تحديد الفواقد من شبكات الري والطرق الهندسية لمعالجتها

[د ربيع]

عبير المنتدى
إنتى تخصصك إيه بالضبط إحترنا معاكى بتكتبى فى كل الموضوعات و التخصصات و الله برافو عليكى
الناس بتاخد دكتوراه فى الموضوع ده و انتى وضحتيه فى كلمتين


هذا أحد أجهزة الرى المحورى لتقليل الفاقد من الماء فى الصحراء يروى مساحة 50 فدان يوميا
تحياتى
د ربيع

[عبير]

عند نقل مياه الري إلى الحقول باستعمال الأقنية المغلقة يمكن توزيعها كما هو الحال في الشبكات المفتوحة بواسطة الأنابيب المؤقتة ومنها إلى خطوط الري أو المساطب للسقاية بالراحة أو بواسطة أجهزة الرش وفي هذه الحالة فإن عامل استعمال الماء يظل كالسابق لكن عند استبدال الأقنية المؤقتة المفتوحة بأنابيب مغلقة أو بخراطيم لدنة موصولة بحنفيات الأنابيب المغلقة فيزداد عامل استعمال الماء.

عندما تكون أقنية الري المغلقة ثابتة فالفواقد بالتسرب والارتشاح تنعدم عملياً وتشمل الضياعات فقط بكميات الماء المتخبرة من سطح الحقول المروية أو خلال الري بالرذاذ، والكمية المتبخرة متغيرة وتتعلق بنسبة الرطوبة ودرجة الحرارة وبسرعة الرياح. لذلك ففي حالات خاصة وظروف معينة فإن عامل استعمال الماء
(عامل الاستفادة يعادل 0.92 – 0.95).

7- سد مسامات التربة :

هذه الطريقة بسيطة طبيعية جداً وفي نفس الوقت فعالة ضد التسرب وهي عبارة عن تغلغل الجزيئات الصغيرة المعلقة والموجودة في الماء في مسامات التربة وتكون الطريقة فعالة عندما تكون المسامات كبيرة، إن سد مسامات التربة يمكن أن يتم بشكل طبيعي أو اصطناعي.

الطريقة الطبيعية : وتتم خلال مرور مياه الري التي تحتوي على نسبة عالية من المواد المعلقة ومواد الطمي وهي عفوية ونسبياً تتم بسرعة وقد تتحول إلى ترسبات خطيرة.

الطريقة الاصطناعية : وتتم ضمن خطة وبرنامج محدد، وأفضل المواد المستعملة في هذه الطريقة لسد مسامات التربة هو الغضار حيث يلزم لكل متر مربع واحد من القناة من 4-20 كغ وذلك تبعاً للمواصفات الفيزيائية للتربة.

نورد في الجدول رقم (5) كمية الغضار اللازمة لعملية سد مسامات التربة.

جدول رقم (5)
كمية الغضار اللازمة لسد فراغات التربة

التربة.................أمطار الحبيبات (مم)............كمية الغضار اللازمة.............عدد المرات التي تقل
.................................................. .... لـ1م2 (كغ)...................... فيه الضياعات بالتسرب
رمل خشن...................0.5-1 .....................18 ...............................3-6

رمل وسط...................0.25-0.5 .................9 .................................3-5

رمل ناعم...................0.25-0.1 .................4.5 ...............................4-7

يجب ألا تكون كمية المواد العالقة في مياه الري G خلال عملية سد مسامات التربة أكثر من 2 كغ / م3 بالنسبة للرمل الناعم والوسط، و (5كغ/م3) بالنسبة للرمل الخشن.
تدفق المواد الغضارية المحمولة في مياه الري في الثانية الواحدة يحسب من المعادلة (19).
(19) QGKg/Sec
· G = عكر المياه الجارية في القناة كغ/م3.
· Q = تصريف القناة الذي يعمل به خلال عملية (الكالما تاسيا) م3/ثا.
يحسب الزمن اللازم لانسداد الثغرات بطريقة متواصلة من المعادلة رقم (20).

حيث :
W = كمية الغضار اللازمة لسد الفراغات لعملية (الكالماتاسيا).

إن الفعالية العظمى التي يمكن الحصول عليها من هذه الطريقة هي بدك قاع وجوانب القناة بواسطة دقاقات ثقيلة بعد الانتهاء من سد الفراغات، حيث بهذه الواسطة يمكن تقليل الضياعات من 75-80%

إن سد الفراغات اصطناعياً بواسطة الغضار لايعطي مفعوله دائماً، ففي الاتحاد السوفييتي وبعد الدراسات والتصاميم المخبرية لعملية سد الفراغات على قناة كاراكوم لم يتوصلوا إلى النتائج المرجوة، وهناك أمثلة كثيرة أثبتت فعالية هذه الطريقة ففي إحدى التعاونيات في جنوب الاتحاد السوفييتي أجريت التجارب على قناة ري بطول 3.5 كم منها 550 م تمر في أراضي بحصية ذات معدلات نفاذية عالية جداً وكانت تشكل الفواقد بالتسرب 80% من تدفق القناة وبعد القيام بعملية سد الفراغات باستعمال الغضار بمعدل 8 كغ على متر مربع قلت الفواقد باستعمال الغضار بمعدل 8 كغ على متر مربع قلت الفواقد بمعدل 10 مرات عما كانت عليه.

اقترح فنيو معهد البحوث العلمية للري والهيدروتكنيك بجنوب الإتحاد السوفييتي طريقة جديدة للقيام بسد الفراغات بواسطة الغضار وهي الطريقة الكهربائية، وأفضل النتائج التي حصلوا عليها كانت بالنسبة للتراب الخفيفة حيث قلت سرعة التسرب بـ9 مرات، تتغير سرعة التنفيذ خلال عملية سد الفراغات تبعاً لشدة التيار وعكارة المياه المستعملة وعوامل أخرى. على الرغم من أن الطريقة المقترحة هي طريقة متقدمة تكنيكياً لكن في الوقت الحاضر يعتبر استعمالها معقداً ومكلفاً لما يحتاجه من طاقة كهربائية كبيرة.

ب- الطريقة الكيميائية لمعالجة الضياعات بالتسرب :

1- تبطين الأقنية :

ويكون بعمل غطاء كتيم عديم النفاذية على محيط القناة في الظروف اللاهوائية، ويتم ذلك بتغطية سطح التربة ببقايا نباتية ( القش غير صالح للعلف، الأوراق والنباتات الضارة) وبمعدل (3-4 كغ/م2) ومن ثم تغطى بطبقة واقية من التربة المحلية.

يمكن استعمال المواد النباتية بعد خلطها بالتربة أو بدون ذلك وعند غمر هذه الطرقة بالماء بدرجة حرارة أكبر من 5-10 مئوية تجري عملية تحلل المواد النباتية هيكل التربة ويتغير تركيبها الحبيبي وتماسكها مما يؤدي إلى انخفاض نفاذيتها بعشرات لابل بمئات المرات.

يمكن المحافظة على معدلات التشرب إذا كانت التغطية مغمورة بشكل دائم بالماء، ولكن إعطاء الماء بشكل متقطع في القناة يؤدي إلى انكشاف التغطية وبالتالي إلى أكسدة نواتج التحليل اللاهوائي وترتفع معدلات الرشح (الضياعات) بشكل كبير وملحوظ.

بسبب مساوئ هذه الطريقة لتغطية أقنية الري، فيفضل استعمالها لتبطين المجمعات المائية الصغيرة
(أحواض تربية الأسماك) كإحدى الطرق المقترحة للتقليل من الضياعات.

[عبير]

- المعالجة بالنفط :

ويتم ذلك بإشباع عميق معين من تربة أقنية الري وخاصة الجوانب بالمواد النفطية بمعدل 10-15كغ / م2 فالتربة المعاملة بالنفط تصبح قليلة النفاذية للماء لذلك تقل الضياعات بالتسرب.
من الضروري عزق التربة وتنظيفها من النباتات قبل معاملتها بالمواد النفطية الساخنة (بدرجات حرارة 120-130) مئوية في السنوات الأولى (2-3 سنوات) لاتنمو النباتات في الأقنية وتقل الضياعات بمعدل 5-6 مرات عما كانت عليه، وعند استعمال النفط بمعدل 4-6 كغ/م2 للمتر المربع فإن الأعشاب قد تظهر والضياعات تقل من 1.5-2 مرة فقط.

3- تمليح تربة قعر الأقنية :

تعتمد هذه الطريقة على استبدال عنصر الكالسيوم المتبادل في التربة بعنصر الصوديوم الموجود في المواد المستعملة في تمليح تربة القناة، ويكون تأثير هذه الطريقة ذو كفاءة أعلى إذا كانت أتربة الأقنية ذات مواصفات فيزيائية جيدة ولكن فعاليتها تقل عند احتواء التربة على نسبة عالية من الجبس أو فحمات الكالسيوم والمغنزيوم. إن أكثر المواد فعالية في التقليل من الضياعات بالتسرب بطريقة التمليح (مرتبة حسب الفعالية) هي: الصود الكاوي، الصودا، وملح الطعام، ولكن انطلاقاً من الكلفة الاقتصادية الناتجة عن استعمال هذه المواد فيفضل ملح الطعام بمعدل 3-5 كغ/م2 (من سطح القناة) وتبعاً لمواصفات التربة والسمك التصميمي للطبقة المهيأة.

تتم عملية التمليح بطريقة مفتوحة أو مغلقة، في الحالة الأولى يغطى سطح التربة (القناة) بطبقة من الملح الجاف أو تشبع بمحلول ملحي مركز، وفي الحالة الثانية يغطى سطح القناة بطبقة من التربة أو بمادة كتيمة بعد الانتهاء ن عملية التمليح.
ومن الضروري تنظيف القناة من الأعشاب والنباتات قبل البدء بعملية التمليح، ومن الأرجح أن تكون تربة القناة جافة ومنكوشة (تفتيت وتحريك) على عمق 2-3 سنتمتر، وبعد ذلك يغطى سطح القناة بطبقة ذات سماكة متساوية من الملح أو المحلول الملحي وبعد الانتهاء من هذه العملية تفرش القناة بطبقة ترابية بسماكة 3-4 سم وقبل البدء بالاستثمار تملأ القناة بالماء الراكدة ولمدة يوم كامل.

تنخفض ضياعات الماء بالتسرب من الأقنية المعاملة بالأملاح في السنة الأولى بمعدل 10-20 مرة وتستمر مدة خدمتها من 3-4 سنوات. وفي حال احتواء التربة على نسبة عالية من مركبات الكالسيوم فإن المدة تنقص حتى سنة واحدة.

ج - الطريقة الميكانيكية :

1- الرص بالدق :

والهدف منها هو عمل طبقة كتيمة من التربة وعلى أعماق مختلفة بواسطة المدقات الميكانيكية
d302a (مدحلة ذات حمولات ساقطة).
أنسب عدد للضربات في المكان الواحد هو 5-6 وارتفاع السقوط من 2-3 م.
لقد بينت التجارب والدراسات ، أن فعالية هذه الطريقة كإحدى لتقليل الضياعات تتعلق بدرجة رئيسية بنسبة الرطوبة في التربة المرصوصة.

إن نسبة الرطوبة في التربة الملائمة للرص الأعظمي الممكن للوصول إليه من خلال هذه العملية تسمى الرطوبة المثالية.
نورد في الجدول رقم (5) الرطوبة المثالية للتربة التي تمكننا من الحصول على درجة الرص المناسبة.

التربة..........................المعهد العالي للبحوث العلمي.......................معهد البحوث العلمية للري ..........................معهد البحوث العلمية الري
....................................... للري والهيدروليك................................والهيدروتكنيك (جورجيا).............................والهيدروتكنيك لجنوب
.................................................. .................................................. .................................................. ..الاتحاد السوفييتي
غضار خفيف رملي.................15-17 .........................................12-15 .......................................18-20
غضار وسط.......................21-23 ..........................................15-20 .......................................20-22
غضار ثقيل.......................22-25 ...........................................20-20 .......................................20-22
طين.............................25-28 ............................................20-30 .......................................22-25

ينقص ضياع الماء بعد رص التربة بمقدار ستة مرات، كثافة التربة المرصوصة قد تميل إلى 1.6-1.7 غ/سم3 مكعب ففي سنة 1959-1960، قام معهد البحوث العلمي للري والهيدروتكنيك بجنوب الاتحاد السوفييتي بدراسات تجريبية بهدف تحديد تأثير عملية الرص وفعاليتها الزمنية لمنع الضياعات بالتسرب وديناميكية تهدمها أو تخريبها والظروف والعوامل المؤثرة على ذلك في ظروف منطقة روستوف مشروع ري آزوف . الشكلان 4 (أ-ب) يبينان ديناميكية تهدم الطبقة المرصوصة من تربة القناة خلال (8 سنوات).
يتبع

[عبير]

الطبقة المرصوصة بسماكة (100سم) مقسمة شرطياً إلى منطقتين

( المنطقة الواقية ومنطقة ما تحت الطبقة الواقية، ويلاحظ أنه في حال زيادة كثافة التربة (الرص) بنسبة 13-15% عما كانت عليه قبل الرص تؤدي إلى تخرب في المنطقة الواقية بنسبة 5-12 % بينما يقابله 1-1.5% في الجزء السفلي بزيادة الرص بنسبة 11-14% أي أن الطبقة السفلية عملياً لايتخرب رصها . هذا بالإضافة إلى أن الطبقة المرصوصة في التربة المردومة تتخرب بسرعة كبيرة مما لو كانت التربة في وضعها الطبيعي (التربة المحفورة).

إن العامل الرئيسي المؤثر على تخرب وتهدم طبقة الرص في ظروف روستوف هو التجمد وخلال ثمانية سنوات بعد الرص كانت الضياعات بالرشح من الأقنية المعاملة بهذه الطريقة أقل من 2- 2.5 مرة، بالمقارنة مع قناة لم ترص تربتها.
كمثال على فعالية الرص بالدق يمكن أن نورد قناة ري (رصت تربتها بالدق) في محطة البحوث العليمة للري والصرف في منطقة كوبان، ففي عام 1962 – 1963 أنشأت شبكة ري وكانت عبارة عن قناتين تعملان دورياً بالتناوب وأقنية ثلاثية مؤقتة.

الأقنية 1p و 2p تمران في الردم الذي يسصل ارتفاع 2 م في رأس الأقنية، العمق التصميمي للأقنية (65-70سم) والتدفق 100-105 ل/ثا . تبين فيما بعد السقاية الأولى أن كل الماء المعطاة في رأس القناة p1 قد ضاعت بالتسرب في الكيلومتر الأول.

وللتقليل من الضياعات في القناة p1 المارة في تربة متماسكة اقترح فنيو معهد الأبحاث للري طريقة رص قعر القناة بالدق. وفي أول أيلول عام 1966 رصت مسافة 700 م من قعر القناة p1 ونسبة الرطوبة للطبقة السطحية أثناء الرص كانت 22% و 30% عمق 1.5م.
ونتيجة لرص التربة ازدادت كثافتها على الشكل التالي:

العمق.............................الكثافة

0-30 ...........................1.3-1.6 غ/سم3
3- 100 .......................1.35 – 1.5 غ/سم3

100-150 ..................... 1.43-1.43 غ/سم3

وعند تحديد نسبة الضياعات تبين أن القيمة المطلقة لها على الجزء المعامل بطريقة الدق تساوي 3ل/ثا للكيلومتر الطولي وبالتالي فإن ضياع الماء على هذا الجزء قد قل بـ50-70 مرة لما كان عليه قبل الرص.
كلفة رص 1 م2 من قعر القناة كانت 10 كوبيك (40ق.س) إن طريقة تمكين أو رص التربة بالدق ذات فعالية عالية وخاصة أنه من الممكن القيام بها باستعمال الآلة وذات تكلفة منخفضة ولا تتطلب مواد إنشائية.

2- المسح لقاع الأقنية :

تستعمل هذه الطريقة كإحدى التدابير للتقليل من الضياعات، وهي فقط بالنسبة للأقنية الصغيرة الحقلية والأقنية المؤقتة ولإجراء هذه العملية نستعمل مساحات من الحديد أو البيتون المسلح على شكل مكواة.
إن إجراء عملية مسح القاع تكون كعملية مرافقة لشق الأقنية الصغيرة والمؤقتة، وعندما تكون رطوبة التربة 17-22% تؤدي إلى نقصان ضياعات الماء بالتسرب بـ2-3 مرات وبالتالي يزداد معدل استعمال مياه الري في الحقول. تدوم مدة تأثير المسح موسم سقاية واحدة، وهذه المدة كافية للأقنية الحقلية والمؤقتة.

يتبع

[عبير]

في الجدول رقم (6) نورد كلفة ومدة خدمة مختلف التدابير والإجراءات للتقليل من الضياعات بالتسرب.

نوع التغطية ............................... النسبة المئوية .................... كلفة 1 م2 ................ مدة الخدمة
.................................................. .. لنقصان الضياعات ................. بروبل (4ل.س) ............. بالسنوات
.................................................. .................................................. .............................................
التغطية البيتونية الغطاء .........................85-90 .......................... 3.5-5.5 .................25-35
البيتوني (صب)................................................. .................................................. .......
الغطاء مسبق الصنع ............................85-90 ...........................5 -6.5 .................25-35
أقنية بيتونية محمولة ..........................90-95 ..............................9-12 ...................30-40
تغطية بالغضار.................................60-70 .............................0.4-0.5 .................3-5
تلبيس بالغضار................................50-60 ..............................0.3-0.35 ................5-8
تغطية حجرية ................................50-60 ..............................3.6-4.5 .................40-50
تغطية نفطية ................................70-80 ...............................0.30-0.35 ................5-6
تغطية ملحية ...............................60-70 ...............................0.25-0.35 .................3-5
تطيين......................................50-60 ................................0.15-0.25 .................3-4
سد مسامات التربة بالغضار................50-70 .................................0.25-0.30 .................5-8
سد مسامات التربة .......................70-75 .................................0.35-0.40 .............ز.أكثر من 10
بالغضار مع رصها.................................................. .................................................. .....
رص عميق..............................70-75 .................................0.05-0.2 ..................8-10
تغطية بالنايلون.........................90-95 ...................................0.9-1.7 ....................5-8
تغطية كلوروفينيل......................90-95 ....................................0.9-1.7 ....................5-8
تغطية بريزول........................90-95 ....................................0.5-0.8 ..................5-10

يتبع

[عبير]

على الرغم أن معظم البوابات والمنشآت المائية تكون مغلقة، ولكنها تقع تحت ضغط بسبب الارتفاع الجغرافي، وتحرر كمية لا بأس بها من الماء التي لا تستعمل من أجل الري وإنما تتسرب في التربة أو تذهب في الوديان بدون فائدة.
يحدث التسرب أحياناً لأن الأبواب لا تسكر بإحكام أو أن الأبواب ليست مسدودة على إطاراتها، يمكن إزالة هذه الضياعات على القسم الحكومي من الشبكة بتنفيذ المنشآت المائية بشكل جيد وصيانتها بصورة مستمرة.

يمكن التغلب على المياه الضائعة من خطوط الري والمساطب بوضع برنامج سقاية يعتمد على نوع المحصول والتربة والظروف المناخية للمنطقة. كما أعطت الأبحاث في مضمار الزراعة لمنطقة رستوف ، ومنطقة كرسندرو ستافربولسكي (الاتحاد السوفييتي) أن الماء الزائد في نهاية الأقنية والمساطب وأثلام الري قد تصل من 15-20% من الماء الكلي وخصوصاً أن هناك ضياعات كثيرة تلاحظ عند استعمال الري بالرذاذ حيث أنه عندما تتوقف أو تتعطل الآلة، فعندئذٍ تذهب جميع الماء القادمة في القناة بدون فائدة.
بينت المراقبة المعمولة بواسطة المعهد السابق الذكر أنه في بعض الأقنية عندما لايعطي الري لـ24 ساعة ، يبقى من الماء 250-350 متر مكعب كل يوم.

لكي نتحاشى هذه الضياعات من الضروري أن تكون السقاية ليلاً نهاراً أو أنه يجب وضع الأبواب من القناة الدائمة إلى القناة المؤقتة في الأسفل.
عندما تنبت الأعشاب أو تتجمع الترب في الأقنية الدائمة فإن الأقنية تعمل على أعلى درجة وأحياناً يلاحظ الماء ينسكب من أطراف القناة، في هذه الأحوال يكثر التسرب من الأطراف العلوية ذات النفاذية الكبيرة من جوانب القناة.
من أجل تحاشي هذه الأشياء يجب على العاملين في هذا المجال أن ينظموا أعمالهم على أقنية الري بطريقتين:

أ‌- العمل على إزالة الأعشاب ميكانيكياً ، كيميائياً، وبيولوجياً...).
ب‌- تنظيف القناة من التربة المتجمعة بواسطة الآلة، عندما تنبت الأعشاب على الوجه الداخلي والميل الخارجي للقناة فيجب إزالتها، بعمل ذلك تتفكك التربة أحياناً، ولذلك تعمل بآلات ذات أقراص خصوصية لذلك.

من الطرق الكيميائية لعزل الأعشاب على شبكات الري يستعمل الرش بالمبيدات النباتية،
(سولفامات الأمونيا، آترازين ومواد أخرى) وكذلك بواسطة بقايا الصناعة الكيميائية المحلية وكذلك المواد النفطية.

من أجل تنظيف الأقنية من الترسبات تستعمل حفارة ذات معزقة واحدة أو حفارة مع مجرفة بسعة 0.25 -1 م مكعب. تستعمل هذه الحفارات من أجل بقايا بسماكة لاتقل عن 0.35-0.5 م ، يمكن استعمال كريدر ثقيل وكذلك ماكينة خاصة لتعزيل الأقنية مع أجهزة معلقة ومثبتة والتي بها تنظف جوانب القناة الداخلية من الترسبات والنباتات، تنظف الآلة أقنية بعمق 0.8-1.5 م وعرض قعر 0.3-1.5 م وميل جوانب 1:1، 1:1.5 وهي تحمل على تراكتور وإنتاجها يصل إلى 45 متر مكعب في الساعة.
يمكن استعمال حفارات ذات عدة مفارق موضوعة بالعرض والتي تنظف بوقت واحد قعر وجوانب القناة وإنتاجها 100 متر مكعب في الساعة.

ملاحظة :
يمكن حساب الضياعات بالتبخر من المعادلة التالية :

م3/ثا ( E – 0.016 he ( a + M
حيث :
h: عمق الماء في القناة بـ م.
e : عمق الطبقة المائية المتبخرة بـ م/ يوم
a : علاقة عرض قاع القناة إلى عمق الماء b/h
M: الميول الجانبية