d ) https://dx.doi.org/10.36522/2181-9637-2022-6-3 UDC: 626.845(045)(575.1)
SPRINKLER SUG'ORISH USULINING GIDRAVLIK SAMARADORLIGINI BAHOLASH
Аrifjanov Аybek Muxamedjanovich1,
texnika fanlari doktori, professor, e-mail: a.arifjanov@tiiame.uz;
Kaletova Tatiana1, 2,
texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori (PhD), ilmiy rahbar, ORCID: 0000-0003-2695-1448, e-mail: tatiana.kaletova@uniag.sk;
Jalilova Xumora1,
magistrant, e-mail: xumora798911@gmail.com
1"Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti" Milliy tadqiqot universiteti
2Nitradagi Slovak qishloq xo'jaligi universiteti
Annotatsiya. Maqolada sprinkler sug'orish tizimi samaradorligini baholash va ishonchli loyihalash uchun ayrim dala tadqiqotlarini bajarish usullari yori-tilgan. Shuningdek, sug'orish tizimida suv sarfining hudud bo'ylab taqsimlanishi va undagi yo'qotishlar tahlil qilinadi. Sprinklerning suv taqsimotini baholash-da Kristiansenning Cu o'xshashlik koeffitsiyentidan foydalanildi. Catch Can usuli uch turdagi kombinatsi-ya: sprinkler balandligi, sprinklerdan chiqayotgan suv sarfi va napor o'zgarishini o'rganish orqali amalga oshirildi. Kristiansen koeffitsiyenti bir necha xil napor-da sprinkler balandligiga ko'ra sarfning taqsimlanishini hisobga olishdagi tajribalar yig'indisi asosida aniqlandi. Tadqiqotlar Farg'ona viloyatining O'zbekiston tumani "XXI asr xirmoni" fermer xojaligida olib borildi. Yuqori-da keltirilgan usul asosida suv taqsimotini baholashda eng maqbul balandlik aniqlandi. Dala tajribalari hamda ularning tahlili asosida suv sarfi bo'yicha sprinkler balandligi va oqim taqsimoti asosida grafik tuzildi.
Kalit so'zlar: oqim, taqsimot, Catch Can tajri-basi, sarf, sprinkler, sug'orish, bosim.
ОЦЕНКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛИВА ПОСРЕДСТВОМ СПРИНКЛЕРА
Арифжанов Айбек Мухамеджанович1,
доктор технических наук, профессор;
Kirish
Iqlim o'zgarishi va suv tanqisligi oshib borayotgan sharoitda qishloq xo'jaligiga resurs tejamkor sug'orish texnologiyalarini jo-riy etish katta ahamiyatga ega. Mazkur ishning maqsadi sprinkler sug'orish tizimida samarali namlik taqsimotini baholashdan iborat. Dalaga namlikni bir tekisda taqsimlab bera oladigan sug'orish usulini tanlash samarali hisoblanadi. Buning uchun esa dalaning bir nechta ko'rsatkichlari hisobga olinishi kerak: tuproq xarakteristikasi, topo-grafik holat, mavjud suv manbasi, yer osti suvlari holati, tuproqning sho'rlanish darajasi, shamol tezligi va yo'nalishi.
Har qanday sug'orish usulidan asosiy maqsad tuproqqa suvni birdek yetkazib berishdir. Yuqoridagi ko'rsatkichlarga ko'ra, sprinkler sug'orish tizimi tanlandi va uning qo'llash samaradorligini o'rganish uchun Catch Can usulidan foydalanildi. Sprinkler sug'orish tizimidan chiqayotgan suv miqdori taqsimlanishi Kristiansenning
bir xillik koeffitsiyenti yordamida baholandi. Sprinklerdan chiqayotgan suv oqimi va uning taqsimlanishi turli naporlarda o'lchanib, bir necha o'nlab tajribalar o'tkazildi va quyidagi formula orqali natijaga erishildi [1, 2]:
Cu = 100 (1 - —), %. (1)
m*n
Bu yerda Cu - Kristiansenning bir xillik koeffitsiyenti, %;
m - o'rtacha qiymat; a - o'rtacha qiymatdan og'ish miqdori; n - tajribalar soni.
Sprinklerdan chiqayotgan suv miqdori taqsimlanishi samaradorligini aniqlash uchun turli tadqiqotlar o'tkazilgan. Maqo-laga ko'ra [2], 6 xil bosimda (100-200) kPa har 50 kPa da o'zgartirib, 3 xil sprinkler (balandligi 0,5 m, 0,7 m, 1 m) va ikki xil nozzledan chiqayotgan suv miqdori taqsimlanishi tajribalarda sinab ko'rilgan va ijobiy natijalarga erishilgan. Yana bir adabiyotda [3] sprinkler balandligi, bosim va diametrlarini to'g'ri tanlash tizim sama-radorligi uchun o'ta muhim ekanligi ta'kid-langan va bir nechta tajribalarda ko'rib chiqilgan. Bundan tashqari, [4] manbada sprinkler sug'orish tizimi taqsimlanishini to'g'ri bajarish uning samaradorligini oshi-rishning yagona va asosiy yo'li ekanligi ta'kidlangan hamda bir nechta tajribalar o'tkazilgan. [5] manba tajribasidan yuqo-ridagi jadvalni ko'rishimiz mumkin. Unga ko'ra, 3 xil balandlikda (0,3, 0,6 va 0,75 m) bir xil bosimda 104 kPa da Cu hisoblangan va natijada 0,75 m balandlikda 88 % bir xillikka erishilgan. Bundan ko'rinib turibdiki, sprinkler balandligi ham bir xillikni ta'min-lashda muhim ahamiyatga ega.
"Sprinkler Irrigation" [6] bo'limida berilishicha, tadqiqotlar natijasida sprinkler balandligi nafaqat Cu, balki sprinklerdan chiqayotgan suv miqdoriga ham ta'siri borligi isbotlangan. [7] manba tadqiqotiga ko'ra, 138, 172 va 207 kPa bosimlarda C 50 cm,
u
100 va 150 cm balandliklarda hisoblangan. Natijada 50 cm sprinkler balandligida 172 kPa bosimda 96 % Cu ga teng bo'lgan.
Калетова Татиана1' 2,
доктор философии по техническим наукам (PhD), научный руководитель;
Жалилова Хумора1,
магистрант
1Нац иональны й исследовательский университет «Та шкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства»
2Словацкий сельскохозяйственный
университет в Нитре
Аннотация. В статье описаны методы проведения некоторых полевых исследований для оценки эффективности систем орошения дождеванием и их надежного проектирования. Также анализируется распределение водопотребления по территории оросительной системы и ее потери. Коэффициент распределения Кристиан-сена Cu используется для оценки распределения воды спринклера. Он расчитывался путем изучения трех типов комбинаций по методу Catch Can, т. е. высоты оросителя, расхода воды оросителя и изменения давления. Для определения коэффициента Кристиансена его рассчитывают по сумме опытов с учетом распределения расхода по высоте оросителя при нескольких различных значениях давления. Исследования проводились в фермерском хозяйстве «XXI asr xirmoni» Узбекского района Ферганской области. На основе приведенного метода была определена оптимальная высота при оценке водораспределения. На основе полевых экспериментов и их анализа был построен график, основанный на высоте оросителя и распределении расхода воды.
Ключевые слова: поток, распределение, метод Catch Can, расход, спринклер, орошение, давление.
ASSESSMENT OF HYDRAULIC EFFICIENCY OF
IRRIGATION BY MEANS OF A SPRINKLER
Arifjanov Aybek Mukhamedjanovich1,
Doctor of Technical Sciences, Professor;
Kaletova Tatiana 1 2,
Doctor of Philosophy in Technical Sciences (PhD), Scientific Director;
Jalilova Khumora1,
Master's Student
1National Research University "Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanization Engineers"
2Slovak Agricultural University in Nitra
05.00.00 - ТЕХНИКА ФАНЛАРИ 05.00.00 - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 05.00.00 - TECHNICAL SCIENCES
Abstract. The article describes the methods of some field studies to assess the efficiency of sprinkler irrigation systems and their reliable design. The distribution of water consumption over the irrigation system area and its losses are also analyzed. The Christiansen distribution coefficient Cu is used to estimate sprinkler water distribution. It was calculated by examining three types of combinations using the Catch Can method, that is, sprinkler height, sprinkler water flow, and pressure variation. To determine the Christiansen factor, it is calculated from the sum of the experiments, taking into account the distribution of flow over the height of the fill at several different pressures. The research was conducted on the farm "XXI asr xirmoni" of the Uzbek district of Fergana region. Based on the given method, the optimum height was determined when estimating the water distribution. Based on the field experiments and their analysis, a graph based on the irrigator height and flow distribution was plotted.
Keywords: flow, distribution, Catch Sap method, flow rate, sprinkler, irrigation, pressure.
[8] manbaga ko'ra, 30, 60 va 75 cm sprinkler balandligida 104 kPa bosimda Catch Can tajribasi amalga oshirilib, Cu mos ravishda 83, 85 va 88 %ga erishilgan [11]. Tadqiqotda sprinkler turi (fiksator va aylanuvchi) va nozzle diametrlari (5,6, 6,9 mm)da 103 kPa bosimda Cu hisoblangan va 6,9 mm da 90 %, 5,6 mm da 80 % Cu natijasiga erishilgan.
Sprinkler sug'orish tizimining to'liq o'rga-nilmasligi va tizim loyihasini to'g'ri amalga oshirilmaslik oqibatida turli muammolar yuzaga kelmoqda [12]. Shu sababli ham sug'orishda ushbu usuldan foydalanish va sprinkler sug'orish tizimi samaradorligi tushib ketish muammosi ko'payib bormoqda [13]. Muammolardan biri suvning bir tekisda taqsimlanmasligi, ya'ni suvning hududda suv zarur bo'lmagan qismlariga sarf bo'lishi va bosim oshishi natijasida ko'p miqdorda suv chiqishidir. Mazkur muam-molarning asosiy sabablaridan yana biri -bu sprinkler turini noto'g'ri tanlash, bosim va suv sarfi taqsimlanishidagi xatolar hamda sprinkler balandligi ta'siridir [14, 15]. Suv taqsimlanishi darajasi Catch Can usuli asosida Kristiansenning Cu bir
xillik koeffitsiyentini hisoblash formulasi yordamida baholanadi (1). Sprinkler sug'o-rish tizimidagi suv taqsimoti bir xilligini ta'minlash uchun Cu miqdori 80 %dan ortiq qiymatga ega bo'lishi kerak. Ushbu tajriba va hisoblashlardan asosiy maqsad sprinkler diametri, uning balandligi va napor, sarf o'rtasidagi bog'lanishlar va qiymatlarni aniqlash hamda sprinklerdan chiqayotgan suv taqsimlanishini Kristiansenning Cu bir xillik koeffitsiyenti orqali baholashdan iborat.
Material va metodlar
Taqsimlangan suv miqdorini aniqlash uchun sprinkler atrofiga bir nechta idish o'rnatilgan. Yuqoridagi taqsimot usuli bo'yicha Cu ning 80 %dan ortiqroq qiymatga ega bo'lishi chiqayotgan suv miqdorining yuqori darajadagi bir xilligini bildiradi. Cu ning 80 %dan kam bo'lgan miqdorida esa bir xillik qoniqarli darajada bo'lmaydi. Catch Can usulida suv taqsimlanishini baholash uchun bir nechta idishlardan foydalaniladi. Idishlar sprinklerlar atrofiga bir xil oraliq masofada teriladi va tomonlariga birdek idish qo'yib chiqiladi. Idishlar soni qancha ko'p bo'lsa, hisoblar yaqqol aniqlikda chiqadi.
Tajriba 3 xil balandlik (0,5, 0,75 va 1 m) asosida o'tkazildi. Bunda 3 xil napor (12, 15 va 18 m)dan foydalanildi. Tajriba uchun 32 dona idish kerak bo'ldi va sprinkler balandligi 118 mm, diametri 80 mm ni tashkil etdi.
Sprinklerlarga radial ko'rinishda idishlar o'rnatildi. Tajribalarda 45 daqiqadan bir soatgacha vaqt oraliqlarida sprinkler yoqib o'chirildi. Napor va idishda to'plangan suv hamda vaqt o'lchab borildi va jadvalga joylashtirildi. Sprinkler tizimi o'rnatildi va uning ishlash prinsipi quyidagicha bo'ldi: hovuz yaqin atrofdagi suv manbalari bilan to'ldiriladi va sifatiga ko'ra tindiriladi; suv nasosi oqim barqaror bo'lgunga qadar bir necha daqiqaga yoqiladi; suv magistral qu-vurga o'tadi, so'ngra sprinklerga yetib boradi hamda suv tuproq va o'simlik bo'ylab sepiladi.
a) b)
1-rasm. a) sprinkler joylashuvi: 1-idish; 2-sprinkler; b) idishlarning joylashuvi
Kristiansenning bir xillik koeffitsiyentini (CJ baholash
Kri stia nsenning Cu bir xillik koeffitsiyenti sug'orish samaradorligini aniqlashda ishla-tiladi. Shu bois Catch Can usuli natijasi Cu yordamida baholandi [1]. Har bir idishdagi o'rtacha qiymatdan og'ish miqdori quyidagkha aniqbar^ [2, 16]:
"a"
Vi
a = V[ — m; m = £ —
(2)
Bu yerda: V. - har bir idishdagi o'lchangan suv hajmi;
m - o'rtacha qiymat; n - tajribalar soni. Tadqiqot natijalari
Tajriba davomida "Impact" sprinkler turining turli balandliklar (0,5, 0,75, 1 m) va napor o'zgarishi (12, 15, 18 m suv)da oqim taqsimoti o'rganildi.
1-jadval
Sprinklerningturli balandliklarida napor o'zgarishida tarqatish diametri va bir xillik koeffitsiyentining o'zgarish natijasi
Sprinkler balandligi, h, m 1 1 1 0,75 0,75 0,75 0,5 0,5 0,5
Napor, H, m 12 15 18 12 15 18 12 15 18
Suvtaqsimoti uzunligi, L, m 11,04 11,2 11,84 11,6 12,6 14,0 14,2 14,4 14,9
Bir xillik koeffitsiyenti, Cu % 78,6 85,3 85,49 80,1 82,2 91,1 70,7 77,6 78,1
2-jadval
Sprinklerdan chiqayotgan suv sarfining konteynerlardagi miqdori
1-qator, ml 2-qator, ml 3-qator, ml 4-qator, ml 5-qator, ml 6-qator, ml 7-qator, ml 8-qator, ml
20 50 40 35 20 20 30 25
25 60 55 45 45 20 40 25
25 50 40 50 50 25 25 20
125 150 125 130 125 230 70 100
195 310 260 260 240 305 155 170
05.00.00 - ТЕХНИКА ФАНЛАРИ 05.00.00 - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 05.00.00 - TECНNICAL SCIENCES
2-rasm. Suv taqsimoti grafigi
Tadqiqot natijalari tahlili
Ushbu lbosqichda esa 0,5, 1 va 1,5 m ba-
landlikda turli napordagi Cu qiymatlari quyi-dagi jadvalga yoziladi.
3-jadval
Sprinkler suvtaqsimotining turli balandliklar va napor o'zgarishida Cu qiymatining o'zgarishi
Sprinklerbalandligi, hs, m Napor, H, m Bir xillik koeffitsiyenti, Cu, % Bir xillik darajasi
1 12 78,6 O'rtacha
1 15 85,3 Yaxshi
1 18 85,49 Yaxshi
0,75 12 80,1 O'rtacha
0,75 15 82,2 O'rtacha
0,75 18 91,1 Yaxshi
0,5 12 70,7 Barqaror
0,5 15 77,6 O'rtacha
0,5 18 78,0 O'rtacha
Olib borilgan tadqiqotlar tahlilidan (3-jad-val) ma'lum bo'ldiki, sprinklerdan chiqa-yotgan suv sarfi taqsimlanishi [4, 12] manba bo'yicha barqaror, o'rtacha va yax-shi ko'rsatkichlarga teng. Unga ko'ra sprink-
lerdan chiqayotgan suv taqsimotining sama-radorligiga 0,75 m sprinkler balandligi va 18 m naporda erishildi. Bunda sprinkler balandligi va napori uning taqsimlanishiga ta'siri borligini ko'rsatadi.
4-jadval
Sprinkler turli balandlik va turli naporlarda otish diametrining o'zgarishi
Sprinkler balandligi, hs, m Napor, H m Suv taqsimoti uzunligi, L, m
1 12 11,04
1 15 11,20
1 18 11,84
0,75 12 11,60
0,75 15 12,6
0,75 18 14
0,5 12 14,2
0,5 15 14,4
0,5 18 14,9
05.00.00 - ТЕХНИКА ФАНЛАРИ 05.00.00 - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 05.00.00 - TECHNICAL SCIENCES
65
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Napor, H [m]
3-rasm. Bir xillik koeffitsiyentining napor va sprinkler balandligi hisobiga o'zgarishi
16
15
M 14
13
12
11
y = 10,588x0,1166 14,9 R2 = 0,9161
14 y = 3,6724x0,4604 R2 = 0,9839
y = 7,21x0,1686 84 r2 = 0,8612
1
-0.75 -0.5
10
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Napor, H [m]
4-rasm. Sprinkler balandligi va napor o'zgarishi hisobiga taqsimotining uzunligi grafigi
Tadqiqotlar tahlili (4-rasm)dan 3 xil ba-landlikda (0,5, 0,75, 1 m) sprinklerlardan chiqayotgan suvning tarqalish diametri turli xil napor ta'siri natijasida o'zgarishi bo'yicha quyidagilarga erishildi.
Sprinkler balandligi 1 m bo'lganda, suv oqimi tarqalish uzunligining naporga bog'-liqligi quyidagi bog'lanish orqali ifodalanadi:
L = 10,58h0-11 (3)
Xuddi shunday tahlillar asosida 0,75 m sprinkler balandligidagi tarqalish:
L = 3,67H046 (4)
0,5 m sprinkler balandligidagi tarqalish: L = 7,21H016 (5)
Tadqiqotlarda to'plangan ma'lumotlar-ning statistik tahlili asosida [4-rasm] suv oqimi taqsimoti eng yuqori (92,39 %) bo'lgan 0,75 m sprinkler balandligiga teng bo'lganini tanlab, quyidagicha qabul qilindi:
L = 3.67H046 (6)
Aniqlangan bog'lanish (6) yordamida 0,75 m sprinkler balandligida napor o'zgarishida suv tarqalishi uzunligini hisoblash mumkin.
Xulosalar
Sprinkler sug'orish tizimi samaradorligi Kristiansenning bir xillik koeffitsiyentini aniqlash yordamida baholandi. Unga ko'-ra, sprinklerda Kristiansen bir xillik koef-fitisiyentining barqaror (65-75 %), o'rtacha (75-85 %) va yaxshi (> 85 %) qiymatlari aniqlandi. Tadqiqotlar naporning 12, 15 va 18 m qiymatlarida o'zgarishiga muvofiq, oqimning taqsimlanish uzunligi va suv sarfi o'zgarishiga ta'siri ko'rib chiqildi. Unga ko'-ra, napor kamayishida suv sarfining har 2 m naporda 30 % va suv taqsimoti uzun-ligining 10 %ga kamayishi yuzaga kelishi kuzatildi. Shuningdek, sprinkler baland-ligining o'zgarishi ham suv sarfi, ham suv
taqsimoti uzunligiga ta'siri borligi aniqlandi. Tajriba natijasiga ko'ra, sprinkler ba-landligi qancha katta bo'lsa, napor ta'sirida suv taqsimlanishi kamayishi, ya'ni har 2 m naporda 35 %ga farq qilishi tadqiq etildi. Bunda 0,5 m sprinkler balandligida 12 m naporda suv taqsimoti uzunligi 14,2 m ga teng bo'lgan bo'lsa, 1 m sprinkler balandligida 11,04 m ga, 0,75 m sprinkler balandligida 12 m naporda 11,6 m suv taqsimoti uzunligiga teng bo'ldi.
Tadqiqot natijasida to'plangan ma'lumot-lar matematik-statistik usullar asosida tahlil qilindi (korrelyatsiya koeffitsiyenti R = 0,95) va suv taqsimoti uzunligi hamda naporning ta'sirini baholovchi bog'lanish olindi.
REFERENCES
1. Keller J., Bliesner R.D. Sprinkler and trickle irrigation. An Avi Book Van Nostrand Reinhold Pun, New York, 2015, p. 651.
2. Karney B.W., Podmore T.H. Performance of stationary gun irrigation systems. Journal of irrigation and Drainage engineering, 2015, pp. 75-87.
3. Huang Y., Zhao H., Jiang Y. et al. Comparison and analysis of different discrete methods and entropy-based methods in rain gauge network design. Water Switzerland, 2019.
4. Sourell H., Faci J.M. Performance of rotating spray plate sprinklers in Indoor experiments. Journal of irrigation and Drainage engineering, 2013, October.
5. Sulaymon S.K.H. Irrigation systems and water application efficiencies. Centre for Irrigation Technology, Irrigation Notes, 2018.
6. Shearer M.N. Uniformity of water distribution from sprinklers as it is related to the application of agricultural chemicals. Water Storage Efficiency, Sprinkler System Capacity, and Power Requirements, 2019.
7. Winward T., Hill R. Catch-can performance under a line-source sprinkler Transactions of the ASABE. 2017, no. 50 (4), pp. 1167-1175.
8. Keller J, Bliesner R.B. Sprinkler and Trickle Irrigation. Chapman & Hall, New York, 2010, p. 625.
9. Natural Resources Conservation Service (NRCS). 2013. National Engineering Handbook. Sprinkle Irrigation, section 15, chapter 11.
10. Susanawati L.D, Suharto B. Design and construction of sprinkler irrigation for stabilizing apple crop in dry season. 2014.
11. Merriam J.L., Keller J. Farm irrigation system evaluation: a guide for management. Department of Agricultural and Irrigation Engineering, Utah State University, Logan, 2013.
12. Jurik E., Zelenakova M., Kaletova T., Arifjanov A. Small water reservoirs: sources of water for irrigation. The handbook of environmental Chemistry, Nitra, 2019, vol. 69, pp. 115-131.
13. Brandt M.J., Johnson K.M., Elphinston A.J., Ratnayaka D.D. Hydraulics twort's water supply. Elsevier, 2017, pp. 581-619.
14. Maroufpoor E., Faryabi A., Ghamarnia H., Moshrefi G.Y. Evaluation of uniformity coefficients for sprinkler irrigation systems under different field conditions in Kurdistan province, 2014.
05.00.00 - ТЕХНИКА ФАНЛАРИ 05.00.00 - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 05.00.00 - TECHNICAL SCIENCES
15. Fatkhulloyev A., Gafarova A., Hamrokulov J. Improvement of water accounting for irrigation systems. Proceedings of the IOP Conference, Series: Science and Engineering, 2021, vol. 1030, p. 012145. DOI: 10.1088/1757-899X/1030/1/012145/.
16. Christiansen J.E. Irrigation by sprinkling. California Agricultural Experiment Station Bulletin, Berkeley, 2013, no. 670.
17. Vakhidova U.A., Ibragimova Z.I., Apakhodzhaeva T.U. Estimation of the temperature and humidity kinetics during the passage of vaporous moisture through textile materials. Proceedings of the IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, vol. 614 (1). DOI: 10.1088/17551315/614/1/012024/.
18. Darko R.O., Yuan S., Hong L., Lui J., Yan H. Irrigation, a productive tool for food security - a review. Acta AgriculturaeScandinavica, Section B- Soil & Plant Science, 2016, vol. 66 (3), pp. 191-206.
19. Abduraimova D., Atakulov D., Ibragimova Z., Apakhodzhaeva T. Evaluation of erosion and accumulative process with using Geoinformation systems in water resource management. Proceedings of the International Conference on Information Science and Communications Technologies: Applications, Trends and Opportunities, ICISCT, 2019. DOI: 10.1109/ICISCT47635.2019.9012020/.
Xazratov A.N., texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori, dotsent, "Gidravlika va gidrotexnika inshootlari" kafedrasi, Qarshi muhandislik iqtisodiyot instituti.
Taqrizchi: