مقاله طراحی و ساخت قطره چکان دبی ثابت برای آبیاری قطره ای

بخشی از مقاله

خلاصه

در ایران تبخیر نزدیک نه برابر بارش می باشد و بسیاری از منابع سطحی آب رو به نابودی است. در نتیجه برای نجات آب که امری ضروریست باید بیشتر و سریع تر روش مصرف را بهینه نمود. به علت اینکه عمده آب در صنعت کشاورزی مصرف می شود باید از بهینه ترین روش آبیاری که سیستم قطره ای می باشد، استفاده نمود. یکی از ملزومات مهم سیستم آبیاری قطره ای قطره چکان می باشد. قطره چکان اندازه کوچک و ساختار پیچیده ای دارد و چگونگی عملکرد آن یکی از عوامل اصلی تعیین کننده راندمان آبیاری قطره ای می باشد.

بدلیل افت فشار کم یا زیاد در قسمت های مختلف سیستم قطره ای لازم است دبی خروجی قطره چکان ثابت باشد. اهداف در راستای استفاده بهینه از آب، طراحی قطره چکان دبی ثابت جهت بومی کردن تکنولوژی، تولید داخلی با کیفیت بالا و قیمت مناسب و نیز تا حدودی اشتغال زایی بوده است. لذا طرح ایه مختلفی بررسی شد و نهایتاً طرحی با داشتن حداقل میزان اختلاف دبی در فشارهای مختلف، قابل قبول بود و قطره چکان دبی ثابت جدید مطلوب واقع شد. مراحل انجام تحقیق اینگونه بود که بعد از طراحی اولیه، نمونه ساخته می شد و آن را آزمایش می نمودیم و سپس اصلاحات در نمونه اولیه صورت می گرفت.

1.    مقدمه

خشکسالی وافزایش هر سال آن به عنوان تهدیدی جدی برای آینده بشر، پیگیری دقیق تر و بیشتر برای نجات آب را امری ضروری میسازد. متاسفانه علی رغم اهمیت این موضوع، تحقیقات اندکی در سطح کشور به آن پرداخته شده است - خانی تملیه، . - 1391 همچنین در صنعت ایران کمتر تجهیزاتی ارائه می شود که در راستای کاهش خشکسالی خدمت نماید. این مهم انگیزه ای برای پیشنهاد طرح حاضر بوده است با توجه به اینکه استفاده کنندگان از نتیجه این پروژه عموم مردم هستند.

در تامین مواد غذایی جمعیت رو به رشد مسلماً کشت مراتع و دیم جوابگو نیست و عمده کشت با روش آبی انجام می گیرد. در ایران نیز با توجه به حدود 2100 میلیمتر تبخیر سالیانه ومتوسط بارندگی سالیانه 250میلیمتر، قطعاً نمی توان از کشت آبی صرف نظر کرد. بدین ترتیب مدیریت آبیاری شامل انتخاب روش آبیاری صحیح، طراحی و اجرای درست روش آبیاری انتخاب شده و نیز بهره برداری و نگهداری بهینه از آن، اهمیت بسیار دارد. همچنین باعث جلوگیری از برداشت بی رویه منابع آب خواهد شود و استفاده از آب بهینه می گردد - ناصر ولی زاده و همکاران، . - 1388

متاسفانه در ایران بیشتر به روش سنتی آبیاری صورت می گیردکه در این روش حدود 80 درصد تلفات آب فقط در انتقال و توزیع در داخل مزارع روی می دهد. در روش مذکور با کاهش عملکرد، باروری خاک، بهره دهی گیاه - به دلیل عدم توانایی جذب هوا - ، طولانی شدن دوره های آبدهی و همچنین افزایش کود روبرو می شویم. در روش سنتی به میزان سه برابر نیاز واقعی گیاه به مزرعه آب داده می شود.

- ملائی، - 1390به علت آن که در تولید محصولات کشاورزی آب یکی از عمده اقلام هزینه می باشد، در نتیجه قیمت تمام شده تولیدات کشاورزی با مصرف آب اضافی به میزان چشمگیری افزایش می یابد و نیز از آنجایی که روش های سنتی به دلیل هدررفت زیاد آب، نمی توانند جوابگوی نیاز روز افزون کشور به آب باشند، لذا امروزه سیستم های جدید و مکانیزه مختلفی برای افزایش راندمان مصرف آب و با در نظر گرفتن شرایط مختلف ایجاد شده استضمناً. پایین افتادن شدید و مداوم سفره های آب زیرزمینی و عدم مهار کافی آب های سطحی را نیز باید در نظر گرفت پس باید طراح با توجه به شرایط موجود، سیستم آبیاری با کار آیی مناسب را انتخاب نماید.

سوابق انجام تحقیق می توان به موارد زیر اشاره کرد:

هیلز و همکاران - 1989 - ، در زمینه تاثیر گرفتگی شیمیایی قطره چکان ها بر یکنواختی پخش مطالعاتی انجام دادند. آنها اثرات چهار ترکیب مختلف آب آبیاری را بر گرفتگی شیمیایی قطره چکان ها مورد ارزیابی قرار دادند و ملاحظه کردند که با افزایش یونهای کلسیم، منیزیم، بی کربنات و پ- هاش در آب آبیاری، رسوبات کربنات کلسیم بیشتر شده که در نتیجه منجر به افزایش گرفتگی قطره چکان ها و کاهش دبی آن ها گردیده است. بیشترین گرفتگی مربوط به آب دارای بیشترین مقدار نمک و کمترین گرفتگی مربوط به آب دارای کمترین مقدار پ- هاش بوده است.

آدین و ساکس - 1991 - ، پس از بررسی سه نوع قطره چکان گزارش دادند که انسداد قطره چکان هایی که پساب استفاده می کنند نخست بوسیله ذرات جامد صورت می گیرد ولی لزوما مرحله اول گرفتگی نیست و سرعت گرفتگی بیشتر تحت تاثیر اندازه ذرات و بیان کردند که جلبک ها زمانی عامل گرفتگی می شوند که به ذرات دیگر بچسبند. آنها همچنین بیان کردند که ترکیبات شیمیایی رسوبات موجود در قطره چکان هدایا تغییر فصل تغییر می کند، بدین صورت که در زمستان و بهار عامل گرفتگی بیشتر آلومینیوم و سیلیکون بوده در حالی که در تابستان و پاییز درصد بالایی از فسفر و کلسیم در قطره چکان ها مشاهده شد.

تیلور و همکاران - 1995 - ، برای بررسی عامل گرفتگی قطره چکان ها به هنگام استفاده از پساب، یک طرح آبیاری در جنوب غربی پرتغال اجرا کردند. آنها در عملیاتی صحرایی و در دوره ای بالغ بر دو فصل زراعی، خصوصیات کاربردی پنج نوع قطره چکان را بررسی کردند. آنها میزان حساسیت نسبت به گرفتگی و ماهیت ذرات عامل گرفتگی را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند و اعلام کردند که انسداد قطره چکان ها حاصل انباشتگی و به دام افتادن ذرات ماسه در مسیر قطره چکان بوده و مواد عالی شامل جلبک های برکه ای که در این فرآیند نقش ثانویه داشته و نوع قطره چکان در مقایسه با کیفیت آب نقش مهم تری در ایجاد گرفتگی داشت.

این بررسی ها هم چنین نشان داد که ذرات ماسه با قطر 360-1080 میکرومتر علت اصلی گرفتگی در اکثریت قریب به اتفاق قطره چکان های مسدود مورد آزمایش بود. در 79 درصد از قطره چکان های مسدود شده که از آب آبیاری فیلتر شده استفاده می کردند، ذرات ماسه تنها عامل قابل رویت گرفتگی قطره چکان ها بوده و در این بین ذرات بیولوژیکی باعث کاهش جریان در 8 درصد قطره چکان ها شده بود.

ولی در قطره چکان هایی که با پساب خروجی از برکه های تثبیت کار می کردند، عامل گرفتگی ترکیب متفاوتی را نشان می داد. به گونه ای که ذرات ماسه تنها در 6 درصد از موارد باعث گرفتگی بوده و در 90 درصد از موارد لایه های بیولوژیکی باعث چسبیدن ذرات ماسه و دانه ها و بستن مسیر جریان شدند. راوینا و همکاران - 1997 - ، با بررسی گرفتگی فیلترها و قطره چکان ها به هنگام استفاده از پساب مخازن روباز و بررسی امکان رفع مشکل گرفتگی به نتایج زیر رسیدند.

الف - عمل کلر زنی به هنگام استفاده از پساب به منظور جلوگیری از گرفتگی قطره چکان ها ضروری است.

ب - طول زیاد لوله فرعی و سرعت کم جریان باعث افزایش گرفتگی قطره چکان ها می شود. ولی گرفتگی قطره چکانها بیشتر تحت تأثیر سرعت جریان است.

ج - در سرعتهای کم - کمتر از 0/5 متر بر ثانیه - رشد بیولوژیکی در دیواره لوله ها صورت می گیرد.

د - سیستم هایی که به هنگام زمستان جمع آوری شده اند و، به دلیل خشک شدن مواد درون آنها به هنگام راه اندازی دوباره سیستم در اثر تکان خوردن، ذرات عامل گرفتگی درون لوله ها، از آن جدا می شود که در این حالت شستشوی لوله های فرعی بسیار موثر خواهد بود.

ی - آنها همچنین با مقایسه تاثیر فیلتر های مختلف - شنی، توری و دیسکی - در ماهش گرفتگی قطره چکان ها بیان داشتند که کارایی فیلتر شنی بخصوص برای قطره چکان های حساس، از همه بیشتر بوده است. ترویین و همکاران - 2000 - ، با بررسی عملکرد پنج نوع قطره چکان با دبی های ، 0/75، 0/91، 1/5، 2/3 و 3/5 لیتر در ساعت که طی دو فصل زراعی 1998 و 1999 با آب حوضچه های تثبیت فاضلاب کار می کردند، به این نتیجه رسیدند که دو قطره چکانی که کمترین دبی را داشتند، دچار گرفتگی شدند.

میزان کاهش دبی در سال 1998 برای قطره چکانهای 0/57 و 0/91 لیتر در ساعت به ترتیب 15 درصد و11 درصد بوده که در سال 1999 این مقدار به ترتیب به 5/21 درصد و 7/13 درصد افزایش یافتند. ولی گرفتگی در سه نوع دیگر ناچیز بود و میزان کاهش دبی در آنها در طی دو فصل 4 درصد و یا کمتر بوده است.رووان و همکاران - 2004 - ، گرفتگی چهار نوع قطره چکان - غیر تنظیم کننده فشار، با جریان آشفته و دو نوع قطره چکان تنظیم کننده فشار - را که از سه کارخانه سازنده جمع آوری کرده بودند، را با استفاده از توزیع فاضلاب با کیفیت های مختلف - سپتیک تانک و بیورآکتور شنی - مورد بررسی قرار دادند.

فاضلاب ها ابتدا از فیلتر 100 میکرون عبور می کردند. جهت بررسی عملکرد سیستم و شناسایی قطره چکان هایی که دچار گرفتگی شده اند، هر ماه دبی اندازه گیری می شد. در قطره چکان های مورد آزمایش بیشترین کاهش دبی نسبت به متوسط کاهش دبی، برای فاضلاب سپتیک تانک و فاضلاب بیورآکتور شنی بترتیب 16 درصد و 3 درصد بدست آمد. متوسط کاهش دبی در قطره چکان های مورد آزمایش، برای فاضلاب سپتیک تانک و فاضلاب بیورآکتور شنی بترتیب 11 درصد و 2 درصد بود.

قطره چکان هایی که فاضلاب سپتیک تانک را توزیع می کردند، در اغلب آنها دبی کاهش یافته و بیش از 80 درصد قطره چکان ها دچار گرفتگی شدند. بازکارت و ازکیسی - 2006 - ، در تحقیقی که اثر کود آبیاری را بر گرفتگی قطره چکان های داخلی خطی و عملکرد سیستم آبیاری قطره ای بررسی کردند. آنها در این تحقیق سه تیمار کود آبیاری - تیمار اول بدون کود، تیمار دوم شامل 25 درصد کودهای سولفاته و 75 درصد کودهای نتراته و تیمار سوم شامل 50 درصد کودهای سولفاته و 50 درصد کودهای نیتراته - و سه نوع قطره چکان داخل خط با دبی های 4 ، 2/75 و 1/7 لیتر بر ساعت در نظر گرفتند.

این تحقیق در سه فصل متوالی انجام شد آنها در این تحقیق با اندازه گیری میزان دبی، درصد کاهش دبی را بدست آوردند. نتایج نشان داد در قطره چکانهای با دبی کمتر، درصد کاهش دبی بیشتر می باشد. همچنین در قطره چکان هایی که در اثر گرفتگی دبی کاهش یافته بود عملکرد هم کاهش یافت. همه ی لاترال ها در این تحقیق بریده شده و باقی مانده های لجن در هر لاترال بطور جداگانه جمع شده تا موردهای گرفتگی قطره چکان ها تعیین شود. مواد فیزیکی و بیولوژیکی به ترتیب با دستگاه وزن سنجی و استرومیکروسکوپ تعیین شدند.

رسوب های شیمیایی و مانده های لجنی در قطره چکانها و همچنین فسفر بوسیله دستگاه SQ 118 Merck با روش فوتومتریک تعیین شد، پتاسیم با فلیم فوتومتر - Jenway-PEP7 - اندازه گیری شد و    سولفور بعد از اینکه تجزیه آنیون ها کاتیون ها تکمیل شد، با کم کردن مجموع آنیون ها از کاتیون ها بدست آمد. نتایج نشان داد که کودهایی که شامل کلسیم و    هم شامل سولفات بودند، نسبت به سایر کودها، بیشتر باعث گرفتگی قطره چکان ها و کاهش عملکرد سیستم شدند.

هایجون و گان ها - 2008 - در تحقیقی، گرفتگی سه نوع قطره چکان را با استفاده از آب تازه و پساب تصفیه شده فاضلاب مورد بررسی قرار دادند. با اندازه گیری دبی و با محاسبه کاهش دبی، ضریب تغییرات دبی، یکنواختی پخش، ضریب یکنواختی کریستن سن و درصد گرفتگی قطره چکان ها، عملکرد قطره چکان ها را ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که تمام شاخص های گفته شده تحت تاثیر کیفیت آب مورد استفاده جهت آبیاری، نوع قطره چکان و زمان کارکرد سیستم قرار دارند.

میزان کاهش دبی، ضریب تغییرات دبی و درصد گرفتگی در قطره چکان هایی که با پساب تصفیه شده فاضلاب تغذیه می شدند نسبت به آب تازه بیشتر بوده است. با افزایش زمان کارکرد سیستم ها کاهش دبی، ضریب تغییرات دبی و درصد گرفتگی قطره چکان ها با استفاده از پساب تصفیه شده فاضلاب افزایش و یکنواختی پخش و ضریب کریستیان سن آن کاهش داشته اند.

.2    مواد و روش ها

- 1 - 2 روش تحقیق

پس از مطالعات و تحقیقات در مورد قطره چکان و بررسی اصول کار آنها، به بررسی ایده های متعددی پرداختیم. هر نمونه را پس از طراحی، تحلیل و نقشه کشی می ساختیم. سپس نمونه را آزمایش می کردیم و روی آنها اصلاحات و تغییراتی جهت بهبود انجام می دادیم.