ارزيابي هيدروليكي سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي كم فشار به كمك مدلسازي رياضي و داده‌هاي آزمايشگاهي

Hydraulic Evaluation of Low Pressure Drip Irrigation Systems Using Mathematical Modelling and Experimental Data

در تحقيق حاضر هيدروليك سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي كم فشار در لوله‌هاي لترال (جانبي) توسط مدل رياضي و به كمك داده‌هاي آزمايشگاهي حاصل از تست لوله‌هاي موجود در ايران مورد ارزيابي قرار گرفت. در اين راستا، دبي قطره‌چكان‌ها در ارتفاع‌هاي آبي مختلف از 45/0 تا 8/1 متر در لوله لترال به قطر خارجي 32 ميلي‌متر و طول‌هاي 16، 30، 60 و 89 متر و همچنين لترال به طول 16 متر و قطرهاي خارجي 16، 20، 25 و 32 ميلي‌متر اندازه گيري شد. رابطه دبي- ارتفاع براي قطره چكانها به صورت 8421/0h955/1=q با ضريب همبستگي 93/0 بدست آمد. براي محاسبه افت موضعي نيز بر اساس نسبت قطر لترال به طول آن دو رابطه بر حسب عدد رينولدز با ضرايب همبستگي 95/0 و 75/0 ارايه گرديد. بعلاوه نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه براي برآورد افت اصطكاكي با دقت خوبي مي توان از معادله كلبروك-وايت استفاده نمود. به كمك روابط و داده‌هاي استخراج شده از نتايج آزمايشگاهي مدل رياضي واسنجي و صحت سنجي شد. از اين مدل براي ارزيابي اثر قطر، ارتفاع آبي و طول‌هاي مختلف لوله لترال بر دبي قطره چكانها كه به صورت آزمايشگاهي امكان‌پذير نيست، استفاده گرديد. نتايج نشان داد كه محدوده طولي مناسب براي لترال به قطر خارجي 16 ميليمتر كه با ارتفاع آبي 45/0 تا 8/1 متر، بتواند يكنواختي بالاي 80 درصد را ايجاد كند، 40 تا 75 متر مي باشد. اين عدد براي قطر خارجي 20، 25 و 32 ميليمتر، به ترتيب بين 50 تا 100 متر، 70 تا 150 متر و 80 تا 180 متر مي باشد.در پايان نيز يك نموگرام و رابطه براي طراحي سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي كم‌فشار ارايه گرديد.

In the present study, hydraulic properties of low pressure drip irrigation systems in lateral pipes were evaluated by mathematical model with the aid of experimental data resulting from testing of tubes available in Iran. In this regard, emitters discharge were measured in different initial heads from 0.45 to 1.8 m for laterals with outside diameter of 32 mm with different lengths of 89, 60, 30, and 16 meters and also for laterals with the length of 16 meters and external diameters of 32, 25, 20, and 16 mm. the obtained discharge-head relation was q=1.955h0.8421 with R2 of 0.93. On the basis of the ratio of lateral diameter to its length, two relations were proposed for estimating local loss as a function of Reynolds number with R2 of 0.95 and 0.75. Furthermore, experimental results showed that Colebrook-White relation could be used as a good estimation for friction losses. The model was calibrated and evaluated using experimental data and relations which were obtained from experimental results. The model was used for evaluating the effect of different heads, lateral diameters, and length on emitter discharges, which was not possible to evaluate experimentally. The results revealed that the proper length interval in which the uniformity is more than 80% was 40 to 75 meters for laterals with the external diameter of 16 mm under different heads (from 0.45 to 1.8 meters). This length interval for laterals with external diameters of 20, 25, and 32 mm was 50 to 100 m, 70 to 150 m, and 80 to 180 m, respectively. Finally, a relation was developed for designing low pressure drip irrigation system.