Stelsel-evaluasie: Ondergrondse drupbesproeiing op suikerriet

Transcription

1 Stelsel-evaluasie: Ondergrondse drupbesproeiing op suikerriet Die evaluering van besproeiingstelsels help die watergebruiker om die stelsel beter te bestuur die evaluasie wys of die stelsel funksioneer volgens die ontwerpsparameters wat deur die ontwerper vasgestel is, toon aan of onderhoudspraktyke doeltreffend is, en kan help om probleme vroegtydig te bespeur. By evaluating an irrigation system, better in-field water management becomes possible the evaluation will show whether a system performs according to the design parameters as set by the designer, whether the irrigator s maintenance practices are effective, and can act as an early warning system for possible problems with system hardware. Agtergrond Suikerriet word besproei met n ondergrondse drupbesproeiingstelsel wat geïnstalleer is in 2006 op n plaas in noordelike KwaZulu-Natal. Die 2,3 liter/uur druk-kompenserende druppers is gespasieer teen 1,0m in n 16mm poli-etileenpyp (1mm wanddikte), wat ongeveer 20cm onder die grond-oppervlakte geïnstalleer is. Volgens die vervaardiger se katalogus, sal die drukkompenserende meganisme die vloei korrek reguleer tussen 5m en 35m druk (50 350kPa) en is die koëffisiënt van variasie (CV) kleiner of gelyk aan 0.05 (5%). Die laterale (druplyne) is gespasieer teen 2,7m in die 3,83ha blok wat geëvalueer is, soos getoon in Figuur 1. Volgens die ontwerpverslag, behoort die vloeitempo by die blok se inlaatklep 32,1 m 3 /h te wees tydens besproeiing, en die ontwerpdruk is gespesifiseer as 14,3m (143kPa) by die klep.

2 Die plaas is op baie steil terrein geleë, en die 208m lange taklyn val sowat 31m vanaf die inlaatklep tot by die eindpunt, soos gesien kan word op die kontoerplan in Figuur 2. Die taklyn is 125mm in deursnee oor die hele lengte dit is n afwyking van die ontwerpverslag wat aandui dat die taklyn uit 75mm, 63mm en 50mm mpvc pyp behoort te bestaan. Figuur 1 Uitleg van besproeiingsblok Figuur 2 Kontoerplan van besproeiingsblok (kontoerinterval = 1m)

3 Die alluviale gronde bevat ongeveer 30% klei, en diepte kan krities wees op die hoogliggende gedeeltes van die plaas. Weens die relatiewe wye spasiëring van die emitters, is laterale verspreiding van die toegediende water belangrik. Met behulp van die WetUp simulasie program, is bepaal dat die verwagte sywaartse beweging van die water sowat 0.35m vanaf die drupper behoort te wees na 6 ure se besproeiing. Figuur 3 - WetUp simulasie program resultate ( Stelsel-evaluasie Die stelsel-evaluasie van n besproeiingsblok behels hoofsaaklik die nagaan van vloei en druk op verskeie posisies in die blok. Druk en vloei by die inlaatklep Hierdie waardes word gemeet om te bepaal of die blok bedryf word volgens die vereistes wat die ontwerper gestel het. In hierdie geval het die druk ver afgewyk van die ontwerpwaarde: Ontwerp Gemeet % Afwyking Vloeitempo by inlaatklep 32.1 m 3 /h 31.1 m 3 /h -3.1% Druk by inlaatklep 14 m 9 m -35.7% Die lae druk se oorsaak behoort verder ondersoek te word dit kan wees dat te veel blokke tegelykertyd besproei word vanaf dieselfde pompstasie, daar kan fout wees met die pomp of motor, of daar kan selfs n lekkasie in die verspreidingstelsel wees. Die lae vloeitempo kan gedeeltelik toegeskryf word deur die lae druk: alle emitters (selfs drukkompenserend) werk op n vasgestelde vloei-druk verband hoe hoër die druk, hoe hoër die vloei, en omgekeerd. Ander oorsake kan in die blok self voorkom, soos verstopte emitters, en dit kan verder ondersoek word met behulp van n leweringstoets en druktoets.

4 Leweringstoets Die SABI ontwerpsnorme skryf uniformiteit-drumpelwaardes voor vir verskillende tipes besproeiingstelsels, en n besproeiingsblok word ontwerp om water volgens n voorafbepaalde uniformiteit toe te dien. Uniformiteit word vereis in n stelsel om te verseker dat al die plante in die blok dieselfde hoeveelheid water ontvang as bemestingstowwe saam met die besproeiingswater toegedien word, is uniformiteit uiteraard selfs nog meer belangrik, asook in gevalle waar gewasse hoofsaaklik van besproeiing afhanklik is (wanneer reën weglaatbaar min is). Die leweringstoets vereis dat die lewering (l/h) van minstens 25 emitters (druppers) in die blok gemeet word, op vyf posisies van vyf laterale geleë op afstande 0, L / 4, L / 2, 3L / 4 en L vanaf die inlaatklep soos getoon in Figuur 4. Die lewering per drupper word vergelyk met die ontwerplewering (2.3 l/h in hierdie geval) en die afwykings van die lesings statisties ontleed. n Goeie duimreel is dat die maksimum variasie tussen individuele lesings nie meer as 10% van die ontwerplewering moet wees nie. Die emitter uniformiteit (EU) en statistiese uniformiteit (U s ) word bereken in die geval van drupbesproeiing, behoort die EU groter te wees as 90%, en die U s groter as 80%. Figure 4: Posisies vir die meet van lewering tydens die leweringstoets (LNR-ILI, 2003) In die geval van ondergrondse drup, word die lewerings gemeet deur die druppers oop te grawe op die verskillende posisies en met n maatbeker te meet. (Figure 5).

5 Figuur 5 Leweringstoets op ondergrondse druppers Leweringstoetsresultate Lewering gemeet (l/h) Afstand Lat.1 Lat.2 Lat.3 Lat.4 Lat L/ L/ L/ L Gemiddeld Gemiddelde lewering: 2.2 l/h (Ontwerp = 2.3 l/h) EU: 64% (Standaard > 90%) Us: 62% (Standaard > 80%) Die resultate toon dat sowat 32% van die druppers in die blok minder as 2.3 l/h toedien en sowat 40% van die druppers meer as 2.3 l/h toedien (Figuur 6).

6 Figuur 6 Gesorteerde leweringstoetslesings 40% van die druppers lewer meer as 2.3 l/h Die resultate beklemtoon die probleem wat die lae inlaatdruk veroorsaak by lateraal 1 (wat heel bo in die blok en naaste aandie inlaatklep geleë is), is die lewering van meer as die helfde van die emitters in die lateraal kleiner as 2.3 l/h. Dit bring egter ook n verdere probleem aan die lig laer af in die blok, word die stelseldruk aangevul deur die steil helling, sodat die lewerings weer binne die toelaatbare toelransies val. Die helling is egter so steil dat dit weer die druk te veel laat toeneem aan die onderkant van die blok, soos gesien kan word aan die lewerings van emitters in lateraal 4 en 5, waarvan die gemiddeldes te hoog is (> 2.3 l/h). Dit is die gevolg van die groter as benodigde diameter van die taklyn (125mm) wat geïnstalleer is n kleiner pyp sou meer wrywing veroorsaak het en daardeur die beskikbare druk by die onderpunt verminder het. Bespreking Die situasie is geanaliseer deur gebruik te maak van die Modelmaker program se ontwerpsfunksie. Vir n inlaatdruk van 9m, toon die analise dat in sekere gedeeltes van die blok, die druk laer as 50kPa daal (Figuur 7) sowel as hoër as 350kPa styg (Figuur 8), ooreenstemming met die resultate wat in die veldtoetse gevind is.

7 Figuur 7 Lae druk (<50kPa) in laterale (in rooi) veroorsaak deur lae druk by die inlaatklep Figuur 8 Hoë druk (> 350kPa) in blok (in rooi) veroorsaak deur steil helling en groot diameter van die taklyn Daar is ook gevind dat die vloeisnelheid in n groot gedeelte van die taklyn (Figuur 9) laer as 0.4m sal wees, wat die neerslaan van fyn onsuiwerhede en hoër watertemperature in die pyp bevorder.

8 Figuur 9 Vloeisnelhede laer as 0.4 m/s sal voorkom in die taklyn en lateraal in rooi aangedui As gevolg van die verkeerde pypgroottes en bedryfsdruk, kan die volgende probleme verwag word in die stelsel: Die lae vloeisnelhede in die taklyn bevorder die uitsak van onsuiwerhede en hoër watertemperature in die pyp. Die taklyn sal gespoel moet word en daar sal gewaak moet word teen bakteriese groei. Die lae druk aan die bokant van die blok bemoeilik die spoel van laterale en in die lang termyn sal dit lei tot die neerslaan van fyn onsuiwerhede in die pype, wat dan tot verstopping van die druppers kan lei. Die hoë druk aan die onderkant van die blok sal die lewensverwagting van die polietileenpyp verkort en enige lekkasies sal vererger word deur die hoë druk. Indien die stelsel sou bedryf word by sy ontwerpsdruk van 190 kpa, sal die druk by die onderpunt van die taklyn styg tot sowat 440kPa, wat die situasie nog verder sal vererger. Verbeteringe: Indien die korrekte taklyn geïnstalleer was (66m 75/6, 48m 63/6 en 95m 50/6 pyp) en die blok by die korrekte druk bedryf word (140 kpa), kan die volgende verbeteringe verwag word:

9 Druk Die druk in die blok sal varieer tussen 90 kpa en 340 kpa, en geen lae of hoë druk areas behoort voor te kom nie. Leweringsvariasie Indien geen permanente skade aan die druppers veroorsaak is nie, behoort die leweringsvariasie aansienlik te verminder en die EU en Us waardes ooreenstemmend te verhoog. Dit moet egter met n veldtoets bevestig te word. Vloeisnelheid Die gebied waarin lae vloeisnelhede voorkom sal aansienlik verklein, soos getoon in Figuur 10. Dit kan verder verminder word deur die laaste gedeelte van die taklyn na selfs n kleiner pypdiameter te verander (40mm of 32mm poli-etileen pyp). Figuur 10 Kleiner gebied waarin lae vloeisnelhede sal voorkom indien aanbevole taklyn gebruik word Koste implikasies n Alternatief vir die vervanging van die pyplyn is die installasie van n drukbeheerklep in die taklyn, by die punt waar die druk meer as 350 kpa sal wees onder normale bedryfstoestande. Dit sal nie die vloeisnelheid probleem aanspreek nie, maar sal meer koste effektief wees sowat R1250 vir die klep teenoor sowat R3600 vir die pyp (installasie uitgesluit).