קצב יישום בטפטוף: המרת ספיקה ומרווח טפטפות לעומק מים

קצב היישום בהשקיה בטפטוף שווה למים הנפלטים בשעה חלקי השטח המשמש לחישוב. לטפטפות במרווחים שווים על קווים במרווחים שווים, הקצב הממוצע בשדה ב־mm/h הוא ספיקת הטפטפת ב־L/h חלקי מרווח הטפטפות במטרים ומרווח הקווים במטרים. הכפילו קצב זה בשעות עבודה לקבלת עומק יישום ברוטו.

קו השקיה בטפטוף שנחשף מתחת לצמחי עגבנייה לצפייה בקרקע ובאזור השורשים. הצילום אינו קובע את ספיקת הטפטפות, את המרווחים או את עומקי המים שיושמו בדוגמאות המחושבות. צילום: Pete Mortimer, USDA Agricultural Research Service.

הקושי הוא לעיתים קרובות בחירת נתוני קלט עקביים. ספיקת טפטפת וספיקה ליחידת אורך הן מפרטים שונים; מרווח הערוגות יכול להיות שונה מהמרווח בין צינורות סמוכים; ועומק מים ממוצע על כל השדה שונה מעומק המוגדר על רצועה רטובה צרה. הדוגמאות המקוריות להלן מגדירות גבולות אלה במפורש. אלה תרגילי חישוב, ולא דרישות המים של גידולים או דירוגי מוצרים.

1. זהו את מפרט הספיקה ואת השטח המחושב

תעדו אם הספיקה מוגדרת לכל טפטפת, לכל מטר קו או לכל 100 רגל של סרט. תעדו גם את הלחץ והתנאים שהדירוג חל עליהם. ספיקה נומינלית היא קלט תכנון שימושי, אך ספיקה בשדה יכולה להשתנות עם לחץ, טמפרטורה, סתימות ומצב ציוד. בדקו תפוקה בפועל בחישוב ביצועי מערכת קיימת.

ה־ מחשבון ספיקת שלוחת טפטוף של Washington State University מפריד בין ספיקת טפטפת, מרווח לאורך השלוחה ומרווח בין שלוחות. נתונים אלה מתארים פריסה סדירה. בשדה לא סדיר או בכמה סוגי קווים שונים, סכמו את הספיקות בפועל וחלקו בשטח המוגדר במפורש.

ציינו אם השטח כולל מרווחים בין שורות, שבילים או שולי סיבוב. אם יעד המים של הגידול מבוטא ליחידת שטח השדה כולו, השתמשו באותו בסיס לעומק המיושם. הוצאת שבילים מצד אחד של ההשוואה והשארתם בצד האחר משנה את העומק הנראה בלי לשנות את כמות המים.

2. חשבו את קצב היישום המטרי מטפטפות יחידות

יהי q ספיקת טפטפת ב־L/h, S_e מרווח לאורך הקו ב־m, ו־S_l מרווח סדיר בין קווים ב־m. כל טפטפת מייצגת S_e × S_l מטרים רבועים של שטח שדה. משום ש־1 ליטר על 1 מטר רבוע הוא 1 מילימטר, R = q ÷ (S_e × S_l) נותן את קצב הברוטו הממוצע בשדה ב־mm/h.

בפריסה היפותטית, q = 1.6 L/h, S_e = 0.40 m וגם S_l = 1.20 m. לכן R = 1.6 ÷ (0.40 × 1.20) = 3.333... mm/h. השטח המיוצג על ידי הטפטפת הוא 0.48 m². אין זו תחזית שהמים מתפזרים באחידות בכל שטח הקרקע הזה.

אירוע של 3 שעות בספיקה קבועה מיישם 3.333... × 3 = 10 mm ברוטו על בסיס שטח השדה הזה. מנגד, יעד ברוטו נבחר של 10 mm דורש 10 ÷ 3.333... = 3 שעות. שמרו ערכים ללא עיגול עד לתשובה הסופית; שימוש בקצב מעוגל מוקדם מדי יכול ליצור הבדלים שניתן למנוע בלוח זמנים גדול יותר.

לטפטפת תלוית־לחץ השתמשו בספיקה המתאימה לתנאי העבודה בפועל. אם הטפטפות שנמדדו שונות משמעותית, קצב ממוצע יחיד אינו מראה אילו צמחים מקבלים מעט מדי מים. השתמשו ב בדיקת שדה לאחידות הטפטוף לבדיקת החלוקה. אין להתייחס למקדם אחידות כתיקון אוטומטי לכל חישוב קצב יישום.

3. בדקו את התוצאה באמצעות ספירת טפטפות בחלקה מוגדרת

הגדירו חלקת דוגמה מלבנית באורך 60 m וברוחב 24 m, ללא שולי סיבוב נוספים. הציבו 20 קווים במרווח 1.20 m, כשהקווים החיצוניים במרחק 0.60 m מקצות החלקה. לאורך כל קו הציבו 150 טפטפות במרווח 0.40 m, כשהראשונה והאחרונה במרחק 0.20 m מהקצוות. שוליים מפורשים אלה של חצי מרווח מביאים להתאמה מדויקת בין הספירה לשטח.

יש 20 × 150 = 3,000 טפטפות. בספיקה המונחת של 1.6 L/h לכל אחת, הספיקה הכוללת היא 4,800 L/h, או 4.8 m³/h. שטח החלקה הוא 60 × 24 = 1,440 m². לכן 4,800 ÷ 1,440 = 3.333... mm/h, בהתאמה לנוסחת המרווחים. שלוש שעות מספקות 14,400 L, או 14.4 m³, המקבילים ל־10 mm על פני החלקה.

שולי שדה אמיתיים עשויים שלא להתאים לשוליים של חצי מרווח. ספרו טפטפות מותקנות או השתמשו באורך הפליטה המותקן בפועל ושמרו את השטח המתאים. אין להמציא מוצא חלקי כדי לכפות התאמת חישוב מרווחים לגבול לא סדיר. יש לתעד במפורש אורכי קווים לא שווים, טפטפות חסרות ושטחי שירות שהוחרגו.

כאשר שתי שלוחות זהות משרתות כל ערוגה חוזרת, חברו את שתיהן לפני החלוקה במרווח בין הערוגות. שתי שלוחות עם q = 1.6 L/h ומרווח טפטפות של 0.40 m מספקות 2 × 1.6 ÷ 0.40 = 8 L/h לכל מטר של אורך ערוגה. במרווח ערוגות של 1.20 m, קצב ההשקיה הממוצע בשדה הוא 8 ÷ 1.20 = 6.666... mm/h. יעד ברוטו של 10 mm דורש אז 1.5 שעות. המרחק בין שתי השלוחות בתוך ערוגה אינו המכנה לעומק ההשקיה הממוצע של הערוגה כולה.

ה־ מדריך לפריסת שלוחות בגידולי שורה מפריד בין שורות גידול, שלוחות וגישה לציוד. השתמשו בשרטוט הפריסה הסופי כקלט לחישוב, ולא בהנחה של שלוחה אחת לכל שורה.

4. המירו נכון מפרטי טפטפות וסרט ביחידות אמריקאיות

בגלונים אמריקאיים, 1 גלון שווה בדיוק ל־231 אינצ׳ים מעוקבים, ו־1 רגל רבועה היא 144 אינצ׳ים רבועים. לכן 1 גלון אמריקאי הנפרש על 1 רגל רבועה נותן עומק של 231 ÷ 144 = 1.604166... אינץ׳. כאשר ספיקת הטפטפת q ב־US gal/h ושני המרווחים ברגל, R ב־אינצ׳ים לשעה הוא (231 ÷ 144) × q ÷ (S_e × S_l).

בפריסה היפותטית נפרדת עם טפטפות של 0.45 US gal/h, מרווח טפטפות 1 ft ומרווח שלוחות 4 ft, R = 1.604166... × 0.45 ÷ (1 × 4) = 0.18046875 in/h. יישום ברוטו נבחר של 0.50 in דורש 0.50 ÷ 0.18046875 = כ־2.7706 שעות, או 166.2 דקות. תשומות אלה מתארות דוגמה שונה, ולא המרה מעוגלת של החלקה המטרית.

דירוג סרט של 0.25 US gal/min לכל 100 ft דורש מסלול קלט אחר. במרווח שלוחות של 5 ft, אורך סרט של 100 ft מייצג 500 ft². הנפח לשעה הוא 0.25 × 60 = 15 US gal. הקצב הוא (231 ÷ 144) × 15 ÷ 500 = 0.048125 in/h. יעד עומק ברוטו של 0.25 in דורש כ־5.1948 שעות, או 311.7 דקות.

הספיקה לכל 100 ft כבר כוללת את צפיפות הטפטפות בסרט. חלוקה נוספת במרווח הטפטפות תספור אותה פעמיים. מדריך אוניברסיטת מדינת קולורדו למשך ההפעלה של סרט טפטוף מבחין בין ספיקת סרט לכל 100 ft לבין מרווח בין סרטים. ודאו שהגלונים של הספק הם גלונים אמריקאיים; מקדמי ההמרה אינם חלים ללא שינוי על גלונים אימפריאליים.

צורה שקולה נוספת משתמשת בספיקה כוללת ב־US gal/min: ‏R = 96.25 × Q ÷ A, עם A ב־ft². הקבוע נובע מ־60 × 231 ÷ 144. מדריכים מסוימים מעגלים אותו ל־96.3. השתמשו בעיגול עקבי, בסוגריים מפורשים וביחידת הזמן הנכונה לספיקה; בלבול בין גלונים לשעה לגלונים לדקה יוצר שגיאה פי 60.

5. הפרידו בין עומק ברוטו, עומק שנשמר ושטח מורטב

עומק מים ברוטו שיושם מתאר נפח שנפלט מחולק בשטח שנבחר. הוא אינו קובע כמה נשאר זמין באזור השורשים הפעיל. אם משתמשים עבור אירוע וגבול אלה באומדן יעילות יישום η שהוצדק באופן עצמאי, עומק המים נטו הנשמר הוא η × עומק ברוטו, ומשך ההפעלה עבור יעד נטו שנבחר הוא t = D_net ÷ (R × η).

בשימוש בקצב המטרי 3.333... mm/h, נניח שהערכת תזמון נפרדת דורשת 9 mm נטו וש־η = 0.90 הוא הנחת פרויקט מפורשת. אז t = 9 ÷ (3.333... × 0.90) = 3 שעות, עם אספקה של 10 mm ברוטו. אין זו טענה שלכל מערכת טפטוף נצילות של 90%. אם 10 mm כבר חושב כדרישה ברוטו, אין לחלק שוב ב־0.90.

ה־ מדריך תזמון ההשקיה של אוניברסיטת המדינה של אורגון מבחין בין יעילות זרימה, יישום ומערכת. קבעו את יעד המים בפועל מתנאי השטח; מדריך ל־ET ולמאזן מים באזור השורשים מכסה את ההחלטה המקדימה הזו. זמן פעולה חשבוני אינו קובע מתי הגידול זקוק להשקיה.

בחירת השטח גורמת לטעות נפוצה נוספת. נניח שהחלקה המטרית מתוארת ברצועות הרטבה אידיאליות שאינן חופפות, ברוחב 0.30 m לאורך כל אחת מ־20 השלוחות. שטח הפנים הכולל שלהן הוא 20 × 60 × 0.30 = 360 m², רבע מהחלקה בת 1,440 m². אותם 14,400 L שווים ל־40 mm כשמבטאים אותם על פני הרצועות האלה, בעוד שהם נשארים 10 mm על פני החלקה כולה.

אף ביטוי אינו יוצר מים נוספים. 40 mm הוא חישוב נפח לשטח רצועה, ולא עלייה אחידה שנמדדה במי הקרקע. בצליות הרטבה אמיתיות משתנות לפי עומק, קרקע, שורשים, זמן וחלוקה מחדש. אל תשוו יעד גידול לכל השדה לעומק המבוסס על רצועה ואל תחילו שוב את השבר המורטב על יעד שכבר משתמש בשטח הרצועה.

6. התאימו את האומדן לתיעוד ספיקת האירוע

השתמשו בגבול המד בפועל. מד לפני שטיפה חוזרת של מסנן, שטיפות, דליפות או משתמש אחר יכול לרשום יותר מאספקת הטפטפות לחלקה. באירוע היפותטי, סך המד הוא 14.9 m³, ומתוכו 0.5 m³ שנמדדו בנפרד הלכו לשטיפה מחוץ לחלקת החישוב. ללא משיכות אחרות, דליפה או שינוי נטו באגירת הצינור, אספקת הטפטפות המשוערת היא 14.9 − 0.5 = 14.4 m³, או 10 mm על פני 1,440 m².

חלוקת מלוא 14.9 m³ בשטח החלקה תיתן כ־10.35 mm ותייחס להשקיה את מי השטיפה שיצאו מחוץ לחלקה. מנגד, אם השטיפה מתרחשת בתוך הגבול שנבחר ותורמת למים בקרקע, תעדו לאן המים הגיעו במקום להפחית אותם אוטומטית. השתמשו ב־ מדריך לפולסים ולנפח של מד ספיקה לאימות המרת נפח נמדד.

עבור ספיקה משתנה, חשבו את סכום הנפח של כל פרק זמן במקום להכפיל קריאת ספיקה סופית במשך האירוע כולו. תעדו מילוי וניקוז כאשר הם משנים את הנפח המגיע לטפטפות בתוך פרק החשבונאות. ממוצע המבוסס על מונה נשאר ממוצע: דליפה או ספיקה בלתי אחידה של טפטפות יכולות להתקיים לצד סך אירוע שנראה תקין.

7. השתמשו בגיליון עבודה שניתן לחזור עליו לפני שינוי משך ההפעלה

שמרו יחידות קלט וחישובים לא מעוגלים עם משך הבקר הסופי. בדקו אם היישום המתקבל יכול לחדור ולהישאר באזור השורשים המיועד בתנאים בפועל. קצב ממוצע נמוך בשדה אינו שולל הצטברות מים מקומית ליד טפטפת. פצלו אירועים רק כשיש לכך הצדקה מתצפיות השטח ומרצף העבודה ההידראולי, תוך התחשבות במילוי וניקוז חוזרים.

8. שאלות על קצב היישום בהשקיה בטפטוף

האם מרווח טפטפות קטן יותר תמיד מגדיל את קצב היישום?

בספיקה ללא שינוי לכל טפטפת ובמרווח קווים ללא שינוי, הדבר מגדיל את הקצב הממוצע המחושב בשדה. אך כשהמפרט של סרט כבר נותן ספיקה ליחידת אורך, השתמשו בדירוג בפועל; אל תניחו שהספיקה הבודדת נשארה ללא שינוי בין מוצרים.

האם אפשר להשתמש במרווח בין שורות הגידול במקום במרווח בין שלוחות הטפטוף?

רק כשהפריסה בפועל הופכת אותם לשקולים. עם שתי שלוחות לערוגה או שלוחה אחת המשרתת כמה שורות גידול, חשבו אורך מטפטף כולל או מספר טפטפות על פני שטח הערוגה החוזר. תווית שורת הגידול לבדה אינה מספיקה.

האם אירוע השקיה מחושב של 10 mm ממלא מחדש את אזור השורשים ב-10 mm?

לא בהכרח. עשרה מילימטרים ברוטו מתארים נפח מים שנפלט על פני השטח המחושב. נגר, אידוי, חלחול מתחת לשורשים, אי־אחידות ומצב הקרקע ההתחלתי משפיעים על המים הנשמרים ועל נגישותם לגידול. בדקו את תגובת הקרקע לצד חישוב הנפח.