Γεωργική ΥδραυλικήΓεωργική ΥδραυλικήΑρδεύσειςΑρδεύσεις

Σ ΑλεξανδρήςΣ ΑλεξανδρήςΣ. ΑλεξανδρήςΣ. Αλεξανδρής

Περιγραφή ΜαθήματοςΠεριγραφή Μαθήματος

•Σχέσεις εδάφους–νερού•Σχέσεις μάζας όγκου των συστατικών του εδάφουςΕδ ή ί ό

•Ανάγκες των καλλιεργειών σε νερό.•Στοιχεία ροής σε ανοικτούς και κλειστούς αγωγούς.

•Εδαφική υγρασία, τρόποι έκφρασης

Χ ή ύλ ί

ε σ ούς αγωγούς•Συστήματα άρδευσης•Κριτήρια επιλογής μεθόδου άρδευσης. Επιφανειακή άρδευση

•Χαρακτηριστική καμπύλη υγρασίας•Φορτίο πίεσης •Διαθέσιμη και ωφέλιμη υγρασία, δόση άρδευσης

ρ ης φ ή ρ η•Τεχνητή βροχή•Συλλογικά δίκτυα τεχνητής βροχής •Μέθοδοι τοπικής άρδευσης.

δόση άρδευσης•Μέτρηση της υγρασίας και του φορτίου πίεσης.•Αρχές κίνησης του νερού στο

•Περιβαλλοντικές επιπτώσεις άρδευσης. Οικονομικότητα των αρδεύσεων

ά ά ώΑρχές κίνησης του νερού στο έδαφος •Ποιότητα του νερού άρδευσης

•Ανάγκη στράγγισης γαιών.

Οι μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού οφείλονται στο ότι το μόριο

Το νερό και οι ιδιότητές τουΟι μοναδικές φυσικοχημικές ιδιότητες του νερού οφείλονται στο ότι το μόριο του:

•Είναι πολύ μικρόΕί λ ό•Είναι πολικό

•Μεταξύ των μορίων του σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου.

το νερό είναι η μοναδική συνηθισμένη ουσία πουτο νερό είναι η μοναδική συνηθισμένη ουσία που όταν παγώνει διαστέλλεται, αντί να συστέλλεται

Ιδιότητες του εδάφουςΙδιότητες του εδάφουςΥφήΥφή

Οι σχετικές αναλογίες των διαφόρων μεγεθών των μεμονωμένων σωματιδίων του εδάφους. Η Υφή του εδάφους εξαρτάται από το ποσό του

άθ έθ ό δί έδκάθε μεγέθους των ανόργανων σωματιδίων στο έδαφος. Επηρεάζει την κίνηση και την αποθήκευση του νερού

Συνοχή Περιγράφει τη γενική οργάνωση του εδάφουςΠεριγράφει τη γενική οργάνωση του εδάφους

Χωρίς Συνοχή – Εύθρυπτο - Συνεκτικό- Πολύ συνεκτικό

∆ομήπώς τα σωματίδια του εδάφους είναι ταξινομημένα μεταξύ τους και πώςπώς τα σωματίδια του εδάφους είναι ταξινομημένα μεταξύ τους και πώς

αυτά ομαδοποιούνταιΗ δομή του εδάφους επηρεάζει την διείσδυση των ριζών και

επομένως την πρόσληψη και κίνηση του νερούεπομένως την πρόσληψη και κίνηση του νερού

Υφή του εδάφους – Κοκομετρική Σύσταση

Κατάταξη USDA (United States Department of Agriculture)

Σχετικό συγκριτικό μέγεθος των εδαφικών σωματιδίων

Άμμος

0.05 - 2.00 mmΙλύς

0.002 - 0.05 mmΆργιλος

< 0 002 mm< 0.002 mm

USDA Textural Triangle

S, sandLS, loamy sandSL sandy loamSL, sandy loamL, loamSiL, silt loamSCL, sandy clay loamCL, clay loamSiCL silty clay loamSiCL, silty clay loamSC, sandy clayLiC, light claySiC, silty clayHC, heavy clay.

∆ιαπερατότητα εδαφών

∆ιαπερατότητα είναι η ιδιότητα των εδαφών να επιτρέπουν την κίνηση του νερού διαμέσου της πορώδους μάζας τους

Ν ό

την κίνηση του νερού διαμέσου της πορώδους μάζας τους.

Νερό Νερό

Νερό

Μεγάλη διαπερατότητα Μικρή διαπερατότητα

Πορώδες εδάφους σε διάφορες υγρασιακές καταστάσεις

Υγροσκοπικό νερόδεν μπορεί να προσληφθεί

Υδατοικανότητα Κατάσταση εδαφικού

ΚορεσμόςΤο εδαφικό πορώδες

από τα φυτά.Κατάσταση εδαφικού πορώδους στο «σημείο μάρανσης» (Ξηρό έδαφος)

πορώδους με ευνοϊκή υγρασία για τα φυτά. (Λίγο μετά την άρδευση)

είναι γεμάτο από νερό. (∆εν υπάρχει αέρας στο πορώδες)

μάρανσης» (Ξηρό έδαφος)

Στερεά σωματίδιαεδάφους

κενοί χώροι (πόροι)

Υγροσκοπικόνερό Νερό στο

πορώδες ρ ς

Σχέσεις Μάζας Όγκου των συστατικών του εδάφους

ΟΓΚΟΣ ΜΑΖΑΈδαφος είναι το αποσαθρωμένο και κατακερματισμένο

ΑΕΡΑΣ Mα

Mπ

Vα

Vπ

κατακερματισμένο εξωτερικό στρώμα της γήινης επιφάνειας και αποτελεί ένα

ΝΕΡΟ

M

Mυ

V

Vυετερογενές σύστημα τριών φάσεων:

MοVoΣτερεά(Εδαφικά σωματίδια)

ΣΤΕΡΕΑ ΣΤΕΡΕΑ Ε∆ΑΦΟΥΣΕ∆ΑΦΟΥΣ MσVσ

Υγρή(Εδαφικό διάλυμα)

Αέρια(Εδαφικός αέρας)

Η ετερογένεια έγκειται στις διαφορετικές ιδιότητες των τριών φάσεων.

Πυκνότητα εδάφους

Φαινομενική Πυκνότητα εδάφους

M M Moo

o

M M MV V V V

M MΦαινομενική Πυκνότητα στερεών (Bulk Density)

bo

M MV V V V

3

gcm

≈ [1.1 – 1.7]o c

Πραγματική Πυκνότητα Στερεών (Particle Density)

gM 2 6 2 7 2 65

ρ γμ ή η ρ ( y)

3cmV

2.6 2.7 2.65

Πορώδες εδάφους (Π)

V V V

o oV V

Vόγκος πορώδους V Συνολικός όγκος εδάφους V

όγκος αέρα V

b Τυπικές τιμές : [25 – 60]% b1 100 %

Φαινομενική Πυκνότητα στερεών (Bulk Density)b Πραγματική Πυκνότητα Στερεών (Particle Density)

Το νερό στο έδαφοςΤο νερό στο έδαφος

Υγρασία κατά μάζα (Mass water content) v

wMM

2gr H Ogr of dry soil

Μάζα στερεών συστατικών του εδάφους

Mg y

M M ( 24 hours →105oC)Μάζα νερού του εδάφουςM

Υγρασία κατά Όγκο (Volume water content)

V 3

2cm H O

Υγρασία κατά Όγκο (Volume water content)

Έδαφος στον κορεσμόv

oV 2

3

Ocm soil

v s φ ς ρ μ

V V VΛόγος κενών χώρων

V V VV V

V V Βαθμός κορεσμού [ 0 1]V V V

Βαθμός κορεσμού [ 0 - 1]

Υ ί ό θoV V V (V 0) Υγρασία στον κορεσμό θs

Κατ όγκο υγρασία εκφρασμένη Ισοδύναμο ύψος νερού (d)

v vV I A I I DV D A D

vI D

I = ισοδύναμο ύψος νερού της εδαφικής στρώσηςD = βάθος (πάχος) εδαφικής στρώσης

oV D A D

A = Επιφάνεια εδαφικής στρώσης

ΙΑ

D=8 mm

Ι

D=8 mm

Εάν η μέση υγρασία του εδάφους είναι θv =0.15 τότε το ισοδύναμο ύψος νερού στην στρώση των 8 cm θα είναι:στην στρώση των 8 cm θα είναι:

vI D 0.15 8 mm 1.2 mm

ΤΡΙΧΟΕΙ∆ΗΣ ΑΝΥΨΩΣΗ _1

Η αιτία που προκαλεί την ανύψωσητου νερού στον τριχοειδή σωλήνα είναιη επιφανειακή τάση.

F

F

Τ ό δ ύ

Το φαινόμενο του τριχοειδούςσυμβαίνει στο επίπεδο των μορίων καιπεριλαμβάνει δύο ειδών μοριακέςδυνάμεις: τις δυνάμεις συνάφειας οιδυνάμεις: τις δυνάμεις συνάφειας οιοποίες είναι οι ελκτικές δυνάμεις πουαναπτύσσονται μεταξύ μορίωνδιαφορετικών ουσιών και τις δυνάμειςδιαφορετικών ουσιών και τις δυνάμειςσυνοχής, οι οποίες είναι οι ελκτικέςδυνάμεις μεταξύ μορίων της ίδιαςουσίαςουσίας.

P 02P P 2P

ΤΡΙΧΟΕΙ∆ΗΣ ΑΝΥΨΩΣΗ _2

P 0P PR P

R

rr R rR

P gH 2Pr

r

2H Hg r

ΕΝΝΟΙΕΣ ∆ΥΝΑΜΙΚΗΣ ΤΟΥ Ε∆ΑΦΙΚΟΥ ΝΕΡΟΥ

Η ταχύτητα ροής του εδαφικού νερού εξαρτάται από:Η ταχύτητα ροής του εδαφικού νερού εξαρτάται από:

1. Η δύναμη που επιδρά σε ένα στοιχειώδη όγκου νερού

2 Η αντίσταση του πορώδους στην μετακίνηση αυτού του όγκου

•Η δύναμη της βαρύτητας

2. Η αντίσταση του πορώδους στην μετακίνηση αυτού του όγκου

Η δύναμη της βαρύτητας•Η δύναμη που οφείλεται σε διαφορά υδροστατικής πίεσης

Ολικό δυναμικό εδαφικού νερού

∆υναμικόΠίεσης

∆υναμικό

Πίεσης

∆υναμικόΒαρύτητας

Το παραγόμενο έργο είναι: BW g dV z W P dA P (dV)

Υδραυλικό φορτίο (h)

ρ γ μ ργ BW g dV z

Ανά μονάδα όγκου είναι: BB

W g zdV

W P dA P (dV)

W PdV

dV Pz gz P

P

P

gz Pg g g

H h z H Φορτίο

πίεσης ΥδραυλικόΦορτίο

z 0 Pφορτίο

βαρύτητας z 0P g H

P

Νόμος του Darcy1 2H HQ K A (1)

Q K A (1)

Q:Ποσότητα νερού που διέρχεται από την κατακόρυφη στήλη μεεπιφάνεια διατομής Α και μήκους ℓ

Η Η Φ ί ί ί δ έξ δ ήλΗ1,Η2: Φορτίο πίεσης στην είσοδο και στην έξοδο της στήληςαντίστοιχα

ΣτήληΚ: Υδραυλική αγωγιμότητα (συντελεστής που εξαρτάται από τηνπερατότητα του πορώδους μέσου)ή η

με άμμο

ρ η ρ ς μ )

1 1 1h H z 2 2 2h H z 1 2z z

Αντικαθιστώντας τις παρακάτω σχέσεις που προκύπτουν από τοσχήμα στην (1)

1 1 1 2 2 2 1 2

Έχουμε: 1 2

1 2

h h hQ k A k Az z z

hhz

Κλίση του υδραυλικού φορτίου

Η κλίση του υδραυλικού φορτίου είναιδιάνυσμα με κατεύθυνση κατακόρυφηQ hu K

A z

διάνυσμα με κατεύθυνση κατακόρυφηπρος τα άνω και συνεπώς τοαρνητικό σημείο υποδηλώνει ότι ηκατεύθυνση της ταχύτητας ροής έχειαντίθετη φορά με την αύξηση του h

u = ταχύτητα ροής

σημείο αναφοράς φορτίου βαρύτητας

z=0u = ταχύτητα ροής

z

Όρια εφαρμογής του νόμου του Darcy

Re 1Ομαλή ροή Re<1

Α

u k h d

Ομαλή ροή Re<1

Αu

1 Re 10 Τυρβώδης ροή Re>10

ddRe

slope

ρ: πυκνότητα υγρούμ: ιξώδες ρευστούu : ταχύτητα ροήςd : ολική διάμετρος ροής

h d

d : ολική διάμετρος ροής

Ο ό D ύ θ ό R ld R 1 10Ο νόμος του Darcy ισχύει για αριθμό Reynolds Re < 1-10