Sulama Tesisatı Projelendirmesi ve Sulama Hesapları

Sulama tesisatı projelendirme aşamaları, çizim teknikleri ve sulama tesisatı hesabı ile ilgili adımlar detaylı bir şekilde açıklanmıştır.

Yağmurlama sulama tesisatı sistemlerinde projenin başarılı, ekonomik ve su dağılımının üniform olabilmesi için hidrolik dizaynının doğru yapılması gerekir.

Yağmurlama sulama sistemlerinden herhangi birisine karar verilirken seçimi sınırlayan bazı önemli etmenler vardır. Bunlar su kaynağının kapasitesi, arazinin büyüklüğü, şekli ve eğimi ile çiftçinin ekonomik durumudur.

Eğer eldeki mevcut su miktarı sulanacak alanda ekili bitkilerin ihtiyacını tam anlamı ile karşılamıyorsa, seçilecek sulama yöntemi sulama suyunu en randımanlı kullanan yöntem olmalıdır. Ülkemizdeki ortalama tarım arazilerinin büyüklüğü 1 dekar ile 50 dekar arasında değişmektedir. Bunun yanında araziler dağınık bir yapıdadır. Bundan dolayı bu tür arazilere önerilebilecek en uygun yağmurlama sulama yöntemi yarı taşınabilir yağmurlama sulama sistemidir. Bu sistemde su kaynağı hariç tüm yağmurlama ekipmanları bir tarladan diğerine taşınabilmektedir.

Üretici böyle bir sistemi tercih edeceği zaman, su kaynağının en kıt olduğu zamana, en çok su ihtiyacı olan arazi büyüklüğüne ve ekilecek bitkiler içerisinde günlük su tüketimi en yüksek olan bitkiye göre planlama ve projelendirme yapılmalıdır.

Diğer yandan su kaynağının kapasitesi ve sulanacak arazinin büyüklüğü, istenilen şartları sağlıyorsa böyle yerlerde hareketli yağmurlama sistemlerinden birisi önerilebilir. Çünkü büyük alanların sulanmasında elle hareket ettirilen yarı taşınabilir yağmurlama sisteminin kullanılması durumunda, işçilik ve enerji giderleri çok yüksek olmaktadır. Ayrıca sistemin yer değiştirmesi sırasında da birçok olumsuzluklar ortaya çıkabilmektedir. Bundan dolayı büyük alanlarda yağmurlama makinelerinin kullanılması bir anlamda zorunluluk arz etmektedir.

Yağmurlama Sulama Tesisatı Sistemlerinin Projelendirilmesi

Bir yağmurlama sisteminin projeleme ve işletme yönünden yeterliliğini saptamak amacıyla aşağıda belirtilen beş temel etmen kontrol edilmelidir.

1. Yağmurlama hızı: Su, hiçbir zaman toprağın su alma hızının üstündeki bir yağmurlama hızıyla uygulanmamalıdır. Ayrıca, fazla miktarda oluşacak buharlaşma kayıplarını önleyebilecek yeterlilikte olmalıdır. Yani yağmurlama hızı hafif toprakta 25 mm/saat, tınlı toprakta 8-16 mm/saat ve killi toprakta ise 2-8 mm/saat değerlerini geçmemelidir.

2. Su uygulama derinliği: Bir sulamada uygulanacak su derinliği miktarı, toprağın su tutma kapasitesinin üstünde olmamalıdır. İhtiyaçtan daha fazla miktarlar, yalnızca zararlı tuzları topraktan uzaklaştırmak amacıyla yıkama yapıldığında uygulanmalıdır.

3. Sistem kapasitesi: Sistem unsurları, bitkinin sulama suyuna en fazla gereksinim duyduğu dönemdeki miktarı sağlayabilecek kapasitede olmalıdır.

4. Eş su dağlımı: Su dağılım eşitliği, hemen hemen tüm sulama tesisatı sistemlerinde projeleme kriteri olarak kullanılmaktadır. Su, toprak yüzeyine olanaklar oranında eş bir dağılımla uygulanmalıdır (Christiansen eş dağılımı %84’ün üzerinde olmalıdır).

5. Bitki zararlanması: Su, bitkiye fiziksel olarak zarar vermeyecek bir biçimde verilmelidir.

6. Günlük su tüketimi: Bitkilerin ihtiyaç duydukları suyun yağışlarla karşılanamayan kısmı sulama ile toprağa verilmektedir. Bitki su tüketimi, toprak yüzeyinden olan buharlaşma ve bitki yapraklarından olan terleme miktarlarının toplamıdır, derinlik cinsinden mm ile ifade edilir. Bitkinin tükettiği su miktarı, bitki cinsine ve iklim koşullarına göre değişir. Sıcaklık arttıkça, bitki su tüketimi artar. Rüzgâr hızı arttıkça, bitki su tüketimi artar. Güneşlenme süresi arttıkça, bitki su tüketimi artar. Bağıl nem arttıkça, bitki su tüketimi azalır. Bitkinin tükettiği su miktarı her ay değiştiği için, bitkiye verilmesi gereken su miktarı da her ay farklı olmalıdır. Tablo 6 ve Tablo 7’da örnek olarak Konya ve Urfa yörelerimiz için aylık su tüketim değerleri sunulmuştur. Farklı bitkiler için maksimum su tüketimi bu kitapçığın sonunda Tablo 5’de verilmiştir.

7. Tüketilmesine izin verilen kullanılabilir su miktarı (MAD): Genellikle kullanılabilir su miktarı %50’ye düşünce sulamaya başlanır. Bu oran bitki türüne bağlı olarak değişir ve toplu olarak Tablo 4’de verilmiştir. Bitkiler solma noktasını geçtikten sonra da topraktan su almaya devam etseler de toprağın nem içeriğindeki azalmaların bir sonucu olarak bitkinin terleme oranı iyice düşmekte, bitki strese girmekte ve bu durum bitkiden kaliteli ve yüksek verim alımını engellemektedir.

8. Lateral ve yağmurlama başlıklarının yerleştirme aralıkları: Yağmurlama sulama tesisatı sistemlerinde pek çok çeşit yağmurlama başlığı kullanılmaktadır. Bu yağmurlama başlıklarının performans değerleri de birbirlerinden farklılık göstermektedir. Bu yağmurlama başlığı genellikle 12 m x 12 m aralıklı olarak yerleştirilmektedir. Ancak bazen 15 m x 15 m sistemi de kullanılmaktadır. 360° dönen bir yağmurlama başlıklarına ait tipik değerler Çizelge 2’de verilmiştir.

Üçgen tipi yerleştirme sisteminde yerleştirmede, yağmurlama başlıkları arası mesafe birbirlerine eşittir. Bu sistemde yağmurlama başlıklarının ıslak alanları birbirlerini kısmen örter. Dolayısı ile yağmurlama başlıkları aralıkları dikdörtgen ve kare tiplere göre daha fazla olabilir. Bu tip tertip biçimleri daha ziyade sabit sistemlerde kullanılır.

Kare ve dikdörtgen tertip sistemi taşınabilir ve yarı taşınabilir sistemlerde yaygın olarak kullanılır. Kare tiplerde yağmurlama başlıkları ile lateraller arası mesafe birbirine eşittir (L = S). Dikdörtgen tertip sistemi daha ziyade yüksek rüzgar hızına sahip alanlarda yaygın olarak kullanılır.

Yağmurlama sulamada, rüzgarın sulamanın uniformluğu üzerine olumsuz bir etkisi vardır. Rüzgarlı havalarda yapılacak sulama esnasında bu özelliğin göz önüne alınması gerekmektedir. %75-80 olan yağmurlama sulama verimliği, rüzgarın her 7.5 km/saat’lik hızı için %5 azalmaktadır. Yüksek rüzgar hızı, su uygulama ve su dağılımını olumsuz etkiler. Genel olarak rüzgar hızı 3,5 m/saniye’nin üzerinde ise yağmurlama sulama tesisatı tercih edilmemelidir.

Yüksek sıcaklık durumunda yağmurlama sulama tesisatı yapılması, başta buharlaşma ile su kayıplarını artırır ve günün sıcak saatlerinde de yağmur damlaları yapraklar üzerinde mercek etkisi ile yakmalara neden olabilir. Bu nedenle, sıcak yörelerde günün serin saatlerinde ya da gece sulaması tercih edilmelidir.

9. Pompa çıkış basıncının hesaplanması: Etkili bir sulama yapmak için gerekli pompa basıncı şu şekilde hesaplanır:

Ppompa(bar)=Pyükseklik(bar)+Psürtünme(bar)+Pyağmurlama çıkış basıncı (bar)

Ppompa : Pompa çıkışındaki basınç olup (bar) cinsinden bulunur.

Pyükseklik: Pompa ekseni ile suyun basılacağı yükseklik farkı göz önüne alınarak hesaplanır; her 10 m yükseklik için 1 bar (=1 kg/cm²) basınç göz önüne alınır.

Psürtünme: Suyun akışı esnasında düz borularda su ile boru iç yüzeyi arasındaki sürtünmeden dolayı oluşan basınç kaybıdır. Borularda oluşan sürtünme kayıpları hesaplanabileceği gibi çizelgelerden veya tablolardan da bulunabilir.

PYerel: Suyun akışı esnasında sistem üzerinde bulunan dirsek, TE, istavros, abot, vana ve benzeri bağlantı ve ek parçalar suyun akışını zorlaştıracağından bu parçalarda basınç kayıpları oluşur.

PYağ. başlığı: Yağmurlama başlıklarının etkili çalışması için gerekli basınç olup bu çalışma basıncı başlığının türüne bağlı olarak genellikle 2 –5 bar arasında değişir.

Sürtünme kaybı: Bu kayıp; suyun boru içinde akışına bağlı olarak su ile boru arasında oluşan sürtünmeden kaynaklanan bir basınç kaybıdır.Bu kayıp şu şekilde hesaplanır.

Sulama Tesisatı Hesabı Örnekler

Örnek: 1200 m uzunluğunda ve 100 mm iç çapında bir polietilen boru 8 litre/saniye’lik su taşımaktadır. Boruda oluşan sürtünme kaybını hesaplayınız.

Psürtünme= 10,78 * 109 (8/145)1,852 * 1/10004,852 * 1200 = 11,95

Böylece bu boruda sürtünmeden dolayı oluşan kayıp 11,95 m /10 =1,195 bar elde edilir.

Yerel Basınç Kaybı: Bu kayıp; ana ve lateral boru hattı boyunca kullanılan ek parçalardan kaynaklanan basınç kaybıdır ve aşağıdaki bağıntı ve Çizelge 4 kullanılarak hesaplanır.

Hl = ∑Kl. V² / 2.g

Örnek: Üzerinde 15 abot, 1 adet tam açık küresel vana, 1 geniş açılı dirsek ile 2 adet TE bulunan bir lateraldeki suyun hızı 1.5 metre/saniye olduğuna göre sistemde lokal sürtünme sonucu oluşan basınç kaybını hesaplayınız

Çizelge 4’den abot için l K = 1.2, küresel vana için l K = 0.05, geniş açılı dirsek l K = 0.3, ve TE için l K = 1.2 alınırsa;

Hl = ∑Kl. V² / 2.g = (15*1,2 + 0,05 + 0,3 +2 *1,2)*1,5² / (2* 9,81) = 2,38 metre

Böylece bu boruda ek parçalardan dolayı oluşan kayıp 2,38 m /10 =0,238 bar elde edilir.

10. Pompa ve pompa motoru gücünün hesaplanması : Etkili bir sulama yapmak için gerekli pompa gücü Beygir Gücü (BG) şu şekilde hesaplanır:

N = 0,134 * Q * P / ( np * nm)

veya kilowat (kW) olarak;

N = 98,1 * Q * P / ( np * nm)

şeklinde hesaplanır. Ortalama pompa verimliliği %60-70 arasında alınabilir. Küçük pompalarda ise verim %40’a kadar düşebilir. Birkaç bin beygir gücündeki pompalarda verim %85’e kadar çıkabilir. Pompa motoru verimlilikleri (nm)ise Çizelge 5’deki gibidir.

Çizelge 5. Pompa motoru ve pompa verimlilikleri

Çizelge 4. Ek parçalarda oluşacak lokal basınç kayıp katsayıları

11. Boru çaplarının hesaplanması: Tüm yağmurlama başlıklarında gerekli basınç elde etmek için uygun bir boru çapı belirlemek önemlidir. Düzgün ve üniform bir yağmurlama elde etmek için sistemin başındaki yağmurlama başlığı ile sondaki başlık arasındaki basınç farkı %20’yi geçmemelidir. Bu basınç farkı %20’yi geçerse daha büyük çaplı bir boru kullanılmalıdır. Ayrıca o şekilde bir boru çapı seçilmelidir ki boru içindeki suyun akış hızı 2.0 m/saniye’yi geçmemelidir. Boru çapına bağlı olarak bir hattan geçecek olan maksimum su miktarı Çizelge 6’da verilmiştir.

Çizelge 6. Plastik borulardan geçecek olan hidrolik açıdan ekonomik maksimum su miktarları.

Bir borudaki suyun akış hızı şu şekilde hesaplanır:

Örnek: Küçük bir dizel motor ile çalışan pompa 2 litre/saniye debisindeki suyu kanaldan çekerek 3 m’lik bir yüksekliğe basmaktadır. Pompa verimliğini %50 ve motor verimliğini %20 kabul ederek gerekli motor gücünü hesaplayınız?

12. Toplam lateral durak sayısı

Anahat Üzerindeki Toplamı Lateral Durak Sayısı = Laterallerin Toplam Uzunluğu (m) /  Lateraller Arası Uzaklık (m)

13. Günlük toplam lateral durak sayısı

Günlük Toplam Lateral Durak Sayısı (adet/gün)=  Toplam Lateral Durak Sayısı (adet) / Sulama Aralığı(saat gün)

14. Sulama randımanı: Sulama randımanı; bitkinin tükettiği su miktarının su kaynağından alınan su miktarına oranıdır. Sulama randımanı sıcak ve kurak iklimlere göre değişmekle birlikte %70-75 arası alınabilir.

15. Her durakta sulama süresi

Her Durakta Sulama Süresi (saat) = dl / Iy

16. Bir lateralin günlük durak sayısı

Bir lateralin günlük durak sayısı (adet) = Çiftçinin günlük çalışma süresi(saat/gün) / Her durakta çalışma süresi (saat)

17. Lateral gereksinimi

Lateral gereksinimi (adet) = Günlük Toplam Lateral Durak Sayısı (adet) / Bir Lateralin Günlük Durak Sayısı (adet)

18. Bir lateral üzerindeki başlık sayısı

Bir lateral üzerindeki başlık sayısı (adet)= Lateral uzunluğu(m) / Başlıklar arası uzaklık(m)

19. Uygulanacak maksimum net sulama suyu

dn=MAD * Pw * AW * Drz

20. Başlığın yağmurlama (infiltrasyon) hızı

Iy= 1000 *q * 3,6 / (L1 * L2)

bu bağıntıdan hareketle her bir yağmurlama başlığının debisi;

q=Iy * L1 * L2 / (1000 * 3,6)

q = C * a * √ 2 * g * h

21. Yağmurlama baişlığı ıslatma yarıçapı: Yağmurlama başlığının ıslatma yarıçapı aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir;

R = 1,35 * √ d * h

Maksimum ıslatma yarıçapı su jetinin yağmurlama başlığından 30-32°açılı olarak terk etmesi durumunda gerçekleşir.Doğru bir yağmurlama için damlacıkların büyüklüğü önemlidir.Yağmur damlacıkları toprağa çarptığında onu dağıtacak büyüklükte olmalıdır. Bu yüzden damlacıkların büyüklükleri ne çok büyük ne de çok küçük olmalıdır. Damlacıklar çok büyük olduklarında da çarptığı toprağı sıkıştırıp toprağın su emme hızını azaltabilir. Memeden püskürtülen su jeti havada parçalanarak yağmurlama damlacıklarına dönüşür. Bu parçalanma meme basıncıyla birlikte artar.Yağmurlama başlığından çıkan su jetinin parçalanma indeksi pd aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir.

pd = h * (10 * q)0,4

İdeal damlacık çapı, parçalanma indeksi p