در یک مزرعه که بوسیله سیستم بارانی با جابجایی دستی آبیاری می شود، با توجه به شکل طراحی کنید

1. لوله اصلی • در یک مزرعه که بوسیله سیستم بارانی با جابجایی دستی آبیاری می شود، با توجه به شکل طراحی کنید • هدایت الکتریکی آب آبیاری و عصاره اشباع خاک به ترتیب 1.5 و 2 میلی موس بر سانتیمتر، حداکثر مصرف روزانه 7 میلیمتر، رطوبت حد ظرفیت زراعی و نقطه پژمردگی به ترتیب 200 و 100 میلیمتر در متر، راندمان توزیع 80%، شدت نفوذ پایه در خاک 8 میلیمتر در ساعت، عمق ریشه 2 متر، درصد مجاز کاهش رطوبت خاک 50% و فواصل پیشنهادی 18*12 متر است. تعداد کل آبپاشها را بدست آورید. ضریب آبپاش 5 و روزهای جمعه تعطیل است. 360 متر 240متر

2. جلسه ششم فصل چهارم: طراحی و آرایش سیستم توزیع آب مدرس: دکتر خالدیان 9/8/1388

3. آرایش لوله های اصلی و لاترال ابعاد و شکل مزرعه اصول هیدرولیکی طراحی لوله های لاترال: اختلاف دبی آبپاشها < 10± درصد اختلاف فشار در طول لاترال < 20± درصد برای حفظ یکنواختی توزیع < 15± درصد

4. دو آبپاش بحرانی: دو آبپاشی که اختلاف فشارشان از همه بیشتر است. • زمین مسطح یا دارای شیب یکنواخت: آبپاش اول و آخر • زمین دارای پستی و بلندی: ؟

5. حداکثر افت مجاز فشار بین دو آبپاش بحرانی: HL=[θ(Ha)-He]/l • HL: حداکثر مجاز افت فشار در اثر اصطکاک (m/m) • θ : درصد مجاز اختلاف فشار (اعشار) • Ha : فشار طراحی شده برای آبپاش (برحسب ارتفاع m) • He : تغییر رقوم لوله در جهت جریان بین دو آبپاش بحرانی (m) • l : فاصله بین دو آبپاش بحرانی (m) • منفی و مثبت بودن He

6. مثال • یک سیستم آبیاری از نوع متحرک دارای یک خط لوله لاترال است که از لوله اصلی جدا شده و در امتداد شیب به طرف پایین سرازیر است. شیب زمین ثابت و 0.005 m/m می- باشد. فشار طراحی شده برای آبپاش ها 310 kPa می باشد فاصله بین اولین و آخرین آبپاش 400 متر است. حساب کنید حداکثر مجاز تلفات ناشی از اصطکاک را بر حسب m/m.

7. دو آبپاش بحرانی: بدلیل ثابت بودن شیب زمین، آبپاشهای اول و آخر دو آبپاش بحرانی هستند HL=[θ(Ha)-He]/l Ha=p/(ρg)=310000/(1000*9.81)=31.61 m He= -S*l= -0.005*400= -2 m θ= ±20% HL=[0.2(31.61)-(-2)]/400=0.021 m/m

8. هیدرولیک لاترالها • محاسبه افت • خروج آب از آبپاشها سبب ایجاد تغییر در دبی لاترال می شود • فرضیات • الف: آبپاشها به فواصل مساوی از یکدیگر قرار گرفته اند • ب: دبی در آبپاشها یکسان باشد • ج: خروج تمام دبی لاترال از آبپاشها

9. لوله معادل: لوله ای است که قطر آن مساوی قطر لوله لاترال و ضریب اصطکاک آن معادل ضریب اصطکاک لاترال باشد، ولی دبی در داخل آن در تمام طول لوله یکسان و ثابت فرض شود. • HL-ac=F(HL-p) • HL-ac: افت واقعی اصطکاک با توجه به خروج آب از آبپاشها(m/m) • F : ضریب اصطکاک (اعشار) • HL-p: افت اصطکاک در لوله معادل (m/m)

10. فرمول های محاسبه افت در لوله معادل • فرمول دارسی-وایسباخ • hf= • فرمول اسکوبی • hf= • فرمول هیزن-ویلیامز • hf=

11. hf= Hf: افت اصطکاک (متر) K : ضریب تبدیل واحدها (1010*1.22) L : طول لوله (متر) Q : دبی (لیتر در ثانیه) C : ضریب اصطکاک هیزن-ویلیامز (لوله های آلومینیمی 12 متری=135) D : قطر لوله (میلیمتر) • HL-p=hf/L

12. ضریب اصطکاک کریستیان سن: • برای حالتی که اولین آبپاش به فاصله Slاز لوله اصلی است: • F= • برای حالتی که اولین آبپاش به فاصله Sl/2 از لوله اصلی است: • F= • N : تعداد آبپاش روی لاترال • m : ضریبی که بستگی به فرمول دارد: • m=1.9 : معادله اسکوبی • m=1.852 : برای معادله هیزن-ویلیامز • m=2 : معادله دارسی-وایسباخ

13. افت اصطکاک: • جنس لوله • دبی • طول لوله • قطر لوله • دبی لوله توسط طول لوله کنترل می شود (تعداد آبپاش) • رعایت افت مجاز فشار • اصلاح قطر لوله • اصلاح طول لوله

14. مثال • حساب کنید قطر مورد نیاز برای لوله را بطوری که افت واقعی اصطکاک در محدوده مجاز باشد. لوله در امتداد شیب و شیب زمین 0.005 m/m، فشار طراحی برای آبپاش 310 کیلوپاسکال و فاصله بین اولین و آخرین آبپاش 400 متر است. فاصله آبپاش ها برابر 12 متر و اولین آبپاش به فاصله Sl از لوله اصلی قرار دارد. دبی هر آبپاش 0.315 لیتر در ثانیه طراحی شده است. • HL=0.021 m/m

15. N=L/Sl=400/12=33 • Q=Nq=33*0.315=10.395 L/s • C=135 • hf/L=HL-p=K[(Q/C)1.852/D4.87] • HL-p=1.22*1010[(10.395/135)1.852/D4.87] • HL-p=(1.057*108)/D4.87 • محاسبه ضریب F برای وضعیتی که فاصله اولین آبپاش تا لوله اصلی Sl است:

16. F=1/(1.852+1)+1/(2*33)+(1.852-1)0.5/(6*332) • به ازا قطرهای مختلف (D) مقدار HL-pو سپس HL-acمحاسبه و در جدول زیر ردیف شده اندHL=0.021 m/m :

17. کنترل با معیار حداکثر سرعت: • Vmax≤ 1.5 m/s • V=Q/A=(10.395*1000)/(3.14*0.1016*0.1016*0.25) • V=1.282 m/s < 1.5 m/s

18. آرایش لاترالها: • حداقل کردن هزینه لوله گذاری • استفاده از پستی و بلندی زمین در جهت ایجاد توازن فشار در لاترال • لوله اصلی: • حداقل کردن طول لوله اصلی (هزینه) • در زمینهای با شیب ملایم و یکنواخت لوله اصلی در وسط زمین و در جهت شیب زمین قرار می گیرد.

25. طراحی سیستم لوله های اصلی و نیمه اصلی • فشار لازم در نقطه اتصال لاترال به لوله اصلی Hm=Ha+[0.75(Hf+He)+Hr]9.807 kPa/m Hm : فشار لازم در لوله اصلی در محل ورود آب به لاترال (کیلوپاسکال) Ha : فشار لازم برای آبپاش (کیلوپاسکال) Hf : افت اصطکاک در لاترال (متر) He : افزایش رقوم ارتفاعی (متر) 0.75 : ضریبی برای حصول اطمینان از متوسط فشار در نقطه وسط لاترال Hr : ارتفاع رایزر (متر)

26. حداقل ارتفاع رایزر

27. مثال • حساب کنید فشار لازم در محل ورود آب از لوله اصلی به لاترال برای حالتی که در مثال های قبل گفته شد. فشار طراحی آبپاشها، 310 کیلوپاسکال است. لوله لاترال روی زمین قرار خواهد گرفت. فرض کنید ارتفاع رایزر یک متر باشد. • Hf=HL-ac(L) • Hf=0.0066*400=2.64 m

28. افزایش ارتفاع بین نقطه ورودی و آبپاش بحرانی 2- متر است. • Hm=Ha+[0.75(Hf+He)+Hr]9.807 • Hm=310+[0.75(2.64-2)+1]*9.807=324 kPa • بنابراین آب در لوله اصلی در نقطه اتصال لاترال به آن باید فشاری معادل 324 کیلوپاسکال داشته باشد.

29. فشار بحرانی مورد لزوم در لوله اصلی • فشار آب در هر نقطه از لوله اصلی، حاصل جمع مقادیر زیر است: • الف: فشار مورد لزوم در نقطه ای که در جهت جریان بعد از نقطه مورد نظر قرار گرفته است. • ب: افت اصطکاک بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلی • ج: افزایش رقوم ارتفاعی بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلی • د: افزایش بار سرعت بین نقطه مورد نظر و نقطه بعدی روی لوله اصلی

30. Hi=Hn+hf-in+He-in+Hv-in • Hi : بار فشار مورد لزوم در نقطعه i (متر) • Hn : بار فشاری مورد لزوم در نقطه n (متر) • Hf-in : افت اصطکاک بین نقطه i و n (متر) • He-in : افزایش رقوم ارتفاعی بین نقطه i و n (متر) • Hv-in : افزایش بار سرعت بین نقطه i و n (متر) • Hv-i=Vi2/2g=Vi2/(2*9.807) • Vi : سرعت جریان در نقطه i (متر بر ثانیه) {قابل صرفنظر} • محاسبه فشار در لوله اصلی را باید از انتها شروع کنیم و به سمت پمپ که نقطه اولیه است برویم.

31. نقطه بحرانی در لوله اصلی: نقطه ای است که با توجه به اصطکاک بین پمپ و آن نقطه بیشترین فشار را لازم داشته باشد. • وظیفه پمپ: تامین فشار مورد نیاز در نقطه بحرانی • فشار مورد نیاز پمپ از جمع اجزای زیر حاصل می شود: • الف: فشار مورد لزوم در نقطه بحرانی در لوله اصلی • ب: مقدار کل افت اصطکاک بین پمپ و نقطه بحرانی روی لوله اصلی • ج: افزایش رقوم ارتفاعی بین پمپ و نقطه بحرانی • د: افت اصطکاک بین سطح آب پمپاژ و خط محور پمپ • ه: بار سرعت در نقطه بحرانی در لوله اصلی • به مجموع حاصل، بار کل دینامیکی پمپ گویند .(TDH)

32. TDH باید برای تمام نقاط لوله اصلی محاسبه شود. و نقطه ای که بار کل دینامیکی آن حداکثر است نقطه بحرانی لوله اصلی است. • TDHi=Hi+hf-pi+He-si+hf-s+Vi2/2g • TDHi: بار کل دینامیکی مورد لزوم برای نقطه i (متر) • hf-pi: افت اصطکاک از پمپ تا نقطه i (متر) • He-si: افزایش رقوم ارتفاعی از سطح آب در منبع تا نقطه i (متر) • hf-s: افت اصطکاک در قسمت مکش پمپ (متر)

33. دو راه حل جهت تامین فشار در نقطه بحرانی: • کاربرد رگولاتور یا هیدرانت • کاربرد پمپ های بوستر قبل از نقاط بحرانی در سیستم های بزرگ

35. مثال • در یک طرح آبیاری بارانی سیستم توزیع لوله ها به نحوی است که می بایست 5 لاترال A تا E بطور همزمان کار کنند. هر لاترال 30 آبپاش دارد که دبی هر کدام 0.36 لیتر در ثانیه طراحی شده است. فشار لازم در لوله اصلی در مدخل هر لاترال 393 کیلوپاسکال محاسبه شده است و رقوم ارتفاعی هر نقطه روی خط و فاصله بین آنها در جدول زیر داده شده است:

36. لوله اصلی یک لوله آلومینیمی با قطر داخلی 20.32 سانتیمتر است که ضریب زبری هیزن-ویلیامز در آن 144 می باشد. افت اصطکاک و بار ارتفاع از سطح آب تا مرکز پمپ 0.333+ متر است. لاترال ها می بایست از نقطه A تا E همزمان کار کنند. حساب کنید نقطه ای که در آن فشار بحرانی است و بار کل دینامیکی مورد لزوم بزای پمپ را. • حل: از انتهای لوله اصلی شروع کرده و به سمت پمپ پیش میرویم. در هر لاترال مقدار دبی مورد لزوم برابر است با: • Qi=30*0.306=10.8 l/s

37. دبی کل و افت اصطکاک را از نقطه D تا E بطول 18.29 متر حساب می کنیم. • Qi-DE=1*10.8=10.8 l/s • Hf-DE=KL[(Q/C)1.852/D4.87] • Hf-E=1.22*1010*18.29*[(10.81/144)1.852/203.24.87] • Hf-E=0.011 m • Hn=393000 Pa • Hn= 393000/(1000*9.807)=40.073 m • He-DE=47.24-47.85= -0.61 m

38. Hv-E=V2/2g Hv-E={(10.8/1000)[4/(3.14*0.2032*0.2032)]}2/(2*9.807) Hv-E=10.8*0.0000485=0.00565 m Hv-D=21.6*21.6*.0000485=0.02262 m Hv-DE=0.00565-0.02262= -0.01696 m= -0.017 m HD=40.073+0.011-0.61-0.017=39.457 m

42. TDH=40.98+0.1414+0.333=41.454 m • معمولا از نظر اطمینان، حداکثر به میزان 3 متر به بار کل دینامیکی افزوده می شود تا جبران افت های پیش بینی نشده را بنماید.