أساسيات الري والصرف

أساسيات الري والصرف

مقدمة:

مع زيادة الطلب على الغذاء وندرة الموارد المائية العذبة والتي تعتبر المحدد الرئيسي في عمليات التوسع الزراعي تظهر أهمية تطبيق الوسائل الحديثة في الري المزرعي والتي بها يمكن استزراع المزيد من الأراضي وخاصة الأراضي الصحراوية لزيادة حجم الناتج القومي ومجابهة الطلب المتزايد على الغذاء الناتج من تعاظم النمو السكاني المطرد وخاصة في دول العالم الثالث. كما أنه بوسائل الري الحديث يمكن تقنين الاستهلاك المائي في مجال الزراعة وتوفير فائض من المياه إما لتأمين المستقبل المائي للأجيال القادمة أو لأستزراع المزيد من الأراضي أو لتوجية الفائض المياه للأستخدام في مجالات أخر كا الأستخدام الصناعي أو لرفع نصيب الفرد من المياه في الاستخدام المنزلي.

ومن هنا فإن اللجوء لتطبيق وسائل (نظم) الري الحديث كان منذ بداياته للحد من كميات المياه المهدرة حال أستخدام وسائل الري التقليدية (الري السطحي بأنواعه)، فمعروف أن نظم الري السطحي يترتب عليها أهدار كميات كبيرة من المياه سواء بواسطة البخر من على سطح الارض مباشرة إلى الجو أو بالتسرب العميق خلال طبقات الارض إلى الماء الأرضي وذلك أما أثناء عبور المياه قنوات التوزيع أو في المسافات الموجودة بين خطوط الزراعة، وبالتالي تكون كفاءة الري منخفضة جداً نتيجة لتدني نسبة الماء المستفاد منها فعلياً (كمية الماء الموجودة بمنطقة المجموع الجذري للنبات المنزرع) إلى كمية المياه الكلية المضافة اثناء عملية الري.

وهناك أنواع عديدة من نظم الري الحديث يعتبر فيها الري بالتنقيط والري بالرش أشهر نظامين منها، ويندرجون تحت مظلة نظم الري الضغطي.

قبل البدء في دراسة أياً من وسائل (أنظمة) الري لابد من التعرف على مفهوم علم الري وعلى النقاط التي يجب أن يلم بها العاملون في هذا المجال. فالري هو الطريقة المنظمة لتوصيل المياه إلى الحقل لمقابلة الاحتياجات المائية للمحاصيل. بينما علم الري هو العلم الذي يبحث في تخطيط وتصميم نظم إضافة المياه للحقل والذي يحقق كفاءة أداء عاليه واقتصادية ملائمة ويتناسب مع مجمل الظروف المحيطة. وبالتالي فهو العلم الذي يبحث بشكل عام في وسائل وأساليب التحكم في المصادر الطبيعيه للمياه من سدود وخزانات وقنوات ونظم توزيع المياه على كامل المساحه المنزرعة. حيث يجب أن تتوافر مجموعة من البيانات التفصيلية وهي:

                                              أ‌-          الخريطة المساحية:

          ويراعى أن تكون بمقياس رسم كبير (2500:1 أو 5000:1 ) وموضح بها:-

ý    المساحة الطلوب ريها مدون عليها آتجاه الشمال

ý    خطوط الكنتور لبيان مدى أختلاف المناسيب ومستوى الضخ ومقدار الرفع

ý    موقع مصدر المياه بالنسبة للمزرعة

ý    مواقع المنافع الخاصة أو العامة كاكابلات الكهرباء وقنوات الصرف والري

                                            ب‌-        المناخ و المنسوب:

وتشتمل على البينات التالية:

v    أرتفاع الأرض عن مستوى سطح البحر

v    المتوسط الشهري للأمطار

v    الرطوبة النسبية

v    درجات الحرارة و الاشعاع الشمسي (كمتوسط بيانات عدة سنوات سابقة)

v    سرعة واتجاهات الرياح اثناء فترة الري

                                            ت‌-        التربة:

وتشتمل على ملخص للبينات التالية:

o       نوع الطبقة السطحية وعمقها

o       صفات الطبقة تحت السطحية

o       عمق الطبقات الصماء

o       معدلات التشرب الأرضي

o       التاريخ الزراعي للأرض

o       حالة الصرف

o       مستوى الماء الأرضي

o       ثوابت الأرض المائية

 ثوابت الأرض المائية:

          حد التشبع:

                   وهو النسبة المئوية للرطوبة على اساس الوزن الجاف التي تملاء كل الفراغات الموجودة بين حبيبات التربة.

          السعة الحقلية:

                   هي النسبة المئوية للرطوبة على اساس الوزن الجاف التي تحتفظ بها التربة ضد الجاذبية الأرضية وتقاس عادة بعد الري من 1-2 يوم على حسب نوع التربة وهي تساوي 1/2 نسبة الرطوبة عند التشبع ويقدر الشد الرطوبي بحوالي 1/3 بار (3.5 نيوتن/ سم²)

          نقطة الذبول الدائم:

                   هي النسبة المئوية للرطوبة على اساس الوزن الجاف و التي لا يمكن لمعظم النباتات الاستفادة منها أو أمتصاصها بواسطة المجموع الجذري وعندها لا يمكن للنبات أن يحافظ على حياته. ويستخدم نبات عباد الشمس في حساب الرطوبة عند نقطة الذبول الدائم ويقدر قيمة الشد الرطوبي عند الذبول الدائم بحوالي 15 بار (150 نيوتن/ سم²)

          قدرة الأحتفاظ بالماء:

                   هي النسبة المئية للرطوبة على اساس الوزن الجاف والتي تحتفظ بها التربة ضد الجاذبية الأرضية ويقدر الماء الميسر (TAW) بالفرق بين المحنوى الرطوبي عند السعة الحقلية و عند نقطة الذبول الدائم على اساس الوزن

TAW= M_F.C – M_W.P

وعند حساب الرطوبة الميسرة حجماً يتم الضرب في الكثافة الظاهرية للتربة γs

وهناك طرق عديدة لتقدير الرطوبة بالتربة منها:

v    الطريقة الحجمية

v    الطريقة الوزنية

v    طريقة المقاومة الكهربائية

v    طريقة الطرد المركزي

v    قياس الشد الرطوبي

معدل التشرب (الرشح)

                   وهو معدل دخول المياه من سطح التربة وله علاقة كبيرة بنوع التربة وخاصة الطبقة السطحية ونسبة الرطوبة بها. وهناك العديد من المعادلات لحساب معدلات التشرب للأراضي منها معادلة كوستيكوف ومعادلة Kostiakov – lewis  وأبسط المعادلات الموضحة لحساب معدل الرشح هي:

I= k Tⁿ

حيث I معدل الرشح اللحظي عند نقطة ما (سم / ساعة)

n, k  ثوابت

T زمن الأضافة عند نقطة القياس (ساعة)

وتختلف قيم n, k عند الري بالخطوط عنها في الري بالشرائح ويمكن حساب كمية الماء المتشرب المتراكم Cumulative infiltration بعد زمن معين:

D= n k T^n-1

ويتضح من المعادلة السابقة أن قيمة الرشح قد تساوي صفراً بعد زمن طويل وهذا يخالف الفعلي ولذلك تم تطوير المعادلة لتصبح على النحو التالي:

I = k Tⁿ + b

D = n k T^n-1 +b t

حيث b معدل الرشح الثابت المستقر بعد زمن ما.

وهناك عدد من العوامل التي تؤثر على ثوابت معادلة الرشح:-

1-    طريقة الري:

حيث تؤثر درجة أبتلال سطح التربة على معدلات الرشح لتباين رطوبة سطح التربة فمثلاً تختلف درجة الأبتلال في الري بالخطوط عنها في الشرائح كما أن تقليل المسافات بين الخطوط يزيد من درجة ابتلال السطح ويعتبر الأبتلال كاملاً في الري بالرش وجزئياً في نظم الري الموضعي.

2-    عمق المياه المضافة:

يرتفع معدل الرشح بزيادة عمق الماء المضاف فوق سطح التربة لأرتفاع الضاغط.

3-    درجة وجود قشرة ملحية صلبة على سطح التربة:

ينخفض معدل الرشح بزيادة درجة انضغاط سطح التربة نتيجة الضغط الواقع من ارتفاع الماء فوق سطح التربة وكذلك لوجود بعض النباتات أو تكون رواسب ملحية على السطح. وتضاغط التربة يكون ناتج من عدة عوامل.

4-    عمليات الخدمة و الحرث:

يرتفع معدلات الرشح بزيادة الحرث لتفتت سطح التربة.

5-    درجة حرارة الماء:

يرتفع معدل الرشح بزيادة درجة الحرارة نظراً لأنخفاض لزوجة الماء.

6-    نسبة الرطوبة الأولية:

يقل معدل الرشح بزيادة الرطوبة الأولية لتربة.

7-    المادة العضوية:

يرتفع معدل الرشح بزيادة المادة العضوية.

طرق قياس معدلات الرشح:

هناك طريقتان هما الأكثر تداولاً هما:

-         جهاز الرشح مزدوج الحلقات:

وهو عبارة عن اسطوانتين الداخلية بقطر 30سم وارتفاع 40سم أما الخارجية فبقطر 60سم. توضع الأسطوانة الداخلية داخل التربة حتى عمق 15سم ويضاف الماء في الأسطوانة الداخلية و الخارجية معاً بحيث يكون منسوب الماء داخل كلاً من الأسطوانتين متساويً (80-100مم). ويقاس بعد ذلك مقدار أنخفاض منسوب الماء بالأسطوانة الداخلية مع مرور الزمن، أو يتم قياس حجم الماء المضاف بالأسطوانة الداخلية للمحافظة على منسوب الماء بها ثابتاً بالنسبة للزمن (لتر / دقيقة) ويستمر ذلك حتى نصل إلى معدل ثابت للأضافة.

-         طريقة السريان الداخل و الخارج:

ويتم فيها أختيار أحد خطوط الري بطول متوسط 40 متر ويقاس معدل التدفق الداخل ومعدل التدفق الخارج عند نهاية الخط ويكون الفرق بينهما هو معدل الرشح (التسرب) بالنسبة لوحدة الطول ووحدة العرض وخلال زمن معين (وهي طريقة تقريبية).

                                            ث‌-        التركيب المحصولي:

وفيه يتم تحديد ما يلي:

v    أنواع المحاصيل المنزرعة ومساحة كل محصول

v    الأحتياجات المائية للمحاصيل المختارة

v    مراحل النمو المختلفة للمحاصيل

v    عمق منطقة الجذور للمحاصيل

v    أقصى ارتفاع للمحاصيل خلال فترة نموه

                                            ج‌-        مصادر مياه الري المتوفرة والصرف الحقلي:

حيث يجب أن تتوافر بيانات عن:

v    مصادر المياه المتاحة

v    تحليل مياه الري لتحديد نوعيتها

v    مستوى السحب

v    أقصى عدد ساعات تشغيل

v    نوعية المصارف بالمنطقة

v  أدنى تصرف متاح من مصدر مياه الري ومقارنته بأقصى أحتياجات للري والتي عليها تتم جميع القياسات (في حاله العجز يمكن البحث في وسائل لحفظ وصيانة الماء)

                                            ح‌-        مصادر القدرة و الطاقة:

وتحدد بدورها تكاليف المشروع الرئيسية ودرجة أمان التشغيل واستمراريتة، ومنها:

v    الجرارات (طارة الأدارة)

v    المحركات الكهربائية

v    محركات الأحتراق الداخلي (ديزل – بنزين -  كيروسين...).

                                            خ‌-        الأيدي العاملة:

يوثر حجم العمالة المتوافرة داخل نطاق المشروع والتي يمكن الأستفادة منها عامل مؤثر في أختيار نوع نظام الري الذي يمكن تطبيقة داخل المزرعة وتؤثر ايضاً على تكاليف المشروع الرئيسية، حيث أن التكاليف دالة لعدد ساعات التشغيل اليومي وهذا الاخير يتاثر مباشرة بحجم العمالة المتاحة للعمل وأسلوب أدارتها.