ویژگی‌های هیدرولیکی کپسول‌های سفالی سامانه آبیاری زیرسطحی در سه بافت خاک‌

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

چکیده

با توجه به ابعاد جهانی کم­آبی، به­ویژه در مناطق خشک و نیمه­خشک جهان، کمیتۀ بین‌المللی آبیاری و زهکشی (ICID) در هشتمین کنگرۀ بین‌المللی آبیاری میکرو سال 2011 در ایران، توسعۀ روش‌های آبیاری میکرو زیرسطحی را به­عنوان جهت‌گیری جهانی،توصیه کرده است.  در سال­های اخیر به­دلیل وجود خشکی و بروز خشکسالی­های متعدد در کشور، روش آبیاری زیرسطحی سفالی مورد توجه کشاورزان، کارشناسان و محققان قرار گرفته است.  اگرچه این روش آبیاری، سنتی است و نسبت به سایر روش­های آبیاری زیرسطحی مزایا و معایب خاص خود را دارد، اما به­نظر می­رسد بتوان با تغییرات و تمهیداتی در مکانیزم این روش آبیاری، کاربردهای مناسبی برای آن در کشور توصیه کرد.  در سیستم آبیاری زیرسطحی سفالی، چگونگی عملکرد هیدرولیکی کپسول­های سفالی یکی از عوامل اصلی تعیین­کننده کارآیی سیستم است.  در این پژوهش، دو رابطه یکی آبدهی-زمان و دیگری آبدهی- فشار کپسول­های سفالی ارائه شده­اند که در سیستم آبیاری زیرسطحی استفاده می­شوند.  این آزمایش­ها در سه نوع بافت متفاوت خاک لوم شنی، لوم رسی سیلتی و رسی سیلتی و در شرایط صحرایی اجرا شده است.  سیستم آزمایشی در قالب طرح اسپلیت پلات با بلوک­های کاملا تصادفی طراحی و اجرا شد.  کرت اصلی شامل سه بافت خاک و کرت فرعی شامل سه فشار کارکرد حاصل از ارتفاع­های متفاوت آب سفال با سه تکرار در نظر گرفته شد.  نتایج اندازه­گیری طی سه ماه و با سه فشار حاصل از دو، سه و چهار متر ارتفاع آب نشان می­دهد که آبدهی روزانه سفال به­طور معنی­داری تحت تأثیر بافت خاک قرار می­گیرد.  همچنین، فشار کارکرد سفال تأثیر معنی­داری در آبدهی سفال­ در هر سه خاک دارد.  نتایج اندازه­گیری رابطۀ آبدهی- فشار کپسول­های سفالی با هفت فشار کارکرد 5/1، 2، 5/2، 3، 5/3، 4 و 5/4 متر حاصل از ارتفاع آب در هر سه نوع خاک طی مدت دو هفته نشان می­دهد که بین این دو عامل طراحی سیستم آبیاری، رابطۀ غیرخطی (توانی) برقرار است و بهترین فشار کارکرد کپسول سفالی برای هر سه خاک فشاری است که از ارتفاع ، 4- 5/3 متر آب به دست می­آید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydraulic Characteristics of Porous Clay Capsules in a Subsurface Irrigation System at Three Soil Textures

چکیده [English]

The latest recommendations of the International Commission on Irrigation and Drainage from the 8th Micro-irrigation Congress held in 2011 in Iran was to develop a global orientation for subsurface micro-irrigation methods. The congress focused attention on the international dimensions of water scarcity, especially in arid and semi-arid regions of the world. Aridity and the cumulative effect of successive droughts in Iran have made the clay subsurface irrigation system of concern to farmers, experts, and researchers. Although this irrigation method is traditional and has both advantages and disadvantages over other subsurface micro-irrigation methods, with modification to its mechanism, it can be a suitable application for Iran. The hydraulic properties of porous clay capsules have a major effect on the performance of clay subsurface irrigation systems. The present study determined the relationship between seepage rate-time and seepage rate-hydrostatic pressure of porous clay capsules used in clay subsurface irrigation systems. The experiments examined three soil textures (sandy loam, silty clay loam, silty clay) under actual field conditions on the large scale. They were conducted as a randomized complete block design with a split plot layout and three replications. The results obtained over three months of operation at 2, 3 and 4 m of hydrostatic pressure show that the daily seepage rate of porous clay capsules were significantly affected by soil texture. In addition, the effect of operating pressure on the seepage rate of porous clay capsules in the three soils was significant. Also, the results of testing of seepage rate-hydrostatic pressure over a two-week period for the three soil types showed a nonlinear relationship (power) between the two irrigation system design factors. The best hydrostatic pressure for porous clay capsules in the three soil textures was 3.5-4 m.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay capsule irrigation
  • Hydraulic properties
  • Hydrostatic pressure
  • Seepage rate
  • Sub-surface irrigation
Abu-Zreig, M. and Atoum, M. F. 2004. Hydraulic characteristics and seepage modelling of clay pitchers produced in Jordan. Canad. Biosys. Eng. 46(1): 15-20.

Abu-Zreig, M., Y. Abe, Y. and Isoda, H. 2006. The Auto-regulative capability of pictcher irrigation system. Agric. Water Manage. 85: 272-278.

Abu-Zreig, M., Khdair, A. and Alazba, A. 2009. Factors affecting water seepage rate of clay pitchers in arid lands. University Sharjah. J. Pur. Appl. Sci. 6(1): 59-80.

Ajit, N., Virendra, K., Mahesh, K., Purohit, R. C. and  Singhvi, B. S. 2007. Hydraulic study of earthen pitchers. J. Agric. Eng. 44(2): 156-164.

Ashrafi, Sh., Gupta, A., Singh, M. B., Izumi, N. and Loof, N. 2002. Simulation of infiltration from porous clay pipe in subsurface irrigation. Hydrol. Sci. J. 47(2): 253-268.

Bahrami, H. A., Ghorbani-Vaghei, H., Alizadeh, P., Nasiri, F. and Mahallati, Z. 2011. Fuzzy modeling of soil water distribution using porous clay capsule irrigation from a subsurface point source. Sens. Lett. 8(1): 75-80.

Bainbridge, D. A. 2001. Buried clay pot irrigation: A little known but very efficient traditional method of irrigation. Agric. Water Manage. 48, 79-88.

Batchelor, C., Christopher, L. and Murata, M. 1996. Simple microirrigation techniques for improving irrigation efficiency on vegetable gardens. Agric. Water Manage. 32, 37-48.

Behnia, A. K. and Arab-Fard, M. 2005. Determination of discharge-pressure relation of pitchers using in pitcher irrigation. Agri. Sci. Technol. J. 19(1): 1-12. (in Farsi)

Ghorbani-Vaghei, H., Bahrami, H. A., Alizadeh, P. and Nasiri, F. 2011. Hydraulic characteristics of porous clay capsules and its effect on soil moisture distribution. J. Water Res. Agric. 9(5): 131-140. (in Farsi)

Ghorbani-Vaghei, H., Bahrami, H. A., Alizadeh, P., Nasiri, F. and Mahallati, Z. 2010. Improving physical and hydraulic properties of porous clay capsules from a subsurface point source. Twin International Conference on Geotechnical and Geo-Environmental Engineering CUM (7th) Ground Improvement Techniques. June 23-25. Seoul. Korea.

Gupta, A. D., Singh-Babel, M. and Ashrafi, S. 2009. Effect of soil texture on the emission characteristics of porous clay pipe for subsurface irrigation. Irrig. Sci. 27, 201-208.

Hussain, G., Al-Jaloud, A. A., Al-Shammafy, S. A., Karimulla, S. and Al-Aswad, S. O. 1997. Effect of saline irrigation on germination and growth parameters of barley in a pot experiment. Agric. Water Manage. 34(2): 125-135.

Kazemi, A. A., Karegar, A. R., Karegar, H., Sadri, S., Dehghan, A., Ghazanfarain, V. A. and Karbalaei, H. 2003. Assessment of subsurface pitcher irrigation on tree vegetation in desert area with clay pipes. J. Fore. Past. 74, 88-93. (in Farsi)

Majidi, E., Zarei, Gh., Keshavarz, A., Hejazi, S. M. 2009. Assessment of possibility of subsurface clay pipe irrigation method for agricultural and horticultural crops. Research Report . No. 88/281. Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO). (in Farsi)

Naik, B. S., Panda, R. K., Nayak, S. C. and Sharma, S. D. 2008. Hydraulics and salinity profile of pitcher irrigation in saline water condition. Agric. Water Manage. 95, 1129-1134.

Saleh, E. and Setiawan, B. I. 2010. Numerical modeling of soil moisture profiles under pitcher irrigation application. Agric. Eng. Int. CIGR J. 12(2): 14-20.

Siyal, A. A. and Skaggs, T. H. 2009. Measured and simulated soil wetting pattern under porous clay pipe subsurface irrigation. Agric. Water Manage. 96, 893-904.

Siyal, A. A., Van-Genuchten, M. T. and Skaggs, T. H. 2009. Performance of pitcher irrigation system. Soil Sci. 174(6): 312-320.

Stien, T. M. 1998. Development of design criteria for pitcher irrigation. Ph. D. Thesis. Crandfield Institute of Technology. Silsio College.

Vasudevan, P., Thapliyal, A., Dastida, M. G. and Sen, P. K. 2007. Pitcher or clay pot irrigation for water conservation. Proceedings of the International Conference on Mechanical Engineering. Dec. 29-31. Daka. Bangladesh. 29-31.