بررسی تاثیر همزمان دمای آب آبیاری و فشار روی دبی نوارهای آبیاری قطره ای درزدار و پلاک دار

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه کردستان، شهر سنندج، ایران

چکیده

سابقه و هدف: عملکرد سامانه آبیاری قطره‌ای نواری به انتخاب نوار آبیاری و هیدرولیک آن بستگی دارد. عوامل متعددی دبی قطره‌چکان نوار آبیاری قطره‌ای را تحت تاثیر قرار می‌دهد که از مهمترین آنها می‌توان به تغییرات فشار و دمای آب آبیاری اشاره نمود. تغییرات توپوگرافی مزرعه، طراحی نامناسب سامانه آبیاری و همچنین استفاده از نوارهای با طول بلند، موجب اختلاف فشار بین قطره‌چکان‌های نوارهای آبیاری می‌گردد. همچنین دمای آب لوله‌های فرعی که در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرارمی‌گیرند، به طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد. در برخی تحقیقات اثر افزایشی و یا کاهشی دمای آب آبیاری بر دبی برخی نوارهای آبیاری قطره‌ای درزدار مورد مطالعه قرار گرفته‌است اما در این تحقیق اثر دما در فشارهای کارکرد مختلف بر دبی هر دو نوع نوار آبیاری قطره‌ای درزدار و پلاک‌دار مورد مطالعه قرار می‌گیرد و سعی بر آن است که نتایج به صورت معادلات کاربردی ارائه شود و با هم مقایسه گردد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق،10 نوع نوار آبیاری قطره‌ای از دو نوع پلاک‌دار و درزدار با کدهای ID, I, T1, T2, T3, T4, B, S, P وYD انتخاب شد. در هر کدام از نوارها، 25 نمونه آزمون به طور تصادفی انتخاب شد. هر نمونه آزمون حداقل شامل 3 واحد قطره‌چکان‌دار بود و طول آنها در محدوده‌ی 100 الی 120 سانتی‌متر بود. به منظور بررسی تاثیر هم‌زمان فشار و دمای آب آبیاری بر دبی نوارهای آبیاری، یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه تحقیقاتی علوم و مهندسی آب دانشگاه کردستان در سال 1397 طراحی و ساخته شد. چهار دمای مختلف آب آبیاری شامل 13، 23، 33 و 43 درجه سانتی‌گراد در فشارهای کارکرد 1 متر تا 2/1 برابر فشار حداکثر، بر نوارهای آبیاری اعمال شد. تمامی آزمایش‌ها بر اساس استاندارد 9261 ISO و 6775 IRISI انجام شد. معادله عمومی دبی- فشار و معادله دبی نرمال – دما، تمامی نوارها استخراج گردید. به منظور بررسی اثر دما بر میزان دبی نوارهای آبیاری، آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی با ۴ تیمار و ۲۵ تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل ۴ دمای مختلف ( 13، 23، 33 و 43 درجه سانتیگراد) بودند. تجزیه و تحلیل داده‌ها به وسیله‌ی نرم افزار آماری SAS انجام گرفت و مقایسه میانگین تیمارها با استفاده از آزمون LSD صورت گرفت.
یافته‌ها: در دمای استاندارد 23 درجه سانتی‌گراد، نمای معادله دبی - فشار 6 نوار کمتر از 5/0، 2 نوار بین 5/0 تا 6/0 و 2 نوار بین 6/0 تا 8/0 بود. بنابراین تمامی نوارها از نوع غیر تنظیم‌کننده‌ی فشار و میزان انعطاف‌پذیری آنها از لحاظ تغیرات فشار مطلوب و قابل قبول بود. در سایر دماهای مورد مطالعه نمای معادله دبی – فشار تغییر کرد که در تمامی موارد کمتر از 8/0 بود. اثر دما بر دبی تمامی نوارهای آبیاری معنی‌دار(05/0< P) و غالباً با افزایش دما میزان دبی نوارها افزایش می‌یافت. نمای معادله خطی دبی نرمال – دما نوارها در بازه 02/0 تا 66/0 و عرض از مبدأ آنها بین 53 تا 121 بود. میزان حساسیت نوارهای آبیاری قطره ای پلاک‌دار نسبت به تغییرات دما کمتر از نوارهای آبیاری قطره‌ای درزدار بود و از تغییرات دبی کمتری برخوردار بودند.
نتیجه‌گیری: تمامی نوارهای آبیاری قطره‌ای مورد مطالعه از لحاظ حساسیت به تغییرات فشار در درجه کیفی مطلوبی قرار دارند. همچنین با توجه به اینکه افزایش دمای آب آبیاری سبب افزایش دبی نوارها می‌گردد بنابراین پیشنهاد می‌شود در مناطقی که تغییرات دمای آب آبیاری در محدوده 13 تا 43 درجه سانتی‌گراد است از نوارهای آبیاری قطره‌ای پلاک‌دار و معادلات دبی نرمال شده پیشنهادی تحقیق حاضر استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the simultaneous effect of irrigation water temperature and pressure on discharge of Irrigation drip tapes of seaming and plaque equipped

نویسندگان [English]

  • Farnoosh Gavazi
  • Shima Amani
  • Eisa Maroufpoor
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: The performance of drip tape irrigation system depends on the choice of irrigation tape and its hydraulics. Numerous factors affect the discharge of the drip tape irrigation, the most important of which are the changes in pressure and temperature of the irrigation water. Changes in field topography, unsuitable design of the irrigation system, as well as the use of tapes with long length, cause a pressure difference between the drippers of the irrigation tapes. Also, the water temperature of the laterals pipes exposed to direct sunlight increases significantly. In some studies, the effect of increasing or decreasing water temperature on the discharge of tapes of drip irrigation has been studied, but in this study, the effect of water temperature in different operating pressures on the two types of drip irrigation tapes of seaming and plaque equipped has been studied and was attempted to present the results as applied equations and compared.
Materials and methods: In this study, 10 types of drip irrigation tapes were selected from two types of seaming and plaque equipped with the codes ID, I, T1, T2, T3, T4, B, S, P, and YD. In each tape were selected 25 test sample, randomly, which every test sample included at least 3 dripper units. The length of each test sample was in the range of 100 to 120 cm. In order to investigate the simultaneous effect of pressure and irrigation water temperature on the discharge of irrigation tapes, a physical model was designed and built in the Research Laboratory of Water Science and Engineering, University of Kurdistan in 2018.4 different irrigation water temperatures, including 13, 23, 33, and 43 centigrade, were applied to the irrigation tapes at operating pressures of 1 meter to 1.2 times the maximum pressure. All tests were performed according to ISO 9261 and IRISI 6775. General Equations of discharge - Pressure and normalized discharge - Temperature, all tapes were obtained. In order to investigate the effect of temperature on the discharge of irrigation tapes, an experiment was conducted in a completely randomized design with 4 treatments and 25 replications. Experimental treatments included 4 different temperatures (13, 23, 33 and 43 ° C). Data were analyzed by SAS statistical software and the mean of treatments was compared using LSD test.
Results: At the standard temperature of 23 ° C, the power of the discharge -pressure equation of 6 tapes was less than 0.5, 2 tapes between 0.5 to 0.6 and 2 tapes between 0.6 to 0.8. Therefore, all tapes were pressure non - compensating and their flexibility in terms of pressure changes was desirable and acceptable. At other temperatures studied, the power of discharge -pressure equation changed, which was less than 0.8 in all cases. The effect of temperature on the discharge of all irrigation tapes was significant (p < 0.05) and often increased with increasing temperature. The power of linear equation of normalized discharge -temperature of the tapes ranged from 0.02 to 0.66 and the width of their origin was between 53 and 121. The sensitivity of plaque equipped drip irrigation tapes to temperature changes was lower than seaming drip irrigation tapes and had lower discharge changes.
Conclusion: All of the drip irrigation tapes studied are of good quality in terms of sensitivity to pressure changes. Also, due to the fact that increasing the temperature of irrigation water increases the discharge of the tapes, it is recommended to use the plaque equipped tapes and normalized discharge equations proposed by the present study in areas where the changes in irrigation water temperature are between 13 to 43 ° C.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Emission uniformity
  • Equations of discharge – Pressure
  • Equation of normalized discharge – Temperature
  • Tape
  • Topography
 1.Al-Amoud, A. 1995. Significance of energy losses due to emitter connections in trickle irrigation lines. J. Agric. Engin. Res. 60: 1-5.
2.Abu-Gharbieh, W. 1997. Pre-and post-plant soil solarization Plant protection and production .Food and Agriculture Organization of the United Nations. 147. Rome.
3.Abdi, Ch., and Fathi, P. 2014. Studying the effect of temperature on the physical clogging of the long path emitters. J. Water Soil Cons. 22: 5. 275-286.(In Persian)
4.Abdi, S., and Maroufpoor, E. 2014. Investigation of the relationship between discharge – pressure and discharge – temperature in the conventional non-compensating and compensating emitting pipes. J. Water Soil Cons. 23: 1. 233-245. (In Persian)
5.Abdel-Mawgoud, A.S.A., Gameh, M.A., Abd-Elaziz, S.H., and El-Sayed, M.M. 2009. Sunflower water relation at various irrigation regimes with modern irrigation systems under climatic conditions of Assiut governorate, Upper Egypt. Thirteenth international Water Technology Conference. IWTC Hurghada. Egypt,Pp: 589-609.
6.Ali Houri, M. 1999. Hydraulic performance and characteristics of various drippers at different pressures and temperatures. M.Sc. Thesis, Ferdowsi University of Mashhad.
7.Alizadeh, A. 2009. Drip Irrigation (Principles and Operations). Second Edition. Astan Quds Razavi Publications. 460p. (In Persian)
8.Chamba, D., Zubelzu, S., and Juana, L. 2019. Determining hydraulic characteristics in laterals and drip irrigation systems. Agricultural Water Management. 226: 105791.
9.Clark, G.A., Lamm, F.R., and Rogers, D.H. 2005. Sensitivity of thin-walled drip tape emitter discharge to water temperature. Applied Engineering in Agriculture. 21: 5855-863.
10.Doga, E., and Kirnak, H. 2010. Water temperature and system pressure effect on drip lateral properties J. Irrig. Sci.28: 407-419.
11.Duran-Ros, M., Puig-Bargues, J., Arbat, G., Barragan, J., and Ramirez, F.2009. Effect of filter, emitter and location on clogging when using effluents. Agricultural water management. 96: 1. 67-79.
12.Dhuyvetter, K.C., Lamm, F.R., and Rogers, D.H. 1994. Subsurface drip irrigation for field corn. Cooperation and Ext. Service. Manhattan. Kansas. Rapid Prototype J. 9: 2. 104-110.
13.Decroix, M., and Malaval, A. 1985. Laboratory evaluation of trickle irrigation equipment for field system design. Proceedings of the third International Drip/Trickle Irrigation Congress, California, USA. 1: 325-338.
14.Evan, J., and Thompson. 2009. Hydraulics of IDEal Drip Irrigation Systems. Master Thesis. Utah State University. 170p.
15.Ghasemi-Sahebi, F., Ejlali, F., Ramezani, M., and Pourkhiz, I. 2013. Comparison of Tape Drip Irrigation and Furrow Irrigation Systems on Base of Water Use Efficiency and Yield of Potato in West of Iran. Inter. J. Biol.5: 1. 52-62.
16.Hezarjaribi, A., Ghorbani Naserabad, G.H., Fazl Oula, R., and Abedinpour, M. Evaluation of hydraulic performances of various drippers under different operation pressures and lab condition. J. Water Soil Cons. 20: 1. 199-211.
17.ISO 9261. 1991. Agricultural Irrigation Equipment - Emitting- Pipe Systems - Specification and Test Methods First Edition. 16p.
18.IRISI 6775 1st. revesion 2007. Agricultural Machinery - Irrigation Equipment - Instrument Cheetahs and Instrument Drip Pipes - Features and Test Methods, Standard and Industrial Research Institute of Iran. 35p. (In Persian)
19.Liu, M.X., Yang, J.S., Li, X.M., Yu, M., and Wang, J. 2012. Effects of Irrigation Water Quality and Drip Tape Arrangement on Soil Salinity, Soil Moisture Distribution, and Cotton Yield (Gossypium hirsutum L.) Under Mulched Drip Irrigation in Xinjiang, China, 11: 3. 502-511.
20.Nasrollahi, A., Behzad, M., Bromandnasab, S., and Ramazani­Moghadam, G. 2012. Investigation of hydraulic performance of pressure regulating and non-regulating pressure drippers in different pressures and temperatures, Irrig. Sci. Engin. Agric. Sci. J. 35: 3. 27-35.
21.Majnooni-Heris, A., Sadraddini, A., Nazemi-AH, M.R., Shakiba, M.R., Neyshaburi, M.R., and Tuzel, I.H. 2012. Determination of single and dual crop coefficients and ratio of transpiration to evapotranspiration for canola. Annals of Biological Research. 3: 4. 1885-1894. (In Persian)
22.Mohamed, M.B. 2003. Geothermal resource development in agriculture in Kebili region. Southern Tunisia. Geothermics, 32: 501-511.
23.Mostafa Zadeh, B., and Kenoji, M. 2002. The effect of irrigation water temperature on the discharge of some drippers made in Iran in irrigation. J. Agric. Sci. Technol. Natur. Resour.
6: 1. 31-43. (In Persian)
24.Omid, M.H., Esmaeili Varaki, M., Habibzadeh Gharehbaba, A., and Liaghat, A.M. 2008. Investigation on the hydraulic properties of drip tape irrigation pipes, Iran. J. Irrig. Drain. Engin. 2: 1. 127-137. (In Persian)
25.Parvini, M., and Maroufpoor, E. 2013. Investigation of the Relationship between Discharge – Pressure and Discharge- temperature in the conventional Compensating Emitters. J. Agric. Sci. Technol. Natur. Resour. Water and Soil Sciences. 66: 147-156. (In Persian)
26.Parchomchuk, P. 1976. Temperature effects on emitter discharge rates. Trans. American Society of Agricultural and Biological Engineers. 19: 4. 690-692.
27.Seyedzadeh, A., Maroufpoor, S., Maroufpoor, E., Shiri, J., Bozorg-haddad, O., and Gavazi, F. 2020. Artificial intelligence approach to estimate discharge of drip tape irrigation based on temperature and pressure. Agricultural Water Management. 228: 105905.
28.Shaker, M., Hesam, M., Kiani, A.R., and Zakirinia, M. 2014. Technical evaluation of implemented drip irrigation systems in the gardens of Golestan Province. J. Water Soil Cons. 21: 4. 261-274. (In Persian)
29.Solomon, K.H. 1979. Manufacturing variation of trickle emitters. Trans. American Society of Agricultural and Biological Engineers, 22: 5. 1034-1038.
30.Wei, Z.H., Tang, Y., Zhao, W., and Lu, B. 2003. Rapid development technique for drip irrigation. Rapid Prototyping J. 9: 2. 104-110.
31.Zehtabian, Gh. 1994. Practical Guide to Irrigation. Tehran University Pres. 352p. (Translated in Persian)