پاشش، آبپاش، شیاری، یکنواختی، نازل، خیس¬شده، رواناب، تلفات، چرخشی، بادبردگی، آبپاش¬های، اسپریرهای

خیس شده تولید شده¬اند. امروزه رایج¬ترین نوع، بوم افست با طول 10 تا 20 فوت (3 تا 7 متر) است که در یک¬دوم یا یک¬سوم انتهای لترال مورد استفاده قرار می‌گیرد. اخیراً آبپاش‌هایی با صفحات متحرک برای افزایش سطح پاشش و کاهش شدت¬پخش توسعه یافته¬اند. این آبپاش¬ها مانند آبپاش¬های چرخشی و نوسانی با کاهش تعداد جریان خروجی از آبپاش باعث افزایش سایز قطرات آب و همچنین برد پاشش می¬گردند. ضمناً یکنواختی کاربرد آب خوبی را هم حفظ می¬کنند. این آبپاش¬ها به همراه بوم¬های افستی در اسپن¬های انتهایی آبیاری، راندمان خوبی را فراهم می¬کنند.

2-4-3- الگوی پاشش آبپاش¬های کم¬فشار
در آبپاش¬های کم¬فشار، شکل الگوی پاشش بسته به فشار، سایز نازل، شکل صفحه انعکاس جریان، ارتفاع آبپاش از سطح زمین و سرعت باد تعریف می¬گردد. الگوی پاشش آبپاش و فاصله آنها از یکدیگر یکنواختی پخش را تعیین می¬کنند.
فناوری طراحی به¬دنبال بیشترین قطر پاشش و کمترین فشار کارکرد ممکن می¬باشد. شکل (3-3) الگوی توزیع آب را برای دو نوع صفحه انحراف مختلف جریان از نازل اسپریرها نشان می¬دهد. این منحنی‌ها در شرایط آزمایشگاهی در کالیفرنیا ترسیم شده است. سایز نازل¬ها، فشار کارکرد و ارتفاع از سطح زمین یکسان بوده است. بیشترین کاربرد آب در مرز دایره خیس¬شده الگوی پاشش برای صفحه 4 شیاری نشان‌دهنده قطرات بزرگتر و تأثیر کمتر باد می¬باشد. ضمن اینکه در صفحه 6 شیاری دو ناحیه دارای بیشترین کاربرد آب می¬باشد و قطر سطح خیس شده کمتر است. این امر نشان‌دهنده قطرات ریزتر آب است که برای خاک¬های مستعد به سله¬بستن مناسب می¬باشد.
خیز کاربرد آب در انتهای شعاع الگوی پاشش به¬دلیل تعداد قطرات بزرگتر آب در توزیع جریان خروجی می¬باشد. اگر خاک به¬وسیله گیاه و یا باقیمانده آن پوشیده نشده باشد، قطرات بزرگ آب باعث تجزیه و یا ترکیب غیرمتعارف ذرات خاک شده و در نتیجه باعث بسته شدن برخی درزها و ایجاد سله‌های جدید می¬شود. بسته شدن درزها و منافذ خاک باعث کاهش شدید سرعت نفوذ آب در خاک و در نتیجه ایجاد رواناب می¬گردد. خاک¬هایی که دارای درصد رس بالایی در لایه سطحی هستند به‌طور خاص تحت‌تأثیر شکل¬گیری سله می¬باشند.

جهت جلوگیری از شکل¬گیری سله، آبپاش¬های ضربه¬ای کم¬فشار با نازل¬های کنترل سایز قطرات تجهیز می-شوند. ضمن اینکه در نازل اسپریرها تعداد شیارها را جهت کاهش اندازه قطرات خروجی و انرژی ضربه¬ای وارده به خاک افزایش می¬دهند.
به‌عنوان مثال صفحه¬های 6 شیاری که در شکل (2-10) نشان داده شده است برای شرایط سرعت کم باد و در خاک‌های مستعد به سله کاربرد دارند.

فاصله از نازل (فوت)

شکل 2-10- تأثیر شکل صفحات انعکاس جریان (4 شیاری و 6 شیاری)
بر روی الگوی کاربرد آب در سطح خیس‌شده در اسپریر چرخشی

2-4-4- فشار و سایز نازل
هر آبپاشی برای کار در رنج خاصی از فشار کارکرد طراحی شده است. به‌طور کلی آبپاش‌های ضربه‌ای در گستره بیشتری از فشار نسبت به اسپریرها کار می¬کنند. برای مثال برای یک آبپاش ضربه‌ای با فشار کار بالا رنج فشار psi 40 تا psi 80 مناسب است در حالی‌که فشار مناسب برای اسپریر با صفحه نوسانی psi 10 تاpsi 40 است.
فشار و سایز نازل اندازه قطرات خروجی را تعیین کرده و اندازه قطرات خروجی بر روی الگوی پاشش تأثیر می‌گذارد. فشار بالاتر باعث ایجاد قطرات ریزتر می‌شود، در حالی‌که سایز بزرگتر نازل باعث ایجاد قطرات بزرگتر می¬شود. ضمن اینکه اندازه قطرات بر روی زاویه پاشش جریان خروجی نسبت به افق نیز تأثیرگذار است. به این ترتیب، فشار زیاد و نازل کوچک با ایجاد قطرات ریز باعث افزایش شدت‌پخش در نزدیکی آبپاش و فشار کم و نازل بزرگ با ایجاد قطرات بزرگتر باعث افزایش شدت‌پخش در نقاط دورتر از آبپاش می¬گردد.
حصول الگوی شدت¬پخش مناسب وابسته به تبعیت از سایز نازل¬های تولید شده و فشارهای توصیه شده متناظر آنهاست. با توجه به اینکه در بازه فشارهای توصیه شده، فشارهای کمتر باعث کاهش یکنواختی توزیع و فشارهای بالاتر باعث افزایش تلفات بادبردگی می‌شود، بهترین نتایج را می‌توان با استفاده از فشارهای میانی بازه-های توصیه شده بدست آورد.

قطر قطرات خروجی (اینچ)

شکل 2-11- تأثیر فشار کار بر اندازه نسبی قطرات جریان خروجی از اسپریر کم‌فشار

فشار پاشش، قطر سطح خیس‌شده و اندازه متوسط قطرات را کنترل می¬کند. با افزایش فشار، اندازه متوسط قطرات آب کاهش می¬یابد، همان‌طور که در شکل (2-11) ملاحظه می‌فرمائید اگر آبپاش در فشار طراحی کار کند، قطرات آب به‌صورت مجزا توزیع می¬شوند. شکل (2-12) موقعیت توزیع اندازه‌های مختلف قطرات آب را در محدوده پاشش آبپاش ضربه¬ای را نشان می¬دهد. قطرات بزرگتر در قطاع‌های دورتر به‌دلیل وزن و سرعتشان و قطرات ریزتر در قطاع‌های نزدیکتر توزیع می‌شوند.

اگر فشار پاشش خیلی زیاد باشد، توزیع نرمال قطرات آب تغییر می¬یابد. عموماً انرژی ذخیره شده در جریان خروجی از نازل مفرط بوده و باعث پودری شدن جریان می¬گردد. قطرات ریز آب وزن کافی برای دسترسی به نقاط دورتر سطح پاشش را ندارند. بدین معنی که آبپاشی با فشار کار بالا قطر خیس شده کمتری نسبت به فشار کار مناسب دارد.
از طرف دیگر فشار کار پایین¬تر از حد طراحی باعث تولید قطراتی بزرگتر از حد معمول می‌شود. انرژی جریان خروجی از نازل به مقدار کافی پایین می¬باشد تا ذرات به اندازه کافی خرد نشوند. علاوه بر بزرگی قطرات، انرژی کم باعث کاهش قطر پاشش می¬گردد. بنابراین فشار کار کم، منتج به بزرگی اندازه قطرات و قطر پاشش کمتر می¬گردد که در شکل سمت راست نشان داده شده است. اگر فشار کار آبپاش ضربه¬ای بیش از حد پایین باشد، چرخش بازوی متحرک متوقف شده و در نتیجه آبپاش هیچ‌گونه چرخشی نداشته و شکست جریانی نخواهیم داشت.

شکل 2-12- تأثیر فشار کار بر روی الگوی پاشش و اندازه قطرات جریان خروجی از آبپاش ضربه‌ای

2-4-5- سطح خیس¬شده و شدت¬پخش
یکی از فاکتورهای اصلی انتخاب آبپاش مناسب قطر خیس‌شده می¬باشد. قطر خیس‌شده فاصله بین آبپاش تا سطح خاک خشک در دو طرف آبپاش می‌باشد. قطر خیس¬شده به فشار کار آبپاش، زاویه پاشش نسبت به افق و ارتفاع نصب از سطح زمین بستگی دارد. بنابراین، برای هر نوع آبپاش و نازل، گسترده¬ای از قطر خیس¬شده ممکن است. قطر کم سطح خیس¬شده باعث افزایش کاربرد آب و در نتیجه پتانسیل رواناب بیشتر می¬شود.
افزایش شدت¬پخش در اسپن¬های انتهایی باعث ایجاد رواناب و در نتیجه توزیع بیش از اندازه و کمتر از حد نیاز رطوبت در خاک شده که منجر به کاهش کمیت و کیفیت محصول می¬گردد. ضمن اینکه پتانسیل آبشویی مواد مورد نیاز خاک در این نقاط افزایش می¬یابد. ذخایر سطحی آب در گودرفتگی¬های کوچک خاک باعث کاهش رواناب می¬گردد.
با ادامه آبیاری سرعت نفوذ آب در خاک کاهش می¬یابد، همچنین با گذشت فصل کشت این اتفاق می‌افتد. چرا که خاک به‌تدریج به‌دلیل برخورد خاکدانه‌ها با قطرات آب تحکیم شده و سرعت نفوذ کمتر می¬شود و رواناب افزایش می¬یابد. تقریباً در تمام خاک¬ها، غیر از خاک¬های شنی در زیر سنترها با طول یک¬چهارم مایل رواناب داریم.
شکل (2-13) تأثیر قطر خیس¬شده را بر روی رواناب سطحی و شکل (2-14) شدت‌پخش انواع آبپاش‌ها را به‌طور نسبی نشان می¬دهد. رواناب، راندمان کاربرد آب را کاهش می‌دهد.

مدت پاشش (ساعت)

شکل 2-13- پتانسیل رواناب ناشی از قطر خیس‌شده

فاصله (فوت)

شکل 2-14- مقایسه نسبی شدت‌پخش در انواع پکیج‌های آبپاش آبفشان دوار

2-4-6- صفحات انعکاس جریان
شکل صفحات انعکاس جریان تأثیر به‌سزایی بر روی الگوی پاشش دارد. صفحات مسطح قطرات ریز تولید می¬کنند که به تلفات پاشش به¬شدت حساس¬اند، مگر در فشارهای بسیار پایین (7/0 تا 1 اتمسفر). صفحات دندانه¬دار دارای شیارهای کوچک بسیار زیادی هستند و در آبپاش¬های صفحه ثابت استفاده می¬شوند. صفحات انعکاسی شیاردار دارای 4 تا 6 شیار هستند و در آبپاش¬های صفحه متحرک استفاده می¬شوند.
آبپاش¬های صفحه متحرک رایج¬ترین نوع آبپاش هستند، آنها بیشترین سطح خیس¬شده را با کمترین فشار کارکرد دارند. الگوی پاشش به تعداد شیارها، زاویه پاشش نسبت به افق و سرعت حرکت صفحات انعکاسی بستگی دارد. تعداد شیارها بر روی اندازه قطرات جریان تأثیر می¬گذارد. تعداد کمتر شیارها باعث ایجاد جریان-های بزرگتر و به تبع آن قطرات بزرگتر می¬شود که باعث پرتاب بیشتر و در نتیجه سطح خیس¬شده بیشتر می-شود. در این محدوده، زوایای پاشش بزرگتر الگوی پاشش یکنواخت‌تری را ایجاد می¬نمایند. البته عیب اصلی زاویه پاشش بیشتر افزایش حساسیت نسبت به تلفات بادبردگی است. پایین آوردن ارتفاع آبپاش باعث کاهش تلفات بادبردگی می¬شود.
تأثیر شکل صفحه و سرعت چرخش بر روی الگوی پاشش در شکل‌های زیر نشان داده شده است. صفحه 4 شیاری با زاویه پاشش 8 درجه (شکل 2-15) کاربرد آب بیشتری را در مرزهای بیرونی سطح خیس‌شده ایجاد می‌کند. الگوی پاشش همین آبپاش با صفحات 6 شیاری و زاویه پاشش 12 درجه قطرات ریزتری از جریان و پاشش بیشتری را در نزدیکی آبپاش تولید می‌کند (شکل 2-16) معروف به شکل دونات) قطرات ریزتر آب ترکیب شده با زاویه پاشش بیشتر، سطح خیس شده کوچکتری ایجاد می‌کند.
الگوی پاشش برای صفحه چرخشی سریع با 6 شیار و زاویه پاشش 12 درجه در شکل (2-17) نشان داده شده است. سرعت چرخش بیشتر باعث ایجاد یکنواختی پخش بیشتر با الگوی پاشش بیضی شکل با بیشترین کاربرد آب در نزدیکی آبپاش می¬شود.
الگوی پاشش همین آبپاش با زاویه پاشش 20 درجه، کمی افزایش سطح دارد، در حالی‌که میزان پاشش در نزدیکی آبپاش کاهش می¬یابد. الگوی پاشش برای آبپاشی با صفحه لرزان (دارای حرکات نوسانی) با 9 شیار و زاویه پاشش 15 درجه در شکل (2-18) نشان داده شده است. این الگوی پاشش به یک مخروط ناقص شباهت دارد که یک جزء اضافی بیضی شکل در نزدیکی آبپاش به آن اضافه شده است. برای الگوهای پاشش دوناتی، مانند شکل‌های (2-15) و (2-16)، الگوی پاشش تجمعی منتج از هم‌پوشانی چند آبپاش یکنواخت خواهد بود. این، حاصل میانگین تأثیر چند آبپاش بر روی یک نقطه از سطح زمین، منجر¬به یکنواختی پخش بسیار عالی می¬شود. الگوهای پاششی که از نظر شکل یکنواخت‌ترند، مانند شکل (2-18)، یکنواختی پخش عالی را با هم¬پوشانی کمتر آبپاش‌ها فراهم می‌آورند.

شکل 2-15- الگوی کاربرد آب اسپریرهای صفحه چرخشی 4 شیاری و زاویه پاشش 8 درجه

شکل 2-16- الگوی کاربرد آب اسپریرهای صفحه چرخشی 6 شیاری و زاویه پاشش 12 درجه

شکل 2-17- الگوی کاربرد آب اسپریرهای صفحه چرخشی سریع 6 شیاری و زاویه پاشش 12 درجه

شکل 2-18- الگوی کاربرد آب اسپریرهای صفحه نوسانی 9 شیاری و زاویه پاشش 15 درجه

2-4-7- ارتفاع آبپاش
برای بهبود عملکرد، اسپریرها در انتهای لوله¬های فرود جریان در زیر لترال آبفشان دوار کارگذاری شده¬اند. این کار از طریق لوله¬های صلب و یا ترکیبی از گلوگاه¬های صلب و لوله¬های منعطف نرم برای ایجاد فاصله مناسب از سطح زمین صورت گرفته است. قطر خیس¬شده بستگی به ارتفاع آبپاش از سطح زمین و سرعت جریان خروجی از نازل دارد. بنابراین هرچه ارتفاع آبپاش کاهش یابد، قطر خیس¬شده نیز کاهش می¬یابد، همان-گونه که در شکل (2-19) قابل مشاهده است.

شعاع پاشش (فوت)

شکل 2-19- تأثیر ارتفاع نصب بر روی شعاع پاشش اسپریرهای کم‌فشار با صفحه انعکاس چرخشی.
ارتفاع آبپاش کمتر از 6 فوت به¬طور محسوسی یکنواختی پخش را کاهش می¬دهد، به‌خصوص برای آبپاش-هایی که صفحات انعکاسی با زاویه پاشش کم دارند. برای گیاهان بلندتر، ارتفاع بهینه آبپاش ماکزیمم ارتفاع تاج گیاهی است. ارتفاعات بیش از 6 فوت برای آبپاش به¬طور محسوسی تلفات بادبردگی و تبخیر را افزایش می-دهد.
میانگین تلفات بادبردگی برای آبپاش¬ها در ارتفاع 3 تا 6 فوت، 3 تا 5 درصد است. به¬همین ترتیب، میزان این تلفات برای آبپاش¬هایی که بر روی آبفشان دوار در ارتفاع 12 تا 15 فوتی نصب شده¬اند، تا 10 درصد افزایش می¬یابد.
تلفات بادبردگی می¬تواند دو برابر شود، اگر سرعت باد از صفر تا 5 مایل در ساعت به 5 تا 10 مایل در ساعت افزایش یابد. برای گیاهان کوتاه، ارتفاع 6 فوتی آبپاش یکنواختی پخش خوبی را فراهم می¬آورد، درحالیکه تلفات بادبردگی را در حد معقول حفظ می¬نماید.

2-4-8- سرعت باد
باد الگوی پاشش را منحرف می¬کند و بر روی یکنواختی پخش تأثیرگذار است. تأثیر باد بر روی الگوی پاشش برای آبپاش چرخشی در شکل (2-20) ترسیم شده است. الگوی پاشش به¬شدت در جهت باد تغییر شکل داده است. بیشترین مقدار اعوجاج و تغییر در الگوی پاشش در نزدیکی آبپاش رخ داده است، چرا که قطرات ریزتر در نزدیکی آبپاش¬ها فرود می¬آیند.
شبیه‌سازی کامپیوتری الگوی پاشش مرکب آبفشان دوار اشاره دارد که یکنواختی پخش به‌طور محسوسی تا سرعت باد 10 مایل در ساعت کاهش نمی¬یابد. این نتیجه مطلوب ناشی از هم‌پوشانی آبپاش‌ها و استفاده از آبپاش¬های کم¬فشار در ارتفاع کمتر از 6 فوت می¬باشد.

شکل 2-20- الگوی کاربرد آب اسپریرهای صفحه چرخشی 6 شیاری و زاویه پاشش 12 درجه تحت‌تأثیر باد

2-4-9- انرژی جنبشی قطرات آبپاش
بسیاری از خاک‌ها، به‌خصوص خاک¬هایی که درصد قابل‌توجهی سیلت دارند، مستعد به سله‌بندی سطحی ناشی از ضربه قطرات آب هستند. نیروی