E n p όπου d t η πραγµατική δόση άρδευσης d n καθαρή δόση ή καθαρό βάθος άρδευσης E p η αρδευτική αποδοτικότητα (%). Στα αρδευτικά δίκτυα η αρδευτική αποδοτικότητα διακρίνεται σε αποδοτικότητα διανοµής του νερού (δικτύου µεταφοράς και δικτύου εφαρµογής), E d, και σε αποδοτικότητα του συστήµατος άρδευσης (εφαρµογής του νερού). E f, ισχύει δε η σχέση E p E d x E f 59