مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تفاوت بين جريان آب در کانال‌هاى روباز و لوله‌هاى تحت فشار را مى‌توان با بررسى دقيق معادله برنولى مشخص کرد. معادله برنولى براى دو نقطه ۱ و۲ از مسير آب به‌شرح زير است:
(معادله ۱):     y₁ + Z₁ + (V₁²) / 2g = y₂ + Z₂ + (V₂²) / 2g + (h_f)1-2
در اين معادله:
y = عمق جريان نسبت به کف آبراهه (ديمانسيون، L)
Z = رقوم ارتفاعى کف آبراهه نسبت به سطح مقايسه (ديمانسيون، L)
V = سرعت جريان (L/T)
h_f = افت اصطکاک (L)
و انديس‌هاى ۱ و۲ نشان‌دهنده موقعيت نقاط ۱ و ۲ و علامت ۲-۱ نشان‌دهنده فاصله بين نقاط ۱ تا ۲ مى‌باشد. اين معادله مشابه معادله جريان در لوله‌هاى تحت فشار مى‌باشد. با اين تفاوت که در آن به‌جاى فشار (P/y) در مورد لوله‌ها، عمق آب نوشته شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع صافى‌ها

صافى‌ها به‌منظور جلوگيرى از ورود مواد ناخواسته به داخل سيستم آبيارى قطره‌اى به‌کار برده‌ مى‌شوند. صافى‌ها انواع و اقسام مختلف دارند اما در آبيارى قطره‌اى سه نوع آن بيشتر کاربرد دارد که عبارتند از صافى‌هاى صافى‌دار (Screen)، صافى‌هاى شنى و صافى‌هاى سانتريفوژى يا سيکلونى کهد در شکل (انواع مختلف صفا‌هاى توري، شنى و سانتريفوژي) نشان داده شده است.

صافى‌هاى تورى
صافى‌هاى تورى متداول‌ترين نوع فيلتر درآبيارى قطره‌اى است. غالباً در فرآيند تصفيه آب ابتدا يک صافى تورى قرار داده مى‌شود. همان‌طور که در شکل (انواع مختلف صافى‌هاى توري، شنى و سانتريفوژي) مشاهده مى‌گردد در صافى‌هاى تورى آب پس از آنکه وارد دستگاه صافى شد قبل از خروج از آن از يک صفحه سوراخ‌دار عبور مى‌کند. صافى‌ها از نظر قطر چشمه‌ها استاندارد و بر حسب عددى به نام شماره‌مش (mesh) مشخص مى‌گردند. در جدول (طبقه‌بندى صافى‌ها و اندازه ذرات) طبقه‌بندى صافى‌ها بر حسب شماره مش نوشته شده است. مثلاً درصافى‌هاى شماره ۴۰ قطر چشمه‌هاى صافى ۴۲۵ ميکرون است و اين صافى مى‌تواند مانع از عبور ذرات سيلت بشود. صافى‌هايى که در آبيارى قطره‌اى به‌کار برده مى‌شود غالباً از مش شماره ۱۰۰ يا ۲۰۰ درست شده‌اند که قادرند موادى را که قطر معادل آنها ۱۵۰ يا ۷۵ ميکرون باشد از آب جدا سازند.
صافى‌هاى شنى
صافى‌هاى شنى از محفظه‌اى که درآن گراول‌هاى ريز و شن ريخته شده است درست شده‌اند. اين صافى‌ها قادرند مقدار نسبتاً زيادى ذرات معلق را از آب جدا نمايند. توانايى آنها در خارج ساختن ذراتى که قطرشان بين ۱۰۰ تا ۲۵ ميکرون است بر اساس استاندارد ASAE در اين صافى‌ها دبى جريان به ازاء هر متر مربع سطح فيلتر نبايد از ۱۴ ليتر در ساعت تجاوز کند. ضخامت صافى‌هاى شنى مى‌بايست حداقل ۵۰ سانتى‌متر باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

رابطه بين فشار و دبى قطره‌چکان‌ها تابعى از رژيم جريان آب است. رژيم جريان نيز خود با مشخصه‌اى به نام عدد رينولد تعيين مى‌گردد. عدد رينولد از فرمول (۱) محاسبه مى‌شود:
(معادله ۱):     RN = VD / 1000ν
که در آن:
RN = عدد رينولد (بدون بعد)
V = سرعت جريان (m/s)
D = قطر قطره‌چکان (mm)
ν = لزجت سينماتيک آب (m2/s)
لزوجت سينماتيک آب در دماى ۲۰ درجه سانتى‌گراد به‌طور استاندارد برابر 1x10-6 m2/s در نظر گرفته مى‌شود. برحسب عدد رينولد براى جريان آب چهار نوع رژيم در نظر گرفته مى‌شود عبارتند از:
الف- جريان ورقه‌اى که درآن عدد رينولد کوچک‌تر يا مساوى ۲۰۰۰ است (Rn ≥2000 )
ب- جريان ناپايدار که در آن عدد رينولد بيش از ۲۰۰۰ و کوچک‌تر يا مساوى ۴۰۰۰ مى‌باشد ( 4000 ≥ RN > ۲۰۰۰ )
ج- جريان نيمه آشفته که عدد رينولد در آن بزرگ‌تر از ۴۰۰۰ و کوچک‌تر يا مساوى ۱۰۰۰۰ مى‌باشد. ( 10,000 ≥ RN > 4000)
د- جريان آشفته کامل که عدد رينولد در آن بزرگتر از ۱۰۰۰۰ مى‌باشد (10,000 < RN) رابطه بين عدد رينولد با ضريب بدون بعد اصطکاک (f) توسط دياگرام مودى که در فصل مربوط به طراحى سيستم لوله‌ها آمده است مشخص شده است. ضريب اصطکاک عبارت است از:
(معادله ۲):     f = h_f / (L/D)(v² / 2g)
که در آن:
hf = افت بار در اثر اصطکاک (m)
L = طول لوله يا قسمتى از مجراى عبور آب که افت اصطکاک براى آن محاسبه مى‌شود (m)
D = قطر لوله يا مجراى مورد نظر (m)
v2 / 2g = ارتفاع نظير سرعت (m)
اگر به دياگرام مودى توجه کنيد مشاهده مى‌شود که برا جريان‌هاى ورقه‌اى رابطه ضريب اصطکاک و عدد رينولد به‌صورت خطى و براى جريان‌هاى نيمه آشفته اين رابطه منحنى است. در جريان‌هاى آشفته کامل صرف‌نظر از اينکه عدد رينولد چه مقدرا باشد ضريب اصطکاک ثابت باقى مى‌ماند. در طراحى سيستم لوله‌ها برقرارى رژيم ناپايدار عملى نمى‌باشد. البته اين امر چندان هم مهم نيست و فقط بايد به اين نکته توجه داشت که طراحى طورى صورت نگيرد که جريان در حالت ناپايدار باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هيدروليک لاترال‌ها

هيدروليک سيستم‌هاى توزيع آب در آبيارى قطره‌اى در لوله‌هاى اصلى و لاترال مشابه ساير سيستم‌ها است. بدين‌صورت که افت اصطکاک با همان روشى که در مورد آبيارى بارانى گفته شد محاسبه مى‌شود. پمپ بايد بار فشار لازم را طورى تأمين کند که جوابگوى افت اصطکاک در لوله‌هاى توزيع، فيلترها و وسايل کنترل بوده علاوه بر اين درصروت اختلاف ارتفاع، آن را نيز جبران نمايد و سرانجام در قطره‌چکان‌ها به اندازه طراحى شده فشار موجود باشد.
در محاسبه افت اصطکاک در لاترال ابتدا مقدار افت در لوله با اين فرض که هيچگونه دبى از امى‌رها خارج نشود محاسبه شده (hf) سپس مقدار واقعى افت اصطکاک با در نظر گرفتن اين واقعيت که دبى لاترال از ابتدا تا انتها به دليل خروج آب از قطره‌چکان‌ها به‌تدريج کاهش مى‌يابد

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

قسمت اعظم آب مورد نياز کشاورزى در مناطق خشک و نيمه‌خشک از منابع زيرزمينى تأمين مى‌شود که به‌جز قنوات و چشمه‌ها استخراج آنها بدون پمپ امکان‌پذير نيست. علاوه بر اين در اکثر سيستم‌هاى آبيارى بارانى و قطره‌اى کاربرد پمپ اجتناب‌ناپذير است. در اين قسمت پاره‌اى از خصوصيات پمپ‌ها و اصول پمپاژ مورد مطالعه قرار گرفته است تا مهندسان طراح از مفاهيم مربوط به آنها اطلاع کافى داشته باشند و به هنگام لزوم مناسب‌ترين نوع پمپ را انتخاب نمايند.

آرایش سیستم پمپ ها

احتياج طرح‌هاى مختلف آبيارى به دبى‌هاى گوناگون ايجاب مى‌کند تا ترکيبى از پمپ‌ها به‌کار رفته و فشار و دبى مورد نظر تأمين گردد. زيرا يک پمپ ممکن است به تنهائى نتواند دقيقاً نيازهاى طرح را تأمين کند. پمپ‌ها يا به‌طور سرى يعنى پشت سرهم نصب مى‌شوند و يا موازي.
نصب پمپ‌هاى سرى براى افزايش فشار و نصب پمپ‌هاى موازى به منظور بالا بردن دبى است. پمپ‌هاى بوستر حالت خاصى از پمپ‌هاى سرى است که در قسمتى از خط انتقال فشار را افزايش مى‌دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

يک سيستم آبيارى از اجزاء مختلفى تشکيل شده است که بايد به‌صورت هماهنگ کار کنند تا هدف از اجراء سيستم را تأمين نمايند. در کارهاى کشاورزى سيستم‌هاى آبيارى براى اين طراحى و اجراء مى‌شوند که آب مورد نياز زراعت را در زمان معين در اختيار گياه قرار دهند.
هر سيستم با شبکه آبيارى از ۴ قسمت عمده تشکيل شده است که عبارتند از:
۱. منبع آب (Water Source)
۲. سيستم انتقال آب به مزرعه (Delivery System to Field)
۳. سيستم توزيع آب در مزرعه (Distribution System in the Field)
۴. سيستم کاربرد آب در مزرعه (Application System)
منبع آب ممکن است قنات يا چاه باشد. در قنات آب با دِبى‌ ثابت در تمام ايام سال از آن خارج مى‌شود ولى در چاه هر چند دبى ثابت است اما زمان استخراج در اختيار زارع مى‌باشد، در چنين شرايطى حداکثر ظرفيت سيستم آبيارى از نظر مصرف آب نبايد از دبى قنات يا چاه بيشتر باشد در پاره‌اى موارد منبع آب ممکن است رودخانه‌اى باشد که آب از آن منحرف و وارد کانال‌هاى انتقال مى‌گردد. در اين مورد دبى در ايام مختلف سال متغير بوده و لازم است تغييرات فصلى دبى نيز در نظر گرفته شود تا کمبود آب در برخى مواقع سال باعث کاهش و يا از بين رفتن محصول نشود. در جاهايى که سد احداث شده باشد و آب مورد نياز سيستم آبيارى از مخازن اين‌گونه سدها تأمين مى‌شود ممکن است بنا به تقاضاى زارع هر مقدار آب و در هر زمان که بخواهد در اختيار وى قرار گيرد. در اين وضعيت ايده‌آل سيستم آبيارى از قابليت انعطاف زيادى برخوردار خواهد بود.
در پاره‌اى موارد ممکن است آب به‌طور موقت در مخازنى ذخيره و سپس مورد استفاده قرار گيرد. مخازن کوچک داخل مزرعه نقش مهمى را در طرح‌هاى آبيارى ايفاء مى‌کنند. بعضى از اين مخازن براى ذخيره آب برگشتى از مزارع ساخته مى‌شوند تا در اراضى پائين دست مورد استفاده قرار گيرد. در وضعيتى که شرايط طبيعى ايجاب کند آب رودخانه در هنگام پرآبى در مخازن داخل رودخانه‌اى (On-stream reservoirs) و يا با انحراف آب در مخان خارج رودخانه‌اى (Off-stream reservoirs) ذخيره شده و سپس در هنگام کم آبى مورد استفاده قرار مى‌گيرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

طراحى يک سيستم آبيارى را مى‌توان به درست کردن يک مربع تنگرام تشبيه کرد، که داراى اجزاء مختلفى است.
- وضعيت آب و خاک
- مواد و مصالح موجود
- اقليم
- طراحى سيستم
- اجراء سيستم
- سرمايه
- مديريت
تنها در صورتى که اين اجزاء مانند مربع تنگرام هر کدام در جايگاه خود و به نحو مطلوب استفاده شوند شکل مربوط به طرح آبيارى تکميل خواهد شد. با اين اجزاء مى‌توان انواع و اقسام شکل‌ها را ايجاد کرد اما اگر فقط شکل خاصى مورد نظر باشد بايد از اين اجزاء فقط در جاى خود استفاده کنيم در غير اين صورت شکل مورد نظر حاصل نخواهد شد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب