بخشی از مقاله
چکیده
آبیاری قطره ای زیر سطحی - - SDIجز انواع آبیاری زیر سطحی است که امروزه از اهمیت و گسترش روز افزونی برخوردار است . آبیاری قطره ای زیر سطحی نسبت به سایر سیستم های آبیاری آب را در حجم و فشار کمتری - 0/2 الی0/8 بار - استفاده میکند امروزه سیستم آبیاری زیرزمینی به شکل های مختلفی در سطح جهان به خصوص کشورهایی که در کمبود آب به سر می برند در حال اجرا می باشد.
آبیاری قطره ای زیر سطحی آب توسط لوله های فرعی مدفون در سرتا سر نیم رخ خاک توزیع می شود.در این روش حجم مرطوب شده ناحیه رشد ریشه حداکثر و تلفات نفوذ عمقی حداقل می باشد.حداکثر راندمان این سیستم ها موقعی است که پیاز رطوبتی به سطح خاک نرسد و باعث تلفات تبخیری شود،میتوان برای کاهش تلفات تبخیری سطح خاک از شن یا ماسه استفاده کرد - به علت اینکه در حالت خشک هدایت هیدرولیکی این خاک ها خیلی کم است ومانع انتقال رطوبت از سطح می شود - .
یکی از مهمترین مسائل در رابطه با سیستم های زیرسطحی تعیین محل استقرار لوله های زیرسطحی به گونه ای پیاز رطوبتی حاصله رطوبت ناحیه ریشه را تأمین کند.در این تحقیق پیاز رطوبتی در خاک های مختلف تحت فشار 0/4 ، 0/6 و 0/8 بررسی شد.
نتایج نشان داد شکل پیاز رطوبتی متاثر از بافت خاک نسبت به محل قرار گیری لوله است .پیاز رطوبتی در خاک سبک نسبت به محل قرار گیری لوله به سمت پایین نسبت به قسمت بالایی لوله کشیده تر است.در حالیکه در خاک متوسط پیاز رطوبتی در جهت افقی گستردگی بیشتری داردو در خاک سنگین به جهت تاثیر خاصیت مویینه ای پیاز رطوبتی حدودا دایره ای شکل باقی می ماند ودر جهت عمودی و رو به بالا خطوط همزمان رطوبتی کشیدگی بیشتری دارند.
-1 مقدمه
اگر چه آب بر روی زمین فراوان است، 97٪ آب در جهان در اقیانوس ها و دریا ها نهفته است، 2٪ از کل آبها در یخچالها، و تنها 1٪ از آب موجود - در دسترس - برای استفاده انسان است. از سویی ، دسترسی به منابع آب با افزایش جمعیت جهان در تضاد است
با اوج گرفتن نگرانی کاهش منابع آب از یک طرف و رشد روز افزون جمعیت و نیاز بیشتر به مواد غذایی و محصولات کشاورزی از طرف دیگر، بهینه سازی و مصرف آب کشاورزی به خصوص در کشوری مانند ایران که جزو مناطق خشک دنیا به حساب می آید، از اهمیت خاصی برخوردار است. سیستم آبیاری زیر سطحی در شرایط جغرافیایی سخت و نامناسب برای آبیاری محصولات مختلف مناسب می-باشد.
قابلیت کار با فشارهای مختلف را داراست،که امکان استفاده در جاهای با شیب تند را نیز فراهم می آورد. از دیگر مزایای این سیستم میتوان به صرفه جویی در مصرف آب ،بهبود گردش هوا در خاک،محصول سالمتر با کیفیت بهتر،استفاده کمتر از مواد شیمیایی و انجام عملیات کودرسانی بدون ایجاد خطر با بیشترین راندمان،طول عمر بیشتر سیستم،عدم رسوب املاح و تشکیل جلبک،نیاز به نیروی کار کمتر،بهبود وضعیت فیزیکی خاک جهت توسعه ریشه،امکان هوادهی با این سیستم ، کارایی بالای مصرف آب اشاره کرد
درمقایسه با آبیاری سطحی تلفات نفوذ عمقی و تبخیر سطحی را کاهش میدهد و اجازه کنترل مفیدتر کاربرد آب را میدهد و در رابطه با کیفیت آب خطرات کمتری را تولید میکند - نیو و همکاران ،. - 2013 آبیاری زیرسطحی با راندمان بالا به عنوان یک روش جدید در مجموعه روشهای آبیاری میکرو در سالهای اخیر مورد مطالعه محققان واقع شده است و آبیاری با لوله های لاستیکی متخلخل - تراوا - بعنوان یک روش نوین آبیاری زیرسطحی مطرح گردیده است.
در ابتدا هزینه سیستم لوله های لاستیکی به علت استفاده از لاستیک خام به عنوان ماده اولیه، بسیار بالا بود تا اینکه در سال 1991 امکان استفاده از پودر لاستیکهای فرسوده اتومبیل ها به جای لاستیک خام فراهم شد، که این تکنولوژی سبب کاهش هزینه تولید لوله های متخلخل به نام تراوا گردید. در این سیستم آبیاری برخی از مشکلات سیستم های آبیاری میکرو مانند گرفتگی در آبیاری قطرهای کمتر به چشم خورده و نیز علاوه بر کاهش مشکلات گرفتگی، فشار کاری مورد نیاز سیستم فوق العاده پایین بوده که کاهش چشمگیری در مصرف انرژی داشته که باعث کاهش هزینه های مورد مصرف در بخش انرژی میشود. به جهت عدم تر شدگی سطح خاک و در نتیجه نبود تبخیر سطحی آب، در این سیستم آبیاری راندمان کاربرد آب نیز به میزان قابل توجهی افزایش مییابد.
در بررسی کارایی سیستمهای آبیاری تحت فشار مواردی چون خصوصیات هیدرولیکی و تاثیررطوبت خاک روی عملکرد لوله ها از جمله مهمترین پارامترهای طراحی میباشندکه می بایست دقیقاٌ بررسی و شناخته شوند. لوماکس و همکاران - - 1988 خصوصیات هیدرولیکی لوله های تراوا را مورد بررسی قرار دادند. این محققان میزان آبدهی را بصورت تابعی از فشار بیان نموده و نشان دادند که آبدهی لوله پس از گذشت 10 روز بصورت یکنواخت کاهش می یابد. مطالعات این محققان نشان میدهد که در یک فشار معین در صورت استفاده از آب بدون صافی - فاضلاب حاصل از دامهای اهلی - آبدهی لوله بشدت کاهش می یابد.
یودر و موته - 1995 - یکنواختی آبدهی لوله های تراوا را با استفاده از لوله های نو و بطول 6 متر مورد بررسی قراردادند.نتایج حاصله نشان دادند که تغییرات آبدهی در طول لوله تراوا و در سریهای متفاوت ساخت، قابل ملاحظه می باشد. ویتنی و همکاران - 1969 - بااستفاده از اندازه سوراخهای مختلف لوله و فشارهای متفاوت در سیستم آبیاری زیرزمینی، پیشروی جبهه رطوبتی در کلیه خاکهارا بدست آوردند و نشان دادند که پیشروی جبهه رطوبتی تابعی از فشار آب داخل لوله و اندازه سوراخ خروجی میباشد.بطوری که با افزایش و بزرگ شدن اندازه خروجی، پیشروی جبهه رطوبتی بطور چشمگیری گسترش می یابد. فوک و ویلاردسون - 1971 -
پیشروی جبهه رطوبتی در جهات مختلف، حجم آب خارج شده از لوله های آبیاری زیرزمینی، عمق کارگذاری و فواصل لوله ها را در مطالعه ای تحت عنوان تجزیه و تحلیل و طراحی آبیاری زیرزمینی را در مورد خاکهای متفاوت، مورد بررسی قرار دادند. سهرابی و گازری - 1376 - به بررسی کارایی آبیاری زیر زمینی تراوا - باغ انگور - پرداخت و آبدهی لوله های تراوا و وضعیت رطوبتی نقاط اطراف لوله را شدیدا متناسب با وضعیت هیدرولیکی سیستم از جمله فشار آب در لوله و شرایط فیزیکی خاک پیدا کردند.
مطالعه کمی در خصوص تاثیر وضعیت رطوبتی خشک و تر بر میزان آبدهی و گسترش شکل پیاز رطوبتی در زیر سطح خاک صورت گرفته است و لذا ضرورت چنین تحقیقی را ایجاب می کند لذا هدف از این تحقیق بررسی آبدهی و گسترش شکل پیاز رطوبتی در سطح و زیر سطح خاک برای سه نوع بافت خاک در سه فشار مختلف ودر رزیم رطوبتی تر و خشک است
-2 مواد و روشها
-1-2 انتخاب لوله تراوا
لوله تراوا متداول در ایران تهیه شد و ده خط لوله هر کدام به طول یک متر بطور تصادفی از یک کلاف جدا گردید سپس انتهای هر لوله با بسط انتهایی مسدود شده و با استفاده از یک رابط میانی و یک بسط گازی لوله خروجی پمپ به ابتدای لوله تراوا متصل گردید.
چهار فشار 0/2 ، 0/4 ، 0/6 و 0/8 اتمسفر در محدوده کاری لوله های تراوا انتخاب گردید. به وسیله یک پمپ فشار مورد نیاز ایجاد گردید. مسئله مهم ایجاد فشار مناسب و یکنواخت در سیستم بود که با توجه به نوسانات سطح ایستابی در منبع آب بدلیل آبگیری از منبع ، فشار کاری سیستم نیز دچار نوسان می گردید که با استفاده از دو عدد شیر تنظیم و تشکیل یک لوپ - - By pass نوسانات فشار کنترل گردید. سپس با اتصال پیزومتری به منبع آب افت سطح ایستابی قرائت گردید .
فشار کاری سیستم با نصب فشار سنجی در ابتدای لوله تراوا - بعد از پمپ - دقیقاً کنترل میگردید. شکل - 1 - نمایی شماتیک از منبع آب مدرج و پمپ با اتصالات مربوط به منبع آب را نشان میدهد.
شکل: 1 نمای شماتیک سیستم انتقال آب
-3 خاک های مورد آزمایش و محل تهیه آن
خاک مزرعه دانشکده کشاورزی کرج بافت سیلتی لومی به عنوان بافت متوسط و خاک پایه برای بافت سبک، خاک معادن اشتهارد با بافت لومی رسی به عنوان بافت سنگین و مخلوط خاک مزرعه دانشکده و ماسه بادی به نسبت مشخص محاسبه شده و ایجاد بافت لومی شنی به عنوان خاک سبک که در این تحقیق بافت خاک به روش استاندارد و با استفاده از سری الک ها و روش هیدرو متری مشخص گردیدکه مقادیر ذرات تشکیل دهنده خاک در جدول - - 1 آورده شده است.
جدول:1 درصد ذرات خاک
-4 آماده سازی خاک برای انجام آزمایش
جهت جدا کردن قلوه سنگ، ریشه و بقایای محصولات زراعی وغیره خاک مورد آزمایش از سرند بنایی 12 میلی متری عبور داده شد و سپس به منظور خشک شدن به صورت طبیعی - Air dry - ، روی نایلون در کف آزمایشگاه تحقیقات آب پخش گردید. برای اطمینان از خشک شدن رطوبت خاک روزانه تا مرز خشک شدن و زمان توقف در خشک شدن اندازه گیری گردید.
با توجه به تکرارهای موجود و مورد نیاز در طول آزمایش با قراردادن ظرف مدرجی در محل انجام آزمایش و با اندازه گیری میزان تبخیر از سطح ظرف مدرج در هر روز معادل 10mm میلی متر بدست آمد. آزمایشها صورت گرفته بر اساس نیاز آبی درخت انگور پا کوتاه که از کشت های رایج در منطقه کرج می باشد و حداکثر مصرف روزانه آب با مقداری که طراحی بر اساس آن انجام می شود بین 12 - 27 لیتر در روز برای هر اصله متغیر می باشد.
-5 مدل فیزیکی
در این تحقیق یک مدل فیزیکی آزمایشگاهی - مدل شیشه ای - به ابعاد 15 cm×90cm ×120cm به حجم 0/162 متر مکعب به گنجایش تقریبی 267 کیلو گرم خاک تهیه گردید که در مدل سوراخی در فاصله 40سانتی متری از سطح بالایی محفظه برای محل قرارگیری لوله تراوا ایجاد شد.
-6 بررسی پیاز رطوبتی
بررسی شکل پیاز رطوبتی برای دو فشار 0/4 و 0/8 اتمسفر برای 3 بافت خاک با توجه به تأثیرات تر و خشک شدن خاک انجام گرفت. ابتدا مدل شیشهای از خاک پر شده و حجم معینی آب معادل 7 لیتر و تحت فشار مورد نظر به خاک داده شد وسپس به مدت 3 روز محفظه در مقابل تابش خورشید رها گردید تا خاک نشست کرده و خشک گردد و منافذ موجود در خاک از لحاظ کشش ماتریکی به تعادل برسند، سپس آبیاری مجدد و تعیین شکل نهایی پیاز رطوبتی صورت گرفت.
روش اندازه گیری پیاز رطوبتی بدین صورت بود که پس از شروع به کار سیستم به ترتیب هر 15 دقیقه یکبار تا 1 ساعت، و پس از آن هر 30 دقیقه تا زمان اتمام حجم آب مشخص شده،محدوده خیسشدگی خاک که با تغییر رنگ خاک قابل تشخیص بود علامت گذاری می گردید اندازه گیری ها ادامه یافت. سپس 24ساعت بعد مجدا محدوده پیاز رطوبتی به منظور تعیین محدوده رطوبتی حاصل از توزیع مجدد - - Redistribution اندازه گیری گردید.
-1-6 پیاز رطوبتی اطراف در خاک لومی شنی
در طول مدت آزمایش برای فشار 0/4 بار جبهه رطوبتی مشاهده شده در ابتدای آزمایش و تا 30 دقیقه پس از شروع آزمایش در 4 جهت مختصات از مبدا مختصاتی - محل قرارگیری لوله - به صورت یکسان گسترده شد. ولی از آن به بعد جبهه رطوبتی در جهت عمودی رو به بالا پیشروی کمتری از خود نشان داد و در جهت عمودی رو به پایین سرعت حرکت جبهه رطوبتی افزایش یافت بگونه ای که با گذشت زمان خطوط همزمان رطوبتی در بالای لوله تراوا به یکدیگر فشرده و در زیر لوله تراوا از یکدیگر فاصله گرفتند.
این حالت بدلیل بافت سبک خاک و تاثیر نیروی ثقل بر حرکت جبهه رطوبتی در جهت عمود به سمت پایین است. در جهت افقی جبهه رطوبتی تقریباً قرینه حرکت کرده به گونه ای که با گذشت زمان فاصله خطوط همزمان رطوبتی به مقدار یکسانی در دو طرف کم شده و خطوط به یکدیگر فشرده گردید.
در فشار 0/8 بار روند شکل گیری پیاز رطوبتی مشابه بود. اما بعلت آبدهی بیشتر فاصله خطوط همزمان رطوبتی در تمام جهات کمی بیشتر شده و نیز بعلت آنکه آبدهی لوله تراوا از هدایت آبی خاک بیشتر بود اطراف لوله تراوا حالت ماندابی ایجاد گردید و پتانسیل آبی بیشتر و نیروی ثقل تاثیر بیشتری بر شکل پیاز رطوبتی داشت و جبهه ر طوبتی با سرعت بیشتری در جهت عمودی رو به پایین حرکت و در نتیجه شکل پیاز رطوبتی کشیده تر گردیدکه حدود و شکل پیاز رطوبتی در پایان آبیاری یعنی 4ساعت و 24 ساعت بعد از ابیاری به ترتیب در جدول - - 2 و شکلهای2و 3 آورده شده است.
