ΑΡΔΕΥΣΕΙΣ-ΓΕΩΡΓΙΚΗ-ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΝΤΕΛΑΚΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Δρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων, Εδαφολογίας και Γεωργικής Μηχανικής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Εξάμηνο Διδασκαλίας: Ε (Δίκτυα αρδεύσεων-μέθοδοι άρδευσης-καταιονισμός-αγωγός εφαρμογής) Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων Σχολή Τεχνολογίας Γεωπονίας και Τεχνολογίας Τροφίμων και Διατροφής Φλώρινα 2017
Δίκτυα άρδευσης Δίκτυο άρδευσης: Το σύνολο των έργων μεταφοράς, μέτρησης και ρύθμισης της ροής που πρέπει να κατασκευαστούν ώστε το νερό, ξεκινώντας από το σημείο διάθεσης του: ποτάμι μια φυσική ή τεχνητή λίμνη ένα έργο απόληψης νερού από έναν υπόγειο υδροφορέα να φτάνει σε κάθε χωράφι με την: απαιτούμενη παροχή απαιτούμενο φορτίο στο χρόνο που χρειάζεται
Διαδρομή νερού για άρδευση
Δίκτυα άρδευσης Τα αρδευτικά δίκτυα διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με τον τρόπο μεταφοράς του νερού: 1. Επιφανειακά (Ανοικτές διώρυγες) Η χάραξη του δικτύου προσαρμόζεται στη τοπογραφία του εδάφους και απαιτεί ορθογωνικά αγροτεμάχια Η ροή του νερού γίνεται με τη βαρύτητα Η άρδευση γίνεται με κατάκλυση ή αυλάκια
Επιφανειακά δίκτυα Δίκτυα άρδευσης
2. Δίκτυα υπό πίεση (Σωληνωτοί αγωγοί) Δίκτυα άρδευσης Η χάραξη του δικτύου ακολουθεί σε γενικές γραμμές την τοπογραφία του εδάφους χωρίς να είναι βέβαια κανόνας Η ροή του νερού γίνεται υπό πίεση με τη βοήθεια αντλιοστασίων Η παροχέτευση του νερού στα χωράφια γίνεται από υδροληψίες Η άρδευση γίνεται με καταιονισμό ή με σταγόνες Το κόστος κατασκευής του είναι μεγαλύτερο από το κόστος του επιφανειακού δικτύου
Δίκτυα άρδευσης 2. Δίκτυα υπό πίεση (Σωληνωτοί αγωγοί) Δίκτυο υπόγειων αγωγών
Δίκτυα άρδευσης Παράλληλα με το αρδευτικό δίκτυο χαράσσεται το στραγγιστικό δίκτυο για την απομάκρυνση του νερού και το οδικό δίκτυο για την πρόσβαση στα αγροτεμάχια Αρδευτικό+στραγγιστικό+οδικό δίκτυο = Δίκτυο εγγείων βελτιώσεων
Μέθοδοι άρδευσης Μέθοδοι άρδευσης Ορισμός: Μέθοδος άρδευσης είναι ο τρόπος με τον οποίο το νερό εφαρμόζεται στο χωράφι Επιτυχημένη άρδευση: Αποθήκευση στο χωράφι του νερού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα φυτά για την κάλυψη της εξατμισοδιαπνοής Περιορισμός της επιφανειακής απορροής Περιορισμός της βαθιάς διήθησης Πως πραγματοποιείται η επιτυχημένη άρδευση; Ομοιομορφία εφαρμογής Διάρκεια άρδευσης (Αποθήκευση της ωφέλιμης υγρασίας USM ή του καθαρού βάθους άρδευσης dn)
Διακρίνονται σε τρείς κατηγορίες 1. Επιφανειακές μεθόδοι άρδευσης Μέθοδοι άρδευσης Εφαρμογή νερού στην επιφάνεια είτε στατικά (ρύζι) είτε κινούμενο σε αυλάκια ή σε παράλληλες λωρίδες Συναντώνται στα δίκτυα ανοικτών διωρύγων
Μέθοδοι άρδευσης 1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Κατάκλυση Διαίρεση του χωραφιού με χωμάτινα αναχώματα σε οριζόντιες λεκάνες Το προσωρινό ανάχωμα κατασκευάζεται κάθε καλλιεργητική περίοδο. Εδάφη με μέτρια ή μικρή διηθητικότητα Καλά ισοπεδωμένο χωράφι, με μικρούς χρόνους παραμονής του
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Λωρίδες Διαίρεση του χωραφιού σε λωρίδες με κατασκευή παράλληλων αναχωμάτων κατά τη μέγιστη κλίση. Τα αναχώματα μπορούν να φτάσουν σε μήκος και τα 800m, και πλάτος από 3-30m. Κλίση μικρότερη του 0,5%. Εφαρμόζεται όμως σε κλίσεις έως 2% για καλλιέργειες αραιής και 4% για καλλιέργειες πυκνής σποράς. Μέθοδοι άρδευσης Κατάλληλη για μέσης διηθητικότητας εδάφη Προτιμώνται εδάφη βαθιά, αργιλώδη ή πηλώδη. Εφαρμόζεται συνήθως σε μηδική, χορτοδοτικές και δημητριακά, οπωρώνες και αμπελώνες
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Αυλάκια Μέθοδοι άρδευσης Άρδευση γραμμικών καλλιεργειών, όπως αραβόσιτος, ηλίανθος, σόγια Κατεύθυνση προς τη μέγιστη κλίση Παροχέτευση με μικρή σχετικά παροχή Δεν διαβρέχεται το σύνολο της έκτασης του χωραφιού. Καλλιέργειες ευαίσθητες σε πλημμύρες, όπως τομάτες, λαχανικά, πατάτες, φασόλια αλλά και Δέντρα όπως εσπεριδοειδή ή και αμπέλια.
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Αυλάκια Μέθοδοι άρδευσης Πλευρική και κατακόρυφη διήθηση ~ συνεκτικότητα και ομοιομορφία εδάφους Σε αμμώδη εδάφη, το μήκος των αυλακιών περιορίζεται λόγω αυξημένης ταχύτητας διήθησης.
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Αυλάκια Εμπειρικά: Qm = 0.63 / S όπου, Qm η μέγιστη παροχή που μπορεί να δεχτεί το αυλάκι χωρίς κίνδυνο διάβρωσης και S η κλίση του αυλακιού ως ποσοστό επι τοις εκατό Στην αρχή της άρδευσης εφαρμόζεται η μεγαλύτερη επιτρεπόμενη παροχή Περιορισμός αυτής στο μισό μόλις το νερό φτάσει μέχρι το τέλος του αυλακιού κάλυψη των αναγκών διήθησης από την αρχή μέχρι το τέλος του αυλακιού Σε οριζόντιο χωράφι, η επιφανειακή απορροή μηδενίζεται και βελτιώνεται η ομοιομορφία της άρδευσης με φράξιμο των κάτω άκρων των αυλακιών. Η κλίση δεν ξεπερνά το 0,5%. Μέθοδοι άρδευσης
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Αυλάκια Μέθοδοι άρδευσης Απόσταση αυλακιών είναι 30-60cm για αμμώδη εδάφη και 75-150 cm για αργιλώδη εδάφη. Λόγω της πλευρικής κίνησης του νερού, τα άλατα συγκεντρώνονται στο έδαφος μεταξύ των αυλακιών και κοντά στην επιφάνεια των ράχεων Λύση του προβλήματος είναι η διαδοχική αλλαγή της θέσης των αυλακιών ή εφαρμογή προάρδευσης με κατάκλυση, περιορισμένη διάχυση ή καταιονισμό.
1. Επιφανειακές μέθοδοι άρδευσης Μέθοδοι άρδευσης Αυλάκια Πλεονεκτήματα: Απαιτεί μικρό κεφάλαιο. Η ενέργεια μεταφοράς του νερού είναι σχεδόν μηδενική. Μικρό κόστος λειτουργίας. Δεν υπάρχουν οι δυσκολίες συντήρησης του συστήματος αυτού. Απαιτεί ανειδίκευτη εργασία. Μειονεκτήματα: Απαιτεί πολύ χειρωνακτική εργασία. Αν το χωράφι έχει κλίση απαιτεί ισοπέδωση. Σπατάλη νερού. Ξοδεύουμε πολύ περισσότερο νερό. Για να γίνει μελέτη και εφαρμογή χρειαζόμαστε την εξίσωση διήθησης στο χωράφι. Η μέθοδος αυτή δεν εφαρμόζεται σε χωράφι με πολύ μεγάλη ή πολύ μικρή διηθητικότητα. Προσβολή από παθογόνους μύκητες κυρίως στο λαιμό του δέντρου
Γενικό χαρακτηριστικό των επιφανειακών μεθόδων άρδευσης είναι η υπερκατανάλωση του νερού άρδευσης. Απόδοση εφαρμογής 50%-60%
Μέθοδοι άρδευσης 2. Μέθοδος καταιονισμού Η μέθοδος αυτή αποτελεί μια τεχνητή απομίμηση της βροχής και αν σχεδιαστεί καλά πετυχαίνεται ομοιομορφία στην άρδευση και μεγάλη αποδοτικότητα
Πλεονεκτήματα 1. Σε όλες σχεδόν τις καλλιέργειες Άρδευση με καταιονισμό 2. Σε μεγάλη ποικιλία εδαφών με ορισμένα χαρακτηριστικά όπως: Ανομοιόμορφα εδάφη Πολύ διαπερατά Υψηλή υπόγεια στάθμη Μεγάλη κλίση Ανώμαλη τοπογραφία 3. Μικρή διατιθέμενη παροχή
Μειονεκτήματα Άρδευση με καταιονισμό Μεγάλες δαπάνες εγκατάστασης Μεγάλο κόστος λειτουργίας Αδυναμία άρδευσης όταν πνέει ο δυνατός άνεμος Αδυναμία άρδευσης όταν το νερό περιέχει μεγάλες ποσότητες φερτών υλικών Ανάπτυξη ασθενειών σε μερικές καλλιέργειες από τη διαβροχή των φυλλωμάτων τους Υπερβολική ανάπτυξη ζιζανίων από την ολική διαβροχή του εδάφους
Ένα τυπικό σύστημα καταιονισμού αποτελείται από: 1. Αντλητικό συγκρότημα (Κινητήρας και αντλία) Άρδευση με καταιονισμό
Άρδευση με καταιονισμό Ένα τυπικό σύστημα καταιονισμού αποτελείται από: 2. Δίκτυο μεταφοράς (Αγωγοί από χάλυβα, αλουμίνιο ή πλαστικό και είναι υπόγειοι ή επιφανειακοί καθώς και μόνιμοι ή μεταφερόμενοι)
Άρδευση με καταιονισμό Ένα τυπικό σύστημα καταιονισμού αποτελείται από: 3. Δίκτυο εφαρμογής (Συνήθως είναι κατασκευασμένοι από αλουμίνιο)
Άρδευση με καταιονισμό Δίκτυο εφαρμογής: Τα ακροφύσια των καταιονιστήρων ρυθμίζουν : Παροχή Ακτίνα εκτόξευσης Κατανομή και μέγεθος των σταγόνων
Δίκτυο εφαρμογής: Οι καταιονιστήρες διακρίνονται: Μικροί, χαμηλής πίεσης Εύρος πίεσης: 0,8-2 atm Εύρος παροχής: 35-400lit/hr Ακτίνα εκτόξευσης 1,5m-5m Μεγάλοι, υψηλής πίεσης Εύρος πίεσης: 3-7 atm Εύρος παροχής: 20-150 m 3 /hr Ακτίνα εκτόξευσης: 30m-80m Περιστροφικού τύπου βραδείας Περιστροφής: Άρδευση με καταιονισμό Εύρος πίεσης: 1.5-3 atm Εύρος παροχής:0.5-5 m 3 /hr Ύψος σωλήνωσης: 0,2m-2.5m Αποτελούν τον κύριο τύπο των δικτύων καταιονισμού
Δίκτυο εφαρμογής: Άρδευση με καταιονισμό Το συνολικό μήκος των αγωγών εφαρμογής είναι περίπου ίσο με το πλάτος του χωραφιού Ο αριθμός των καταιονιστήρων εξαρτάται από την παροχή τους και την ακτίνα εκτόξευσης Σημαντικός παράγοντας για την αποτελεσματική άρδευση αποτελεί ο ρυθμός εφαρμογής του νερού, δηλαδή η ποσότητα του νερού που εφαρμόζεται στο χωράφι ανά ώρα (Πρέπει να είναι μικρότερος πάντα της διηθητικότητας του εδάφους)
Τυπική διάταξη δικτύου εφαρμογής: Άρδευση με καταιονισμό Η ομοιομορφία εφαρμογής της άρδευσης είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών των καταιονιστήρων και της διάταξης τους, δηλαδή της απόστασης μεταξύ τους και της απόστασης μεταξύ των αγωγών Α) Ορθογωνική διάταξη Β) Τετραγωνική διάταξη Γ) Τριγωνική διάταξη
Άρδευση με καταιονισμό Η ομοιομορφία κατανομής του νερού επηρεάζεται από την ταχύτητα του ανέμου (Διακοπή άρδευσης σε ανέμους με ταχύτητα μεγαλύτερης από τα 4 Beaufort) Επίτευξη μεγάλης ομοιομορφίας: 1. Απόσταση μεταξύ εκτοξευτήρων S l =0.5*D 2. Απόσταση μεταξύ αγωγών S m <0.65*D (2 Beaufort) S m <0.5*D (2-4 Beaufort) Όπου μέτρα D είναι η διάμετρος εκτόξευσης των καταιονιστήρων σε
Άρδευση με καταιονισμό Παράδειγμα Πίνακα χαρακτηριστικών ακροφυσίων που δίνονται από τους κατασκευαστές q m Όπου: 3 / hr Sl *Sm *J 1000 q είναι η παροχή του κάθε καταιονιστήρα σε m 3 /hr S l είναι η απόσταση μεταξύ των καταιονιστήρων σε μέτρα S m είναι η απόσταση μεταξύ των αγωγών σε μέτρα J είναι ο ρυθμός εφαρμογής σε mm/hr
Εάν ένας αγωγός εφαρμογής έχει Ν καταιονιστήρες παροχής q σε όλο το μήκος του, τότε στην αρχή κάθε αγωγού θα πρέπει η παροχή να είναι Άρδευση με καταιονισμό Q=N*q Άσκηση 1: Στο διπλανό σχήμα υπάρχουν 5 αγωγοί εφαρμογής και ένας αγωγός μεταφοράς. Σε κάθε αγωγό εφαρμογής υπάρχουν 6 καταιονιστήρες παροχής q. Εάν θεωρήσουμε ότι δεν υπάρχουν απώλειες στο δίκτυο, υπολογίστε την παροχή στο σημείο υδροληψίας. Απ. Q = 30q
Άρδευση με καταιονισμό Στην πραγματικότητα σε ένα δίκτυο υπάρχουν απώλειες φορτίου λόγω τριβών (απώλειες ενέργειας ή απώλειες πίεσης) που επηρεάζουν την πίεση και την παροχή του κάθε καταιονιστήρα Οι απώλειες φορτίου χωρίζονται σε γραμμικές απώλειες (κατά μήκος ενός σωλήνα) και τοπικές απώλειες (στενώσεις, γωνίες κ.λ.) Οι τοπικές απώλειες ανέρχονται περίπου στο 10% των γραμμικών απωλειών Επομένως, οι ολικές απώλειες σε ένα αγωγό εφαρμογής είναι: H ol (m/100m αγωγού)= H γραμμικές +Η τοπικές = H γραμμικές +0,1 *H γραμμικές = 1,1*H γραμμικές
Άρδευση με καταιονισμό
Άρδευση με καταιονισμό Άσκηση 2 Να υπολογιστούν οι απώλειες πίεσης ενός αγωγού εφαρμογής μήκους 250m και εξωτερικής διαμέτρου 70mm (Φ70) που μεταφέρει παροχή 35m 3 /hr Απ: Από τον Πίνακα προκύπτει ότι οι γραμμικές απώλειες για παροχή 50m 3 /hr και διάμετρο Φ70 είναι 17.50m/100m αγωγού. Εάν λάβουμε και τις τοπικές απώλειες ως 10% των γραμμικών τότε οι ολικές απώλειες είναι Hol=1.1*17.50=19.25m/100m αγωγού Ο αγωγός μας έχει μήκος 250m. Άρα οι γραμμικές απώλειες σε όλο το μήκος του αγωγού είναι Pol=250*19.25/100=48.12 m.
Άρδευση με καταιονισμό Υπολογισμός διαμέτρου αγωγού εφαρμογής Γίνεται η παραδοχή ότι οι μέγιστες απώλειες φορτίου σε ένα αγωγό εφαρμογής είναι: H max 100 0.2*P L*F dz Όπου: Hmax είναι οι ολικές απώλειες φορτίου σε m/100m αγωγού P είναι η λειτουργική πίεση του καταιονιστήρα σε m L είναι το μήκος του αγωγού σε m F είναι ένας συντελεστής περιορισμού που εξαρτάται από τον αριθμό των καταιονιστήρων dz είναι η υψομετρική διαφορά μεταξύ της αρχής και του τέλους του αγωγού εφαρμογής με (+) όταν η dz>0 και με (-) όταν η dz<0
Υπολογισμός διαμέτρου αγωγού εφαρμογής Άρδευση με καταιονισμό Άσκηση 3: Στον αγωγό εφαρμογής της άσκησης 2 θεωρούμε ότι η λειτουργική πίεση του καταιονιστήρα είναι P=3atm (=30m) και ότι ο συντελεστής F είναι 0.5. Υπολογίστε τις μέγιστες επιτρεπόμενες απώλειες του αγωγού εφαρμογής. Συγκρίνετε τις μέγιστες επιτρεπόμενες απώλειες με τις ολικές απώλειες του αγωγού H max 100 0.2*P L*F 0.2*30 250*0.5 4.8m /100m ύ Οι ολικές απώλειες του αγωγού είναι Hol=19.25m/100m αγωγού που είναι μεγαλύτερες από 4.8m/100m αγωγού Θα πρέπει οι ολικές απώλειες ενός αγωγού να είναι πάντα μικρότερες από τις μέγιστες επιτρεπόμενες απώλειες
Υπολογισμός διαμέτρου αγωγού εφαρμογής Άρδευση με καταιονισμό Άσκηση 4: Υπολογίστε τις απώλειες του αγωγού με διάμετρο αγωγού Φ108 και συγκρίνετε τις με τις μέγιστες επιτρεπόμενες απώλειες της άσκησης 3 Για αγωγό Φ108 οι ολικές απώλειες είναι Hol=1.1*1.95=2.145m / 100m αγωγού που είναι μικρότερες από 4.8 Για μείωση των ολικών απωλειών θα πρέπει να επιλέγεται πάντα μεγαλύτερη διάμετρο αγωγού
Άρδευση με καταιονισμό Υπολογισμός πίεσης στην αρχή του αγωγού εφαρμογής Οι εκτοξευτήρες συνδέονται με τον αγωγό εφαρμογής μέσω ενός σωλήνα ανύψωσης (Pr), ο οποίος ποικίλλει ανάλογα με το είδος της καλλιέργειας (πχ. 2m για το καλαμπόκι, 0.7m για το βαμβάκι) Pin Pa 0.75*(Pol dz) Pr Όπου: Pin είναι η πίεση στην αρχή του αγωγού σε m Pa είναι η λειτουργική πίεση του καταιονιστήρα σε m Pol είναι οι ολικές απώλειες του αγωγού σε m Pr είναι το ύψος του σωλήνα ανύψωσης dz είναι η υψομετρική διαφορά μεταξύ της αρχής και του τέλους του αγωγού εφαρμογής με (-) όταν η dz>0 και με (+) όταν η dz<0
Άρδευση με καταιονισμό Υπολογισμός πίεσης στην αρχή του αγωγού εφαρμογής Άσκηση 5: Υπολογίστε την πίεση στην αρχή του αγωγού εφαρμογής γνωρίζοντας από την προηγούμενη άσκηση ότι Pa=30m, Pol=2.145m*250/100=5.36m, dz=0, και έστω ότι αρδεύουμε καλαμπόκι με Pr=2m. Pin Pa 0.75*(Pol dz) Pr 30 0.75*(5.36 0) 2 36.02m
Μέθοδοι άρδευσης 3. Μέθοδος άρδευσης με σταγονίδια ή στάγδην άρδευση Το νερό εφαρμόζεται στο χωράφι σε μικρές ποσότητες με τη μορφή σταγόνων και το κάθε φυτό αρδεύεται ξεχωριστά Περίπου το 30%-35% της επιφάνειας του εδάφους υγραίνεται Μεγαλύτερη αποδοτικότητα (0.8-0.95) από τις υπόλοιπες