بررسی تاثیر سرعت باد و فشار کارکرد آبپاش بر یکنواختی توزیع آب در سیستم آبیاری بارانی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، واحد تربت حیدریه، دانشگاه آزاد اسلامی، تربت حیدریه، ایران.

2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد مهندسی آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، واحد تربت حیدریه، دانشگاه آزاد اسلامی، تربت حیدریه، ایران.

3 دانش‌آموخته دکتری مهندسی آبیاری و زهکشی، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: صنعتی‌شدن کشاورزی در اکثرکشورهای جهان و روبرو شدن با مسئله کم‌آبی باعث شده است که بر مصرف آب کنترل بیشتری اعمال گردد؛ تا بتوان آب را به مقدار لازم و در زمان مناسب مورد استفاده قرار داد. عوامل زیادی بر یکنواختی توزیع آب در سیستم‌های آبیاری بارانی موثر می‌باشند. بنابراین شناخت آثار این عوامل و ارائه برنامه‌ها و راهکارهایی به‌منظور بهبود کارایی و ارتقای یکنواختی پخش آب در سیستم‌های آبیاری بارانی از اهمیت خاصی برخوردار بوده و ضرورت انجام تحقیقات کاربردی در این زمینه را بیشتر نمایان می‌کند. سرعت باد و فشار کارکرد آبپاش به‌ترتیب از مهمترین متغیرهای محیطی و سیستمی موثر بر یکنواختی توزیع آب می‌باشند و بین تغییرات این عوامل با ضریب یکنواختی همبستگی وجود دارد. از سوی دیگر اندازه‌گیری ضریب یکنواختی در مزرعه کار سخت و زمان‌بری است؛ بنابراین توسعه مدل‌های ریاضی برای بررسی این همبستگی بسیار کارآمد خواهد بود. تحقیق حاضر به‌منظور نیل به اهدافی چون بررسی تاثیر عوامل سرعت باد، فشار کارکرد و آرایش آبپاش‌ها بر یکنواختی توزیع آب، دستیابی به مدل‌هایی ریاضی جهت تعیین ضریب یکنواختی با اعمال فشارهای مختلف کارکرد آبپاش در سرعت‌های باد متفاوت و نهایتا ارائه راهکارهای علمی و کاربردی جهت افزایش یکنواختی توزیع آب در مزرعه انجام شد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش به‌صورت استقرار آبپاش منفرد در قطعه زمینی مربع و عاری از پوشش گیاهی به ضلع 33 متر واقع در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تربت حیدریه، در طی ماه‌های فروردین تا آبان‌ماه سال 1395 انجام شد. در این تحقیق سه عامل سرعت باد (سه سطح: 5-0، 7-5 و بیشتر از 7 متر بر ثانیه)، فشار کارکرد (سه سطح: 2/2، 5/3 و 2/4 بار) و نحوه چیدمان آبپاش‌ها (10 حالت: 15×12، 18×12، 18×15، 21×18، 24×21، 12×12، 15×15، 18×18، 21×21 و 24×24 متر) به‌عنوان عوامل موثر بر ضریب یکنواختی توزیع آب با سه تکرار مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: در این تحقیق در شرایط هوای آرام با تغیییر فشار از 2/2 به 5/3 و 4/4 بار ضریب یکنواختی افزایش یافت و مقدار ضریب مذکور در فشار 4/4 نسبت به 2/2 و 5/3 بار معنی دار گردید. ضریب یکنواختی در سرعت‌های 7-5 و بیشتر از 7 متر بر ثانیه به‌ترتیب 11 و 19 درصد نسبت به ضریب یکنواختی در سرعت باد کمتر از 5 متر بر ثانیه کاهش داشت. تاثیر سرعت باد در تغییرات یکنواختی توزیع آب کمتر از تاثیر مساحت تحت پوشش آبپاش و فواصل آن‌ها مشاهده شد. بیشترین ضریب یکنواختی مربوط به آرایش‌های 18×12 و 18×15 متر در فشار 2/2 بار و سرعت باد کمتر از 5 متر بر ثانیه بود. کاهش ضریب یکنواختی در اثر تغییر آرایش آبپاش‌ها به‌مراتب کمتر از کاهش یکنواختی توزیع آب در اثر تغییر فاصله آبپاش‌ها بود. همچنین رابطه ضریب یکنواختی با سرعت باد در بازه تغییرات فشار کارکرد از 2/2 تا 2/4 بار به-صورت خطی ارزیابی شد.
نتیجه‌گیری: با بررسی عوامل مختلف و بنابر نتایج به‌دست آمده، به‌عنوان یک نتیجه کلی توصیه می‌شود؛ برای دستیابی به ضریب یکنواختی بالا با کاربرد آبپاش ویر 35 در سرعت باد کمتر از 5 متر بر ثانیه از آرایش 18×12 متر با فشار کارکرد 2/2 بار، در سرعت باد 7-5 متر بر ثانیه از آرایش 15×15 متر با فشار کارکرد 5/3 بار و در سرعت باد بیش از 7 متر بر ثانیه از آرایش 18×12 متر با فشار کارکرد 2/4 بار استفاده شود. البته منطقی‌تر به‌نظر می‌رسد که به‌منظور کاهش هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری از آرایش 18×12 متر استفاده و با توجه به سرعت باد غالب منطقه، از فشار کارکرد 2/2 بار برای سرعت باد کمتر از 5 متر بر ثانیه و از فشار کارکرد 2/4 بار در سرعت باد بیشتر از 5 متر بر ثانیه استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of wind speed and sprinkler operation pressure on the uniformity of water distribution in the sprinkler irrigation system

نویسندگان [English]

  • mohammad karimzadeh 1
  • Amie Reza Rezaei 2
  • Maryam Kazemizadeh 3
1 Corresponding Author, Assistant Prof., Dept. Water Engineering, Faculty of Sciences and Agricultural Engineering, Torbat Heydarieh Branch, Islamic Azad University, Torbat Heydarieh, Iran.
2 M.Sc. Student in Irrigation and Drainage Engineering, Dept. Water Engineering, Faculty of Sciences and Agricultural Engineering, Torbat Heydarieh Branch, Islamic Azad University, Torbat Heydarieh, Iran.
3 Ph.D. Graduate in Irrigation and Drainage Engineering, Dept. Water Engineering, Faculty of Water Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: The industrialization of agriculture in most countries of the world and facing the problem of water scarcity has caused more control over water consumption; so that water can be used in the necessary amount and at the right time. Uniformity of water distribution is affected by wind speed and sprinkler operation pressure, which are the most significant climatic and system variables, and there is a correlation between these factors and the uniformity coefficient. On the other hand, measuring the uniformity coefficient in the farm is a difficult and time-consuming task. Therefore, developing mathematical models to investigate this correlation will be very efficient. The present research to achieve goals such as investigating the effect of wind speed, sprinkler operation pressure and the layout of sprinklers on the uniformity of water distribution, achieving mathematical models to determine the uniformity coefficient by usage several sprinkler pressures in different weather conditions, and finally providing scientific and practical solutions for Increasing the uniformity of water distribution in the farm was done.
The present research aims to achieve goals such as investigating the effect of wind speed, operating pressure and arrangement of sprinklers on the uniformity of water distribution, obtaining mathematical models to determine the uniformity coefficient by applying different sprinkler operating pressures at different wind speeds and Finally, scientific and practical solutions were presented to increase the uniformity of water distribution in the farm.
Materials and Methods: This research was carried out in the form of installing a single sprinkler a 33-meter square plot of land without vegetation, located in the research farm of Islamic Azad University, Torbat Heydarieh branch, during the months of April to November of 2015. Three factors of wind speed (three levels: 0-5, 5-7 and more than 7 m/s), operating pressure (three levels: 2.2, 3.5 and 2.4 bar) and the layout of sprinklers (10 state: 12×15, 18×12, 18×15, 21×18, 24×21, 12×12, 15×15, 18×18, 21×21 and 24×24 m) as factors affecting The uniformity coefficient was investigated with three repetitions.
Results:The uniformity coefficient in wind speeds of 5-7 and more than 7 m/s decreased by 11 and 19%, respectively compared to the uniformity coefficient in wind speeds of less than 5 m/s. The area covered by sprinklers and their distances had more impact on changes in uniformity coefficient than wind speed. The highest uniformity coefficient was related to the layout of 18×12 and 18×15 m at a pressure 2.2 bar and a wind speed of less than 5 m/s. The decrease in uniformity coefficient caused by changing sprinkler layout was much less than the decrease caused by changing sprinkler distance. Also, the linear relationship between the uniformity coefficient and wind speed was evaluated in the range of pressure changes between 2.2 and 4.2 bar.
Conclusion: By examining various factors and according to the obtained results, it is recommended as a general result; In order to achieve a high uniformity coefficient by using the VYR 35 sprinkler at wind speed of less than 5 m/s from layout 12×18 m with pressure 2.2 bar, at wind speed 5-7 m/s from layout 15×15 m with pressure 3.5 bar, and in wind speed over 7 m/s, use 12×18 m with pressure 4.2 bar to be used. Of course, it seems more logical that in order to reduce the initial investment costs, the layout 18×12 meter to be used, and according to the prevailing wind speed in the region, pressure 2.2 bar for the wind speed less than 5 m/s and the pressure of 2.4 bar should be used in wind speed greater than 5 m/s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Sprinkler operating pressure"
  • "Wind speed"
  • "Uniformity coefficient"
  • "Sprinklers layout"

مراجع

1.Dabbous, B. (1962). A study of sprinkler uniformity evaluation methods. M.Sc. Thesis Utah state university, logon.2.Pair, C. H. (1968). Water distribution under sprinkler irrigation. Transactions of the ASAE. 11 (5), 648-651.3.Playan, E., & Mateos, L. (2005). Modernization and optimization of irrigation systems to increase water productivity. Agricultural water management J. 13 (5), 100-116.4.Solomon, K. (1979). Variability of sprinkler coefficient of uniformity test results. Transactions of ASAE, 22 (5), 1078-1086.5.Dechmi, F., Playan, E., Faci, M., Tejero, M., & Bercero, A. (2003). Analysis of an irrigation district in northeastern Spain. Agricultural water management J.61 (1), 93-109.6.Martinez, R. S., Montero, M., Coreoles, J. I., Tarjuelo, J. M., & Juan, A. D. (2003). Effects of water distribution uniformity of sprinkler irrigation systems on corn yield. Agricultural Water Management J. 38 (2), 135-146.7.Valin, M. I., Calejo, M. J., Jorge, J., & Percira, L. S. (2003). Field evaluation of sprinkler irrigation systems in Alentejo. Causes of problems. In: 6th Inter Regional Conference environment-water, Albacete.8.Zamani Sepahvand, S., Torabi Podeh, H., & Nasrolahi, A. H. (2022). Estimation of Wind Drift and Evaporation Losses of Sprinkler Irrigation Systems under the Influence of Different Exploitation Managements (Case Study: Choghahoroshi Khorramabad Plain). Irrigation and Drainage J. 1 (17), 129-141. [In Persian]
9.Bagheri, H., Ansari, H., & Hashemineia, S. M. (2013). Modeling wind drift and evaporation losses in urban landscape. Irrigation and Drainage J. 1 (7), 80-92. [In Persian]
10.Raoof, M., Hoseini, Y., & Nazari-Gigloo, F. (2018). Evaluation of classic semi-permanent sprinkler system and modeling evaporation losses and wind drift in ADF 25˚ nozzle sprinkler model in Moghan region. Water and Soil Conservation J. 7 (4), 117-134. [In Persian]
11.Karimi, N., Dehghan, D., Moloudi, S. H., Siosemardeh, A., & Maroufpoor, E. (2022). Investigating the effect of some factors of sprinkler building, irrigation system, and its management on uniformity coefficient in sprinkler irrigation. Water and Soil Conservation J. 29 (3), 67-84. [In Persian]
12.Ojaghlou, H., Bigdeli, Z., & Shirdeli, A. (2017). Assessment of wind velocity effect on technical performance of semi-portable sprinkler irrigation systems in Zanjan province. Irrigation and Water Engineering J. 7 (28), 97-107. [In Persian]
13.Bavi, A. (2009). Investigating the effect of wind and temperature on the uniformity of distribution and evaporation and wind losses in the fixed classical rain irrigation system with Jaleh 3 sprinkler in Omidiye region. M.Sc. Thesis Azad University, Ahvaz. Iran. [In Persian]
14.Osei, F. K. B. (2009). Evaluation of sprinkler irrigation system for improved maize seed production for farmers in Ghana. M.Sc. Thesis. March: http:// dspace.knust.edu.gh/dspace/bitstream/123456789/1939/1/fulltxt.pdf.15.Montero, J., Tarjuelo, J. M., & Carrion, P. (2003). Sprinkler droplet size distribution measured with an optical spectropluviometer. Irrigation Science J. 22 (2), 47-56.16.Christiansen, J. E. (1942). Irrigation by sprinkling. California Agric. Exp. Stn. Bull. 670. University of California. Berkeley.17.Keller, J., & Bliesner, R. D. (1990). Sprinkler and trickle irrigation. AVI Book. Van Nostrand Reinhold. New York. USA.18.Rahmatabadi, V., Behzad, M., Borumand Nasab, S., & Sakhaei Rad, H. (2015). Analysis of water distribution uniformity for two types of sprinklers use in sprinkler irrigation systems under various climatic and hydraulic conditions. Water and Soil Science J.19 (73), 1-9. [In Persian]
19.Mousavi Baygi, M., Alizadeh, A., Erfanian, M., Ansari, H., & Baghani, J. (2008). The effect of irrigation system characteristics and meteorological parameters on the uniformity of water distribution in rain irrigation methods. Agricultural Sciences and Industries J. 21 (2), 155-161.20.Tarjuelo, J. (1992). Working condition of sprinkler to optimize application of water. Irrigation and Drainage Engineering J. 118 (6), 895-913.21.Sheikhesmaeili, O. (2007). Analysis of wind and water pressure effects on sprinkler uniformity in semi-portable sprinkling irrigation system. Agriculture and Natural. Resources J. 13 (5), 1-9. [In Persian]
22.Hart, W. E. (1995). Data on distribution and water losses of small sprinkler in winds of 0-20 miles per hour. Tech. Report project: FE 7-4 No. 663.5 Experiment station H.S.P. A Filed Engineering Department.23.American Society of Agricultural Engineers. Standards-ASAE. S398.1. (2001). Procedure for Sprinkler Testing and Performance Reporting. 879-882.24.ISO-7749/1. (1986). Part 1. Design and operational requirements. Uniformity of distribution and test methods. Agricultural Irrigation Equipment-Rotating Sprinklers. 1-10.25.ISO-7749/2. (1990). Part 2. Uniformity of distribution and test methods. Agricultural Irrigation Equipment-Rotating Sprinklers. 1-6.26.Erfanian, M., Alizadeh, A., Mousavi Baygi, M., Ansari, H., & Baghani, J. (2009). Wind drift and evaporation losses potential effects on sprinkler irrigation system efficiency in northern, southern and Razavi Khorasan’s agricultural plains. Soil and Water J.22 (1), 161-172. [In Persian]
27.Farzankia, F., Maroufpoor, E., Rostamyan, B., & Azarboo, N. (2014). Investigation of Water Distribution Uniformity of Some Impact Sprinklers in the Fixed Head Sprinkle Irrigation System in Different Hydraulic Conditions and Atmospheric. Irrigation and Drainage Iranian J. 3 (8), 519-527. [In Persian]
28.Sahoo, N., Pradhan, P. L., Anumala, N. K., & Ghosal, M. K. (2008). Uniform water distribution from low pressure rotating sprinkler. The CIGR Ejournal. Manuscript. LW 08014. Vol. X. 2008, P. 10.29.Bavi, A., Kashkooli, H. A., & Borumand Nasab, S. (2008). Effects of climatic and hydraulic parameters on water distribution uniformity coefficient in sprinkler irrigation system in Omidieh district. Iranian Water Research J.2 (1), 53-59. [In Persian]
30.Daghagheleh, M., Khodadadi Dehkordi, D., Norouzi Aghdam, E., & Egdernezhad, A. (2018). Uniformity coefficient of water distribution in three sprinkler types under different wind speeds and riser heights in Ahvaz, Iran. Agroecology J. 14 (1), 9-19. [In Persian]
31.Ojaghlou, H., Bigdeli, Z., & Shirdeli, A. (2017). Application of Investigating the effect of wind speed on the technical performance of fixed classical rain irrigation systems with mobile sprinklers in Zanjan province. Irrigation and Water Engineering J. 7 (4), 97-107. [In Persian]
32.Seginer, I., & Kostrinsky, M. (1975). Wind sprinkler patterns and system design. Irrigation and Drainage Division J. 101 (4), 251-264.33.Bazzaneh, M., Sadraddini, A., Nazemi, A. H., & Delear Hasannia, R. (2015). Effect of Optimum Arrangement and Spacing of Sprinklers on Uniformity Coefficient of Fixed Sprinkler Irrigation System. Water Research in Agriculture J. 29 (4), 537-546. [In Persian]
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 31، شماره 2
تیر 1403
صفحه 139-157

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار