Carte Irigatii [PDF]

Zitiervorschau

CORNELIU CISMARU, VICTOR GABOR

IRIGAŢII AMENAJĂRI, REABILITĂRI ŞI MODERNIZĂRI

CUPRINS 1. Introducere 1.1. Rolul şi importanţa irigaţiei 1.2. Dezvoltarea irigaţiilor şi situaţia actuală la nivel mondial 1.3. Dezvoltarea irigaţiilor în România, situaţia actuală şi perspective 1.4. Concepţii strategice actuale privind dezvoltarea irigaţiilor 1.5. Sistemul de irigaţie: părţi componente 1.6. Tipuri de amenajări şi metode de irigaţie 2. Studii şi analize pentru lucrările de irigaţii 2.1. Studii climatice 2.2. Condiţiile de relief 2.3. Studiul surselor de apă 2.3.1. Stabilirea potenţialului surselor de apă 2.3.2. Calitatea apei de irigaţie 2.4. Condiţiile pedologice 2.5. Condiţiile hidrogeologice 2.6. Condiţii geologice şi geotehnice 2.7. Culturi irigate 2.8. Capitalul şi forţa de muncă disponibile 2.9. Cerinţele energetice 2.10. Studii privind impactul amenajărilor de irigaţii asupra mediului 3. Cerinţele de apă pentru irigaţii 3.1. Introducere 3.2. Consumul de apă al culturilor agricole 3.2.1. Determinarea ETP şi ET0 3.2.2. Determinarea evapotranspiraţiei reale maxime 3.3. Regimul de irigaţie 3.4. Calculul cerinţelor lunare şi sezonale de irigaţie pe baza bilanţului hidric (pentru proiectarea amenajărilor) 3.5. Regimul de irigaţie al orezului 3.6. Determinarea debitelor specifice de dimensionare 3.7. Debitele specifice pentru irigarea orezului 4. Schemele hidrotehnice pentru aducţiunea apei de irigaţie 4.1. Cerinţe de concepţie şi proiectare 4.2. Scheme hidrotehnice gravitaţionale 4.2.1. Lungimea canalului de aducţiune în cazul schemelor gravitaţionale 4.2.2. Exemple de scheme hidrotehnice gravitaţionale 4.3. Scheme hidrotehnice cu o singură treaptă de pompare 4.4. Scheme hidrotehnice cu pompări zonale pe mai multe terase 4.5. Scheme hidrotehnice cu funcţiuni complexe 4.5.1. Amenajări complexe pentru irigaţii, desecări şi regularizări 4.5.2. Scheme hidrotehnice cu lacuri de acumulare interioare 5. Centrele de priză ale sistemelor de irigaţii 5.1. Cerinţe, clasificări, schema generală şi elemente componente 5.2. Prize gravitaţionale fără baraj 5.3. Prize cu baraj 5.4. Construcţii de captare şi spălare 5.5. Prize cu pompare 6. Reţele de canale pentru aducţiune şi distribuţia apei de irigaţie 6.1. Introducere 6.2. Traseul canalelor 6.3. Stabilirea capacităţii de transport 6.3.1. În cazul de distribuţie continuă a apei 6.3.2. În cazul distribuţiei apei prin rotaţie

6.4. Dimensionarea hidraulică 6.5. Profilul longitudinal 6.6. Profilul transversal 6.7. Pierderile de apă din canale de irigaţii 6.7.1. Natura pierderilor de apă 6.7.2. Determinarea pierderilor de apă 6.7.3. Determinarea experimentală a pierderilor de apă 6.8. Căptuşirea canalelor 6.8.1. Materiale 6.8.2 Calcule tehnico-economice pentru stabilirea oportunităţii căptuşirii canalelor 6.9. Proiectarea canalelor automatizate 6.9.1. Metode de reglare automată a canalelor 6.9.2. Etapele de proiectare a canalelor automatizate 7. Reţele de conducte pentru irigaţii 7.1. Schemele reţelelor 7.2. Traseul optim al conductelor în cazul reţelelor ramificate neregulate (Metoda M. Rousset) 7.3. Elementele componente ale reţelelor de conducte. Caracteristici şi condiţii de alegere 7.3.1. Conducte: tuburi şi elemente de legătură 7.3.2. Echipament de control şi protecţie 7.4. Stabilirea capacităţii de transport şi dimensionarea reţelelor de conducte 7.4.1. Stabilirea capacităţii de transport 7.4.2. Dimensionarea reţelelor de conducte 7.4.3. Analiza regimului presiunilor din reţea şi stabilirea materialului pentru conducte 7.4.4. Întocmirea profilelor longitudinale şi transversale ale conductelor 8. Irigaţia prin scurgere la suprafaţă 8.1. Metode de udare şi fazele procesului de udare 8.2. Udarea pe brazde 8.2.1. Elemente tehnice şi indici de calitate 8.2.2. Calculul elementelor brazdelor 8.3. Amenajări şi echipamente de distribuţia apei 8.3.1. Amenajări cu canale şi rigole de alimentare 8.3.2. Echipamente de udare din conducte mobile 8.4. Calculul hidraulic al echipamentelor de udare cu conducte mobile 8.5. Irigarea prin inundare şi amenajarea orezăriilor 8.5.1. Elementele tehnice ale udărilor 8.5.2. Scheme de amenajare 8.5.3. Direcţii de modernizare a amenajărilor 9. Irigaţia prin aspersiune 9.1. Elemente tehnice şi indici de calitate ai udărilor 9.1.1. Dispozitive de udare: caracteristici şi distanţe de aşezare 9.1.2. Intensitatea ploii 9.1.3. Fineţea ploii 9.1.4. Uniformitatea udărilor 9.1.5. Randamentul (eficienţa) udării 9.2. Instalaţii de irigaţie prin aspersiune 9.2.1. Clasificări 9.2.2. Instalaţii de aspersiune cu mai multe aspersoare (aripi de aspersiune) 9.2.3. Instalaţii autodeplasabile transversal 9.2.4. Instalaţii cu tambur şi furtun 9.2.5. Instalaţii cu pivot central 9.2.6. Instalaţii de aspersiune cu deplasare frontală 9.2.7. Sisteme fixe şi sisteme cu acoperire totală 10. Irigaţia localizată 10.1 Avantaje – dezavantaje 10.2. Schema generală şi elementele componente ale unei amenajări 10.3. Dispozitive de udare 10.4. Proiectarea amenajărilor 10.4.1. Regimul de irigaţie 10.4.2. Dispunerea picurătoarelor şi conductelor de udare

10.4.3. Uniformitatea udărilor localizate 10.4.4. Determinarea capacităţii de transport a elementelor de distribuţie 10.4.5. Toleranţa la variaţiile de presiune 10.4.6. Dimensionarea conductelor de udare 10.4.7. Dimensionarea conductelor terţiare 10.4.8. Echipamente de filtrarea apei 10.4.9. Echipamente de fertirigaţie 11. Tehnica irigaţiei subterane şi subirigaţiei 11.1. Elemente caracteristice 11.2. Tipuri de amenajare pentru irigaţia subterană 11.3. Sisteme de subirigaţie 12. Reabilitarea şi modernizarea sistemelor de irigaţie 12.1. Necesitatea lucrărilor şi indicatorii de performanţă care fundamentează proiectele de reabilitare şi modernizare 12.1.1. Indicatori agricoli 12.1.2. Indicatori hidraulici 12.1.3. Indicatori energetici 12.1.4. Indicatori economici 12.1.5. Indicatori privind volumul şi calitatea serviciilor de transport şi distribuţia apei 12.1.6. Indicatori privind impactul asupra mediului 12.2. Soluţii şi măsuri tehnice, organizatorice, instituţionale pentru reabilitarea şi modernizarea amenajărilor (pentru condiţiile amenajărilor din ţara noastră) 12.2.1. Măsuri tehnice 12.2.2. Măsuri organizatorice 12.2.3. Măsuri de dezvoltare instituţională 12.3. Opţiuni (variante) de lucrări de reabilitare – modernizare 12.4. Analiza eficienţei economice a lucrărilor 12.4.1. Indicatori de eficienţă economică 12.4.2. Costurile pentru irigaţii 12.4.3. Metodologia de calcul a eficienţei economice

1. INTRODUCERE 1.1. Rolul şi importanţa irigaţiei Apa are un rol esenţial în creşterea plantelor şi obţinerea unor producţii agricole ridicate şi independente de condiţiile climatice. Ea asigură transportul substanţelor nutritive şi al produselor de fotosinteză în interiorul plantei, permite solubilizarea substanţelor nutritive şi extragerea lor din sol de rădăcinile plantelor, este necesară pentru germinaţie, răsărire şi pentru alte funcţii. În agricultura modernă, irigaţia este folosită în scopuri multiple. În primul rând, ea are rolul fiziologic de asigurare a apei necesare creşterii şi stabilizării producţiilor agricole, în zone unde precipitaţiile sunt insuficiente sau sunt distribuite neuniform în timpul vegetaţiei. Pe lângă acest rol principal, poate fi utilizată pentru: prevenirea compromiterii recoltelor în pomicultură datorită îngheţurilor sau brumelor târzii de primăvară (acest fel de irigaţie este cunoscută sub denumirea de irigaţie antigel), pregătirea în condiţii bune a patului germinativ după o perioadă prelungită de secetă (situaţii frecvente în perioada de vară, înainte de însămânţarea celei de a doua culturi, ca şi toamna, la însămânţarea grâului), epurarea biologică naturală prin utilizarea pentru irigaţie a apelor uzate, evitându-se astfel instalaţii costisitoare de epurare. În cultura orezului, este folosită irigaţia prin inundare (alimentând parcele şi ridicând nivelul apei în ele) şi pentru reglarea temperaturii atunci când intervin scăderi accentuate de temperatură (aşa numita irigaţie termică sau termoregulatoare). De asemenea, utilizând irigaţia de spălare se asigură dizolvarea şi spălarea sărurilor în cazul solurilor salinizate. În ţara noastră, irigaţia se practică pe suprafeţe mari, fiind justificată tehnic şi economic de condiţiile climatice, de sol şi de sporurile de producţie care se realizează. Fără irigaţie, cheltuielile pentru asigurarea celorlalţi factori de producţie în agricultură (mecanizare, chimizare, soiuri şi hibrizi productivi ş.a.) nu pot fi puse în valoare, datorită riscului determinat de cantităţile insuficiente de precipitaţii care se semnalează în mulţi ani în fazele de consum hidric intens. În situaţia actuală se constată o diversificare a condiţiilor de folosire a irigaţiei. Ea a devenit o necesitate pentru culturi în sere şi solarii, culturi de legume în câmp, ca şi pentru culturi alimentare, industriale şi furajere cu profit ridicat (ex.: porumb, cartofi, sfeclă de zahăr, tutun, in ş.a). În horticultură irigaţia este folosită şi pentru a asigura o calitate superioară a fructelor şi legumelor iar în pomicultură regularizează producţia de fructe şi limitează alternanţa de rodire. Pe plan social, amenajările de irigaţii au un rol important, constituind un mijloc de menţinere a unei vieţi rurale active şi stabile, prevenind deplasarea populaţiei rurale spre oraşe, oferind posibilitatea de obţinere a unor venituri satisfăcătoare din agricultură în zone defavorizate pedoclimatic (zone secetoase, cu soluri nisipoase sau erodate). În condiţiile actuale, irigaţia pune la îndemâna fermierilor un instrument care le permite să se adapteze mai uşor la cerinţele pieţei. De asemenea, sunt de reţinut efectele favorabile ale irigaţiei asupra ocupării forţei de muncă în zone rurale, creierii de venituri suplimentare şi dezvoltării rurale, iar prin intensificare agriculturii sunt create noi locuri de muncă în sectoarele

din amonte şi din aval de sectorul agricol (în raport de 2÷3 pentru un loc de muncă în agricultură) [5]. 1.2. Dezvoltarea irigaţiilor şi situaţia actuală la nivel mondial Irigaţia reprezintă o ştiinţă şi în acelaşi timp o artă, folosită din cele mai vechi timpuri, în zone dezavantajate pluviometric, pentru asigurarea apei necesare agriculturii. Ea s-a dezvoltat în antichitate, mai întâi în zonele aride, extinzându-se treptat şi în zonele semiaride, iar, în ultimele decenii, şi în zonele semi-umede. Civilizaţiile din antichitate, cum au fost cele din valea fluviilor Nil, Tigru şi Eufrat, Indus şi Gange, Fluviului Galben, au cunoscut şi realizat mari lucrări de irigaţie. În valea Nilului se practica irigaţia prin revărsare încă din jurul anului 6000 î.e.n. când a fost construit şi primul baraj pe Nil, la Memphis. Romanii au realizat lucrări grandioase pentru aducţiunea apei potabile şi de irigaţii, ale căror urme se văd şi astăzi în Italia, Spania, Franţa, Maroc, iar în America de Sud, incaşii au realizat mari canale de aducţiune a apei din munţii Anzi pentru irigarea câmpiei litorale. După o perioadă de stagnare sau regres în perioada evului mediu, amenajările de irigaţii au început să se extindă din nou de la începutul secolului XIX, ritmul de amenajare crescând treptat odată cu dezvoltarea demografică (fig.1.1.). Suprafaţa irigată raportată la populaţie a înregistrat în secolul XX un ritm de creştere mai mare în deceniul 6, mai diminuat în deceniile 7 şi 8, iar din 1980 se manifestă o scădere, care se explică prin aceea că ritmul de creştere demografică a devenit superior ritmului de creştere a suprafeţei irigate. În prezent suprafaţa amenajată la nivel mondial este de cca. 270 milioane ha (reprezentând cca. 1/6 din suprafaţa arabilă). Ea asigură însă peste 1/3 din producţia agricolă mondială, iar la unele culturi, ca orezul şi grâul, contribuţia ajunge la 55%. În ultimele decenii se remarcă atât dezvoltarea de noi amenajări în zonele aride şi semiaride, cât şi extinderea irigaţiilor spre latitudini Fig.1.1 Dezvoltarea demografică şi evoluţia suprafeţelor din ce în ce mai mari, mai ales în amenajate pentru irigaţii la nivel mondial emisfera nordică, în zone cu regim pluviometric neregulat sau cu soluri nisipoase. În ceea ce priveşte dezvoltarea în perspectivă, se apreciază că pentru a asigura cerinţele de hrană la nivelul ritmului de creştere demografică, suprafaţa irigată ar trebui să crească anual cu un ritm de 0,8% (pentru a ajunge la 280 milioane ha amenajate în anul 2010). În acelaşi sens, Banca Mondială şi PNUD consideră că 80% din nevoile alimentare ale sporului de populaţie (care până în anul 2025 este estimat la cca. 3 miliarde) trebuie să fie

satisfăcut prin extinderea irigaţiei. Peste jumătate din creşterea de producţie agricolă de acum până în anul 2010 se aşteaptă a se realiza pe seama terenurilor irigate. Tot aceste organisme semnalează însă şi o serie de situaţii nefavorabile ce vor influenţa negativ extinderea irigaţiilor ca: restrângerea suprafeţelor de terenuri pretabile la irigaţii, creşterea costurilor pentru amenajări noi şi echipamente de udare, reducerea rezervelor de apă disponibile pentru irigaţii prin concurenţa altor folosinţe ca şi prin poluarea unora din ele. La acestea se adaugă managementul defectuos al unor amenajări actuale, randamente hidraulice scăzute, salinizarea unor suprafeţe irigate (din cele 270 milioane ha echipate pentru irigaţii în prezent, se exploatează efectiv cca. 235 milioane ha, iar restul de 10-15% din suprafeţe au fost degradate prin salinizare şi înmlăştinire). 1.3. Dezvoltarea irigaţiilor în România, situaţia actuală şi perspective În România, irigaţiile au fost folosite din vechime pentru udarea micilor grădini de legume, folosind derivaţii locale şi instalaţii artizanale (roţi de apă). Odată cu dezvoltarea economico-socială ce a avut loc în a doua jumătate a secolului al 19lea, începea să se simtă nevoia măsurilor de protecţie a agriculturii faţă de secetele frecvente care afectau în special Câmpia Română şi Moldova. Necesitatea extinderii irigaţiilor în Câmpia Română a fost arătată de mari personalităţi ştiinţifice şi politice ca: Ion Ionescu dela Brad, Constantin Chiru, Vasile Roşu, Alexandru Davidescu, P.S. Aurelian ş.a, unii din aceştia efectuând studii şi propunând soluţii tehnice în acest scop. Astfel, în 1912 Al. Davidescu a propus irigarea a 1,3 mil. ha între Siret şi Argeş, din care 900.000 ha să fie alimentate gravitaţional dintr-un canal de legătură Siret-Argeş, iar restul, prin pompare din Dunăre. Odată cu irigaţiile se preconiza şi dezvoltarea unei reţele de navigaţie interioară, ca şi a sistemului energetic. În linii mari, soluţia de amenajare a inginerului Davidescu, pentru Câmpia Bărăganului prezintă multe elemente apropiate de soluţia de amenajare actuală a spaţiului Siret-Ialomiţa. Un moment important l-a constituit şi înfiinţarea, în anul 1910, a Serviciului de Îmbunătăţiri Funciare, pe lângă Ministerul Agriculturii şi Domeniului. De asemenea, în această perioadă, au început lucrările în zona inundabilă a Dunării. După primul război mondial s-au reluat lucrările si s-a constituit o comisie a irigaţiilor, care a trecut la elaborarea unui program de ansamblu pentru lucrări de acest gen. S-au organizat cercetări în câmpuri experimentale şi case de vegetaţie privind regimul de irigaţie adecvat diferitelor culturi agricole, având ca promotori pe profesorii Gh. Ionescu Siseşti, A. Vasiliu, M. Chiriţescu, P. Munteanu ş.a. Cu sprijinul statului, s-au amenajat suprafeţe mici de orezării şi grădini de legume, continuând însă, să se resimtă nevoia unor amenajări extinse. În 1939 s-a înfiinţat Serviciul de Îmbunătăţiri Funciare, având în frunte pe profesorul I.M. Gheorghiu, care, din 1944, a devenit Direcţia de Îmbunătăţiri Funciare. Suprafaţa amenajată pentru irigaţii în anul 1938 era totuşi destul de redusă (15.400 ha). După cel de-al doilea război mondial, ritmul de amenajare a crescut simţitor, pentru toate genurile de lucrări de îmbunătăţiri funciare: îndiguiri, desecări, irigaţii, amenajări piscicole, ş.a. Privitor la amenajările pentru irigaţii, acest ritm a fost de 50000 ha/an în perioada 1960-1970, aproape 160000 ha/an în deceniul 1970-1980 şi cca. 90000 ha/an în perioada 1980-1990. Datorită mijloacelor financiare insuficiente, a calităţii necorespunzătoare a unor materiale şi lucrări ca şi a renunţării la unele componente (căptuşeli ale canalelor, drenaje, etc.) şi a plafonului scăzut al investiţiei specifice şi a neasigurării echipamentelor de udare pentru o parte din suprafaţa amenajată, s-au înregistrat performanţe slabe în exploatare, evaluate la 25-30% comparativ cu parametrii proiectaţi, apreciindu-se totodată că amenajările au avut un impact redus asupra nivelurilor producţiilor la principalele culturi agricole [4].

Zonele cu cele mai mari suprafeţe amenajate sunt situate în Câmpia Română, podişul Dobrogei şi partea sudică a podişului Moldovei (fig.1.2.). Suprafeţe mai mici sunt amenajate dea lungul râurilor Prut şi Siret şi în interiorul podişului Moldovenesc, în Transilvania, în Câmpia Banatului şi câmpia nordică a Tisei.

Fig.1.2. Suprafaţa amenajată pentru irigaţii în România [4] I – zona caldă-secetoasă; II – zona moderată-subumedă; III – zona răcoroasă-umedă

Sursele de apă cele mai importante sunt Dunărea pentru cca. 3/4 din suprafaţa amenajată şi râurile interioare Siret, Prut, Buzău, Ialomiţa, Olt, Mureş ş.a. În raport cu folosinţa terenului, repartiţia suprafeţelor amenajate la nivel naţional în anul 1990 era următoarea: culturi de câmp cca. 2,9 milioane ha, legume cca. 79.000 ha, plantaţii viticole cca. 58.000 ha, plantaţii pomicole cca. 370.000 ha, păşuni cca. 80.000 ha, orezării cca. 65.592 ha şi fâneţe cca. 2.400 ha. Amenajările de irigaţii sunt situate atât în luncile Dunării şi râurilor interioare, cât şi pe terasele acestora, înălţimile de pompare variind de la zero (cazul unor sisteme cu derivaţie gravitaţională) până la 390 m. Distribuţia suprafeţelor amenajate funcţie de înălţimea de pompare este prezentată în tabel 1.1. Tabel 1.1. Distribuţia suprafeţelor amenajate funcţie de înălţimea de pompare

Înălţime de pompare (mca) gravitaţională 0 - 10 10 - 30 30 - 50 50 - 70 70 - 90 90 - 110 110 - 130 130 - 150 150 - 170

Suprafaţa (ha) 75.929 671.770 304.544 637.678 397.978 407.011 238.363 135.012 50.990 70.492

% din suprafaţa amenajată pe ţară 2,47 21,88 9,92 20,77 12,96 13,25 7,76 4,40 1,66 2,30

170 - 290 290 - 300 Total

71.761 8.696 3.070.224

2,34 0,29 100

La aceste înălţimi de pompare din cadrul schemei hidrotehnice, se adaugă, în majoritatea cazurilor, înălţimile de pompare de 50 - 80 mca necesare pentru punerea sub presiune a apei. Puterea instalată în amenajările de irigaţii din România este de 3600 MW, revenind 1,2 kW/ha, cu diferenţe mari de la sistem la sistem, funcţie de cerinţele de pompare impuse de relieful terenului. Consumul de energie mediu multianual variază în raport cu înălţimea totală de pompare şi de cerinţele de punere sub presiune a apei, ajungând până la 750 kWh / ha pentru sistemele cu înălţimi mici de pompare şi până la 3.800 kWh/ha în unele sisteme din Dobrogea, cu înălţimile cele mai mari de pompare şi consumuri mari de apă la hectar. Schimbările intervenite în societatea românească după 1989, dezvoltarea economică a ţării impune modificări importante şi în privinţa gestiunii sistemelor de irigaţii, care trebuie transformată şi adaptată cerinţelor economiei de piaţă pe baza unei strategii de perspectivă şi a unui program pe termen lung de reabilitare şi modernizare a acestor lucrări având ca obiective principale: - stabilirea viabilităţii dezvoltării amenajărilor actuale prin lucrări de reabilitare-modernizare; - reabilitarea şi modernizarea staţiilor de pompare şi a impermeabilizărilor canalelor de aducţiune, în vederea reducerii consumurilor de energie electrică şi de apă; - adaptarea reţelelor de distribuţie la cerinţele exploataţiilor agricole de dimensiuni medii şi mici; - completarea sau asigurarea echipamentelor de udare prezintă cea mai mare importanţă şi urgentă măsură pentru creşterea gradului de utilizare a sistemelor actuale. Sunt necesare noi forme de organizare a exploatării, bazate pe participarea utilizatorilor de apă organizaţi în asociaţii (pe ploturi , canale terţiare, secundare, etc.), training pentru utilizatorii de apă (organizându-se în acest scop amenajări pilot demonstrative), extinderea informatizării în sistemele de irigaţie ş.a. Modernizarea şi dezvoltarea infrastructurilor de irigaţii trebuie să aibă în vedere concepţiile de rentabilizare a lor, prin asigurarea cu apă şi a altor consumatori (unităţi industriale, centre populate, amenajările piscicole, sporturi acvatice). În ceea ce priveşte realizarea de amenajări noi, există premise ca, pe măsură ce exploataţiile agricole private se vor dezvolta, folosind şi credite din programe externe, ca şi de la stat, să aibă loc o dezvoltare a sistemelor locale private, cu apă din foraje, puţuri, acumulări colinare şi de câmpie, care vor fi performante atât în privinţa costurilor totale (de investiţii şi exploatare), cât şi a producţiilor obţinute şi a satisfacerii cerinţelor de protecţie a mediului. În abordarea politicilor privind irigaţia, trebuie avute în vedere condiţiile climatice, ponderea agriculturii în economia ţării, ca şi perspectiva unor posibile modificări climatice la nivel global, care poate să conducă la o creştere a frecvenţei şi intensităţii secetelor în zona ţării noastre. 1.4. Concepţii strategice actuale privind dezvoltarea irigaţiilor Organismele internaţionale (FAO, Banca Mondială, ş.a.) analizând experienţa şi performanţele amenajărilor de irigaţii în exploatare, la nivel global, propun câteva jaloane pentru dezvoltarea acestei activităţi în perspectiva:

a. Întrucât lucrările noi de irigaţii implică costuri de amenajare mari (deoarece terenurile care au rămas de amenajat sunt la altitudini mai mari implicând astfel cheltuieli mai mari de pompare, sau au o fertilitate mai scăzută, sau există necesitatea realizării unor noi baraje pentru regularizarea debitelor), apa este cerută în unele bazine hidrografice şi de alte folosinţe mai profitabile (hidroenergetică, utilizare industrială ş.a.), activitatea în perspectivă în domeniul irigaţiilor trebuie să pună accentul pe perfecţionarea, reabilitarea şi modernizarea amenajărilor existente. b. La elaborarea proiectelor pentru lucrări noi, cât şi pentru reabilitări şi modernizări, este necesar să se analizeze atent implicaţiile economice, sociale şi în privinţa protecţiei mediului. c. În condiţiile accentuării competiţiei între folosinţele de apă, irigaţiile sunt forţate să reducă pierderile de apă şi să mărească eficienţa utilizării ei. d. Proiectele trebuie să corespundă condiţiilor tehnice, economico-financiare şi să fie implementabile (să fie asigurat cadrul instituţional pentru execuţie şi exploatare durabilă). e. Întrucât performanţele financiare de rentabilitate sunt mai bune în cazul amenajărilor private decât al celor publice, se propune să se meargă pe linia perfecţionării exploatării amenajărilor colective prin adoptarea unor elemente specifice gestiunii private (suportarea cheltuielilor de exploatare şi întreţinere a amenajărilor de nivel local – staţii de punere sub presiune şi reţele de distribuţie interioare – de către beneficiarii de apă), ceea ce impune constituirea de asociaţii la nivelul utilizatorilor de apă (AUAI). 1.5. Sistemul de irigaţie: părţi componente Irigaţia reprezintă un domeniu de cunoştinţe, bazat pe observaţii şi experimentări de lungă durată, referitoare la asigurarea cu apă a culturilor din alte alte surse decât precipitaţiile naturale. Un sistem sau amenajare pentru irigaţie reprezintă complexul de lucrări prin care se realizează această cerinţă, cuprinzând: - lucrările de captare a apei din sursa de apă (priza de apă); - canale de transport a apei de la priză până la zona irigată (canale de aducţiune) şi reţele de distribuţie a apei în interiorul zonei irigate. Pe acestea sunt amplasate construcţii de reglare, măsurare, racordarea biefurilor, automatizare, ş.a; - instalaţii de udare, care preiau apa din reţeaua de distribuţie şi o conduc până la plante, în zona sistemului lor radicular; - canalele de colectare şi evacuare a excesului de apă. În fig.1.3. este prezentată schema unui sistem de irigaţie, pe care sunt arătate componentele de mai sus, inclusiv reţeaua de colectare-evacuare.

Fig.1.3. Schema unui sistem de irigaţie, cu părţile sale componente

Sistemele mari de irigaţie din ţara noastră, sunt compuse din: priza de apă, reţeaua de aducţiune, formată din canal de aducţiune (CA) şi canale distribuitoare de ordinul I (CD I), reţele de distribuţie interioare care sunt realizate fie cu conducte îngropate sub presiune, fie din canale deschise de unde apa intră în instalaţii de udare. Distribuţia apei în interiorul plotului de irigaţii prin conducte îngropate sub presiune se realizează prin amenajările următoare: staţii de punere sub presiune (SPP) conducte principale, secundare şi terţiare (ultimele sunt numite şi antene sau conducte de sector). Pe ultimele elemente sunt amplasaţi hidranţii (guri de apă) la care se cuplează instalaţiile de udare. Distribuţia interioară prin canale deschise se face gravitaţional, apa circulând prin canale distribuitoare de ordinul II (numite şi canale principale de irigaţie, CPI), de ordinul III (numite şi canale secundare, CS, sau canale distribuitoare grup de sector, cgds) şi de ordinul IV (numite şi canale distribuitoare de sector, cds). Din ultimele elemente permanente, apa este preluată de instalaţii de udare sau circulă prin elemente deschise (canale provizorii, rigole), din care, în final, se alimentează brazdele de udare. Sistemele de irigaţii care deservesc suprafeţe mai mici au scheme hidrotehnice de aducţiune simplificate, constând dintr-un canal de aducţiune din care se alimentează staţiile de punere sub presiune. De asemenea, reţelele de distribuţie interioară pot fi formate numai din conducte principale şi conducte de sector (antene). Pe canalele şi conductele de aducţiune şi distribuţie se amplasează o serie de construcţii şi instalaţii cu rol de reglare, automatizare, măsurarea apei ş.a. În zonele de luncă, reţeaua de colectare-evacuare devine o parte componentă a sistemului de irigaţie, având o densitate mult mărită a canalelor faţă de zonele situate pe terasele râurilor. În zonele de versanţi şi podişuri reţeaua de evacuare nu este strict necesară, dacă se folosesc metode de irigaţie care asigură un control precis al apei distribuite. Potrivit unei clasificări utilizate în literatura de specialitate din ţara noastră, sistemele hidrotehnice mari sunt considerate cele cu suprafeţe cuprinse între 25000-50000 ha, mijlocii între 10000-25000 ha şi mici sub 10000 ha. Întrucât peste jumătate din suprafaţa amenajată este deţinută de sisteme ce depăşesc limitele acestei clasificări, A. Lup [4] propune o grupare în cinci intervale de mărime (tab.1.2.) Tabel nr.1.2. Gruparea principalelor sisteme hidrotehnice din România în funcţie de mărime (după date ISPIF) Clasa de mărime a Număr de Suprafaţa medie Ponderea în suprafaţa sistemelor sisteme (ha) amenajată (%) “Gigant” > 100000 ha Foarte mari 50000-100000 ha Mari 25000-50000 ha Mijlocii 10000-25000 ha Mici < 10000 ha Total

4 13 18 29 39 104

126139 72954 37176 16653 5018 28144

21,5 32,4 22,9 16,5 7,6 100,0

Amenajările cu suprafeţe foarte mici (în general sub 1000 ha), locale, totalizând o suprafaţă de circa 270 mii ha, nu au fost considerate în această clasificare. La amenajările foarte mici ca suprafaţă, reţeaua de distribuţie se simplifică mult, atât structura reţelei de aducţiune, cât şi a reţelelor interioare de distribuţie.

1.6. Tipuri de amenajări şi metode de irigaţie Tipul de amenajare se referă la modul de realizare al reţelei de distribuţie, care poate fi din canale deschise (cu sau fără îmbrăcăminţi), conducte îngropate (de joasă presiune sau de înaltă presiune), sau mixte (unele elemente sunt din canale iar altele – de obicei distribuitoarele de sector – sunt conducte îngropate). Tipul de amenajare cel mai răspândit în România este cel cu conducte îngropate sub presiune. În ţara noastră, tipurile de amenajare a reţelelor interioare de distribuţie deţin următoarele ponderi: -

reţele din conducte sub presiune cu staţii de pompare electrice centralizate reţele mixte, din canale deschise şi conducte (antene) cu agregate electrice semistaţionare reţele mixte, din canale deschise şi conducte sau jgheaburi, cu agregate termice semistaţionare reţele gravitaţionale cu canale deschise

.… 76% din totalul suprafeţei amenajate ….

6,1%

….

11,6%

….

6,3%

Prin metodă de irigaţie se înţelege tehnica şi modalităţile de aplicare sau distribuire a apei pe terenurile amenajate, în scopul obţinerii unor producţii maxime sau optime din punct de vedere economic. Diferenţierile în privinţa condiţiilor topografice, pedologice, hidrogeologice, a culturilor irigate, a surselor de apă folosite, ca şi a factorilor sociali-economici determină alegerea metodei de irigaţie. Metodele de irigaţie folosite în tehnica irigaţiilor se pot clasifica funcţie de mai multe criterii, cel mai adesea în funcţie de modalitatea de aplicare a apei: 1. irigaţia prin aspersiune

a) cu instalaţii mobile b) cu instalaţii semifixe sau autodeplasabile c) cu instalaţii fixe sau cu acoperire totală

2. irigaţia prin scurgere la suprafaţa terenului a) pe brazde şi corugaţii b) prin revărsare pe fâşii (denumită şi irigaţie gravitaţională) c) prin revărsare pe plane înclinate d) prin inundare (orezării) e) prin revărsare în bazine 3. irigaţia localizată (microirigaţia)

a) prin picurare b) prin rampe perforate

4. irigaţia subterană

a) prin reglarea stratului freatic (numită şi subirigaţie) b) cu drenuri, tuburi cu orificii, ş.a

Irigaţia prin aspersiune constă în distribuirea apei prin instalaţii adecvate care simulează ploaia naturală. Echipamentul de udare poate fi mobil, semifix sau fix. Poate fi utilizată pentru umezire, în scop antigel şi termic, ca şi pentru îmbunătăţirea calităţii fructelor.

Irigaţia prin scurgere la suprafaţa solului (gravitaţională). Funcţie de panta terenului, cultura agricolă şi condiţiile de sol, se alege varianta sau metoda de udare. Cea mai mult folosită este udarea pe brazde adânci care este adecvată pentru culturi de câmp prăşitoare, viţei de vie, pomilor şi udarea pe brazde însămânţate (corugaţii) care se referă la culturile de câmp semănate în rânduri dese. Udarea prin revărsare pe fâşii se foloseşte foarte puţin şi numai la lucernă, iar pe plane înclinate, la păşuni şi fâneţe (în zona Făgăraş). Irigaţia prin revărsare în bazine, numită şi irigaţie prin inundare, este folosită în amenajări pentru cultura orezului. De asemenea, este folosită ca irigaţie de spălare a solurilor salinizate. Irigaţia localizată este cea mai recentă metodă, care se află în faza de extindere, recomandată mai ales pentru plantaţii pomicole, viticole, cultura legumelor în sere, solarii şi în câmp. Apa este distribuită pe teren prin conducte de udare şi dispozitive de udare, udându-se numai o parte din teren, mai precis zona în care este sistemul radicular al plantelor. Irigaţia subterană este o metodă aflată în stadiul experimental, care are condiţii de aplicare limitate. Reglarea nivelurilor freatice (subirigaţia) este pretabilă numai pentru zone unde stratul freatic se află la adâncime relativ mică (1-4 m). Prin alimentare cu apă, adusă printr-o reţea de conducte sau canale dintr-o sursă exterioară, nivelul freatic poate fi ridicat astfel încât să asigure alimentarea cu apă a plantelor prin ascensiune capilară. De asemenea, metoda este recomandabilă în varianta cu drenuri sau linii de udare perforate îngropate în sol la baza sistemului radicular al plantelor, pentru irigaţia folosind ape uzate. Criteriile de alegere a metodei de irigaţie se referă la: condiţiile naturale, privitoare la sol (textură, permeabilitate, grosime etc.), apă freatică (adâncime şi grad de mineralizare), teren (pantă, grad de uniformitate a microreliefului şi posibilităţi de nivelare a terenului), condiţii tehnice privind regimul irigării care este solicitat de culturi şi posibilităţile de realizare a lui cu metoda de irigaţie respectivă şi condiţii de respectare a cerinţelor de protecţie a mediului. De asemenea, se au în vedere: tipul de exploataţie agricolă şi dimensiunile ei, disponibilităţile de manoperă pentru udări, disponibilităţile de capital, cantitatea şi calitatea apei disponibile şi costul acesteia, posibilităţile de automatizare pe care le oferă metoda de udare, posibilităţi de realizare a fertirigaţiei, asolamentul şi variaţia culturilor pe care o permite fiecare metodă. În amenajările din România sunt folosite pe scară largă toate metodele cu extindere mare la nivel european: astfel, la nivelul anului 1990 distribuţia suprafeţelor în funcţie de metoda de irigaţie era următoarea:  irigaţia prin aspersiune circa 2.688.630 ha;  irigaţia prin scurgerea la suprafaţă: - pe brazde 214.422 ha; - inundare (orezării) 65.592 ha  în amenajări bivalente (cu posibilităţi de irigare şi pe brazde şi prin aspersiune) 211.186 ha;  irigaţia localizată (prin picurare), la pomi şi legume, 1.600 ha. Aspersiunea este metoda de irigaţie cea mai răspândită, care a cunoscut în timp schimbări în ceea ce priveşte ponderea tipurilor de instalaţii şi a tipurilor de amenajare a reţelelor de distribuţie: de la instalaţii mobile de udare cu agregate termice, alimentate din canale deschise, la agregate semistaţionare care creează presiunea în ultimele elemente ale reţelei de distribuţie (antene) şi din care apa este preluată şi distribuită de aripi de udare şi, în ultima etapă, la reţele de distribuţie din conducte sub presiune, în care presiunea este asigurată de staţii de pompare

centralizate, care oferă posibilitatea irigării cu instalaţii semifixe sau autodeplasabile, iar în viitor, prin modernizare, şi cu instalaţii fixe. În prezent, ponderea amenajărilor cu distribuţie din conducte îngropate sub presiune este de cca. 90% în cadrul metodei de irigaţie prin aspersiune. Dintre metodele de irigaţie, perspective mari de extindere are aspersiunea cu instalaţii semifixe, autodeplasabile, sau cu sisteme fixe sau cu acoperire totală, ca şi irigaţia localizată prin picurare. Bibliografie [1] Binnie & Parteners Ltd., Hunting Tech. Services Ltd. U.K., ISPIF SA – Study of Irrigation and Drainage in Romania. Report on technical, economic and financial viability, 1994. [2] Blidaru, V., Pricop, Gh., Wehry, A. – Irigaţii şi drenaje. EDP, Bucureşti, 1981. [3] De Meo, G. – L’irrigazione quale fattore di competitivita in agricoltura. Irrigazione e drenaggio, 4, 2001. [4] Lup, A. – Irigaţiile în agricultura României. Potenţial de producţie, grad de utilizare, perspective. Ed. AGRIS, Bucureşti, 1997. [5] Tardieu, H. – Irrigation, regulation economique et durabilite. Rev. La huille Blanche, 1, 2003. [6] Vasilescu, V. – Zonarea sistemelor de irigaţii pe trepte de pompare şi posibilităţi de interconectare a reţelelor hidrotehnice pentru reducerea costului de pompare al apei. Raport anual ISPIF SA, 1991.

2. STUDII ŞI ANALIZE PENTRU LUCRĂRILE DE IRIGAŢII Proiectarea, execuţia şi exploatarea eficientă a unui sistem de irigaţie se bazează pe studii prealabile care se referă la condiţiile naturale, economice, financiare şi ecologice. Indiferent de mărimea suprafeţei care se amenajează, proiectarea cere o analiză aprofundată a resurselor fizice din perimetrul irigabil, adică a condiţiilor climatice, surselor de apă disponibile, solurilor, condiţiilor de relief, condiţiilor geologice, geotehnice şi hidrogeologice. Structura de culturi şi asolamentele prevăzute a se iriga trebuie evaluate împreună cu celelalte condiţii necesare pentru producţia agricolă, cum sunt: forţa de muncă existentă, energia disponibilă pentru pomparea apei şi udare, posibilităţile de vânzare şi preţurile produselor agricole, condiţiile economice, situaţia financiară a beneficiarilor agricoli, preferinţele lor în privinţa metodei de udare şi experienţa pe care o au în folosirea diferitelor metodelor de irigaţie, ş.a. Toţi aceşti factori vor influenţa alegerea soluţiei de amenajare, a metodei de irigaţie şi a modului de gestiune în exploatare. De asemenea, pentru fiecare soluţie de amenajare care se analizează la faza de proiectare trebuie studiat impactul pe care-l poate avea asupra factorilor de mediu, îndeosebi asupra solurilor, apelor de suprafaţă, apelor freatice, florei şi faunei. 2.1. Studii climatice Se efectuează folosind datele şi înregistrările de la staţiile meteorologice din zonă. Elementele climatice care se analizează, pe şiruri lungi de ani (min. 25-30 ani) sunt: precipitaţiile (zilnice, decadale, lunare şi pe sezonul de vegetaţie), temperatura aerului, viteza vântului, umiditatea aerului, insolaţia (durata de strălucire a Soarelui) ş.a. Precipitaţiile reprezintă unul din termenii bilanţului hidric al solului şi trebuie analizate pentru calculul cerinţelor de apă pentru irigaţie ale culturilor agricole. Celelalte elemente climatice sunt utile pentru determinarea evapotranspiraţiei potenţiale, funcţie de care se stabileşte consumul de apă al culturilor agricole. Ponderea irigaţiei este diferită în raport cu tipul de climat: - în zone aride, cu precipitaţii sub 200-250 mm anual, irigaţia este principala sursă de apă pentru asigurarea consumului plantelor. Drenajul terenurilor irigate şi spălarea solurilor sunt frecvent utilizate pentru a preveni salinizarea secundară; - în zone semi-aride, cu precipitaţii de 250-500 mm/an, irigaţia acoperă o bună parte din nevoile plantelor şi este necesară în perioadele frecvente de secetă. Aportul de apă prin irigaţii va depinde de cantitatea de precipitaţii, de consumul de apă al plantelor, de capacitatea de înmagazinare a solului, adâncimea sistemului radicular ş.a;

- în zone sub-umede, cu precipitaţii de 500-700 mm anual, irigaţia este necesară datorită unei distribuţii nefavorabile a precipitaţiilor, precum şi în condiţiile solurilor nisipoase sau erodate, ca şi în situaţia unor culturi cu sistemul radicular superficial; - în zone umede, cu peste 700 mm precipitaţii anuale, irigaţia nu este necesară în mod normal. Ea se foloseşte numai în situaţia unor soluri nisipoase sau subţiri sau la culturi cu sistem radicular superficial. În toate climatele, cu excepţia celui arid, irigaţia are un caracter complementar, adică de suplimentare a aportului de apă asigurat de precipitaţii. Coeficientul bilanţului de apă pe perioadă multianuală oferă o posibilitate de caracterizare climatică a condiţiilor zonale şi de apreciere a necesităţii şi tipului intervenţiilor hidroameliorative. El are expresia: K

rP ETP

(2.1)

în care: P exprimă precipitaţiile medii multianuale (mm); ETP - evapotranspiraţia potenţială medie multianuală (mm); r - fracţiunea din precipitaţii care se infiltrează în sol. Valorile subunitare reprezintă zone unde este nevoie de irigaţie, iar cele supraunitare subliniază necesitatea lucrărilor de desecare-drenaj. O caracterizare mai reală se poate face dacă elementele climatice se analizează pe durata sezonului de vegetaţie. În ţara noastră climatul prezintă o zonalitate verticală importantă, determinată de diferenţele de altitudine. Dobrogea şi partea estică a Câmpiei Române se caracterizează prin climat semi-arid, cu cantităţi anuale de precipitaţii de 350-500 mm. Aici sunt cele mai mari nevoi de irigaţii. Deficitul bilanţului hidric mediu multianual pe perioada de vară (D=ETP-P)are valori maxime de cca. 400 mm în sudul Dobrogei şi scade treptat de la sud-est spre nord-vest, ajungând la 250 mm la limita nordică a Câmpiei Române, în Câmpia Banatului şi mijlocul Podişului Moldovei (fig.2.1.) Se poate observa că amplasarea în teritoriu a amenajărilor de irigaţii (v.fig.1.2.) Fig.2.1. Deficitul hidric pe perioada de vară (valorii medii 1964-1992) corespunde cu zonarea deficitului hidric. Partea sud-estică şi sudică a ţării, unde deficitul are valori maxime, beneficiază de cele mai extinse amenajări de irigaţii. 2.2. Condiţiile de relief Se analizează pe planuri topografice având scări care sunt în funcţie de faza de proiectare şi de mărimea suprafeţei. Analiza reliefului este necesară în primul rând pentru stabilirea traseelor optime ale canalelor de aducţiune şi de distribuţie, pentru a stabili soluţia de ridicare a apei şi numărul de trepte de pompare, respectiv schema hidrotehnică optimă.

Traseele canalelor se analizează pe baza planurilor bandă (după ce canalele au fost trasate pe planurile de situaţie), urmărindu-se asigurarea unor pante convenabile, echilibrarea volumelor de săpătură cu cele de umplutură. Pantele terenului sunt luate în consideraţie la alegerea metodei de irigaţie şi a parametrilor acesteia, pentru aceasta impunându-se efectuarea zonării terenului irigabil în funcţie de pantă, bineînţeles, acolo unde aceasta variază în limite largi în perimetrul amenajabil. Cartarea pantelor terenului este necesară pentru a servi drept criteriu pentru alegerea metodei de irigaţie, recomandându-se să se delimiteze următoarele intervale de pante: sub 0,0007; 0,0007-0,004; 0,004-0,02; 0,02-0,1 şi peste 0,1. Microrelieful, exprimat de micile denivelări (de max. 1-2 m) ale terenului (pozitive sau negative) este un criteriu luat în consideraţie pentru stabilirea aproximativă a volumului de terasamente cerute de nivelarea iniţială a terenului (operaţie necesară în cazul irigaţiei prin scurgere la suprafaţă). 2.3. Studiul surselor de apă Studiile hidrologice sunt indispensabile şi servesc la stabilirea posibilităţilor surselor din punct de vedere cantitativ şi calitativ ca şi pentru stabilirea soluţiilor de captare şi de exploatarea normală a sistemelor de irigaţie (mai ales în perioadele critice de ape mici). Pentru irigaţii, ca surse de apă pot fi folosite: ape curgătoare (râuri, fluvii, pâraie), lacuri naturale; lacuri de acumulare mari, lacuri colinare şi de câmpie, ape subterane, ape reziduale provenind de la canalizări urbane sau de la ferme de creştere a animalelor. Cea mai importantă sursă în raport cu suprafaţa irigată şi cu volumul prelevat o reprezintă râurile, din care pe primul loc se situează Dunărea. Fără lucrări de regularizare a scurgerii ar putea fi utilizate numai 10-15% din stocul râurilor, ceea ce ar fi insuficient pentru a satisface consumurile actuale şi în perspectivă ale folosinţelor. Pentru aceste motive, au fost realizate un număr mare de lacuri de acumulare şi derivaţii interbazinale. În ţara noastră, lacurile colinare şi de câmpie pot asigura irigarea a 500 mii ha, iar sursele subterane, cca 170 mii ha. În multe zone, resursele existente sunt solicitate la maximum şi încep să fie insuficiente în perioadele de secetă. Afară de aceste limite cantitative, apele râurilor au atins, în unele sectoare, nivele de poluare care impun restricţii în folosirea lor la irigaţii sau utilizarea cu precauţie, pentru a nu prejudicia dezvoltarea plantelor şi fertilitatea solurilor. Apele râurilor mari şi ale Dunării, cu excepţia unor sectoare din aval de punctele de deversare a apelor uzate de la unele obiective industriale, sunt de calitate bună. În privinţa lacurilor de câmpie, este de remarcat faptul că, în unele cazuri, şi mai ales vara, mineralizarea are valori ridicate. 2.3.1. Stabilirea potenţialului surselor de apă Se efectuează după metodologii diferenţiate, în funcţie de natura sursei de apă: râuri, lacuri sau straturi subterane. Pentru râuri, materialul primar îl oferă înregistrările în timp ale nivelurilor şi debitelor în staţii sau posturi hidrometrice, pe perioade cât mai lungi (minim 15-20 ani). Prelucrându-se statistic aceste date, rezultă debitele şi nivelurile minime, medii şi maxime cu asigurările cerute pentru dimensionarea lucrărilor (cu asigurări funcţie de clasa de importanţă a lucrării, respectiv de mărimea suprafeţei sistemului de irigaţie). Gestiunea resurselor de apa pe bazine hidrografice este realizată de Regia Naţională Apele Române , prin subunităţile aferente. Acestea pot furniza informaţii privind debitele şi nivelurile

caracteristice în secţiunile unde se prevăd prize de irigaţii şi tot aceste instituţii aprobă captarea şi condiţiile de prelevarea apei, ca şi cele de evacuarea apelor uzate în râuri. Debitele şi volumele de apă prevăzute pentru irigaţii sunt evidenţiate în bilanţurile de gospodărirea apelor, care se elaborează şi actualizează periodic. Gestiunea apei din lacurile de acumulare existente revine tot unităţilor amintite mai sus, atunci când sunt deservite mai multe folosinţe (atenuarea viiturilor, piscicultură, irigaţii, alimentări cu apă potabilă, agrement, hidroenergetică), care exploatează şi întreţin aceste lucrări. Cheltuielile de investiţii şi de exploatare-întreţinere a lucrărilor (barajele cu uvrajele aferente, cuveta lacului, lucrările de prevenire a colmatării ş.a) se recuperează prin tarifele pentru apă. Amenajarea unui lac colinar implică studii hidrologice cu scop de fundamentare cât mai precisă a volumului de apă util, a volumului destinat atenuării viiturilor şi celui rezervat acumulării aluviunilor (volum mort). De asemenea, se stabilesc debitele maxime pentru dimensionarea evacuatorilor de suprafaţă şi de fund, precum şi nivelurile caracteristice ale apei în lac, necesare dimensionării barajului. În cazul captării apei din surse subterane, debitele capabile ale puţurilor şi forajelor se stabilesc în urma unor pompări de probă iar calitatea apei se determină pe baza unor probe care sunt prelevate după un interval de 24 ore de la începerea pompării. În cazul izvoarelor, se efectuează măsurători de debite pe perioade mai lungi, în special în perioadele de vară, care dau posibilitatea de a cunoaşte regimul debitelor şi stocurile de apă disponibile. 2.3.2. Calitatea apei de irigaţie Sărurile dizolvate în apa de irigaţie, ca şi unele proprietăţi ale ei influenţează activitatea metabolică a plantelor şi evoluţia solurilor şi pentru acest motiv sunt necesare analize ale acestora, atât înainte de întocmirea proiectului, cât mai ales după amenajare, adică în perioada de exploatare. În unele ape poluate pot fi elemente toxice pentru plantele cultivate sau agenţi patogeni care pun în pericol sănătatea oamenilor şi animalelor, adică a consumatorilor produselor agricole. Calitatea apei se apreciază în funcţie de 3 categorii de indicatori: fizici, chimici şi igienicosanitari. 2.3.2.1. Indicatori fizici a. Concentraţia în aluviuni (numită impropriu şi turbiditate), exprimată în g/l sau kg/m3, se determină prin filtrarea unor probe de apă prelevată din zona de captare, urmată de uscarea, cântărirea şi raportarea greutăţii materialului solid la volumul probei. Concentraţiile mari sunt caracteristice unor sectoare (mijlocii şi inferioare, în special) ale râurilor interioare ale ţării noastre, cum sunt: Siretul, Buzăul, Argeşul, Oltul ş.a. În perioadele de viituri, pe toate râurile se remarcă valori maxime ale încărcării de aluviuni, încât funcţionarea sistemelor de irigaţii în timpul apelor mari produce o intensificare a proceselor de colmatare a reţelelor de irigaţii, cu consecinţe nefaste asupra capacităţii de transport şi presiunilor din conducte. Colmatarea canalelor de irigaţii implică o serie de cheltuieli, cu atât mai mari cu cât volumul de aluviuni depuse anual este mai mare. Deasemenea, colmatarea canalelor produce disfuncţionalităţi care, în unele cazuri, pot determina întreruperea programelor de udare şi neefectuarea udărilor la momentele necesare. Volumul de depuneri în sistemul de irigaţie depinde, pe de o parte de potenţialul aluvionar al sursei, şi, pe de altă parte, de condiţiile de depunere a aluviunilor în canalele şi conductele de irigaţii. Cele mai mari intensităţi de colmatare se întâlnesc în acele sisteme unde atât apa din râu

are concentraţie ridicată de aluviuni iar în reţelele de transport şi distribuţie apa circulă cu viteze reduse. Potenţialul de colmatare al apei dintr-un râu este exprimat prin concentraţia medie multianuală, care are valori de 0,3-0,4 kg/m 3 în cazul Dunării şi 0,7-1,5 kg/m 3 în cazul râurilor interioare, în sectorul aval al acestora. Volumul de aluviuni care intră în sistemul de irigaţie este: n

n

m

V   Qi  Ti   Sij  mij i 1

(2.2)

i 1 j 1

în care: V este volumul de aluviuni (m3); Qi - debitele captate în sistem (m3/zi) în perioada i; Ti – durata perioadei i (zile); Sij - suprafaţa udată în perioada i şi sectorul de irigaţie j (ha); mij - norma de udare în perioada i şi sectorul de irigaţie j (m3/ha); i - numărul de ordine al perioadei de timp din sezonul de irigaţie (săptămâni sau decade); j - numărul de ordine al sectoarelor de irigaţie. Din volumul de aluviuni care a intrat în sistem, se depune în reţelele deschise: n

Vd 

Q T   i 1

i

i

i

  cr 

(m3)

(2.3)

DAd

unde: ρi este concentraţia aluviunilor la intrarea în sistem şi în canalele de distribuţie (kg/m3); ρcr - concentraţia critică, care este funcţie de panta canalului, debitul, secţiunea transversală, rugozitatea albiei; DAd - densitatea aparentă a depunerilor (kg/m3). Reducerea Vd se poate realiza atât prin reducerea volumului de apă captat (Q iTi), cât şi prin micşorarea concentraţiei aluviunilor în râu (prin măsuri de reducere a debitului solid folosind amenajări antierozionale ale bazinului hidrografic şi de reducere a eroziunii în albie), evitarea captării apei în perioadele viiturilor, amplasarea adecvată a prizelor pentru a capta apă din stratul de la suprafaţă, construirea unor deznisipatoare sau decantoare în cadrul prizelor; de asemenea, prin mărirea pantei şi vitezei de curgere a apei în canale, deci prin creşterea ρcr, încât o parte mai mare din volumul de aluviuni care a intrat în sistem să nu se depună pe canale, ci să ajungă pe terenul irigat. b. Temperatura apei de irigaţie trebuie apreciată nu numai în legătură cu provenienţa apei (respectiv natura sursei) ci şi în raport cu solurile, metoda de irigaţie, culturile irigate, faza de dezvoltare a plantelor şi perioada din zi în care este distribuită apa. Temperatură variază în primul rând cu originea apei. Astfel, apa din râuri are o temperatură apropiată de a solului, deci de a mediului. Apa din lacurile adânci, unde apare o stratificaţie termică, cu un strat inferior rece şi un strat mai cald la suprafaţă, trebuie preluată din zona superioară. Apa din straturile acvifere subterane are, în general, temperaturi scăzute (11-15 0C) şi necesită încălzire, fie în bazine de acumulare, fie pe traseele pe care le străbate până la parcelele de irigaţie (când transportul ei se face prin canale deschise). Ce temperatură se recomandă să aibă apa de irigaţie adusă la plantă? Ca indicaţie de ordin general, apa este considerată rece, în perioada de vară şi în orele mai calde ale zilei, dacă temperatura ei este sub 15-200C. După unii cercetători, apa se consideră ca fiind rece atunci când temperatura ei este sub 3/4 din cea a solului, iar pentru culturi mai tolerante, cînd este sub 2/3 din cea a aerului. Temperaturile scăzute ale apei de irigaţie conduc la micşorarea temperaturii solului, care, mai ales primăvara, are consecinţe negative în cazul culturilor de legume (întârziere

în creştere, etc). Şi la celelalte culturi, temperaturile suboptime în sol determină o întârziere generală a dezvoltării plantelor, iar în cazuri mai grave produc tulburări fiziologice ale creşterii, absorbţiei radiculare şi metabolismului, care se reflectă negativ asupra producţiei (reduceri până la 25%). c. Gradul de aeraţie al apei. Conţinutul de oxigen dizolvat în apă are un rol important pentru sol şi plante. Într-un m3 de apă se găsesc cca 40-55 cm3 de gaze, din care 20 cm3 CO2, 812 cm3 O2 şi restul N. Apele provenind din lacuri cu nivel avansat de eutrofizare, se caracterizează printr-un grad redus de aeraţie şi respectiv de oxigen şi de aceea nu sunt bune pentru irigaţii. 2.3.2.2. Indicatori chimici Apa pentru irigaţie trebuie să îndeplinească condiţiile impuse de STAS 9450-88. Analizele chimice ale apei de irigaţie au în vedere următorii indicatori: a. Gradul de mineralizare sau, pe scurt mineralizarea, se referă la conţinutul total de săruri solubile la litrul de apă (în g/l sau me/l). Poate fi exprimat şi prin electroconductanţa apei ,EC (în dS/m sau mmho/cm) , care este în relaţie directă cu gradul de mineralizare: C  0,64 EC (g/l) (2.4) b. Concentraţiile principalilor cationi şi anioni, exprimate în g/l sau miliechivalenţi la litru; sodiu, calciu, magneziu, clor, SO4, HCO3, CO3, NO3, ş.a. c. Parametrii specifici apelor uzate ca: substanţa organică (exprimată prin CBO5 şi CCO Mn), azot, fosfor, potasiu, metale grele, ş.a. La o analiză completă a apei, folosind exprimarea în me/l, suma cationilor trebuie să fie aproximativ egală cu suma anionilor, (diferenţe peste 5% arată că analizele au fost eronate). Uzual, dacă nu se determină K sau NO 3 sau ambele, echilibrul cationi-anioni nu este influenţat apreciabil. Oportunitatea folosirii unei surse de apă din punct de vedere chimic se analizează în funcţie de efectele posibile, arătate în continuare: 1. Salinizarea secundară a solului, cu consecinţe negative cunoscute (creşterea presiunii osmotice şi reducerea accesibilităţii apei pentru plante ş.a). Criteriul de apreciere a potenţialului de salinizare este gradul de mineralizare sau electroconductanţa apei. 2. Alcalizarea şi reducerea permeabilităţii solurilor este determinată de excesul de sodiu din apă faţă de calciu şi magneziu, reflectat de valoarea SAR, sau când apa are un conţinut foarte redus de săruri. Efectul de reducere a permeabilităţii este funcţie şi de conţinutul de carbonaţi şi bicarbonaţi, reflectat de valoarea SAR modificat Relaţiile de calcul pentru SAR şi SAR modificat sunt: SAR 

Na Ca  Mg 2

SARmod  SAR  1   8,4  pH c   în care: concentraţiile Na, Ca, Mg, CO3 şi HCO3 sunt exprimate în me/l;

(2.5)

(2.6)

pH c   pK 2'  pKc'   p Ca  Mg   pAlc (2.7) cei trei termeni ai pHc sunt funcţii de Ca+Mg+Na, de Ca+Mg şi respectiv, de CO3 şi HCO3 3. acţiune toxică asupra plantelor sensibile pot avea sodiul, clorurile şi borul. 4. alte efecte care prejudiciază calitatea fructelor se datorează concentraţiilor mari de NH 4N şi NO3-N, precum şi depozitării carbonaţilor pe fructe şi frunze la irigaţia prin aspersiune. Luând în consideraţie aceste efecte, au fost stabilite limitele şi clasele de încadrare a apei de irigaţie în raport cu calitatea ei, exprimată de indicatorii specifici indicaţi în tab.2.1. Tabel 2.1 Interpretarea calităţii apei de irigaţie [1]

Efecte negative şi criterii de apreciere

1. Salinizarea solului - EC (dS/m) - C (mg/l) 2. Reducerea permeabilităţii solului - SAR = 0-3 şi EC ... (dS/m) - SAR = 3-6 şi EC ... (dS/m) - SAR = 6-12 şi EC ... (dS/m) - SAR = 12-20 şi EC...(dS/m) - SAR = 20-40 şi EC...(dS/m) - SARmod 3. Efect toxic asupra plantelor - Na,  irigaţie gravitaţională, evaluat prin intermediul SAR modificat;  irigaţie prin aspersiune, evaluat prin C (me/l) - cloruri  irigaţie gravitaţională, evaluat prin intermediul C (me/l);  irigaţie prin aspersiune, evaluat prin C (me/l) - bor (mg/l) 4. Alte efecte - dezvoltarea exagerată a aparatului foliar NH4-N şi NO3- N (mg/l) - depozite pe fructe şi frunze (la udarea prin aspersiune) HCO3 (mg/l) 6. pH

Clase şi limite de încadrare a apei Utilizare fără Risc mediu în Risc major în risc utilizare utilizare < 0,7 < 450

0,7 – 3 450 – 2000

>3 > 2000

> 0,7 > 1,2 > 1,9 > 2,9 > 5,0 9

9

3 . > 10

3

30

< 90

90 - 520 > 520 Intervalul normal: 6,5 - 8,4

Limitele arătate în tabelul 2.1 cu privire la toate aceste efecte şi criteriile de apreciere sunt, desigur, orientative. Ele sunt valabile pentru condiţii "medii", adică pentru soluri cu textură nisipo-lutoasă până la argilo-lutoasă, cu drenaj intern bun, culturi cu toleranţă relativ mică la salinitate şi irigaţie normală, fără restricţii în privinţa normelor de irigaţie. În practică, condiţiile diferă de multe ori faţă de condiţiile de referinţă arătate şi, de aceea se impun adaptări ale acestor limite la situaţiile concrete locale, care privesc drenajul solurilor, metoda de irigaţie, însuşirile fizice ale solurilor, culturile şi toleranţa lor la salinitate, modul de administrare a apei, ş.a. Sunt relevante experienţele reuşite de irigare a nisipurilor litorale din nordul Africii cu ape marine cu mineralizare ridicată, explicabile prin drenajul intern foarte bun al solurilor. Metoda de irigaţie are, de asemenea, mare importanţă. Din acest punct de vedere, se poate arăta că submersiunea, ca şi irigaţia prin scurgere pe brazde, sunt mai puţin recomandate pentru cazurile când apa are mineralizare mare. În schimb, irigaţia prin picurare este promiţătoare pentru udarea cu astfel de apă, în special acolo unde precipitaţiile din perioada rece sunt suficiente pentru spălarea solurilor şi deplasarea lor în zona subradiculară. La aprecierea calităţii unei surse de apă, proprietăţile solurilor trebuie corelate cu metoda de udare şi cea de drenaj. Solurile argiloase, cu capacitate mică de infiltraţie, nu pot fi irigate cu apă cu mineralizare prea mare, pentru că există riscul concentrării sărurilor în profilul lor iar spălarea devine dificilă. Acelaşi lucru pentru solurile cu textură medie care au orizonturi iluviale la mică adâncime şi care anulează practic drenajul natural intern şi posibilitatea spălării sărurilor aduse prin apa de irigaţii. Aceste două situaţii (soluri argiloase şi soluri cu orizontul iluvial cu rol de ecran impermeabil) pot contribui la dezvoltarea fenomenelor de salinizare secundară şi alcalizare în unele zone irigate din lunca râului Prut şi de pe versanţi şi platouri din bazinul hidrografic Bahlui. Toleranţa la salinitate şi fată de bor a plantelor variază în anumite limite, unele dintre ele admiţând concentraţii mai mari decât altele. Borul a ajuns la concentraţii până la 2 mg/l în apele uzate orăşeneşti din ţările cu consum ridicat de detergenţi ce conţin perborat, încât irigaţia cu astfel de ape devenind riscantă, în primul rând pentru plantaţiile pomicole care prezintă o sensibilitate ridicată faţă de acest element chimic. 2.3.2.3. Indicatori igienico-sanitari Analize aprofundate în această direcţie necesită, în special, apele uzate folosite pentru irigaţii, pentru că ele prezintă un risc sanitar (microbiologic, toxicologic sau mutagen), prin poluarea produselor agricole şi îmbolnăvirea oamenilor şi animalelor care consumă produsele respective. Criteriul de apreciere a apei din punct de vedere igienico-sanitar este numărul de germeni coliformi la litrul de apă iar clasificarea în raport cu acest indicator este prezentată în tabelul 2.2. Tabel 2.2 Clasificarea apei de irigaţie în funcţie de numărul de germeni coliformi

Numărul de germeni coliformi/litru de apă < 102 102 - 105 > 105

Calitatea apei Nepoluată. Utilizabilă pentru toate culturile şi solurile. Moderat poluată. Nu se irigă plantele cu destinaţie alimentară şi furajeră care se consumă în stare proaspătă sau conservată şi solurile foarte permeabile. Intens poluată. Se poate folosi pentru irigarea culturilor ale căror produse sunt prelucrate termic industrial şi pe soluri cu pânza freatică la peste 4m adâncime.

Riscurile la folosirea apelor poluate sunt legate de poluarea produselor agricole, dar şi de poluarea apelor subterane care sunt folosite în scopuri potabile. Primul este în funcţie de mai mulţi factori ca: tipul de cultură, metoda de irigaţie, metoda de recoltare, timpul dintre ultima

udare şi recoltare, modalităţile de consum ale produselor agricole, iar al doilea de: textura solului, stratificaţia terenului până la adâncimea pânzei freatice, ş.a. 2.4. Condiţiile pedologice Studiile sau hărţile pedologice sunt efectuate de unităţi sau laboratoare specializate. Selecţia soluţiilor tehnice de proiectare şi a parametrilor de exploatare este influenţată de condiţiile pedologice referitoare la: textură, structură, profilul solului şi grosimea orizonturilor, permeabilitate, capacitatea de înmagazinare, riscul de salinizare, înmlăştinare, eroziune. Deasemenea, trebuie determinaţi indicii hidrofizici ai solurilor (densitatea aparentă, capacitatea în câmp, coeficientul de ofilire, porozitatea totală şi de aeraţie, coeficientul de infiltraţie). Textura influenţează capacitatea de înmagazinare a apei în sol şi viteza de infiltraţie a apei şi, în mod indirect, debitele şi soluţiile tehnice pentru elementele de udare (debitul, secţiunea şi lungimea brazdelor, intensitatea udării prin aspersiune, debitele şi distanţele dintre picurătoare la irigaţia localizată). Structura influenţează aeraţia, pătrunderea rădăcinilor în adâncime, infiltraţia şi reţinerea apei din precipitaţii şi udări. Indirect, ea influenţează caracteristicile tehnice ale elementelor de udare prin brazde (debitul, lungimea), debitul aspersoarelor şi picurătoarelor. Irigaţia excesivă, ca şi udarea prin aspersiune folosind ploaie cu granulometrie mare, pe soluri neprotejate de vegetaţie, conduce la distrugerea treptată a structurii. Capacitatea de infiltraţie, exprimată prin viteza sau rata infiltraţiei şi infiltraţia cumulată în timp, reprezintă o caracteristică importantă pentru procesul de irigaţie. Ea depinde de textură, în primul rând, dar şi de compactarea solului în urma lucrărilor agricole şi irigaţiilor, de sărurile din sol, de sedimentele aduse cu apa de irigaţie, de eroziune, nivelarea terenului ş.a. Viteza de infiltraţie scade în timp până la o valoare constantă care este aproximativ egală cu conductivitatea hidraulică în regim saturat Pentru viteza de infiltraţie se folosesc ecuaţiile propuse de Kosteakov, Horton, Philip, Holtan, Green-Ampt, Green-Ampt modificată de Morel-Seytoux şi Kanji, ş.a. [3] După Kosteakov: v  K  t a (2.8) unde v este viteza de infiltraţie; t - timpul, considerat de la începutul infiltraţiei; K, a - constante care depind de sol şi condiţiile iniţiale. Horton a propus relaţia: v  v f   vi  v f   e   t (2.9) în care: vi - viteza de infiltraţie la t = 0; vf - viteza de infiltraţie finală (valoare constantă); β - parametru funcţie de sol; Pentru proiectare sunt necesare determinări practice ale infiltraţiei într-un număr mare de puncte pe suprafaţa în studiu, folosind infiltrometre cilindrice cu strat de apă de înălţime constantă. USDA - SCS a împărţit solurile, în raport cu condiţiile de infiltraţie a apei în 8 grupe (familii), numerotate cu cifre ce arată viteza de infiltraţie constantă specifică fiecărei grupe (fig.2.2.) [5].

Fig.2.2. Curbe de infiltraţie cumulată, utile pentru proiectarea elementelor irigaţiei gravitaţionale (USDA, 1964)

Curbele sunt valabile pentru soluri care nu manifestă crăpături în urma scăderii umidităţii. Ca să se identifice grupa sau familia curbei specifică unui anumit tip de sol, se efectuează măsurători de infiltraţie "in-situ", iar perechile de valori referitoare la timpul şi stratul de apă infiltrat de la fiecare măsurare, se materializează prin puncte pe graficul de mai sus. Aceste puncte se orânduiesc pe una din fâşiile din grafic, în apropierea unei curbe care va fi cea reprezentativă pentru condiţiile de sol de unde provin datele. La irigaţia prin brazde, infiltraţia măsurată în condiţii de inundare, cu cilindri-infiltrometre se corectează cu raportul P/d (P - perimetrul udat al brazdei; d- distanţa între brazde). La irigaţia prin aspersiune, ca să nu se producă băltiri sau scurgeri, trebuie ca intensitatea de udare să se menţină mai mică decât viteza de infiltraţie. Aşadar, se poate iriga cu intensitate variabilă (o treaptă mai înaltă în prima parte a udării şi o treaptă mai mică în continuare) sau cu intensitate constantă. Pentru a avea siguranţa că nu se produc băltiri în orice condiţii de durată a udării este bine ca intensitatea ploii la aspersiune să fie constantă şi mai mică decât conductivitatea hidraulică a solului în regim nesaturat. Profilul solului şi grosimea orizonturilor prezintă interes pentru irigaţii mai ales pentru influenţa pe care o au asupra capacităţii de înmagazinare a apei. Capacitatea de reţinere sau rezerva de apă disponibilă se determină cu relaţia: R  100  DA  H   CC  CO  (m3/ha) (2.10) în care: DA - densitatea aparentă (t/m3); H - adâncimea solului (m); CC - capacitatea de apă în câmp (procente din greutatea solului uscat); CO - coeficientul de ofilire (procente din greutatea solului uscat). Valorile orientative ale indicilor hidrofizici CC, CO şi ale intervalului umidităţii active (IUA = CC-CO) pentru principalele grupe de soluri din zonele irigabile ale României sunt prezentate în tabelul 2.2. Tabel 2.2 Valorile orientative ale indicilor hidrofizici pentru principalele grupe de soluri din teritoriul irigabil a României (după ICPA) Grupa de sol

Unitatea fizicogeografică

Textura

Dobrogea

LN-L

Soluri bălane

Adâncime (m) 0,5 1,0 1,5

Densitatea aparentă (t/m3) 1,31 1,28 1,29

Coeficientul de ofilire (CO)

Capacitatea de câmp pentru apă

Capacitatea utilă (IUA)

% din G

m3/ha

%din G m3/ha % G

m3/ha

7,6 7,4 6,9

498 947 1335

24,4 23,9 23,2

1100 2112 3154

1598 3059 4489

16,8 16,5 16,3

Cernoziomuri (carbonatice)

Cernoziomuri argilo-iluviale Psamosoluri şi alte soluri nisipoase

Soluri aluviale

Câmpia Română estică

LN-L

Lunca Dunării

LN-L

Dobrogea

LN-L

Câmpia Română Centrală Câmpia Română Occidentală Câmpia Covurlui Lunca Dunării

LA N NL LA

0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5 0,5 1,0 1,5

1,15 1,22 1,25 1,24 1,26 1,29 1,25 1,24 1,25 1,38 1,42 1,45 1,41 1,42 1,41 1,35 1,37 1,41 1,30 1,40 1,40

9,8 9,2 8,5 8,0 7,6 6,7 9,8 9,3 8,8 13,2 14,7 14,7 1,2 1,2 1,2 1,8 1,8 2,3 16,5 14,7 12,2

564 1122 1594 496 920 1296 613 1153 1650 911 2087 3197 85 170 254 122 247 486 1075 2058 2562

25,9 24,5 23,9 25,2 24,4 23,6 25,5 24,5 23,3 24,6 23,9 23,2 7,3 7,3 7,4 9,2 9,5 9,8 32,3 29,4 28,2

1489 2989 4481 1562 3074 4567 1594 3038 4369 1697 3394 5046 515 1037 1565 621 1302 2073 2100 4116 5992

16,1 15,3 15,4 17,2 17,1 16,9 15,7 15,2 14,5 11,4 9,2 8,5 6,1 6,1 6,2 7,4 7,7 7,5 15,8 14,7 16,0

925 1867 2888 1066 2154 3271 981 1885 2719 786 1307 1849 430 867 1311 499 1055 1587 1027 2058 3360

Solurile profunde, cu textură lutoasă sau luto-nisipoasă, cu structură bună, au o mare capacitate de înmagazinare, încât necesită udări mai rare şi cu norme de udare mai mari. De asemenea, ele reţin şi o cantitate mai mare de apă din precipitaţiile naturale şi de aceea necesită norme de irigaţii mai mici decât solurile subţiri. Capacitatea redusă de reţinere a apei, caracteristică solurilor nisipoase şi celor subţiri explică necesitatea irigaţiilor în condiţiile din nordul Europei (Suedia, partea nordică a Germaniei) iar la noi în ţară în livezile şi fâneţele din zona Lisa-Sâmbăta (Făgăraş). Salinitatea solului, ca şi potenţialul de salinizare secundară, constituie factori care influenţează soluţia de amenajare şi modul de exploatare al sistemelor de irigaţii. Solurile saline şi alcalice necesită spălări şi/sau măsuri de ameliorare agro-pedologice şi chimice (amendamente), dar şi o selecţie atentă a culturilor în raport cu toleranţa lor la salinitate. Drenajul natural al solului depinde de poziţia altimetrică a terenului, structura litologică, configuraţia reliefului, adâncimea apei freatice şi textura. Solurile cu drenaj natural bun sau foarte bun pot fi irigate prin metode ce presupun o dozare şi o uniformitate de calitate inferioară (exemplu, prin scurgere la suprafaţă). În schimb, în zone de luncă sau de câmpii joase, cu un drenaj natural slab, trebuie reduse pierderile de apă prin percolare, să se asigure o bună uniformitate a udărilor, să se adopte soluţii de transport şi distribuţie care să reducă la minimum pierderile de apă şi infiltraţiile. În caz contrar, echilibrul hidrogeologic va fi perturbat şi, treptat, în perioada de exploatare, se va produce o ridicare a nivelurilor freatice care, de la un anumit nivel, vor determina apariţia proceselor de salinizare sau înmlăştinare secundară a solului. 2.5. Condiţiile hidrogeologice Condiţiile hidrogeologice, în special adâncimea apei freatice, reprezintă un criteriu important pentru alegerea metodei de irigaţie. Se referă la regimul apelor freatice în special, dar şi al pânzelor acvifere de adâncime, dacă acestea reprezintă surse potenţiale de irigaţie. Regimul apelor freatice este caracterizat prin: adâncimea, variaţiile de nivel în timpul anului (îndeosebi în perioada aprilie-octombrie), direcţia de curgere, mineralizarea apei freatice şi compoziţia chimică. Variaţia adâncimii apei freatice în zonele irigabile se exprimă folosind hărţile hidrogeologice cu izofreate. Adâncimea apei freatice este luată în considerare la calcularea alimentării cu apă a plantelor prin ridicare capilară a apei; cu cât apa freatică este mai apropiată de baza sistemului radicular, cu atât acest aport este mai mare.

În perioada de exploatare a sistemelor de irigaţie este necesar să se organizeze monitoringul evoluţiei nivelurilor freatice. Mineralizarea apei freatice influenţează procesele de salinizare a solului, mai ales acolo unde irigaţia excesivă determină ridicarea treptată a nivelurilor freatice. În cazul unor pânze acvifere exploatabile pentru irigaţie, studiile se referă la: debitul capabil al forajelor sau puţurilor (se determină prin pompări experimentale), raza de influenţă, distanţa necesară între puţuri sau foraje, calitatea apei (mai ales din punct de vedere termic şi chimic), ş.a. 2.6. Condiţiile geologice şi geotehnice Fundarea staţiilor de pompare, canalelor şi construcţiilor hidrotehnice din sistemele de îmbunătăţiri funciare impun efectuarea unor studii şi analize referitoare la structura geologică (în special cea litologică) şi la caracteristicile geotehnice ale straturilor de pământ întâlnite până la adâncimea de fundare. În acest scop, pe viitoarele amplasamente ale construcţiilor se efectuează foraje de studiu, rezultatele studiilor reprezentându-se în fişele forajelor, ca şi în profilele geotehnice. Prin analize de laborator ale probelor de pământuri prelevate din forajele de studiu se stabilesc caracteristicile geotehnice (unghiul de frecare interioară, coeziunea, presiunea admisibilă, etc.) 2.7. Culturile irigate Se vor alege din cele ce corespund condiţiilor pedo-climatice şi care să asigure un spor de producţie însemnat şi un profit sigur în urma irigaţiei. Se va analiza structura de culturi anterioară (fără irigaţie) şi ce randamente (producţii) s-au obţinut în staţiunile experimentale din zonă în regim irigat. La stabilirea structurii de culturi care vor fi irigate sunt hotărâtoare opţiunile beneficiarilor agricoli iar stabilirea sporurilor de producţie să se facă printr-o analiză reală a posibilităţilor pe care le asigură irigaţia în contextul celorlalţi factori de producţie agricolă (potenţialul de fertilitate al solului, mecanizare, fertilizare şi tipul de management agricol). 2.8. Capitalul şi forţa de muncă disponibile Disponibilităţile de capital pentru o amenajare nouă sau pentru modernizarea, reabilitarea unei amenajări existente şi forţa de muncă din zonă ce poate fi folosită pentru efectuarea udărilor sunt criterii importante în selecţia metodei de irigaţie şi tehnicii de irigaţie şi de amenajare. Capitalul necesar pentru amenajare (raportat la hectar) creşte odată cu creşterea gradului de complexitate al instalaţiilor de distribuţie a apei şi de control şi automatizare al irigaţiilor şi cu componentele amenajării care asigură reducerea manoperei în exploatare. Din acest motiv, pentru fiecare variantă de amenajare şi irigare se calculează şi cheltuielile pentru exploatare, care sunt direct legate de forţa de muncă necesară. Uneori, sistemele care cer capital pentru amenajare mai redus, pot solicita cheltuieli de exploatare mari, încât cheltuielile totale pot fi mai mari decât în cazul unor sisteme ce necesită un capital iniţial important. Forţa de muncă şi gradul de instruire influenţează alegerea metodei şi tehnicii de irigaţie şi de amenajare. În multe cazuri, dacă nu există suficientă forţă de muncă sau e scumpă, se adoptă tehnici de irigaţie prin aspersiune cu instalaţii de udare autodeplasabile sau sisteme fixe prin aspersiune sau cu irigaţie localizată.

2.9. Cerinţele energetice Energia este necesară pentru pompare (în cadrul staţiilor de pompare de bază şi de repompare), punerea sub presiune a reţelelor de distribuţie din conducte îngropate şi, uneori, pentru funcţionarea mecanizată a instalaţiilor de udare. Consumul specific de energie la o amenajare de irigaţie cu o singură treaptă de pompare se determină cu relaţia: E

9,81  M br  H 3600   p

(2.11)

în care: Mbr este norma de irigaţie brută (m3/ha); M br  M net 

(2.12) Mnet este norma netă de irigaţie (m3/ha); η - randamentul global al sistemului =  u   a   d ηu - randamentul udărilor; ηa - randamentul hidraulic al reţelei de aducţiune ηd - randamentul hidraulic al reţelei de distribuţie. H - înălţimea totală de pompare (înălţimea geodezică plus presiunea de serviciu la dispozitivul de udare - aspersor, conducte udare pe brazde, picurător- plus pierderile prin frecare în conducte). ηp - randamentul energetic al staţiei de pompare. Elementele din relaţia (2.11) trebuie atent evaluate în cazul analizelor pentru selecţia metodei de irigaţie şi a soluţiei de amenajare sau de reabilitare-modernizare, a echipamentelor de pompare şi a celor de udare. Pentru a diminua consumul energetic dotarea staţiilor de pompare se va face cu utilaje de pompare cu randament ridicat iar pentru reducerea presiunilor există posibilităţi de utilizare a unor echipamente de udare cu presiuni de funcţionare mici. Pentru diminuarea normei brute se vor analiza metodele de irigaţie cu ηu cât mai bun şi tipuri de amenajări de reţele de aducţiune şi distribuţie cu randamente hidraulice ridicate. 2.10. Studii privind impactul amenajărilor de irigaţii asupra mediului Ridicarea nivelurilor freatice, determinate de pierderile de apă din canalele de irigaţie şi din procesul de udare, reprezintă cea mai serioasă problemă care se manifestă frecvent în urma exploatării pe termen lung a amenajărilor de irigaţii. Ea este însoţită de salinizarea secundară a solurilor sau de înmlăştinarea unor suprafeţe întinse. Antrenarea îngrăşămintelor minerale de azot în stratul freatic este un alt fenomen. Se produce în condiţiile solurilor nisipoase, determinând o creştere a riscului de îmbolnăvire a oamenilor şi animalelor care utilizează apa potabilă din puţurile din zonele respective. Eroziunea solului în condiţii de irigaţie poate fi prevenită prin alegerea judicioasă a elementelor udărilor pe terenurile în pantă (intensitatea udării prin aspersiune şi fineţea ploii, debitul de alimentare a brazdelor etc.). Contaminarea solului cu metale grele, în special în cazul folosirii pentru irigaţie a apelor uzate are efecte atât asupra fertilităţii solului, a producţiei şi calităţii ei, dar şi asupra ecosistemelor acvatice, aducând daune serioase faunei piscicole.

În condiţiile utilizării pentru irigaţie a straturilor acvifere subterane, pomparea excesivă conduce la coborârea treptată a nivelurilor freatice, fenomen care poate fi asociat de subsidenţă, iar în zonele litorale, de pătrunderea apelor marine în zonele de pompare, ambele fenomene fiind ireversibile. De asemenea pot fi afectate alimentările cu apă potabilă din zonă sau să reducă suprafaţa zonelor umede, debitul izvoarelor şi scurgerea de bază a râurilor. Prin captări exagerate de apă pentru irigaţii, regimul hidrologic poate să sufere modificări nefavorabile care să se reflecte în ecologia râurilor. Modificările sunt determinate de reducerea debitelor minime în aval de priza sistemelor mari de irigaţie şi de înrăutăţirea calităţii apei produsă de evacuările din sistemele de irigaţie cu concentraţii mari de săruri. Aceste impacturi privesc atât utilizatorii de apă din aval, inclusiv sistemele de irigaţii, precum şi fauna piscicolă. De asemenea, se produc modificări ale habitatului din râu şi din apropierea râului şi sunt alterate micro-habitatele specifice zonelor umede. În astfel de situaţii este nevoie de a se identifica speciile care sunt în pericol şi a se stabili impactul schimbărilor posibile asupra şanselor lor de supravieţuire. Modificarea condiţiilor biologice şi ecologice, ca o consecinţă a modului de utilizare intensivă a terenurilor irigate şi a surselor de apă locale, afectează biodiversitatea, zonele de interes ştiinţific special şi migraţia păsărilor. Corpurile de apă oferă condiţii favorabile pentru piscicultură, ca şi pentru păsările acvatice permanente şi migratoare, dar poate să favorizeze şi dezvoltarea insectelor transmiţătoare de boli (tânţari etc). Reducerea debitelor în râuri, creşterea concentraţiilor de săruri, eutrofizarea şi reducerea conţinutului de oxigen, favorizată de antrenarea îngrăşămintelor de azot şi fosfor de pe terenurile cultivate (aprovizionate cu aceste elemente în cantităţi mai mari, în condiţii de irigaţie), temperaturile mai ridicate ale apei, poluarea mai avansată şi concentraţiile mai mari de aluviuni pot avea consecinţe nefavorabile asupra ecosistemelor din aval, favorizând dezvoltarea excesivă în corpurile de apă a plantelor acvatice mai tolerante, adaptabile la aceste condiţii.

Bibliografie [1] Ayers, R.S., Wescot, D.V. – Water quality for agriculture, FAO – Irrigation Guidlines, 2000. [2] Hoffman, G.I. – Management of farm irrigation systems, ASAE Monograph, 1990. [3] Jensen, M.E. – Design and operation of farm irrigation systems, ASAE Monograph 3, 1980. [4] Roades, D.I., Loveday I. – Salinity in irrigated agriculture. In „Irrigation of Agricultural Crops” – Agronomy Monograph, nr.30, 1990. [5] xxx – Irrigation Ch.1. Soil-Plant-Water Relationship. Nat. Eng. Handbook, sect.1, SCSUSDA, 1964. [6] xxx – Instrucţiuni tehnice privind metodologia de determinare a necesarului de apă de irigaţie al culturilor agricole, ID1, 1985.

3. CERINŢELE DE APĂ PENTRU IRIGAŢII

3.1. Introducere Sistemul de irigaţie se dimensionează astfel încât să aibă capacitatea de a satisface cerinţele de apă ale plantelor şi eventual alte nevoi. Debitele de dimensionare se determină în urma precizării volumelor de apă de irigaţie, pe perioade lungi de timp (min. 25 ani) pentru culturile prevăzute a fi irigate. Variabilitatea precipitaţiilor şi a celorlalte condiţii climatice în timp face ca şi cerinţele de apă de irigaţie să varieze de la un an la altul iar cerinţele de vârf să fie stabilite pe cale statistică şi să constituie valori caracteristice pentru dimensionarea lucrărilor. Volumele specifice de irigaţie, numite norme de irigaţie, se stabilesc în una din următoarele ipoteze: - Pentru a rezulta sporuri maxime de producţie la culturile irigate, ipoteză care se adoptă în situaţia când sursa de apă nu impune constrângeri iar apa este ieftină (ex. sistemele mici sau medii, cu captare gravitaţională din râuri). În acest caz irigaţia este numită „optimală” şi se pretează la culturi cu valoare economică ridicată (legume, plantaţii pomicole etc.) - Pentru a maximiza venitul pe m 3 de apă sau sporul de producţie care se obţine folosind un m3 de apă de irigaţie, condiţie care se impune acolo unde apa este scumpă. Irigaţia este numită „deficitară” sau „cu profit maxim”. Se pretează la culturile de câmp cu sensibilitate hidrică mai redusă; Prin dimensionare se asigură deservirea beneficiarilor cu apă, în conformitate cu structura de culturi propusă de fiecare la proiectarea amenajării, dar trebuie anticipate şi eventualele schimbări ale culturilor sau tehnologiilor agricole în perioada de exploatare. În unele situaţii, sunt luate în consideraţie, pe lângă cerinţele culturilor agricole şi nevoile de apă pentru spălarea solurilor sărăturate, alimentarea cu apă a unor ferme zootehnice, obiective industriale, amenajări piscicole, de agrement etc. 3.2. Consumul de apă al culturilor agricole irigate

Reprezintă suma cantităţilor de apă corespunzătoare evaporaţiei din sol şi transpiraţiei plantelor şi se exprimă în mm sau m3/ha pe perioada considerată (zi, decadă, lună, an). Pentru exprimarea consumului de apă al culturilor, în general se folosesc mai multe noţiuni: - Evapotranspiraţia potenţială (ETP), reprezintă intensitatea maximă a consumului de apă de la suprafaţa solului şi plantelor, limitat numai de factori climatici. Poate varia de la cultură la cultură, datorită diferenţelor în privinţa rugozităţii aerodinamice şi reflectanţei suprafeţei. - Evapotranspiraţia potenţială de referinţă (ET0) reprezintă consumul maxim de apă din sistemul sol-plantă, în condiţiile când solul este aprovizionat cu apă la nivel optim şi pentru o cultură de referinţă (gazon sau lucernă) cu densitate şi dezvoltare normală. Este preferată faţă de ETP deaorece este definită pentru o cultură specifică şi un set de condiţii advective - Evapotranspiraţia reală (ETR) sau actuală (ETa) este consumul de apă efectiv al unei culturi; mărimea ei depinde de condiţiile meteorologice, de cultură (prin abilitatea specifică fiecăreia de a extrage apa din sol) şi de umiditatea solului. - Evapotranspiraţia reală maximă (ETM) este consumul prin evapotranspiraţie al unei culturi, atunci când umiditatea solului se menţine în intervalul optim, adică între capacitatea de câmp şi plafonul minim, prin folosirea irigaţiei. 3.2.1. Determinarea ETP şi ET0 Există multe metode de calcul, majoritatea având la bază corelaţiile cu elementele climatice. Pot fi clasificate în metode aerodinamice, metode bazate pe bilanţul energetic, metode combinate şi metode empirice (Thornthwaite, Jensen-Haise, Turk, bacuri evaporimetrice etc.) şi alte metode (reţele neurale, algoritmi genetici etc.). 3.2.1.1. Metode aerodinamice Aceste metode consideră că fluxul vaporilor de apă este proporţional cu viteza vântului şi cu diferenţa de presiune a vaporilor de la suprafaţa de evaporare şi din zona atmosferică înconjurătoare. Cea mai cunoscută relaţie pentru estimarea evaporaţiei de la suprafaţa apei este ecuaţia lui Dalton: E   eS  e  f  u 

(3.1)

unde: eS – presiunea vaporilor la suprafaţa frunzelor (în stratul limită din jurul frunzelor); e – presiunea vaporilor la o înălţime oarecare deasupra plantei; f(u) – o funcţie de componenta orizontală a vitezei vântului. Utilizarea acestor metode este dificilă datorită dificultăţilor de măsurare a elementelor climatice pe care le foloseşte. 3.2.1.2. Metode bazate pe bilanţ energetic Bilanţul energetic se scrie utilizând următoarea relaţie: ETP  Rn  Ad  S  A  C  P

(3.2) unde: Rn este radiaţia netă; Ad – advecţia; S – căldura primită de sol; A - fluxul de energie pentru încălzirea aerului; C – căldura acumulată de covorul vegetal; P – energia folosită pentru fotosinteză. Termenii C şi P pot fi neglijaţi (pe sezon reprezintă sub 2% din Rn), la fel ca şi S (maxim 15% Rn), cât şi Ad (din acest motiv, metodele de calcul pe baza bilanţului energetic dau rezultate acceptabile numai în zone fără advecţie).

Avându-se în vedere că evapotranspiraţia este controlată de cantitatea de energie disponibilă pentru evaporarea apei, în forma cea mai simplă bilanţul energetic are expresia: Rn  ETP  A

(3.3)

Pentru a rezolva această ecuaţie se foloseşte raportul Bowen, având expresia: B

T  T2 T z A     S ETP e z e S  e2

(3.4)

în care: γ - constanta psihrometrică; TS, T2 – temperatura aerului la nivelul suprafeţei de evaporare şi respectiv la înălţimea de 2 m; eS, e2 – presiunea vaporilor la suprafaţa de evaporare a apei şi respectiv în aer, la 2 m înălţime de la sol. Determinarea precisă a acestui raport este dificilă datorită greutăţii în măsurarea temperaturii şi a presiunii vaporilor la nivelul suprafeţei frunzelor. 3.2.1.3. Metode combinate (Penman, Penman-Monteith) Combinând metodele aerodinamice cu cele bazate pe bilanţul energetic, în anul 1948, Penman [11] a stabilit ecuaţia pentru evaporaţia de la suprafaţa apei sub forma: E

  Rn  f  u    e a  e d     

(3.5)

Pentru suprafeţe cultivate agricol relaţia de calcul a ET0 are expresia: ET0 

   Rn  G     f  u    e a  e d   

(3.6)

în care: G este radiaţia reflectată de suprafaţa pământului; Rn - G = Rn (1-a) a – albedoul suprafeţei ea - presiunea de saturaţie a vaporilor la temperatura aerului; ed - presiunea efectivă a vaporilor din atmosferă, la înălţimea z; Δ - panta dreptei ce exprimă legătura între presiunea vaporilor saturaţi şi temperatură f(u) - o funcţie a vitezei vântului deasupra terenului la înălţimea z, care, după Doorembos şi Pruitt [4], se determină cu relaţia:

u   f  u   0,271  2   100  unde u2 este viteza vântului la înălţimea de 2 m.

(3.7)

O altă metodă şi relaţie de estimare a ET 0, derivată din relaţia Penman, este PenmanMonteith [10]: VPD    Rn  G     C P ra ET0  (3.8)  r      1  c   ra  în care: VPD este deficitul presiunii vaporilor de apă din atmosferă, la înălţimea de referinţă (2 m);

VPD = (ea – ed) ρ - densitatea aerului; CP - căldura specifică la presiune constantă a aerului; ra - rezistenţa aerodinamică a covorului vegetal; rc - rezistenţa suprafeţei foliare la transpiraţia şi difuzia vaporilor de apă în atmosferă; Celelalte elemente au aceeaşi semnificaţie ca în relaţia lui Penman. Rezistenţa aerodinamică (ra) produsă de rugozitatea ce o reprezintă covorul vegetal pentru vânt, se determină pe baza relaţiei care are în vedere variaţia logaritmică a vitezei vântului începând de la înălţimea egală cu rugozitatea:   z  d   ln   z0  ra  K 2  uZ

[S/m]

(3.9)

în care: z este înălţimea de măsurare a vitezei vântului (m); z0 - înălţimea rugozităţii (m); d - înălţimea planului zero a curentului aerian (m); K - constanta lui Van Karman (are valoarea 0,41); uZ - viteza vântului măsurată la înălţimea z (m/s). Rezistenţa suprafeţei foliare (rc) depinde de gradul de deschidere a stomatelor, care , la rândul său, este funcţie de radiaţia Rn, VPD, ş.a. Pentru ierburi perene: rc 

100 0,5  LAI

(3.10)

unde LAI este indicele suprafeţei foliare, care, pentru iarbă este LAI  24  hc ; hc - înălţimea covorului vegetal. Evapotranspiraţia de referinţă (ET0), a fost redefinită [1] ca fiind consumul de apă al unei culturi ideale de ierburi, optim aprovizionată cu apă, cu dezvoltare activă şi uniformă, care are înălţimea hc = 0,12 m şi rc = 70 S m-1, relaţia de calcul fiind denumită Penman-Monteith FAO. 900 0,408     Rn  G      u 2   ea  ed  T  273 (mm/zi) (3.11) ET0      1  0,34  u 2  Rn şi G se exprimă în acest caz în MJ  m 2  zi 1 , viteza medie zilnică a vântului la 2 m înălţime (u2), în m/s, deficitul de presiune a vaporilor în kPa, iar Δ şi γ în kPa/0C. Rn se poate determina, în lipsa măsurătorilor directe, pe baza relaţiei: Rn  Rns  Rnl unde

(3.12)

n   Rns  0,77 a  b  Ra N   n   Rnl  2,45  10  9  0,9  0,1 0,34  0,14 e d TK4 max  T K4 min  N  





în care: Rns - radiaţia netă de undă scurtă (MJ. m-2 . zi-1); Rnl - radiaţia netă de undă lungă (MJ. m-2 . zi-1); n, N – insolaţia sau durata relativă de strălucire a Soarelui; n - numărul de ore efective de strălucire a Soarelui (ore);

(3.13)

N - numărul maxim de ore de strălucire a Soarelui (ore); a, b - coeficienţi de regresie între insolaţie şi radiaţie; a  0,29  cos   0,2 pentru Iasi b  0,46  0,56 (0,53 pentru Iasi)

φ - latitudinea staţiei meteorologice; Ra - radiaţia astronomică (MJ. m-2 . zi-1); TKmax, TKmin - temperatura maximă şi respectiv minimă (0K). (3.14) (3.15) (3.16)

N  7,64   S

 S  arccos  tg  tg    0,409  sin 0,0172  I  1,39   declinatia solara (rad) I - numărul de ordine al zilei de la începutul anului; Ra  37,6  d r    S  sin   sin   cos   cos   sin  S  (3.17) unde: dr = 1 + 0,033 cos(0,0172 I) = distanţa relativă Pământ-Soare (3.18) ed - presiunea efectivă a vaporilor de apă din atmosferă, care se calculează cu relaţia: Urmed ed  50 50 (3.19)  e a  T K min  e a  TK max  în care: Urmed - umiditatea relativă medie a aerului (%). Presiunea de saturaţie a vaporilor (în kPa) se determină cu relaţia:  17,27  T  e a  0,611  exp   T  273,3 

(3.20)

în care T este temperatura aerului (0C). În cazul unor estimări lunare, G, se poate considera zero, însă pe perioade mai scurte, se calculează cu formula:





n  G      T 4  0,47  0,06668 e d k  1  k   N 

(3.21)

unde: k - coeficient empiric = 0,1 -0,2; ε - puterea emisivă a suprafeţei = 0,95 - 0,98; σ - constanta lui Boltzman = 118 . 10-9 cal/cm2 . zi . 0K; ed - pentru temperatura T, în mm col. Hg 

4098  e a

 T  273,3

  0,00163

(3.22) 2

P 

(3.23)

unde: P este presiunea atmosferică la altitudinea H (în kPa)  293  0,0065 H  P  101,3    293  

iar căldura latentă de vaporizare în MJ kg-1   2,501   2,361  10 3 T

5, 26

(3.24) (3.25)

Metoda Penman şi cele derivate din ea oferă cea mai mare precizie în calculul ET 0 pentru perioade de estimare sub 5 zile. 3.2.1.3. Metode empirice a) Metoda Thornthwaite ETP se estimează pe perioade lunare sau decadale cu formula empirică: a

 10  T  ETP  1,6    p  I 

(3.26)

în care: ETP este evapotranspiraţia potenţială medie zilnică (mm/zi) pe luna considerată; T - temperatura medie lunară (0C); I - indice termic anual, egal cu suma indicilor termici lunari (il) cu expresiile: 1, 514

T  il   ml   5 

(3.27)

Tml - temperatura medie lunară multianuală (0C); a - exponent funcţie de indicele I a  0,000000675 I 3  0,000077  I 2  0,01792  I  0,49239

(3.28)

p - coeficient de corecţie, funcţie de durata zilei-lumină, adică de latitudine (tab.3.1). Tabel 3.1 Coeficientul de corecţie a ETP în funcţie de latitudine, pentru formula lui Thornthwaite Lat. 420 440 460 480

Ian. 0,82 0,81 0,79 0,76

Feb. 0,83 0,82 0,81 0,80

Mar. 1,03 1,02 1,02 1,02

Apr. 1,12 1,13 1,13 1,14

Mai 1,26 1,27 1,29 1,31

Iun. 1,27 1,29 1,31 1,33

Iul. 1,28 1,30 1,32 1,34

Aug 1,19 1,20 1,22 1,23

Sep. 1,04 1,04 1,04 1,05

Oct. 0,95 0,95 0,94 0,93

Nov 0,82 0,80 0,79 0,77

Dec. 0,79 0,76 0,74 0,72

Valoarea necorectată a ETP se poate determina cu abaca din fig.3.1.

Fig.3.1. Abacă pentru determinarea ETP (valoarea necorectată funcţie de latitudine), cu metoda Thornthwaite

b) Metoda bacurilor evaporimetrice Evaporaţia din bacuri tip clasa A este măsurată zilnic în perioada caldă a anului, în cadrul staţiilor şi posturilor evaporimetrice organizate în sistemele de exploatare din ţara noastră. Valorile măsurate au fost folosite în activitatea de programare a udărilor, însă în unele staţiuni experimentale şi sisteme de irigaţii există deja date pe 20-25 ani, care pot fi folosite la stabilirea necesarului de apă pentru irigaţie, mai ales că în aceste staţii sunt măsurate şi precipitaţiile. Datele măsurătorilor asupra evaporaţiei din bac se corelează cu evapotranspiraţia, deoarece ambele depind de factori climatici ca: umiditatea aerului, viteza vântului, radiaţia solară şi temperatura aerului. Evaporaţia apei din bac nu reflectă însă acumularea căldurii şi caracteristicile de transfer ale culturii. Bacul evaporimetric tip clasa A (cu D=125 cm şi H=25 cm) este realizat din tablă de fier galvanizată şi aşezat pe o platformă din lemn la 15 cm deasupra suprafeţei solului. Nivelul apei se menţine la 5 - 7,5 cm sub marginea de sus, iar variaţiile zilnice ale sale, determinate de evaporaţie, sunt măsurate într-un cilindru aşezat în bac, cu un limnimetru cu vernier, având precizie de 0,02 mm. Evapotranspiraţia de referinţă (ET0) se calculează cu relaţia: ET0  K BAC  EBAC (3.29) unde: ET0 - evapotranspiraţia culturii de referinţă (ierburi), în mm/zi; KBAC – coeficient de corelaţie specific bacului clasa A, condiţiilor de aşezare, umidităţii aerului, vitezei vântului şi distanţei de la marginea parcelei pe direcţia vântului dominant (se consideră cazurile din fig.3.2.); are valorile prezentate în tabelul 3.2; EBAC – evaporaţia apei din bac, exprimată în aceleaşi unităţi de măsură ca şi ET0. Valorile KBAC se folosesc pentru estimări ale ET0 pe decade sau luni.

Fig.3.2. Schiţă privind condiţiile de amplasare a bacului evaporimetric

Tabel 3.2 Coeficientul KBAC pentru bac tip clasa A, în diferite condiţii de amplasare, de acoperire a solului, umiditate relativă medie şi viteză medie a vântului în 24 ore

Viteza vânt

Cazul A Bac înconjurat de cultură cu talie joasă Umid. aer (%)

(m/zi) Dist.bac (m)

Mică Rmin, nu este nevoie de irigaţie în luna respectivă şi se trece la luna următoare, considerând Ri(i)=Rf(i-1). Dacă Rf 0,5 - ploaie grosieră, recomandată numai pentru păşuni şi fâneţe, pe soluri nisipoase. Diametrul picăturilor poate fi redus nu numai prin mărirea presiunii (aceasta impunând creşterea consumului de energie pentru irigaţii), ci şi prin alte mijloace (dispozitive de rotire cu şoc, margini ascuţite ale duzelor cu secţiune triunghiulară, rectangulară sau ovală, ace amplasate în jet la ieşire ş.a). 9.1.4. Uniformitatea udărilor Distribuţia cât mai uniformă a apei pe teren este de mare importanţă pentru dezvoltarea normală a culturilor şi obţinerea unor producţii agricole mari. Udările neuniforme determină, mai ales în zonele şi anii secetoşi, producţii scăzute. Uniformitatea depinde de mulţi factori: tipul de aspersor, duza de lucru, presiunea de funcţionare, curba (distribuţia) pluviometrică, distanţele de aşezare a aspersoarelor pe aripa de udare, ca şi de viteza vântului. Experimental, uniformitatea udării în cazul schemelor de aşezare a aspersoarelor în pătrat şi dreptunghi, se determină în standuri sau teren cu pluviometre aşezate în caroiaj (la 2 m distanţă) pe suprafaţa care se udă prin interferenţa a patru aspersoare vecine. Ea se apreciază în raport cu valoarea coeficientului de uniformitate (CU), care, după Christiansen [2], are expresia:  CU  100  1  

h

h   h n  i

(%)

(9.5)

în care: hi este înălţimea ploii în fiecare cutie pluviometrică (mm); h - înălţimea medie a ploii (mm); n - numărul de cutii pluviometrice. Valorile CU = 100-85% sunt pentru o uniformitate foarte bună şi bună, 85-75% pentru uniformitate mare, 75-65% pentru uniformitate slabă şi sub 65% pentru uniformitate necorespunzătoare. Culturile agricole au cerinţe diferenţiate în privinţa coeficientului de uniformitate. Astfel, culturile cu sistem radicular superficial (cartofi şi multe alte legume) au nevoie de CU > 85%, culturile cu rădăcini adânci ca: lucerna, porumbul, sfecla de zahăr, CU = 75-85%, iar pomii şi viţa de vie, CU < 70%. Când se aplică îngrăşăminte sau se fac tratamente fito-sanitare, odată cu irigaţia trebuie ca CU să fie peste 80% iar, dacă nu se poate realiza această condiţie din cauza vitezei mari a vântului, se vor efectua aceste lucrări în perioada fără vânt.

Uniformitatea irigaţiei, considerată în urma efectuării mai multor udări pe acelaşi teren într-un sezon, se poate îmbunătăţi prin alternarea poziţiilor aripilor de udare (la a doua udare, aripile se aşează la mijlocul distanţei dintre poziţiile de la prima udare), deci poziţiile se decalează cu D/2 (D fiind distanţa dintre poziţiile alăturate ale aripilor de udare). Coeficientul de uniformitate în urma a două udări cu poziţii decalate ale aripilor este aproximativ: CU  1 2   10  CU 0,5 (%)

(9.6)

unde CU este coeficientul de uniformitate pentru o udare (în %). Uniformitatea se reglează prin modificarea distanţelor de aşezare a aspersoarelor, luând în consideraţie şi viteza vântului (tabel 9.4). Tabel 9.4. Distanţele dintre aspersoare în funcţie de viteza vântului

Viteza vântului (m/s) Distanţa de aşezare a aspersoarelor (% din diametrul udat)

0-1,5 60-70

1,5-3,0 50-60

3,0-4,0 40-50

4,0-5,0 30-40

>5 25-30

9.1.5. Randamentul (eficienţa) udării În timpul udărilor prin aspersiune intervin pierderi de apă prin evaporaţie din jet şi pierderi datorită suprairigaţiei. Pierderile prin evaporaţie sunt în funcţie de caracteristicile hidraulice şi funcţionale ale aspersoarelor (debit, presiune, diametrul duzei), dar şi de condiţiile climatice în timpul udării (temperatura aerului, viteza vântului, umiditatea relativă). Mărimea lor procentuală poate fi stabilită cu nomograma lui Frost şi Schwalen (fig.9.3.).

Fig.9.3. Nomogramă pentru calculul pierderilor de apă prin evaporaţie la irigaţia prin aspersiune

Elementele funcţionale ale aspersorului determină fineţea ploii, iar cele climatice stabilesc potenţialul de evaporaţie, încât pierderile procentuale sunt dependente de ambele categorii de elemente. Randamentul udărilor prin aspersiune în ţara noastră, dacă se consideră numai pierderile prin evaporaţie, la irigaţia cu ploaie fină este între aproximativ 95% (pentru viteze mici ale

vântului) şi 90% (la viteze mari ale vântului). În zilele călduroase de vară, la viteze mari ale vântului pierderile de apă pot fi de 20% iar randamentul de 80%. În timpul nopţii, temperaturile mai scăzute şi vitezele reduse ale vântului îmbunătăţesc randamentul udărilor la 90-93%. Exemplu de calcul Să se stabilească tipul de aspersor, caracteristicile lui şi elementele tehnice ale irigaţiei pentru următoarele condiţii: sol lutos, panta terenului 4%, viteza vântului 0-2 m/s. În varianta I se irigă legume care necesită udări pentru răsărire (sol neprotejat de vegetaţie) iar în varianta a II-a se irigă lucernă. Varianta I: legume Pentru legume este nevoie de un indice de finaţe Kp < 0,3 (recomandat pentru culturi sensibile). Se propune aspersor tip ASJ-1M cu: - diametrul duzei: d = 6 mm - presiunea de lucru: H = 30 mca - debitul aspersorului: Q = 2,21 m3/h - diametrul de stropire: D = 31,6 m. Intensitatea medie orară şi schema de aşezare 18x18 m

ih 

103  2,21  6,82 mm/h 18  18

 imax .adm

(conform tabelului 9.3., imax.adm = 13 mm/h). Uniformitatea udării este bună (confirmată de cuprinderea acestei scheme în interiorul zonei conturate din tabelul 9.1.). Fineţea ploii:

Kp 

d 6   0,2  0,3 H 30

Pierderile prin evaporaţie din jet în zilele de vară (ETP = 5 mm/zi) sunt de 5% iar randamentul udării:

u  1  0,05  0,95

Varianta a II-a: lucernă Se propune: aspersor tip ASM-2M - diametrul duzelor: 11+6,3 mm - presiunea de lucru: H = 35 mca - debitul: Q = 10,83 m3/h - diametrul de stropire: D = 50 m. Distanţa de aşezare în schemă (pentru viteza vântului considerată este 50-60% din D, deci 0,6  50  30 m. Se adoptă schema în pătrat 30x30 m. Intensitatea orară a ploii:

ih  12 mm/h  imax .adm (la lucernă imax .adm  1,25  13  16,25 mm/h ) Procedând ca în cazul precedent, se constată că uniformitatea udării este bună. Fineţea ploii:

Kp 

d mare 11   0,31  0,5 H 35

Randamentul udării (ηu) este acelaşi ca mai sus.

9.2.

Instalaţii de irigaţie prin aspersiune

9.2.1. Clasificări Instalaţiile de irigaţie prin aspersiune pot fi clasificate în două grupe mari: a) mobile; b) fixe. Cele mobile se clasifică în funcţie de mai multe criterii ca numărul de aspersoare în funcţiune simultan şi modul de montare, astfel:

A. instalaţii cu unul sau două aspersoare: A.1. cu deplasare manuală dintr-o poziţie în alta, la terminarea udării; A.2. cu deplasare mecanică la terminarea udării; A.3. cu deplasare continuă simultan cu udarea (udare din mişcare). B. instalaţii cu număr mare de aspersoare (instalaţii cu aripă de udare): B.1. cu deplasare manuală dintr-o poziţie în alta (la terminarea udării); B.2. cu deplasare mecanică prin tractare longitudinală; B.3. cu deplasare mecanică într-o nouă poziţie (cu motor propriu); B.4: cu deplasare continuă (udare din mişcare): B.4.1. în jurul unui pivot central; B.4.2. paralel cu canalul sau conducta de alimentare. Alimentarea instalaţiilor mobile se poate face de la hidranţi amplasaţi pe reţele de distribuţie cu conducte îngropate sau din canale. Instalaţiile cu deplasare periodică, dintr-o poziţie în alta la terminarea udării sunt recomandate pentru condiţiile de climă, sol şi plantă care impun udări la intervale mai mari de 57 zile. În condiţiile când însă frecvenţa udărilor este mare (exemplu: soluri nisipoase, argiloase sau terenuri în pantă care se udă cu norme mici, sau culturi de legume, care de asemenea necesită udări frecvente) pot fi mai rentabile sistemele fixe sau instalaţii cu deplasare continuă de tip A.3., B.4.1. şi B.4.2. Sistemele fixe pot fi prevăzute şi în scop antigel, asociat cu cel de irigaţie. Se are în vedere faptul că mutările manuale frecvente măresc cheltuielile de udări şi necesită muncitori, care sunt din ce în ce mai greu de găsit. În acelaşi timp, trebuie reţinut că instalaţiile cu deplasare continuă, în special cele de tip pivot şi cele cu deplasare paralelă cu conducta sau canalul de alimentare, sunt scumpe şi nu pot fi prevăzute decât în situaţii când eficienţa lor este sigură. În continuare, sunt prezentate instalaţiile de udare într-o ordine care are în vedere gradul de utilizare a lor în sistemele de irigaţii din ţara noastră. 9.2.2. Instalaţii de aspersiune cu mai multe aspersoare (aripi de udare) Elementele componente ale unei aripi de aspersiune cu mutare manuală dintr-o poziţie de udare în alta sunt următoarele (fig.9.4.): - conducta de udare (1), formată din tronsoane cu cuplaje rapide, cu etanşare hidraulică, unele având priză pentru aspersor. Tuburile sunt din aliaj de aluminiu sau oţel şi, conform ISO 11678 au diametrul exterior de 50, 75, 100, 125 şi 150 mm şi presiuni de lucru de 4, 10 şi 16 bari. Lungimile standard ale tronsonului sunt de 6, 9 şi 12 m Lungimea conductei este de 200-400 Fig.9.4. Elementele componente ale unei aripi de aspersiune m; conducta de legătură de la hidrant la conducta de udare (2) este compusă din tronsoane cu cuplaj rapid, fără aspersoare pe ele. Lungimea ei este de 24, 36, 48 m, în funcţie de numărul de legături ale aripii la un hidrant şi schema de aşezare a aspersoarelor;

Fig.9.5. Detaliu cuplaj aspersor

aspersoare (3); racord rapid (5 - fig.9.5) la aspersor (cu bilă de cauciuc), necesar numai în cazul aripilor cu funcţionare alternativă a aspersoarelor; suporturi prelungitoare (6) –(fig.9.5.)– pentru aspersoare, cu înălţimea minimă de 60 cm, cerută de prevenirea transmiterii turbulenţei din conducta de udare la nivelul duzei aspersorului şi înălţimea efectivă, impusă de înălţimea maximă a plantelor; teuri, coturi şi buşon care închide capătul aval; branşament pentru cuplarea aripii de udare la vana-hidrant (4) (v.fig.9.4.). Un detaliu al branşamentului montat la vana-hidrant este arătat în fig.9.6.

Fig.9.6. Branşament vana hidrant 1 – corpul branşamentului, prevăzut la ambele capete cu garnituri în V; 2 – roată de manevră; 3 – ax cu arc exterior; 4 – cuplă de legătură cu axul vanei hidrant (8); 5 – cârlig de prindere a branşamentului la vana hidrant (6); primul tronson de conductă al aripii.

Instalaţiile de aspersiune cu mutare manuală din dotarea amenajărilor de irigaţii din România sunt IIA, IIAM, IIA cu RTF-25.  IIA se compune din tronsoane 4"x6 m din aluminiu cu şi fără priză (numărul celor cu priză este egal cu numărul de aspersoare), aspersoare ASJ-1M, ramificaţie simplă (teu), ramificaţie dublă (cruce), cot şi branşament (toate de 4"), prelungitoare de 1" cu l = 450 mm şi 1350 mm, trepied cu picior suport pentru fiecare prelungitor, branşament;  IIAM este prevăzută cu aspersoare ASM-1 şi ASM-2M şi prelungitoare de 40 mm diametru;  IIA-RTF-25 cu ramificaţii din tuburi flexibile de 25 mm diametru este format dintr-o instalaţie IIA având furtunuri laterale din material plastic cu lungimea de 27 m care alimentează aspersoare de tip ASJ-1M. Schemele de lucru sunt arătate în fig.9.7. Pentru irigarea unor sole cu lungimi mari, cuprinzând mai multe antene, sunt în dotare, în special la societăţile agricole cu capital de stat, instalaţii cu tractare longitudinală IATL 400/101 şi IATL 400/127 (400 reprezintă lungimea de udare iar 101 şi 127 este diametrul nominal al conductei de udare, în mm). Aceste aripi sunt montate pe cărucioare cu două roţi cu ecartament Fig.9.7. de 0,55 m. Instalaţia IIA-RTF-25: componente şi schema de udare Instalaţie de udare cu furtun şi tambur Starea fărâmiţată a proprietăţilor agricole în perioada Fig.9.8. actuală din ţara noastră, impune pentru ferme mici utilizarea instalaţiilor cu capacitate mică, având conducte de udare cu diametrul de 50, 63, 75 mm, cu lungimi de 100-200 m, cu aspersoare alimentate pe conducte sau din furtune laterale. Conducta de udare poate fi reglată în lungime dacă este realizată din furtun care se desfăşoară de pe un tambur pe cărucior (fig.9.8). Instalaţia cu furtune poate fi dotată cu 3-5 aspersoare în funcţiune simultan, iar cele de capacitate foarte mică numai cu un singur aspersor pe un suport tip sanie sau trepied.

Dimensionarea unei aripi de aspersiune Ca elemente iniţiale se dau: debitul şi presiunea aspersorului, distanţa de aşezare a aspersoarelor pe aripă, numărul de aspersoare pe aripă şi lungimea constructivă şi de udare a instalaţiei. Lungimea de udare se stabileşte în funcţie de dimensiunile suprafeţei irigate. Se impune de obicei şi diametrul conductei de udare sau se poate calcula diametrul optim economic, care se consideră uniform pe toată lungimea ei. Debitul la intrarea în conductă: Qa  n  Qasp (9.7) Lungimea de udare a instalaţiei: Lua  n  d1 (9.8) şi lungimea constructivă: 1  Lca   n    d1 2 

(9.9)

în aceste expresii: n este numărul de aspersoare; d1 - distanţa dintre aspersoare pe aripa de udare; Qasp - debitul aspersorului pentru presiunea de funcţionare impusă. Mai întâi se determină pierderile de sarcină pe conducta de udare şi se verifică condiţia de uniformitate. De obicei, conducta de udare se aşează pe teren orizontal, astfel că pierderea de sarcină între primul şi ultimul aspersor trebuie să satisfacă condiţia H  0,2  H . (9.10) Calculul pierderii de sarcină se face cu relaţia (8.27) în ipoteza că debitele aspersoarelor sunt egale, iar debitul aripii scade în trepte, de la Q a, la intrarea în aripă, la Qasp în tronsonul terminal. Dacă nu se respectă condiţia de uniformitate (9.10), se măreşte diametrul conductei de udare sau se reduce numărul de aspersoare şi implicit lungimea aripii dacă aceasta din urmă nu este impusă de dimensiunile terenului care se amenajează.

Când este impusă lungimea de udare, pentru a respecta condiţia de uniformitate (9.10), se acţionează asupra diametrului conductei de udare. După aceasta urmează calculul presiunii necesare la hidrant, în acelaşi mod ca şi la echipamentul pentru irigaţia prin brazde. Exemplu de calcul Să se stabilească lungimea unei aripi de udaredin conducte cu Dn 100 mm prevăzute cu aspersoare ASJ 1-M cu d = 6 mm, H = 30 mca, Q = 2,21 m3/h, aşezate în schema 18x18 m pe teren orizontal. Se face o primă încercare cu 20 aspersoare în funcţiune simultană pe aripă:

Qc  20  2,21  44,2 m 3 / h  12,28 l/s Lua  20  18  360 m 1  Lca   20    18  343,8 m 2  Se rotunjeşte la multiplu de 6 m (care este lungimea tronsoanelor componente ale aripii) Lca  348 m (58 tronsoane de 6 m) Pierderile de sarcină între aspersoarele extreme, deci pe distanţa

Lca 

D  348  9  339 m 2

sunt

8  Q c2    Lca 2n  1 8  0,012282  0,038  339 2  20  1     2    2     2 4 2 4 6n 0,1 6  20  gD  D  3,14  9,81  0,1   3 1,206  10   39,86  4,97 m  0,2  H  6m 9,672  10  3

H 

În a doua încercare, se măreşte numărul de aspersoare la 22.

Qc  22  2,21  48,62 m 3 / h  13,5 l/s Lua  22  18  396 m 1  Lca   22    18  387 m 2  Se adoptă

Lca  390 m

(65 tronsoane de 6 m)

Pierderile pe lungimea 390  9  381 m vor fi:

8  0,01352  0,038  381 2  22  1  1,458  10 3   2   45,16   2 4 3 3,14  9,81  0,1  0,1 6  22  9,672  10  6,81 m  0,2  H

H 

În final se adoptă aripa cu 20 aspersoare, având Lca = 348 m. Lungimea conductei de legătură se adoptă de 27 m şi tot cu Dn = 100 mm. Calculul presiunii la hidrant

H h  H  H  H tr .in  z Tronsonul inactiv este de la hidrant până la primul aspersor şi are lungimea:

L  27  9  36 m

H  30 m H  4,97 m H tr .in   

L v2 L  Q2 36  0,012282   8 2  8  0 , 038  1,7 m D 2 g   g  D5 3,142  9,81  0,15

Dacă z  0 ,

H h  30  4,97  1,7  36,67 m  37 mca În concluzie: Instalaţia de udare este formată din: - conductă de legătură: L = 27 m; - aripă de udare propriu-zisă: L = 348 m. Din numărul total de tronsoane mobile, 20 sunt prevăzute cu priză pentru aspersor.

9.2.3.Instalaţii de aspersiune autodeplasabile transversal Pentru irigarea culturilor joase (lucernă, fâneţe, ş.a) în ţara noastră se foloseşte instalaţia autodeplasabilă transversal de 300 sau 400 m lungime, denumită IAT-300 (400) (fig.9.9.)

Fig.9.9. Instalaţie autodeplasabilă transversal, pentru udarea culturilor cu talie mică

Mutarea se face la terminarea udării, punând în funcţiune un motor propriu cu benzină, montat pe un saşiu cu 4 roţi situat la mijlocul aripei. Osia de rulare este reprezentată chiar de conducta de udare, formată din tronsoane cu cuplaje rapide de 9 m. Aspersoarele sunt de tipul ASJ-1M, prevăzute cu contragreutăţi şi cu un sistem de manşoane etanşe care oferă posibilitatea ca ele să-şi menţină verticalitatea în orice loc ar fi conducta de udare. Înălţimea conductei de udare deasupra suprafeţei terenului şi deci raza roţilor este de 0,75 m. 9.2.4. Instalaţii de aspersiune cu tambur şi furtun Folosirea lor s-a extins în ultimele două-trei decenii în toate ţările din Europa şi în America de Nord. Se caracterizează prin manevrabilitate ridicată, investiţii iniţiale mai mici decât pentru

alte tipuri de instalaţii de aspersiune, funcţionare automată, deci practic fără manoperă, şi posibilitatea de a uda maxim 23 ore/zi. Consumul specific de energie este însă mai mare decât la celelalte tipuri de instalaţii de aspersiune pentru că necesită presiuni la aspersor de peste 4,5 bari. Sunt utilizate pentru irigarea culturilor de cereale, furajere ş.a. Componentele specifice acestui tip de instalaţii sunt: furtunul flexibil, sistemul de tractare a furtunului (tamburul) şi aspersorul (fig.9.10). Tamburul este amplasat pe un şasiu pe 2 roţi pe care este înfăşurat furtunul din polietilenă de înaltă densitate. Prin rotirea tamburului de către un motor hidraulic (cu turbină sau piston) furtunul este tras şi înfăşurat treptat şi, în acest fel, aspersorul, împreună cu căruciorul pe care-i amplasat, se deplasează înspre tambur şi realizează udarea.

Fig.9.10. Părţile componente ale instalaţiei cu tambur şi furtun [8]

În poziţia iniţială instalaţia este racordată la un hidrant, şasiul cu tambur staţionează în imediata apropiere iar furtunul este desfăşurat până la capăt (fig.9.11). Udarea se efectuează pe fâşii paralele de o parte şi de alta a unui hidrant, şi de lăţime, funcţie de tipul de aspersor şi de caracteristicile sale.

Fig.9.11. Schema de lucru a instalaţiei cu tambur şi furtun [7] 1 – antenă; 2 – hidrant; 3 – tambur; 4 – furtun; 5 – cărucior cu aspersor

Motorul hidraulic cu piston consumă puţină energie însă are inconvenientul că utilizează o parte din debit, în timp ce motorul cu turbină consumă cca. 1 bar, deci presiunea de intrare în instalaţie este mai ridicată. Mecanismul de antrenare a tamburului poate fi cu cremalieră, cu lanţ şi crichet ş.a. iar viteza de rotire a tamburului şi de deplasare a aspersorului se reglează manual prin robinetul care modifică debitul sau presiunea motorului hidraulic. Sunt echipate şi cu regulator de viteză care menţine viteza constantă de mers a aspersorului, indiferent de numărul de straturi de furtun înfăşurat pe tambur. În poziţia finală a aspersorului, când a ajuns lângă şasiu, instalaţia se opreşte automat prin debreierea motorului hidraulic iar căruciorul şi aspersorul pot fi ridicate automat pe şasiu. Criteriile de proiectare pentru stabilirea schemelor benzilor de udare sunt: - instalaţia să ude minim 20 ore/zi;

- instalaţia să necesite una, cel mult două mutări/zi; considerând o oră pentru mutare, rezultă 23 ore/zi de udare pentru cazul unei mutări şi 22 ore/zi pentru două mutări (cu durata de udare într-o poziţie de 10 ore); - aspersorul să înceapă udarea de la limita suprafeţei şi, în acest caz, o zonă din fâşia de udare, având lungimea egală cu raza de stropire, va fi irigată în deficit (cca. 25%). Pentru a înlătura acest inconvenient, la unele instalaţii există temporizatoare care menţin aspersorul pe loc un anumit timp, cât să realizeze norma de udare, atât la plecare, cât şi la sosirea lângă hidrant. În cazul solurilor cu textură argiloasă, care necesită pluviometrii sub cele asigurate curent de instalaţiile cu un singur aspersor (7,5-15 mm/h), se recomandă să se folosească 2 aspersoare pe instalaţie. Lăţimea benzii de udare (suprafaţa care revine unei poziţii a instalaţiei, care corespunde cu distanţa între hidranţi) se stabileşte luând în consideraţie următorii factori: aspersorul, diametrul duzei, presiunea de funcţionare, suprapunerile fâşiilor udate între 2 benzi alăturate. Această suprapunere este necesară ca să se asigure o uniformitate bună a udărilor. La alegerea aspersorului se are în vedere caracteristicile geometrice şi hidraulice (tipul şi geometria aspersorului, diametrul duzei, presiunea, raza de stropire, curba pluviometrică, fineţea ploii) ca şi condiţiile de exploatare (curba de infiltraţie şi celelalte însuşiri ale solului, mărimea şi frecvenţa udărilor, lăţimea potenţială a benzii de udare, condiţiile eoliene, cultura irigată). Aspersoarele utilizate sunt cu presiune mare (5-10 bari la intrarea în instalaţie), cu debite între 10-80 m3/h. Ele udă de obicei în sector de cerc pentru a lăsa neudată zona de avans a căruciorului. Influenţa pe care o are acest lucru asupra uniformităţii udării se poate vedea din fig.9.12., unde se prezintă distribuţiile pluviometrice când rotirea aspersorului este de 180-3600. Cele mai uniforme profile pluviometrice se obţin când sectorul de rotaţie este de 2100 sau 2400, iar cu cât sectorul de rotire se apropie de 3600, cu atât mai mult se înrăutăţeşte uniformitatea udării. Rotirea în sector de 1800 are aceeaşi uniformitate ca şi pentru 3600. Prin suprapunerea parţială a fâşiilor udate în două poziţii alăturate ale instalaţiei de apă, Fig.9.12. Curba de variaţie a normei de udare pe lăţimea fâşiei pentru un deficitul din zonele laterale se aspersor cu pluviometrie uniformă şi diferite unghiuri de rotire [4] corectează astfel că sectorul cel mai convenabil este cel cu deficit minim în axul fâşiei, 0 respectiv cel de 240 . Suprapunerea fâşiilor, în situaţia din figura de mai sus şi pentru acest unghi al sectorului de rotaţie (2400)trebuie să fie de cca. 7% din lăţimea fâşiei date. Aspersoarele din dotarea acestei instalaţii au curbe pluviometrice apropiate de cele de tip D şi E după clasificarea lui Christiansen (v.tab.9.2.). Intensitatea ploii Pentru instalaţia cu un singur aspersor, udând circular sau în sector, intensitatea medie de udare se calculează cu relaţia: I în care:

3600  Qa 360  2    0,9  R  

(9.11)

Qa este debitul aspersorului (l/s); R - raza de stropire (m); ω - sectorul de udare, în grade sexazecimale. Restrângerea sectorului de udare are drept consecinţă, aşa cum reiese şi din relaţie, creşterea intensităţii udării. Ca să nu se producă scurgeri în urma udării, stratul de apă distribuit pe teren cu durat t u trebuie să aibă o valoare inferioară capacităţii de infiltrare a solului considerată desigur pe aceeaşi durată. I  tu  H inf  a  tub  c

(9.12)

a, b, c fiind parametrii curbei infiltraţiei cumulate a solului respectiv. Uniformitatea udărilor Coeficientul de uniformitate a udărilor poate ajunge la 70-75% în zona de mijloc a fâşiei de teren udate, dacă gradul de suprapunere a fâşiilor vecine este corect stabilit. Funcţie de viteza vântului şi diametrul udat de aspersor, se recomandă următoarele lăţimi ale benzii de udare (tab.9.5.). Tabel 9.5. Stabilirea lăţimii de udare pentru instalaţiile cu tambur şi furtun

Viteza vântului (m/s) Lăţimea benzii (% din diametrul udat de aspersor)

0-1 80

1-2 70-75

2-5 60-65

>5 50-55

Legătura între norma de udare şi viteza de deplasare a aspersorului Intensitatea ploii nu este influenţată de viteza de deplasare. Mărimea normei administrate depinde însă de acest factor. La alegerea şi optimizarea vitezei de deplasare trebuie luate în consideraţie două condiţii: - viteza adoptată să asigure realizarea normei de udare propuse; - durata totală de parcurgere a tuturor benzilor de pe suprafaţa deservită să fie egală cu intervalul de timp dintre udări. La proiectarea instalaţiilor trebuie să se ţină cont de mărimea normelor de udare, intervalul dintre udări, debitul aspersorului, lungimea şi lăţimea benzilor de udare, întrucât toţi aceşti factori sunt legaţi unul de altul. Norma de udare brută se determină cu relaţia: m

103  Qa va  B

(mm)

(9.13)

în care: Qa - debitul instalaţiei (m3/oră); va - viteza de deplasare a aspersorului (m/oră); B - lăţimea benzii de udare. Randamentul udărilor cu instalaţia cu tambur şi furtun este relativ scăzut, chiar şi în partea de mijloc a parcelei irigate, unde uniformitatea este cea mai bună. La instalaţiile care au fost bine proiectate, în condiţii de viteză mică a vântului (0-3,5 m/s), rezultă CU=82% şi η u = 77%, iar pentru vânt moderat (până la 7-8 m/s), CU = 70% iar ηu = 65%. Valorile randamentului vor fi folosite pentru a calcula valoarea normei nete de irigaţie (v.rel.3.35).

Proiectarea hidraulico-funcţională Proiectantul trebuie să efectueze calcule care să conducă la stabilirea tipodimensiunilor instalaţiei, prin tipodimensiune înţelegând o variantă constructivă, caracterizată printr-o anumită lungime şi diametru al furtunului, precum şi cu un aspersor având caracteristici de lucru stabilite. Caracteristicile instalaţiilor, pe tipodimensiuni, sunt prezentate în cataloagele şi prospectele firmelor producătoare. Elementele necesare pentru stabilirea tipodimensiunilor sunt: debitul care se cere distribuit, lungimea furtunului care se stabileşte egală cu lăţimea suprafeţei de irigat sau jumătate din aceasta (deci pe mijloc există sau se va realiza o conductă îngropată de alimentare), presiunea disponibilă la hidrant. Modelele firmelor producătoare de astfel de instalaţii diferă prin lungimea furtunului şi diametrul lor. Lungimea maximă este de 300-350 m , astfel că dacă suprafaţa are lăţimea sub această distanţă, se va opta pentru alimentare de la hidranţii situaţi pe una din laturile lungi ale suprafeţei, în timp ce, dacă lăţimea suprafeţei depăşeşte 300 m, se va concepe o alimentare dintro conductă fixă ce se va amplasa pe mijlocul suprafeţei. Dacă se măreşte lungimea furtunului peste limita arătată, creşte consumul de energie în exploatare, sau, dacă presiunea la hidrant este insuficientă, se va reduce calitatea udărilor (uniformitatea şi fineţea ploii). Calculele se referă la: stabilirea debitului aspersorului; stabilirea tipului de aspersor şi elementelor de funcţionare (diametrul duzei şi presiunea de lucru), determinarea lăţimii benzii de udare, determinarea pierderilor de sarcină în furtun, determinarea diametrului optim al furtunului, calculul presiunii necesare la hidrant. Debitul se calculează ca produs între suprafaţa care se va iriga şi modulul de udare stabilit pentru un timp de udare zilnic, considerat de 400-500 ore/lună pentru luna de vârf (funcţie de regimul eolian şi timpul pierdut pentru deplasări între parcelele de udare). Tipul de aspersor se alege din cele existente în componenţa instalaţiilor de pe piaţă. Diametrul duzei şi presiunea de lucru sunt elemente care se aleg împreună, astfel ca să se asigure o ploaie de fineţe corespunzătoare solului şi culturilor prevăzute pentru irigaţie şi care, totodată, să aibă o stabilitate bună în condiţii de vânt. Limitele presiunii de funcţionare sunt date în graficul 9.13. Lăţimea benzii de udare se stabileşte funcţie de diametrul udat de aspersor şi de viteza vântului, aşa cum s-a arătat anterior. Pierderile de sarcină în furtunul de polietilenă pot fi stabilite fie cu relaţiile cunoscute fie din graficul din fig. 9.14. Fig.9.13. Presiunea minimă şi maximă de funcţionare a aspersoarelor instalaţiilor cu tambur şi furtun [5]

Fig.9.14. Pierderile de sarcină în furtunul instalaţiilor cu tambur şi furtun (seria 8 bari) [5]

Presiunea la hidrant se calculează cu relaţia: H n  H a  h f  hm.h  z

(9.14)

în care: Ha - presiunea de lucru a aspersorului (m); Δhf - pierderile de sarcină prin furtun (m); Δhm.h - pierderea de sarcină determinată de motorul hidraulic (se iau 0,5 bari pentru motor cu piston şi 1 bar pentru motor cu turbină); ±Δz - diferenţa de cotă între terenul unde este aspersorul în poziţia de start şi terenul la hidrant. Dacă se dă presiunea la hidrant (cazul reţelelor de distribuţie din conducte îngropate din ţara noastră), se procedează astfel: - se alege tipul de aspersor, diametrul duzei, debitul şi presiunea de funcţionare; - se stabileşte lungimea furtunului (conform criteriilor arătate anterior; - din relaţia Hh se stabileşte Δhf şi gradientul hidraulic Δhf / Lf (Lf - lungimea furtunului); - funcţie de gradientul hidraulic şi de debitul instalaţiei, din graficul pierderilor de sarcină pentru furtun se stabileşte diametrul acestuia. Este recomandabil ca acest diametru să fie optimizat. 9.2.5. Instalaţii cu pivot central Specific acestora este faptul că efectuează udarea deplasându-se circular în jurul punctului de alimentare, numit şi pivot. Se utilizează mult în ţări ca SUA (peste jumătate din suprafaţa irigată prin aspersiune revine acestui tip de instalaţie), Rusia, ş.a. Irigaţia cu aceste instalaţii oferă următoarele avantaje:  manoperă redusă ca urmare a automatizării totale;  uniformitatea şi randamentul udărilor sunt foarte bune;

 consum redus de energie (cerinţa de presiune la nivelul aripilor s-a redus la instalaţiile de joasă presiune la 0,7-2,5 bari);  posibilitatea de fertirigaţie;  sunt folosite cu eficienţă economică bună în condiţiile de sol şi culturi care cer udări frecvente şi norme mici, indiferent că sunt de talie înaltă sau joasă;  pentru terenuri în pantă există modele de instalaţii prevăzute cu dispozitive de control a presiunii şi debitului distribuit de aspersoare, menţinându-se astfel o uniformitate bună a udărilor;  investiţia specifică se reduce pe măsură ce instalaţia deserveşte o suprafaţă mai mare, ceea ce se asigură fie prin mărirea lungimii instalaţiei (care reprezintă raza suprafeţei udate) sau prin folosirea ei în mai multe poziţii (max. 2-3). Raza de acţiune este de aproximativ 400 m iar suprafaţa deservită, în cazul în care funcţionează într-o singură poziţie este de 50-64 ha. Dezavantajele acestei instalaţii sunt:  suprafeţele udate de la pivoţi alăturaţi sunt tangente, astfel că rămâne o suprafaţă neirigată de cca 20% din total însă, prin utilizarea echipamentelor ce udă şi în colţuri ("corner system") se irigă aproape toată suprafaţa. Costul acestora este însă superior faţă de echipamentele care udă circular;  intensitatea ploii creşte de la pivot spre periferia suprafeţei udate, şi poate ajunge la valori relativ mari la extremitatea aval, neconvenabile pentru soluri argiloase şi terenuri în pantă. Băltirile pot fi evitate prin mărirea vitezei de deplasare a instalaţiei (o rotaţie completă va fi realizată chiar în mai puţin de o zi) reducând corespunzător şi norma de udare, dar mărind frecvenţa udărilor. Totuşi, trebuie avut în vedere că în aceste condiţii se măresc pierderile prin evaporaţie şi cheltuielile de întreţinere, iar producţia poate să se reducă;  pierderile prin frecare în linia de udare sunt relativ mari, mai mari decât la aripile cu deplasare frontală (considerând acelaşi debit la intrarea în instalaţie şi aceeaşi lungime a instalaţiei);  pe terenuri în pantă, repartiţia presiunilor (linia piezometrică) în conducta de udare diferă mult în cazul în care aripa este în partea de jos (faţă de pivot) în comparaţie cu poziţia opusă, adică mai sus de pivot. În aceste condiţii, dacă nu sunt prevăzute regulatoare de presiune sau de debit la aspersoare, debitele acestora vor varia în limite mari iar udările vor fi neuniforme. La ora actuală aceste instalaţii au incorporate componente de înaltă tehnologie pentru deplasarea automatizată, menţinerea liniarităţii în timpul funcţionării, distribuţia uniformă a apei, ş.a. 9.2.5.1. Elemente componente şi scheme de udare Instalaţiile cu pivot udă, de obicei, o suprafaţă circulară. Dacă sunt prevăzute cu aspersor mare (sau o rampă de udare suplimentară) în capătul aval, care intră în funcţiune în colţuri, atunci suprafaţa udată se măreşte apropiindu-se de pătrat cu latura 2R (R fiind raza de acţiune a instalaţiei, fără aspersorul terminal) (fig.9.15.). Conducta de udare este aşezată pe mai mulţi suporţi de forma literei A, fiecare fiind prevăzut cu 2 roţi, una în spatele celeilalte. Mişcarea roţilor se face folosind motoare electrice, hidraulice sau sisteme pneumo-hidraulice. Distanţele între suporţi sunt de 30-50 m. Diametrul conductei de udare variază funcţie de lungimea instalaţiei, între 100-250 mm. În SUA, o mare frecvenţă au instalaţiile cu diametrul conductei de 168 mm, distanţa între suporţi de 40-60 m, înălţimea suporţilor este de cca. 4 m, astfel că distanţa de la sol la partea inferioară a fermei pe care este aşezată conducta de udare, rămâne de cca. 3 m.

Tronsoanele sunt articulate între ele pentru a se adapta la neuniformităţile terenului şi să poată uda şi pe terenuri cu pante până la 30%. Durata minimă a unei rotaţii (respectiv a unei udări) pentru instalaţiile obişnuite este puţin sub 24 ore, iar în cazuri speciale, se reduce la 12 ore. Viteza de rotire este reglată prin schimbarea vitezei de deplasare a suportului din extremitatea aval. În condiţiile deplasării cu electromotoare, ciclul de acţionare al motorului de la ultimul suport este de 1 minut. Funcţie de procentul din timpul ciclului pe care-l destinăm pentru un Fig.9.15. Elemente componente şi schema generală de udare motor cuplat, rezultă viteza de deplasare. De exemplu, pentru cuplat 100%, motorul este cu o instalaţie pivot [4] cuplat în permanenţă şi durata unei rotaţii va fi de 24 ore; dacă cuplarea este de 50% din timpul ciclului, durata de rotire este de 48 ore. Menţinerea alinierii tronsoanelor şi suporţilor în timpul udării se face cu un sistem special, format dintr-un fir întins între pivot şi ultimul suport din aval. Viteza lineară de deplasare a suporţilor unei instalaţii este:

v  r  unde: r - distanţa de la suportul respectiv la pivot; ω - viteza unghiulară de deplasare; 2   T

(9.15)

(9.16)

T - durata unei rotaţii complete. Pentru a varia viteza de deplasare a suporţilor proporţional cu distanţa r, la care sunt situaţi se foloseşte procedeul acţionării motorului fiecărui suport un timp proporţional cu raportul r/R (R - raza de acţiune a instalaţiei). Acţionarea motorului electric şi deplasarea suportului este neuniformă, ceea ce are efecte asupra uniformităţii udării. În cazul motoarelor hidraulice nu intervin astfel de probleme pentru că viteza de deplasare a suporţilor şi alinierea lor se asigură prin robineţi care controlează atât viteza instantanee cât şi cea medie. Proiectarea sistemelor de irigaţie cu instalaţii pivot [6] Factorii principali care trebuie luaţi în consideraţie, ca elemente de bază sunt: - consumul de apă în perioada de vârf pentru culturile prevăzute a fi irigate; - caracteristicile solului: curba de infiltraţie şi capacitatea de reţinere; - caracteristicile culturii irigate şi curba apă-producţie a ei; - precipitaţiile efective estimate; - planul topografic cu limitele de proprietate; - sursa de apă: debitul şi volumul disponibil, ca şi calitatea apei; - costurile echipamentelor, cheltuielile energetice anuale (sunt funcţie de presiunea care trebuie asigurată la intrarea în instalaţie şi de durata de utilizare a instalaţiei) şi cele de exploatare-întreţinere. Proiectarea trebuie să conducă la stabilirea elementelor următoare. 9.2.5.2.

- durata minimă a rotaţiei; - lungimea instalaţiei (raza de acţiune); - debitul instalaţiei; - configuraţia (dispunerea şi diametrul duzelor) pe conducta de udare, - diametrul conductei de udare; - lungimile tronsoanelor; - presiunea la intrare (la pivot); - extremele topografice. Cu aceste elemente, stabilite de inginerul de îmbunătăţiri funciare, furnizorul poate oferi instalaţia ce satisface condiţiile de bază arătate mai sus. Deşi configuraţia duzelor este problema fabricantului, inginerul de specialitate face uneori şi operaţii de înlocuire a duzelor sau aspersoarelor iniţiale cu noi duze sau aspersoare. 9.2.5.3. Capacitatea (debitul instalat) Se calculează cu relaţia: Q  Q cu  Q ac 

m A  Q ac T

(m3/oră)

(9.17)

unde: Qcu - debitul pentru conducta de udare (fără aspersorul mare din capătul aval), în m3/oră; m – cerinţa brută de apă medie zilnică în perioada de vârf, în m3/ha; A    R 2  104 , suprafaţa udată de instalaţie (cercul de bază), în ha; T - durata de funcţionare zilnică, în ore (se ia 22-23 ore/zi, dacă instalaţia este permanentă la acelaşi pivot şi mai puţin dacă se mută în a doua poziţie); Qac - debitul aspersorului mare, din extremitatea aval (dacă este prevăzut), în m3/oră. Debitul Qac trebuie separat de Qcu pentru că aspersorul mare din extremitatea instalaţiei are caracteristicile de exploatare, randamentul udării şi procedeul de proiectare diferit de restul aspersoarelor de pe conducta de udare. 9.2.5.4. Intensitatea ploii Aspersoarele de pe aripa de udare se deplasează cu viteze lineare proporţionale cu distanţa de aşezare faţă de pivot, ceea ce impune ca şi intensitatea ploii fiecărui aspersor să fie proporţională cu această distanţă. Dacă amplasăm pluviometre în direcţie radială pe suprafaţa udată de o instalaţie şi monitorizăm variaţia intensităţii ploii în timpul trecerii instalaţiei prin dreptul unui punct unde se află un pluviometru, se remarcă că histograma ploii artificiale este dependentă de distanţa unde se află amplasat pluviometrul (fig.9.16.). Durata udării într-un punct la distanţa r va fi: Fig.9.16. Histograma ploii la trei distanţe de pivot [4] (pct. A la distanţa R, pct. B la 2R/3, pct. C la R/3)

Tu 

în care:

2  r 2  ra  v r 

(9.18)

ra - raza de stropire a unui aspersor situat la distanţa r de pivot; ω - viteza unghiulară de deplasare a instalaţiei;  

2  ; Trot

(9.19)

Trot - durata unei rotaţii. În ipoteza că razele de stropire ale aspersoarelor instalaţiei (cu excepţia celui mare din capăt) ar fi constante, pentru r = R/3, 2R/3 şi R, rezultă respectiv 3  ra 3  ra r Tu   Trot ,  Trot si a  Trot ; timpul Tu este în raportul 3; 1,5; 1 pentru distanţele  R 2   R  R R/3, 2R/3 şi R. Histograma ploii, într-un punct oarecare pe direcţie radială, nu are formă dreptunghiulară ci eliptică (fig.9.17.). În această situaţie, intensitatea medie a udării la distanţa r va fi: Ir 

  Tr  I max . r  0,785  I max . r 4  Tr

(9.20)

în care: Ir - intensitatea medie a ploii la distanţa radială r de pivot (mm/oră); Tr - durata de udare la distanţa radială r (min); Imax.r - intensitatea maximă la distanţa radială r. O apreciere preliminară a potenţialului de formare a excesului de apă la suprafaţă şi de formarea scurgerilor în funcţie de textura solului, se face astfel: condiţii excelente de utilizare pentru soluri cu coeficientul de infiltraţie K > 10 mm/oră; condiţii bune - la limită -, K= 5-10 Fig.9.17. Histograma ploii într-un punct de-a lungul instalaţiei de mm/oră; udare cu pivot central la limită - necorespunzătoare, K< 5 mm/oră. Afară de textura solului, potenţialul de formare a scurgerilor în exploatarea acestor instalaţii este influenţat mult de capacitatea de acumulare a apei în microdepresiunile de la suprafaţa terenului, de panta terenului, de intensitatea udării, de diametrele duzelor ş.a. 9.2.5.5. Tipul şi distanţa dintre aspersoare La proiectarea instalaţiilor, o importanţă majoră are stabilirea judicioasă a tipului sau tipurilor de aspersoare şi a distanţelor dintre ele, de-a lungul conductei de udare. În tehnica actuală se folosesc frecvent instalaţii cu una din următoarele configuraţii privind distanţele dintre aspersoare, şi anume: a. cu distanţe uniforme (de 9-12 m) între aspersoare de-a lungul conductei de udare; în această situaţie diametrul duzelor şi debitul aspersoarelor creşte proporţional cu distanţa de la pivot la aspersorul respectiv. O instalaţie de 400 m lungime are 35-40 aspersoare iar intensitatea ploii la capătul aval este în limitele 25-40 mm/oră. Diametrul udat de fiecare aspersor creşte şi el în acelaşi sens ca şi debitul aspersorului. b. cu distanţe semiuniforme între aspersoare; lungimea instalaţiei se împarte în trei sectoare, iar pe fiecare din acestea se adoptă o distanţă uniformă; distanţele sunt cele

mai mari pe sectorul de lângă pivot şi cele mai mici pe sectorul din aval. De obicei, distanţele între aspersoare sunt de 12, 6 şi respectiv 3 m pe cele trei sectoare. c. cu aspersoare de acelaşi tip şi acelaşi diametru al duzei, însă cu distanţe de amplasare care variază invers proporţional cu distanţa de la pivot. Distanţa lângă pivot este de cca. 12 m iar în capătul aval este de cca. 1,5 m. În acest caz o instalaţie de 400 m lungime se echipează cu 85-100 aspersoare. Intensitatea maximă în capătul aval este între limitele 50-80 mm/oră. Din aceste trei configuraţii, cel mai mult este folosită cea cu distanţa egală între aspersoare datorită simplităţii şi uşurinţei de amplasare a acestora. Dezavantajul determinat de diametrele mari ale duzelor din sectorul aval, poate însă să conducă spre alegerea celei de-a doua configuraţii. Dispozitivele de udare sunt fie aspersoare de impact, fie microaspersoare statice (cu duze şi deflector conic). Pe terenuri neuniforme, uniformizarea presiunilor se realizează cu duze cu orificii flexibile sau cu regulatoare de presiune. În cazul aspersoarelor de impact, se preferă cele cu unghi de lansare a jetului între 6-18 0. Cu cât viteza medie a vântului este mai mare, cu atât unghiul de lansare va fi mai mic. În cazul acesta pierderile de apă prin evaporaţie din jet sunt în limite acceptabile (10-15% pentru unghi de 60). În zonele cu viteza vântului peste 10 km/h, se folosesc fie aspersoare de impact cu înclinare redusă a jetului, fie aspersoare statice dispuse pe racorduri verticale care se apropie dispozitivele de udare la cca. 1 m deasupra suprafeţei covorului vegetal (sisteme LEPA). 9.2.5.6. Stabilirea caracteristicilor aspersoarelor instalaţiei Elementele specifice fiecărui aspersor sunt: debitul, presiunea de funcţionare şi diametrul duzei. Debitul se determină cu relaţia: qj 

2  rj  d j R2

 Q cu (m3/oră)

(9.21)

în care: rj este distanţa de la aspersorul respectiv la pivot (m); dj - distanţa între aspersoare la distanţa rj (m); R - raza suprafeţei circulare irigată de instalaţie (m); Qcu - debitul instalaţiei distribuit pe suprafaţa circulară (fără debitul aspersorului mare din capătul aval, folosit pentru colţuri), în m3/oră. Pentru cazul configuraţiei cu aspersoare la distanţe variabile, debitul se poate determina cu relaţia:

 Q cu 2   r j 1  2  r j   r j 1  r j 1   r j21  qj  4 A 10 4

(9.22)

unde: rj-1, rj+1 - distanţa radială de la pivot la aspersorul cel mai apropiat din amonte şi respectiv din aval decât aspersorul j considerat; A - suprafaţa circulară deservită de instalaţie; A    R 2 . Dacă instalaţia are şi aspersor de capăt, debitul acestuia va fi:

Q ac 

 R h2  R 2  m 4 T

(m3/oră)

(9.23)

unde: Rh - raza suprafeţei irigate suficient când aspersorul de capăt este în acţiune; T - durata de funcţionare zilnică a instalaţiei (cu sau fără aspersorul de capăt în funcţiune), în ore; m – cerinţa zilnică de udare în perioada de vârf (m/zi). De obicei, R h  R  0,75  R ac unde Rac este raza de stropire a aspersorului de capăt. Aspersorul de capăt este folosit de obicei discontinuu, udând numai în zona colţurilor iar suprafaţa suplimentară pe care o udă într-un colţ (S' în fig.9.15.) este:

90 0  2  cos 1  R  Rh     Rh2  R 2  (ha)  S'   90 0 4  10 4

(9.24)

9.2.5.7. Variaţia debitului de-a lungul conductei de udare Pentru că irigă o suprafaţă circulară, debitul distribuit de instalaţie pe ml creşte proporţional cu distanţa rj de la pivot. Debitul tranzitat prin conducta de udare într-un punct la distanţa rj este:   rj Q j  Q  1     R h

  

2

  

(m3/s)

(9.25)

unde: Q este debitul la intrarea în instalaţie (m3/s); Rh – lungimea echivalentă hidraulic a conductei de udare. Pentru instalaţii fără aspersor de capăt, Rh = R, iar pentru cele cu astfel de aspersor:  Q Rh  R    Q cu

  

1

2

 Q  Q ac  R   cu  Q cu

  

1

2

(9.26)

Debitul distribuit pe metru liniar de conducta de udare, având aspersoare amplasate la distanţe egale, este uniform crescător, în sensul curgerii apei (datorită creşterii suprafeţei udate de un aspersor, de la pivot către capătul aval al conductei). 9.2.5.8. Pierderile de sarcină în conducta de udare Pot fi determinate cu aceleaşi relaţii ca pentru aripa de udare (care are debit distribuit uniform): R h f  J  Fp  h (9.27) 100 J - gradientul hidraulic (m/100 m) pentru cazul conductei cu debit constant egal cu Q pe toată lungimea. Fp - factor de reducere care are în vedere variaţia specifică a debitului de-a lungul acestei instalaţii, cu valori între 0,56 pentru 40 aspersoare şi 0,55 pentru 270 aspersoare (media de 0,555 oferă o precizie de 1% pentru hf). 9.2.5.9. Presiunea în lungul conductei de udare Se poate stabili fie prin calcul pas cu pas, începând din capătul aval, sau direct pe toată conducta. În ultimul caz pentru a determina presiunea la intrarea în instalaţie (la pivot), se foloseşte relaţia:

H 0  H n  h f  z

(9.28)

în care: Hn – presiunea necesară la aspersor plus presiunea cerută de regulatorul de presiune de la aspersor (dacă se prevede); hf – pierderile de sarcină în conducta de udare, determinate cu relaţia (9.27); Δz – diferenţa de cotă între pivot şi punctul cu cota cea mai înaltă de pe suprafaţa udată; Presiunea la orice distanţă radială rj de pivot este: H j  H 0  h f . j  z j

sau H j  H n   h f  h f . j   z j

(9.29)

unde: Δzj – diferenţa de cotă între pivot şi punctul considerat la distanţa j; z j  I t  r j

(9.30)

It – panta terenului; hf.j – pierderea de presiune pe distanţa rj. Pentru calculul hf.j se poate folosi relaţia: hf . j

 rj 2  rj  3 1  rj 5  15   h f          8  Rh 3  Rh  5  Rh  

(9.31)

Presiunea medie pe o conductă de udare pe teren orizontal, conform cu ecuaţia lui Scaloppi şi Alberi (1992) este pentru o aripă de udare fără aspersor de capăt: H m  H n  0,15  h f

sau H m  H 0  0,356  h f 0  0,5  I t  Rh

(9.32)

r j  0,58  R h

şi se înregistrează la distanţa În aceste relaţii hf0 este pierderea de sarcină pe conducta de udare în ipoteza debitului constant pe întreaga lungime, deci h f 0  J  Lh . Pe teren orizontal presiunea minimă este la capătul aval al instalaţiei şi acelaşi lucru se constată atunci când udă pe teren cu pantă urcătoare. Când conducta udă pe pantă coborâtoare presiunea minimă este localizată, funcţie de mărimea pantei terenului, în capătul aval sau amonte sau în poziţie intermediară. 9.2.5.10. Selecţia diametrului duzelor aspersoarelor unei instalaţii Condiţia care se urmăreşte este ca să se asigure un debit constant pe unitatea de suprafaţă irigată, considerând că terenul este plan. Pierderile prin frecare şi condiţiile topografice (panta) se iau în vedere numai când nu se folosesc regulatoare de presiune la aspersoare. Diametrul duzei unui aspersor la distanţa rj de pivot se va stabili funcţie de debitul qj şi de presiunea Hj disponibilă la această distanţă, folosind relaţia: Qf   

 d2  2 g  H j 4

(9.33)

din care rezultă: d

4  Qj

(9.34)

   2 g  H j

Cu aproximaţie: d  30,46 

4  Qj Hj

(mm)

dacă Qj se introduce în l/s şi Hj în kPa.

(9.34’)

Hj se determină folosind relaţia (9.29), considerând cota medie a terenului pe fâşia udată de aspersorul considerat: z  z p  z m.tj

(9.35)

unde: zp este cota terenului la pivot; zm.tj - cota medie a terenului udat de aspersorul amplasat la distanţa rj. 9.2.6. Instalaţii de udare (din mişcare) cu deplasare frontală Prezintă asemănări cu instalaţiile cu pivot central în privinţa structurii pe care este amplasată conducta de udare, sistemului de deplasare (cu acţionare la fiecare suport), dispozitivului pentru menţinerea liniarităţii instalaţiei, ş.a. Diferenţele constau în faptul că, la aceste instalaţii, toţi suporţii (inclusiv cel de la intrarea apei în instalaţie) se deplasează cu aceeaşi viteză, pe o direcţie paralelă cu canalul sau conducta de alimentare. Avantaje mai importante (faţă de instalaţia cu pivot): irigă suprafeţe rectangulare, uniformitatea udărilor este mai bună, intensităţile de udare sunt mai mici. Dezavantaje: are costuri iniţiale şi de exploatare – întreţinere mai mari. Sunt două categorii de instalaţii: unele având alimentarea cu apă printr-un capăt, altele cu alimentare printr-un punct situat la mijlocul instalaţiei. Alimentarea cu apă se poate face din canale deschise impermeabilizate (în condiţii de teren uniform) sau din conducte sub presiune (în zone cu relief neuniform). În cazul alimentării din canale, instalaţia de udare este prevăzută cu un generator electric cu motor Diesel ce asigură atât acţionarea pompei şi energia electrică necesară deplasării (la fiecare suport fiind prevăzute motoare electrice cu reductoare şi cuplaje la roţi (fig.9.18.). Dacă alimentarea se realizează din conducte, este nevoie de un furtun din polietilenă de legătură a instalaţiei la hidrant, cu lungimea egală cu jumătate din distanţa între hidranţi (fig.9.19.). Există şi a treia categorie de instalaţii, prevăzute cu un sistem de cuplare şi decuplare automată la hidrant (instalaţii „robot”). Fig.9.18. Instalaţie de udare cu deplasare frontală, cu alimentare din canal [10]

Fig.9.19. Instalaţie de udare cu deplasare frontală, alimentată din conductă printr-un furtun cuplat manual la hidrant [9]

Lungimea unei instalaţii este de maxim 400 m dacă ea se alimentează printr-un capăt şi de 400÷1000 m dacă alimentarea se realizează în mijlocul instalaţiei. Există însă şi instalaţii de mare lungime, alimentate în ambele capete. Conducta de udare a majorităţii tipurilor de instalaţii este din oţel zincat, cu diametrul funcţie de debit şi lungimea instalaţiei (75-200 mm). Distanţa între suporţi este de cca. 60 m, iar înălţimea instalaţiei dă posibilitatea udării culturilor cu talie înaltă (1,8-2 m). Proiectarea sistemelor de irigaţie echipate cu astfel de instalaţii comportă mai multe etape:

a) Trasarea reţelei de distribuţie. Distanţa (B) între canalele sau conductele de alimentare terţiare va impune lungimea instalaţiei de udare (Liu): pentru instalaţii cu alimentare printr-un capăt B=2Liu şi B=Liu pentru instalaţii cu alimentare centrală, cât şi în cazul alimentării lor prin ambele capete. Lungimea sectorului de irigaţie (şi a canalului sau conductei terţiare) se stabileşte astfel ca să se asigure folosirea instalaţiei de udare la capacitatea maximă, rezultând de 1000÷1600 m. b) Se stabileşte metoda de exploatare a instalaţiei. În cazul în care o instalaţie deserveşte un singur sector de irigaţie, udarea poate fi organizată în trei variante: 1 – începând din poziţia de start (la capătul aval sau amonte a sectorului) efectuează udare continuă pe tot sectorul, distribuind toată norma de udare pe acest parcurs, urmată de revenire „în gol” (fără udare) în poziţia de start; 2 – începând din poziţia de start efectuează udare continuă pe tot sectorul, distribuind o fracţiune importantă din norma de udare prevăzută (60-70%) şi revenire în poziţia de start udând (distribuind astfel restul normei de udare); 3 – începând din poziţia de start, efectuează udare continuă pe jumătate din lungimea sectorului de irigaţie distribuind întreaga normă de udare, apoi deplasare fără udare până la capătul sectorului (la capătul opus poziţiei de start). La întoarcere (revenire la start), efectuează udarea pe jumătatea sectorului care nu a fost udată la dus şi apoi merge „în gol” pe jumătatea de sector udată deja la dus. Fiecare variantă prezintă avantaje şi dezavantaje. c) Se stabilesc elementele tehnice ale instalaţiei: diametrul conductei de udare, tipul şi caracteristicile hidraulico-funcţionale ale aspersorului, viteza de deplasare a instalaţiei în timpul udării. Debitul instalaţiei cu alimentare în mijloc se calculează cu relaţia: Q

L  B  m max . zi 36000  Tu

(l / s )

(9.37)

în care: L – lungimea sectorului de irigaţie (m); B – lăţimea sectorului (egală cu lungimea instalaţiei) (m); mmax.zi – cerinţa sau norma de udare brută maximă zilnică (m3/ha . zi); Tu – durata udării pe zi (ore). Pentru varianta de exploatare 1, Tu are expresia: Tu 

24   L v  L v  L v r  t1  t 2

(9.38)

iar pentru varianta 2:

24   L v  L v r  (9.39) L v  L v r  t1  t 2 v – viteza de deplasare a instalaţiei de udare la dus; vr – viteza de deplasare a instalaţiei de udare la întoarcere (revenire în poziţia de start); t1 – timpul necesar pentru întoarcerea instalaţiei; t2 – timpul necesar pentru svântarea solului, la un ciclu de udare. Tu 

Intensitatea medie a udării rezultă din relaţia: i

3600  Q 2  ra  B

(mm/h)

(9.40)

în care: ra este raza medie de stropire a aspersorului (m). Viteza de deplasare pentru situaţia în care se urmăreşte aplicarea normei „m” în totalitate (metoda de exploatare 1), se determină cu relaţia: v

10 4  Q mB

(m/s)

(9.41)

unde: m se introduce în m3/ha, Q, în m3/s iar B, în m. Conducta de udare distribuie debit uniform, astfel încât proiectarea ei hidraulică se face la fel ca în cazul aripilor de udare cu mutare manuală. 9.2.7. Sisteme fixe şi sisteme cu acoperire totală Sistemele fixe sunt acelea care au conductele de udare în poziţie fixă şi îngropate, iar cele cu acoperire totală sunt cu aripi de udare care se menţin pe teren în poziţie fixă numai în sezonul de vegetaţie (se aşează primăvara şi se ridică toamna). În ultimul caz, conductele de udare sunt aşezate la suprateran. Sistemele fixe şi cele cu acoperire totală pot fi: cu toate aspersoarele funcţionând simultan (se folosesc în special în cazul irigaţiei antigel); cu conductele de udare funcţionând prin rotaţie ( fig.9.20.); cu funcţionare concomitentă a câte unui aspersor pe fiecare conductă de udare şi mutarea aspersorului de la o poziţia la alta pe aceeaşi conductă (fig.9.21.). Fig.9.20. Sistem fix cu una sau mai multe conducte de udare în funcţionare simultană [7]

Fig.9.21. Sistem fix sau cu acoperire totală cu funcţionarea simultană a câte unui aspersor pe fiecare conductă de udare [7]

Investiţia pentru reţea este cea mai mică în varianta cu câte un aspersor în funcţiune pe conducta de udare, deoarece diametrul conductei de udare este cel mai mic. Sistemul cu acoperire totală poate fi cu conducte de udare din tuburi de polietilenă de diametre mici (32 mm) care se aşează şi se ridică cu ajutorul unui tambur amplasat pe tractor. Pe conducta de udare se aşează şi funcţionează simultan un singur aspersor, care se mută treptat de la o poziţie la alta Conductele de udare se amplasează paralel cu direcţia rândurilor de plante în cazul când sunt instalate suprateran (cazul sistemelor cu acoperire totală). La vii şi livezi se pot aşeza şi perpendicular sau diagonal faţă de direcţia rândurilor plantaţiilor. Conducta principală se aşează în centrul suprafeţei irigate sau lateral. Avantajele sistemelor fixe sunt:  asigură o irigaţie eco-compatibilă, cu norme mici, bine controlate şi la timp;  în cazul când se asigură funcţionarea prin rotaţie a conductelor de udare, se reduc diametrele conductelor principale, iar dacă funcţionează pe rând câte un aspersor, se reduc şi diametrele conductelor de udare;

 reducerea cheltuielilor pentru efectuarea udărilor (se renunţă la mutarea echipamentelor);  controlul automat al irigaţiei;  aplicarea îngrăşămintelor odată cu udările şi micşorarea pierderilor de îngrăşăminte azotate, care produc eutrofizarea surselor de apă. Dezavantaje:  investiţii relativ ridicate, datorită creşterii densităţii conductelor;  suporţii aspersoarelor constituie obstacole pentru maşinile agricole; sistemul anfonsabil prezentat în continuare, cu aspersoare care sunt ridicate deasupra suprafeţei terenului numai în perioada udărilor, elimină acest dezavantaj. Sistemele de irigaţie fixe, cu aspersoare anfonsabile Conductele de udare sunt prevăzute cu hidranţi-portaspersoare care sub efectul presiunii se ridică la suprafaţa terenului înainte de udare. În cadrul acestor sisteme, hidrantul poate fi poziţionat deasupra conductei de udare sau lateral de conductă. În prima variantă conducta de udare trebuie amplasată la adâncime mai mare (1,5-1,7 m) având în vedere lungimea hidrantului portaspersor (1-1,2 m) şi stratul de sol de deasupra lui (max. 0,5 m). În varianta a doua este suficientă adâncimea de cca. 1 m, însă este necesară o amenajare pentru fiecare portaspersor. Imediat ce conducta este pusă sub presiune (pentru ridicarea coloanei portaspersor este suficientă o presiune de 0,5 bari), apa iese printr-un orificiu de la partea superioară a hidrantului portaspersor şi ajută la înmuierea solului. După ridicare, pe portaspersor se aşează un prelungitor şi aspersorul, iar la terminarea udării, portaspersorul (fără aspersor) se introduce mecanic în sol (la unele sisteme se foloseşte o conductă de diametru mic prin care se realizează o presiune inversă care determină coborârea hidranţilor). 9.2.8. Echipamente pentru irigaţia parcurilor şi grădinilor publice, spaţiilor verzi din zone rezidenţiale, comerciale şi industriale şi terenurilor de sport Sistemele de irigaţie destinate suprafeţelor cu astfel de funcţiuni se caracterizează printr-un grad ridicat de automatizare, distribuţia apei prin aspersiune sau picurare, folosind – în multe cazuri – dispozitive telescopice (care se ridică deasupra terenului când începe udarea şi coboară sub nivelul terenului, după udare); de asemenea, au senzori pentru oprirea udării în situaţiile când intervin ploi sau la viteze mari ale vântului. Componentele sistemului de irigaţie sunt reprezentate de dispozitive de udare, conducte de distribuţie, vane solenoid acţionate electric, controlere, iar pentru suprafeţe extinse sunt folosite şi staţii de control centralizat. Dispozitivele de udare. În cazul suprafeţelor limitate, formate din fâşii de lăţime redusă (benzi florale etc.), udarea se efectuează cu microaspersoare. Acestea sunt, de obicei, cu rotor cu udare în sector reglabil între 400-3600. Pentru fâşii înguste, cât şi pentru udarea localizată a arbuştilor şi arborilor sau a zonelor de colţ sunt preferate microaspersoarele de tip static, cu sector de udare de 900, 1350, 1800 sau 3600 (de exemplu, pentru udarea benzilor florale cu o lăţime de 5-10 m, pot fi folosite două conducte de udare amplasate la limitele fâşiei şi prevăzute cu microaspersoare statice reglate pentru udare în sector de 1800; pentru aceeaşi situaţie, pot fi folosite trei conducte de udare, din care una să fie la mijlocul fâşiei având microaspesoarele cu udare circulară, iar cele laterale au aceleaşi microaspersoare, însă cu udare în sector de 180 0). Microaspersoarele rotative au unghiuri de înclinare a jetului cu valori normale de 250-300 sau mai reduse, alegerea unghiului prezentând importanţă pentru cazul când sunt arbori la care udarea se recomandă să se facă sub coroană. Microaspersoarele statice sunt prevăzute, în cele mai multe cazuri, cu dispozitiv pentru ajustarea sectorului de udare şi au raze de udare mai mici decât cele

dinamice (cu rotor) şi sunt recomandate mai ales pentru udarea arbuştilor şi fâşiilor vegetale de lângă clădiri. Unele tipuri udă în „petale” (de la două „petale” opuse, până la şase „petale” distribuite uniform pe întreg sectorul circular). Aspersoarele cu impact (cu şoc) sunt folosite pentru udarea peluzelor cu suprafeţe mari, deoarece au raze mari de acţiune. Cele mai multe tipuri sunt telescopice şi udă în sector ajustabil de 200-3400 sau în cerc complet. Unele modele de aspersoare şi microaspersoare sunt prevăzute şi cu un regulator de presiune care este necesar în condiţiile terenurilor cu diferenţe de nivel pentru ca toate dispozitivele să funcţioneze la aceeaşi parametri (debit, rază de acţiune, intensitatea ploii etc.). Intensitatea ploii se calculează pe zone de irigaţie, cu relaţii care ţin seama de schema (configuraţia) de aşezare a dispozitivelor de udare (dreptunghi sau triunghi) şi de mărimea sectorului de udare. În situaţia în care toate dispozitivele sunt amplasate la aceeaşi distanţă, au acelaşi debit şi mărime a sectorului de udare, intensitatea ploii se determină cu relaţiile următoare: - pentru schema de aşezare în dreptunghi q  360000 ih  a (mm/h) (9.42)   d  d1 - pentru schema de aşezare în triunghi echilateral q  1000 i h  2a (mm/h) (9.43) d  0,866 în care: qa este debitul dispozitivului de udare (m3/h); α – mărimea sectorului de udare (în grade); d – distanţa dintre dispozitive pe conducta de udare; d1 – distanţa între conductele de udare la aşezarea în dreptunghi. Reţeaua de distribuţie se execută din tuburi şi piese de legătură (teuri, coturi, etc.) de PE sau PVC îngropate în sol, cu diametre care rezultă din calculul hidraulic. Reţeaua de irigaţie este alimentată frecvent de la hidranţii reţelei de alimentare cu apă potabilă din zonă şi, în acest caz, imediat după hidrantul de priză este nevoie de instalarea unui dispozitiv de protecţie antisifon, cu rolul de a preveni intrarea impurităţilor din conductele de irigaţie în sistemul de alimentare cu apă potabilă. Dacă apa provine din altă sursă, la priză este nevoie de filtre adecvate dispozitivelor de udare utilizate (microaspersoare, aspersoare sau picurătoare). De asemenea, în aval de dispozitivul de protecţie antisifon, pe conducta principală se amplasează un regulator de presiune. Vanele cu acţionare electrică (vane cu solenoid). Reprezintă organele de execuţie care realizează comenzile de deschidere şi de închidere a unor zone din reţeaua de irigaţie (la începerea şi terminarea udărilor). Sunt folosite în asociere cu controlere sau staţii de control centralizat. Conectarea vanelor solenoid se face prin cablu electric (multifilar) îngropat în sol, cu tensiunea curentului de 24 V. Vanele solenoid se amplasează în cămine executate din material plastic, luându-se măsuri pentru prevenirea pătrunderii apei în aceste spaţii. Controlerele (timere sau programatoare) pot fi electromecanice sau electronice, alimentate de la reţeaua electrică sau cu baterii, îndeplinind funcţii de programare şi automatizare a irigaţiei. Ele asigură funcţionarea secvenţială a diverselor ramificaţii sau zone ale reţelei de irigaţie. În memoria controlerelor există programe care permit utilizatorilor să stabilească regimul de irigaţie adecvat condiţiilor de climă, vegetaţie şi sol. Controlerul trimite semnale electrice către vanele solenoid, deschizându-le pentru o durată determinată. Capacitatea şi mărimea controlerului

depinde de numărul de vane solenoid pe care le comandă (în general, un controler comandă 4 sau 6 zone). Pornirea secvenţială a diverselor ramificaţii ale reţelei de irigaţie realizează un efect estetic deosebit. Montajul controlerelor se face în locuri uşor accesibile, de obicei în interiorul clădirilor sau pe peretele exterior al acestora. În zonele temperate este nevoie şi de un senzor de ploaie, ca şi de un senzor pentru viteza vântului, care vor fi conectate la controler şi se vor asigura oprirea udărilor în cazul unor astfel de evenimente. Staţiile de control centralizat sunt destinate automatizării irigaţiei pe zone extinse de arhitectură peisageră din sectoare rezidenţiale, comerciale sau industriale. Calculatorul central are instalat un program specializat pentru managementul şi monitoringul regimului de irigaţie. Legătura între dispecerul central şi staţiile locale se direct prin cabluri electrice sau prin modem. Bibliografie [1] Blidaru, V., Wehry, A., Pricop, Gh. – Amenajări de irigaţii şi drenaje. Ed. Interprint, Bucureşti, 1997. [2] Christiansen, I. – Irrigation by sprinkling. Calif. Agr. Exp. Sta. Bull 670, 1942. [3] Jensen, M.E. (Ed) – Design and operation of farm irrigation systems, ASAE Monograph., 3, 1980. [4] Keller, J., Bliesner, D.R. – Sprinkle and trikle irrigation. Ed. Chapman and Hall, 1990. [5] Rieul, L. (Coordination de la redaction)– Irrigation – Guide pratique (1re ed.). Ed. CEMAGREF et CEP-France Agricole, 1990. [6] Wilmes, D.J., Martin, D.L., Suppala, R.J. – Decision Suport Systems for design of center pivots. Trans. ASAE, vol.37(1), 1994. [7] xxx – La matrise de l’irrigation sous pression. KULKER, AGRINATHAN, Ed. Nathan Communic., Paris, 1988. [8] xxx – Irrimec. IRIDEX, Buc. [9] xxx – Mustang. Echipament de irigaţie mecanizat. IRIDEX GROUP şi ZIPACON, Buc. [10] xxx – Sistemele liniare Valley. Prospect Valley.

10. IRIGAŢIA LOCALIZATĂ

10.1. Avantaje şi dezavantaje Irigaţia localizată este cea mai recentă metodă de irigaţie, care răspunde cel mai adecvat cerinţelor ecologice. Ea permite administrarea apei numai în zona aferentă sistemului radicular al plantelor, cu ajutorul unor conducte şi dispozitive de udare amplasate la suprafaţa solului, sau deasupra lui sau îngropate în sol la mică înălţime. Primele amenajări s-au realizat în jurul anului 1940 în Anglia, după care, din anii19601965 s-au extins în ţări ca Israel, SUA, Australia, iar în ultimele decenii, odată cu dezvoltarea producţiei de materiale plastice, în multe alte ţări. Metoda se foloseşte în primul rând la culturile cu rentabilitate mare (flori, legume cultivate în sere şi solarii şi în câmp, plantaţii pomicole şi viticole) dar a început a se aplica şi la alte culturi (tutun, ş.a.). Irigaţia localizată are două variante tehnologice: o irigaţia prin picurare; o irigaţia prin rampe perforate. În cazul irigării parţiale a terenului (îndeosebi la plantaţii pomicole clasice), aici poate fi înscrisă şi irigaţia cu microaspersoare. Varianta cea mai folosită în practică este irigaţia prin picurare. Metoda de udare prin rampe perforate este aplicată în Franţa, la plantaţiile viti-pomicole şi a fost experimentată şi în ţara noastră de ICITID. Avantajele irigaţiei localizate sunt:  administrarea apei se face cu debit redus şi pe o suprafaţă restrânsă rezultând însemnate economii de apă (în cazul plantaţiilor pomicole, 40-60% din consumul în cazul irigaţiei prin aspersiune);  însemnate reduceri ale consumului de energie în exploatare, prin reducerea volumelor de apă şi a presiunii la 0,5-1,5 bari;  udările frecvente (la 1-4 zile) cu norme de udare mici (100-300 m 3/ha) care menţin umiditatea solului în apropierea valorii optime, ceea ce asigură sporuri de producţie superioare faţă de celelalte metode de irigaţie;  se udă numai zona umbrită de rândurile de pomi, limitându-se astfel dezvoltarea buruienilor în zona dintre rânduri;  există posibilitatea executării lucrărilor culturale şi în timpul udărilor;  odată cu udările pot fi administrate îngrăşăminte minerale şi chiar tratamente fitosanitare (dacă se irigă prin microaspersiune);  udările frecvente menţin o concentraţie redusă a sărurilor din sol; apa din irigaţii şi din precipitaţii deplasându-le în afara bulbului de sol umezit. De aceea, pe solurile nisipoase poate fi folosită apă având concentraţii mărite de săruri, ca şi ape uzate; Dezavantaje:  potenţial de înfundare a picurătoarelor şi, de aici, reducerea uniformităţii udării şi a producţiei agricole; fenomenul se previne prin filtrarea şi tratarea chimică a apei;  cere investiţii mari, deoarece densitatea conductelor de udare este foarte mare (cea mai mare este la legume şi culturi de câmp, iar cea mai mică este la plantaţiile pomicole cu distanţe mari între rânduri);  pe soluri cu textură argiloasă, dacă se foloseşte apă cu mineralizare medie sau mare, are loc acumularea sărurilor la suprafaţa solului. În zonele temperate acest fenomen este limitat, deoarece precipitaţiile din perioada rece pot să spele aceste săruri în adâncime. 10.2. Schema generală şi elementele componente ale unei amenajări Un sistem de irigaţie localizată cuprinde: a) instalaţia de priză (din foraj, râu, lac de acumulare sau hidrant al unei reţele colective); b) centrul de control cu echipamente de filtrare,

de fertilizare; c) reţea de conducte (principale, secundare, terţiare şi de udare); d) dispozitive de udare situate pe conductele de udare; e) vane şi alte piese speciale. (fig.10.1.). Dispozitivele de filtrare a apei se amplasează atât la intrarea în reţea, ca şi în puncte intermediare (acestea din urmă fiind dispozitive de filtrare fină). Aceste dispozitive trebuie să aibă capacitatea de tranzit şi de filtrare necesare, adică de reţinere a particulelor solide peste o anumită dimensiune (diametru). Aşa cum se arată din fig.10.1., reţeaua de distribuţie este formată din conducte de mai multe ordine de mărime. Conductele secundare asigură gruparea conductelor terţiare şi a celor de udare pe zone, al căror număr depinde de forma terenului, topografia lui, numărul de seturi udate pe zi sau intervalul dintre udări, lungimile conductelor Fig.10.1. Schema unui sistem de irigaţie localizată secundare şi a celor terţiare. -

-

-

Din punct de vedere funcţional deosebim următoarele elemente teritoriale: subunitatea de irigaţie este suprafaţa care se irigă simultan în aval de un punct de control al presiunii (unde se instalează un regulator de presiune). O subunitate de irigaţie este, de obicei, suprafaţa alimentată de o conductă terţiară (fig.10.2.); unitatea de irigaţie este suprafaţa realizată prin însumarea subunităţilor de udare ce se irigă simultan, situate în aval de ubn punct unde se măsoară norma de udare şi volumul de apă. Se Fig.10.2. Unităţile funcţionale ale unui sistem de localizată referă la suprafaţa deservită de o conductă A, B, C, D - unităţiirigaţie de irigaţie; 1, 2 - subunităţi de irigaţie; I (A+C), II (B+D) - unităţi operaţionale de irigaţie secundară; unitatea operaţională de irigaţie este suma unităţilor de irigaţie care funcţionează simultan în aval de centrul de control (ex. în fig10.2., unitatea operaţională I este formată sin suprafaţa unităţilor de irigaţie A+C, iar unitatea II este suprafaţa unităţilor de irigaţie B+D). 10.3. Dispozitive de udare

Funcţie de metoda de udare pot fi folosite: picurătoare, orificii, microduze, ajutaje, sau microaspersoare. Dispozitivele trebuie să corespundă din următoarele puncte de vedere: - debit uniform şi constant, puţin sensibil la variaţiile de presiune; - sensibilitate redusă la obturare; - uniformitate ridicată la fabricaţie;

- rezistenţă la agresivitate chimică şi ambientală; - preţ de cost redus; - stabilitatea relaţiei Q-H în perioada de exploatare; - sensibilitate redusă la variaţiile de temperatură; - pierderi de sarcină locale cât mai reduse în conducta de udare. Curba debit-presiune (fig.10.3.)a unui dispozitiv de udare localizată are ecuaţia: Q  k Hx

(10.1)

în care: Q este debitul (l/oră); H - presiunea la intrarea apei în dispozitiv (mca); k - coeficient de debit, funcţie de geometria canalului de curgere a apei; el reprezintă debitul corespunzător presiunii H = 1 mca; x - exponent cu valori între 0-1, funcţie de regimul de curgere a apei în dispozitivul de udare: x = 0-0,2 pentru picurătoare cu Fig.10.3. Curba debit-presiune pentru picurătoare cu valori autoreglare, x ≈ 0,5 pentru picurătoare cu regim turbulent, x = 0,8-1 pentru picurătoare diferite pentru exponentul x cu regim laminar (cu labirint, cu tub capilar, ş.a). Curba debit-presiune este valabilă pentru un domeniu limitat de variaţie al presiunii (de obicei de la 5-25 mca) şi un interval al temperaturii apei. Caracterizarea calitativă a dispozitivelor de udare se face în funcţie de mai mulţi parametri şi anume: - Coeficientul de variaţie tehnologică (CVT) apreciază uniformitatea dimensiunilor principale ale dispozitivelor, realizată prin procesul de fabricaţie.

CVT  

Q

(10.2)

în care: σ este abaterea standard a debitului determinat prin testarea a 50 de dispozitive de acelaşi tip la aceeaşi presiune; Q - debitul mediu al dispozitivelor testate. Uniformitatea tehnologică este considerată bună dacă CVT < 0,05; acceptabilă dacă 0,05 < CVT < 0,1; slabă pentru 0,1 < CVT < 0,15 şi inacceptabilă pentru CVT > 0,15. Când o plantă este irigată cu mai multe picurătoare (n), CVT pentru grupul respectiv este: CVT CVTn  0.5 (10.3) n Se observă că prin amplasarea mai multor picurătoare la un pom, rezultă o îmbunătăţire a uniformităţii udărilor. - Toleranţa dispozitivelor de udare la variaţiile de presiune Se apreciază în funcţie de valoarea exponentului x din ecuaţia debit-presiune, după două scări diferite:  pentru dispozitive fără autoreglare: foarte tolerante pentru x = 0÷0,5; tolerante pentru x = 0,5÷0,6; puţin tolerante pentru x = 0,6÷0,8; foarte puţin tolerante pentru x > 0,8.

 pentru dispozitive cu autoreglare: toleranţă foarte bună pentru x = 0÷0,05; toleranţă bună pentru x = 0,05÷0,10; toleranţă mediocră pentru x = 0,1÷0,15; toleranţă slabă pentru x = 0,15÷0,20; toleranţă necorespunzătoare pentru x > 0,2. - Sensibilitatea la înfundare Depinde în mod direct de diametrul secţiunii minime de trecere a apei (d). Obturarea se produce cu particole solide minerale sau organice, prin precipitarea sărurilor din apă sau de agenţi microbiologici (alge şi bacterii). Dispozitivele de udare se consideră foarte sensibile dacă d < 0,7 mm, sensibile dacă 0,7 < d < 1,5 mm şi puţin sensibile dacă d > 1,5 mm. Multe dintre picurătoarele cu autoreglare sunt foarte sensibile, deoarece secţiunea de curgere se micşorează mult când creşte presiunea în conducta de udare (pentru că ele reglează debitul prin modificarea secţiunii de curgere în sens invers proporţional cu presiunea din conducta de udare). Pentru prevenirea înfundării picurătoarelor cu particule de natură organică, se prevăd filtre care trebuie să reţină particulele solide având diametrul mai mare decât 1/10 din diametrul secţiunii minime de trecere a apei prin picurător. La microaspersoare şi microduze, această limită poate fi de 1/5. Prevenirea înfundării lente, prin precipitarea sărurilor sau cu agenţi microbiologici, se asigură prin tratamente chimice periodice ale apei. - Sensibilitatea în raport cu temperatura Datorită dilatării materialului plastic din care sunt confecţionate, debitele picurătoarelor (Q) variază cu temperatura (t) după o lege liniară Q = a + b . t. Sensibilitatea la variaţiile de temperatură, exprimată de valoarea coeficientului b, depinde de gradul de turbulenţă al curgerii în interiorul picurătoarelor. Dacă sunt îngropate sau umbrite conductele de udare, se reduc variaţiile de temperatură. Picurătoarele sunt de construcţii destul de diverse. După sistemul folosit pentru disiparea energiei apei, picurătoarele se împart în: a) picurătoare cu tub capilar (diametrul de 0,5-2 mm). Curgerea prin ele este laminară. Exponentul x este cuprins între 0,55-0,8 , mărindu-se odată cu lungimea tubului iar k variază între 0,4 şi 0,8, diminuându-se atunci când creşte lungimea tubului. CVT poate fi destul de bun (0,02-0,05), însă depinde de precizia stabilirii lungimii tubului. Debitul este influenţat de forma de intrare a apei în tub (adâncirea pătrunderii tubului în conductă, unghiul de captare, ş.a). Fiind puţin costisitoare, având sensibilitate redusă la obturare dacă se folosesc diametre mai mari (ex. de 1,5 mm) şi necesitând astfel instalaţii de filtrare mai puţin pretenţioase, aceste picurătoare se folosesc destul de mult la plantaţii pomicole. Variind lungimea tubului capilar în funcţie de presiunea din conducta de udare din dreptul picurătorului respectiv, se poate asigura o bună uniformitate a udărilor. În această grupă intră şi picurătoarele cu traseu elicoidal, care se caracterizează prin CV cu valori diferenţiate după firma producătoare (de la 0,02 la 0,13), debite de 2 sau 4 l/h, x = 0,65-0,85 şi k = 0,4-0,8. b) picurătoare tip labirint. În această grupă sunt picurătoare care au secţiuni relativ mari de trecerea apei iar traseul este alungit prin sistemul labirint. Exponentul x are valori mici (0,50,6), sensibilitatea la obturare este mică (secţiunea de trecere având diametrul de 1-2 mm), la fel ca şi sensibilitatea la temperatură. Normal au CVT sub 0,05. c) picurătoare tip orificiu. Apa iese din ele prin unul sau mai multe orificii de diametru mic. Regimul de curgere este turbulent, încât x = 0,5. Sunt sensibile la obturare. d) picurătoare tip vortex. Au o cameră circulară în care apa intră tangenţial şi iese axial. Mişcarea circulară produce pierderi de presiune mai mari decât la picurătorul cu orificiu de acelaşi diametru. Pot avea CVT mic (0,04), exponentul x are valori între 0,4-0,5 iar k este

aproximativ 1. Modelele existente pe piaţă sunt sensibile la înfundare (diametrul de ieşire este de ordinul a 0,6 mm). e) picurătoare cu autoreglare. Autoreglarea (debit constant, independent de presiune) se realizează printr-o piesă mobilă şi flexibilă de cauciuc care se deformează sub efectul presiunii (presează orificiul de ieşire a apei atunci când creşte presiunea). Sensibilitatea la obturare poate fi destul de mare, deoarece, atunci când se măreşte presiunea, se reduce secţiunea de curgere, chiar la valori sub 0,5 mm ale diametrului ei. De asemenea, poate avea valori mari ale CVT, datorită pieselor mobile. Au uniformitatea tehnologică şi rezistenţa în timp ceva mai redusă decât picurătoarele obişnuite iar efectul de autoreglare este evident numai într-un interval de presiune care trebuie indicat de fabricant. Beneficiile debitului constant la variaţiile presiunii pot fi anulate de valori ridicate ale CVT. Alte dezavantaje: cost ridicat, secţiune mică de curgere şi, de aici, risc de obturare, complexitate constructivă şi fiabilitate redusă (datorită membranei care-şi pierde elasticitatea). Deşi sunt mai scumpe decât picurătoarele obişnuite, acest tip de picurătoare sunt preferate pe terenuri denivelate sau în pantă şi pe conducte de udare lungi, de peste 150-200 m, asigurând o uniformitate bună a udării f) picurătoare cu autocurăţire. Unele sunt cu autocurăţire continuă, în timp ce altele se autocurăţă numai în perioada scurtă când o linie este pusă sub presiune. Au unul sau mai multe orificii flexibile, deformabile, care permit ca în momentul când o particulă de diametru mai mare decât orificiul de trecere a apei a ajuns în orificiu, presiunea să se mărească în amonte şi, datorită diferenţei de presiune, să deformeze orificiul de trecere şi să asigure expulzarea particulei. Picurătoarele cu autocurăţire continuă au x = 0,7 şi CVT = 0,05-0,07. g) picurătoare integrate. Sunt fixate prin lipire sau sudură în interiorul conductei de udare, la distanţe egale. Sunt de tip labirint, cu sau fără autoreglare. Durata acestor sisteme este variabilă, în funcţie de calitatea tuburilor de udare. Distanţa între picurătoare este în intervalul 0,3-1,5 m iar presiunea de funcţionare depinde de tipul de picurător, fiind în general între 3-5 mca ca limită inferioară şi 30-40 mca ca limită superioară. Tuburile picurătoare reprezintă o alternativă în condiţiile când se cere o densitate mare de picurătoare. Ele sunt destul de sensibile la obturare, deoarece au orificii de trecere a apei sub 1 mm. Funcţionează la presiuni sub 10 mca, au x = 0,4-0,8 iar CVT între 0,1 şi 0,2. În general, tuburile picurătoare sunt din PE, flexibile şi de greutate redusă. Este bine să fie îngropate în sol, măcar parţial. Pot fi de mai multe tipuri: - tuburi poroase; cele din materiale neplastice (Viaflo) au debitul pe metru liniar foarte mic, încât pot fi folosite pentru irigaţia cu conducte subterane, practicată continuu pe durata sezonului de irigaţie. Rădăcinile vin în contact direct cu conducta poroasă, plină cu o soluţie fertilizantă. Distribuţia imperfectă a apei, dificultăţile de instalare şi sensibilitatea la înfundare, în special cu carbonaţi depuşi din apă, au făcut ca extinderea acestor materiale să fie limitată. Recent s-au propus tuburi poroase din materiale plastice ţesute, cu rezistenţă ridicată la rupere şi la tractare şi care, de asemenea, permit ridicarea presiunii pentru a spăla materialele care înfundă porii. Aceste tuburi pot fi utilizate pentru culturi de legume protejate, cu rânduri de lungimi medii. Tuburile rigide poroase pentru sisteme fixe, deşi permit o irigare continuă şi lentă, sunt foarte sensibile la obturare în cazul apelor calcaroase. Unele materiale de acest tip (leaky pipe) sunt comercializate pentru irigarea parcurilor şi a grădinilor. - tuburi rigide cu picurătoare în interior, care aderă la peretele interior al tubului pe toată suprafaţa laterală sunt utilizate mai mult pentru ape uzate. Aceste tuburi pot fi supuse periodic la presiuni ridicate până la 6 bari, cu scopul de a permite spălarea eventualelor reziduuri rămase în canalele picurătoarelor;

- tuburi flexibile, cu picurătoare plate în interior (Typhon). Sunt cele mai recente produse din această serie, caracterizate prin regularitate foarte bună a distribuţiei apei, greutate foarte mică, cost redus. Se folosesc în legumicultură (în special, legume care sunt consumate în stare proaspătă); - tuburi tip "Twin-wall", "By-wall"; au pereţii dubli iar apa circulă intrând între pereţi printr-un orificiu mic şi iese în exterior printr-unul sau mai multe orificii. Cu acestea, pot fi realizate conducte de udare lungi de peste 200 m, cu o bună uniformitate de distribuţie. Presiunea de exploatare este de 4-6 mca. Au aceleaşi cerinţe de filtrare ca şi pentru picurătoare. Unele modele se pot folosi mai multe sezoane, altele numai un sezon. Recent s-au introdus tuburi cu perete dublu cu diametre mai mici, care prin construcţia lor permit o autocompensare parţială (Ecodrip). Toate se recomandă pentru irigarea legumelor în spaţii protejate şi în câmp; - tuburi corugate (exteriorul este lis, iar în partea interioară sunt corugate). În peretele tubului, de la fabricaţie se realizează conducte spirale de diametru mic, care au un orificiu de intrare a apei din interiorul tubului şi un orificiu de ieşire în peretele exterior. Tuburile spirale servesc pentru circulaţia apei şi au rolul de picurătoare iar pasul acestor spirale este egal cu pasul corugaţiilor interioare; - tuburi perforate. Sunt cu perforaţii uniform distanţate din construcţie, realizate cu laserul, deci au dimensiuni foarte uniforme (diametru, înălţime). La presiuni mici ele picură, însă dacă se depăşeşte 10 mca curgerea are aspect de jet. La irigaţia prin rampe perforate, dispozitivele de udare sunt de tipul ajutajelor şi orificiilor, cu sau fără autoreglare, iar sub conducta de udare se execută brazde biefate cu rol de acumulare şi infiltrare lentă a apei în sol. Perfecţionarea şi adaptarea acestei tehnici la condiţiile ţării noastre a constituit obiectul mai multor studii şi cercetări, care au fost finalizate printr-o tehnologie specifică [4, 11]. Microaspersoarele sunt folosite în locul picurătoarelor pentru irigaţia localizată la pomi. Pot fi statice sau dinamice. Au orificii mai mari decât picurătoarele, şi din în acest fel se reduc cerinţele în privinţa filtrării apei. 10.4. Proiectarea amenajărilor de irigaţie localizată Consumul de apă la irigaţia localizată este mai mic decât în cazul celorlalte metode de irigaţie deoarece se udă un volum restrâns la zona de dezvoltare a rădăcinilor. De asemenea, cele două componente ale consumului (evaporaţie şi transpiraţie) sunt în raport diferit faţă de cel care este la celelalte metode de irigaţie: irigaţia localizată asigurând udări dese pe o suprafaţă limitată, are o evaporaţie mai mică dar o transpiraţie mai mare. Raportul între consumul prin evaporaţie la irigaţia localizată prin picurare (ETip) şi cel de la irigaţia clasică (ETc) depinde de procentul suprafeţei umbrite (p). (fig.10.4.)

Fig.10.4. Relaţia între raportul ETip / ETc şi procentul suprafeţei umbrite (p)

Pentru a estima evapotranspiraţia la irigaţia localizată se poate folosi una din corelaţiile din grupul de mai sus.. După Drăgănescu O. [5], coeficientul de reducere a consumului de apă la irigaţia localizată are expresia:

ETip ETc

 0,6  e0,5 p1  1  0,18  p1  log t   p  1

(10.4)

în care: e - baza logaritmilor naturali; t - intervalul de timp între udări (perioada de revenire cu udare), în zile; p - raportul între suprafaţa umbrită şi suprafaţa totală, cu valori între 0,2-1; p1 - fracţiunea de suprafaţă udată, calculată ca raport între suprafaţa udată şi suprafaţa ocupată de cultură. Udările frecvente, la intervale mici de timp, impun ca solul să nu mai aibă rolul de rezervor de apă iar necesarul de apă să fie practic egal cu ETc maximă în perioada de vârf, pentru un interval de timp egal cu intervalul între udări. Unii autori propun ca ET c să fie considerat ca fiind valoarea medie a maximelor din luna de vârf. Graficul din fig.10.5., întocmit de Dorembos şi Pruitt [4] permite estimarea evapotranspiraţiei maximă, în baza evapotranspiraţiei medii din luna de vârf. Necesarul de apă pentru irigaţie (net) se calculează pe baza bilanţului hidric al solului, după metodologia arătată anterior (vezi cap.3), considerând după caz şi aportul freatic (dacă există), ca şi precipitaţiile efective. Necesarul brut de Fig.10.5. Determinarea ETc maximă în funcţie de ETc medie lunară şi de apă de irigaţie ţine seama capacitatea de reţinere a solului de randamentul udărilor 1. Climat arid şi semiarid cu nebulozitate mică în perioada când ET este maximă; 2. Climat continental, cu nebulozitate medie în perioada când ET este maximă; 3 şi 4. Climat continental, cu localizate. Valorile lui sunt nebulozitate variabilă şi cu ET medie de 5 şi respectiv 10 mm/zi de: 0,90 pentru sol nisipos, 0,95 pentru sol lutos şi 1 pentru sol argilos. c

c

c

10.4.1. Regimul de irigaţie Norma de udare la irigaţia prin picurare se determină, după Drăgănescu [5], cu relaţia: m  100  DA  H  p  a   CC  Wi 

[m3/ha]

(10.5)

în care: DA - densitatea aparentă a solului (t/m3); p - fracţiunea de suprafaţă udată; CC - capacitatea de apă în câmp (% din greutate); Wi - umiditatea solului la începerea udării (% din greutate); H - adâncimea maximă de udare (m); a - raportul între volumul de apă distribuit în bulbul care se umezeşte (V a) şi volumul înmagazinat în cilindrul ipotetic (cilindru cu diametrul D egal cu diametrul bulbului şi înălţimea egală cu H). Ca mărime, norma de udare variază între 100-400 m3/ha. Intervalul de timp între udări depinde de textura solului şi de condiţiile climatice (tab.10.1).

Tabel 10.1. Intevalul de timp între udări (zile) [12] Textura solului nisipoase Lutoase şi argiloase

Climat Arid, cu temperaturi ridicate evapotranspiraţie mare Moderat Rece, cu precipitaţii reduse

şi

1-2

2-3

2-3 3-4 (de două ori pe săptămână)

3-4 6-8 (o dată pe săptămână)

Pe solurile grosiere, scheletice pot fi administrate mai multe udări pe zi. În practică, acest interval de timp variază între 1÷(4 -5) zile. Exemplu de calcul Să se calculeze consumul de apă şi elementele regimului de irigaţie prin picurare pentru proiectare în următoarele condiţii: - plantaţie pomicolă (de meri), cu distanţa între rânduri d = 4 m; - distanţa pe rând d1 = 2 m; - raportul între suprafaţa umbrită şi suprafaţa totală este p = 0,5; - solul are textură lutoasă: DA = 1,3 t/m3, CC = 29%, CO = 13% (din greutatea solului uscat); - adâncimea de udare este 0,6 m.

Pmin  CO  0,7  IUA  24,2%

În urma calculului bilanţului lunar al apei în sol pe un şir de ani a rezultat norma de irigaţie lunară cu asigurarea de 20% egală cu 1200 m3/ha . zi şi este în luna iunie. Calcule Această normă lunară se reduce datorită irigării unei fracţiuni p de suprafaţă, astfel: - conform relaţiei lui Decroix sau fig.10.4.

ETip  ETc   0,1  p   1200  (0,1  0,5)  720 m3 / ha

- conform relaţiei lui Keller sau fig.10.4.

ETip  ETc   p  0,15  1  p    1200 0,5  0,151  0,5   690 m3 / ha

- după Drăgănescu, considerând p1 = p şi intervalul de timp între udări t = 4 zile ETip  0,6  e 0,5 p1  1  0,18  p1  log t   p  ETc 

 0,6  e 0, 50 ,5  1  0,18  0,5  log 4   0,5  1200   0,6  1,28  1,054  0,5  1200  487

m 3 / ha

Se va adopta valoarea maximă rezultată, adică 720 m3/ha lună. Norma de udare are mărimea:

mu  100  DA  H  p   CC  P min 

 100  1,3  0,6  0,5   29  24,2   187,2

m 3 / ha

Numărul de udări în luna de vârf: 720 N   3,84  4 udari 187,2 Perioada de revenire cu o normă de udare:

t

30 zile  7,5 zile 4

Dacă se adoptă consumul ETip = 487 m3/ha, atunci se determină mu considerând şi factorul a = 0,3

mu  56 m 3 / ha În acest caz, numărul de udări:

487  8,69  9 udari 56 30 t  3,33 zile 9 N 

10.4.2. Dispunerea dispozitivelor şi conductelor de udare 10.4.2.1. Distanţa dintre picurătoare (pe conducta de udare) La plantaţii pomicole, cu distanţe mari între pomi, distanţa între picurătoare este egală cu distanţa între plante. La plantaţiile intensive şi superintensive, ca şi la cele de viţă-de-vie şi la culturi de legume, distanţa între picurătoare este egală cu diametrul bulbului umezit de un picurător. Forma şi dimensiunile bulbului de sol umezit depind de însuşirile fizice şi stratificaţia solului, de debitul picurătorului şi panta terenului. La irigaţia localizată, infiltraţia de la sursa punctiformă are o componentă verticală şi alta în suprafaţă. Forma zonei umezite este apropiată de o sferă sau de un elipsoid cu axa verticală. La un sol cu un profil dat, forma şi dimensiunile bulbului depind de volumul de apă distribuit şi de debitul picurătorului. În ultimele 3-4 decenii au fost intreprinse multe studii asupra distribuţiei apei în sol la irigaţia prin picurare, folosind modele matematice şi metode de calcul şi simulare (ex. metoda diferenţelor finite, soluţii analitice etc.). Estimările necesare pentru proiectare se pot face fie cu astfel de metode, fie folosind date existente sau prin determinări practice în teren. În lipsa măsurătorilor in situ pot fi folosite datele din tabelul 10.2. referitoare la dimensiunile orientative ale diametrului şi adâncimii bulbului de sol umezit. Tabel 10.2. Diametrul (D) şi adâncimea (H) a bulbului de sol umezit

Volumul de apă distribuit de picurător (l) 10 50 100

nisipos D (m) H (m) 0,29 0,26 0,37 0,70 0,42 1,10

Textura nisipo-lutos lutos D (m) H (m) D (m) H (m) 0,42 0,23 0,66 0,17 0,70 0,55 1,20 0,33 0,80 0,68 1,55 0,52

luto-argilos D (m) H (m) 1,1 0,14 2,0 0,23 2,5 0,28

10.4.2.2. Distanţa între conductele de udare Este un element important de care depinde calitatea irigaţiei, ca şi mărimea investiţiei pentru amenajare, care se adoptă funcţie de cerinţele tehnologiei agricole. La plantaţiile pomicole şi viticole, se dispune câte o conductă sau două conducte la fiecare rând. La culturi de A) legume şi culturi de câmp, distanţa este egală cu distanţa între rândurile de plante, dacă aceasta Fig.10.6. din urmă este minim 0,60 m. Dispunerea conductelor de udare în Dacă cultura este în benzi (la legume) se aşează ocazul conductă de udare pe mijlocul fiecărei : benzi, distanţa între conducte fiind egală cu lăţimea benzii A) plus lăţimea intervalului plantaţiilor pomicole (1,2 – oîntre benzi. În acest caz este de dorit ca lăţimea benzii să fie egală cusingură diametrul bulbului umezit de3 picurător. conductă de udare la rând; – două conducte de udare se la rând; 4 – funcţie Numărul de rânduri într-o bandă, distanţa între rânduri şi lăţimea intervalelor stabilesc de specificul culturii, densitatea, producţia propusă ş.a. conductă de udare cu racord lateral, distanţat de tulpina plantei): Câteva scheme de dispunere a conductelor la plantaţii pomicole şi la culturi de legume în B) culturilor de legume (1,2 – o benzi sunt prezentate în fig.10.6. conductă de udare la două rânduri de B)

plante; 3 – pentru culturi de legume în benzi)

La stabilirea elementelor funcţionale, tipul de picurătoare, schemele de aşezare se vor respecta o serie de limitări, arătate în cele ce urmează: 1. Adâncimea de udare (a bulbului umezit) să nu depăşească zona radiculară cu mai mult de 10-20% (condiţie necesară pentru a avea un randament bun al udării). Această limită se va depăşi numai dacă este nevoie de spălarea sărurilor concentrate în profilul solului. 2. Diametrul bulbului umezit şi volumul de apă ce va fi distribuit de un picurător la o udare (Vp) se stabileşte prin experimentări practice în teren, astfel ca să respecte şi condiţia de adâncime a udării. Dacă în câmp s-au efectuat măsurători ale diametrului bulbului şi adâncimii de umezire pentru mai multe volume de apă aplicate de picurător, atunci se stabileşte raportul D/H al bulbului, specific texturii solului şi apoi, pentru H impus se determină D. Menţionăm însă că, raportul D/H se menţine aproximativ constant, indiferent de volumul de apă aplicat numai în cazul solurilor profunde şi omogene; pentru alte soluri, trebuie stabilit raportul D/H pentru diferite mărimi ale volumelor distribuite, după care, funcţie de H impus, rezultă D şi Vp. Numărul minim de picurătoare pentru o plantă va fi: np 

S pl

(10.6)

Sp

unde: Spl - suprafaţa efectiv de udare pentru o plantă; S pl  S  p S - suprafaţa teoretică ce revine unei plante (d x d1); d – distanţa între plante pe rând; d1 –distanţa între rândurile de plante; p - fracţiunea de suprafaţă udată;  D Sp - suprafaţa udată de un picurător; S p  4

(10.7)

(10.8)

Desigur că numărul de picurătoare pentru o plantă influenţează costul amenajării: dacă el este de 1-3, se consideră că. în condiţiile de climă, sol şi cultură date, este pretabilă irigarea prin picurare; dacă este de 4-5, pretabilitatea este medie, iar dacă este de 7-10, se va propune microaspersiune în loc de picurare. Număr mare de picurătoare rezultă la plantaţii pomicole clasice situate pe soluri nisipoase sau scheletice, în zone aride şi semiaride. 3. Funcţie de volumul Vp şi numărul de picurătoare la o plantă np (impus), din relaţia

et zi  t  n p  V p

(10.9)

în care: etzi - intensitatea maximă a consumului prin evapotranspiraţie, în l/zi  planta (consumul la hectar, corectat funcţie de suprafaţa efectiv irigată (înmulţit cu p) şi împărţit la numărul de plante la hectar); t - perioada de revenire cu o nouă udare, în perioada de consum maxim. rezultă t

n p  Vp

(10.10)

et zi

Perioada t trebuie să fie în limitele arătate în tabelul 10.1. şi corelată şi cu valorile rezultate din calculul elementelor regimului de irigaţie. Dacă t2% - teren uniform - în pantă sau ondulat - teren uniform - în pantă sau ondulat

CU pentru condiţii unde aportul precipitaţiilor este redus (sere, solarii, zone aride) 90-95 % 85-90 % 85-90 % 80-90 % 80-90 % 70-85 %

Valorile de mai sus se reduc cu 10 % dacă se referă la zone umede. Înfundarea picurătoarelor determină modificarea uniformităţii udărilor, care poate scădea simţitor chiar şi în timpul unui sezon. Nakayama şi Bucks [13] au calculat coeficientul de variaţie (statistic) funcţie de procentajul de picurătoare înfundate şi de coeficientul de variaţie tehnologică CVT, câteva valori fiind prezentate în continuare (tab.10.4.): Tabel 10.4. Coeficientul de variaţie a debitului (CV) funcţie de calitatea picurătoarelor şi de % de picurătoare înfundate

% de picurătoare înfundate 0 1 5 10

Coeficientul de variaţie CV pentru valori ale CVT de CVT = 0,05 CVT = 0,1 0,05 0,10 0,11 0,15 0,24 0,25 0,34 0,35

De aici se poate observa că şi cu un procent redus de înfundare, se reduce simţitor uniformitatea udărilor şi că, dacă procentul de picurătoare înfundate este de peste 5%, practic se obţin aceeaşi coeficienţi de variaţie şi de uniformitate a udării, chiar dacă valorile CVT sunt mult diferite. În cazul microaspersiunii localizate, şi utilizării ei la plantaţii pomicole, distanţele de aşezare ale dispozitivelor pe conducta de udare sunt funcţie de tipul de plantaţie (clasică, intensivă, superintensivă), de distanţele între pomi pe rând, de extinderea zonei de dezvoltare a rădăcinilor (lăţimea fâşiei care trebuie udată) [3]. La plantaţiile clasice, la fiecare pom se dispun 2 microaspersoare statice udând în sector de 2700 (lăsând neudată zona din imediata apropiere a tulpinii şi zona neumbrită). La plantaţiile superintensive, microaspersoarele se dispun la distanţe egale şi udă în cerc, astfel că, pe rândul de pomi se udă o fâşie de lăţime aproximativ egală cu zona umbrită. 10.4.4. Determinarea capacităţii de transport a conductelor de distribuţie Se face în mai multe etape: 1. În prealabil, funcţie de condiţiile de ordin agricol se stabilesc, aşa cum s-a arătat anterior, elementele regimului de irigaţie în luna de vârf, apoi suprafaţa ce revine unei plante,

numărul de picurătoare pentru o plantă, volumul de apă distribuit de un picurător V p; se impune debitul picurătorului Qp, rezultând durata zilnică a udării tu.zi=Vp/Qp. De asemenea, se impune durata maximă zilnică de udare (tu max zi), luând ca limită maximă 20 ore/zi şi rezervând 4 ore pentru întreţinere şi alte operaţii. 2. Se determină numărul de unităţi operaţionale de irigaţie: t N  u max zi (10.13) tu zi în care: tu zi - durata zilnică de aplicare a udării. 3. Se recalculează t tu zi  u max zi (10.14) N 4. Se determină debitul mediu al picurătoarelor Qp 

mp

(10.15)

n p  tu zi

unde: mp - norma (cerinţe) de udare brută zilnică pentru o plantă (l/zi); np - numărul de picurătoare care corespund pentru o plantă. 5. Se compară ajustarea Dacă

Qp

Q p  Qp Qp

Qp

cu debitul propus anterior. Dacă diferenţa

Q p  Qp Qp

 0,1 se acceptă

în loc de Qp şi se trece la etapa a 6-a.

 0,1 se poate opta pentru una din posibilităţile următoare:

- a lua un nou Qp egal cu Q p şi a recalcula restul parametrilor; - a schimba N şi a relua etapele de calcul de la punctul 3; - a modifica tu max zi, menţinând N şi Q p . Calculele se reiau de la punctul 3; - a modifica 2 sau 3 factori deodată. 6. Se calculează debitul la intrarea în sistem: Q  10 

S n p  Qp  N d  d1

(m3/oră)

(10.16)

în care: S este suprafaţa irigabilă (ha); Qp se introduce în l/oră, d şi d1 în m. 10.4.5. Toleranţa la variaţiile de presiune Valoarea CU se impune de obicei în raport cu condiţiile arătate anterior şi funcţie de ea, rezultă ce variaţii de debit vor fi tolerate într-o subunitate de irigaţie. Presiunile într-o subunitate de irigaţie variază atât pe conductele de udare cât şi pe terţiare (considerând că există regulatoare de presiune la intrarea în conductele terţiare (fig.10.7.). Din relaţia coeficientului de uniformitate rezultă: Qmin 

CU  Q  1,27  CVT 100  1   np 

   

Utilizând ecuaţia (10.1) se calculează:

(10.17)

Q  H med    k   

1

x

şi  H min  S

Q    min   k 

1

x

(10.18)

unde (Hmin)S - presiunea minimă în subunitatea de udare. Diferenţa maximă de presiune admisă în subunitatea de irigaţie (ΔH), compatibilă cu CU adoptat, va fi proporţională cu diferenţa între presiunea medie şi cea minimă din subunitatea respectivă. H  M   H med  H min  (10.19) M fiind raportul între diferenţa de la presiunea maximă la cea minimă. Valorile pentru M depind de caracteristicile topografice ale terenului şi de numărul de diametre utilizate pentru aceeaşi conductă, fie de udare, fie terţiară. În general, variază între 2 şi 4,5 , recomandându-se valoarea 2,5. După ce a fost calculat ΔH, această valoare este repartizată între Fig.10.7. Distribuţia presiunilor într-o subunitate de irigaţie, în condiţii de teren orizontal conductele de udare şi cele terţiare. Pe teren orizontal sau cu pantă mică, diferenţa de presiune tolerată pe conductele de udare se ia egală cu diferenţa tolerată pe conductele terţiare, fiecare din acestea fiind ΔH/2. Dacă însă terenul are pantă favorabilă pe direcţia conductelor de udare, se va mări partea din ΔH ce revine conductelor de udare, şi se va micşora ceea ce revine conductelor terţiare.

10.4.6. Dimensionarea conductelor de udare Aceste conducte sunt confecţionate din tuburi de materiale plastice (PVC sau PE), cu diametre mici (12, 16, 20, 25 mm) şi constante pe toată lungimea. Debitul unei conducte de udare variază aproape liniar de la valoarea maximă în capătul amonte la zero în aval, în acelaşi mod variind viteza apei şi numărul Reynolds. Mişcarea apei este turbulentă în sectorul din amonte, în regim de tranziţie pe sectorul de mijloc şi laminară în sectorul aval. Pierderile de sarcină în conductele cu debit uniform diastribuit, cum sunt cele de udare, ca şi cele terţiare, pot fi calculate cu relaţia: hf 

J 'F  l 100

(10.20)

în care: J' este gradientul pierderilor de sarcină liniare şi locale de pe conductă. Cele locale se produc în locurile unde sunt picurătoarele. J ' J 

l p  lechiv lp

(m/100 m)

lp - distanţa între picurătoare (m);

(10.21)

lechiv - lungimea echivalentă a pierderilor locale în dreptul picurătoarelor. Depinde de tipul de conexiune a picurătorului ("in line", "on-line" sau integrat) şi se determină experimental în laborator. În fig.10.8. sunt date valorile lechiv pentru conexiunea "on-line" [11].

Fig.10.8. Pierderile de sarcină locale (exprimate în lungimi de conductă echivalentă) la conexiunea „on-line” a picurătorului cu conducta de udare

(mare, a = 5 mm, b = 7,5 mm; standard ,a = 5 mm, b = 5 mm; mică, a = 5 mm, b = 3,5 mm)

J - gradientul pierderilor de sarcină liniare, calculat pentru debitul din capătul amonte, în ipoteza că acesta este constant de-a lungul conductei; În cazul în care 3000 < Re < 105, conform relaţiei lui Blasius   0,316  Re 0, 25 Înlocuind relaţia (10.22) în formula Darcy-Weisbach, pentru υ = 106, se obţine:

(10.22)

Q 1,75 J  7,89  10 (m/100 m) D 4,75 7

(10.23)

F - coeficientul de reducere a pierderilor (coeficientul lui Christiansen), cu valori funcţie de numărul de picurătoare, de exponentul debitului şi de distanţa la care este amplasat primul picurător faţă de capătul amonte al conductei (tabel 10.5.). În cazul când primul dispozitiv de udare este la capătul amonte al conductei de udare, F se determină cu relaţia: F

1 1 m 1   m  1 2N 6N 2

(10.24)

Dacă primul dispozitiv de udare este situat faţă de intrarea în conductă la jumătate din distanţa de aşezare a picurătoarelor se foloseşte relaţia F



1 2   N  1 m   N  2 m  .....  1m 2 N  1  2 N  1  N m



(10.25)

m - exponentul vitezei (m = 1,852); N - numărul de orificii (dispozitive de udare). Tabel 10.5. Valorile coeficientului de reducere a pierderilor, F, pentru m = 1,9

Numărul de dispozitive de udare 1 2 3 4

F cu (10.24) 1 0,634 0,528 0,480

F cu (10.25) 1 0,512 0,434 0,405

5 6 8 10 15 20 40 100

0,451 0,433 0,410 0,396 0,379 0,370 0,357 0,356

0,390 0,381 0,370 0,365 0,363 0,354 0,349 0,347

Pierderea de sarcină pe o astfel de conductă, pe o distanţă x, considerată din capătul aval, poate fi scrisă sub forma: h fx  J ' x F 

l p  l echiv x x  Jx  F 100 lp 100

(10.26)

în care Jx este exprimat în m/100m. Înlocuind J cu expresia dată mai înainte (10.23) se obţine: h fx

Q 1,75  x   7,89  10  4,75    D l 7

x  J 'F    l

2 , 75

1, 75



l p  l echiv lp

l  100

F

x l   100 l

(10.27)

De aici rezultă expresia: h fx

 x  J 'F    l / 100 l

2 , 75

(10.28)

sau, sub altă formă: h fx hf

 x   l

2 , 75

(10.29)

Aceasta este expresia adimensională a curbei pierderilor de sarcină sau a curbei piezometrice. Ea este stabilită în ipoteza unei distribuţii uniforme a debitului de-a lungul conductei (debitele picurătoarelor sunt egale) şi F = constant, ambele ipoteze fiind aproximative. Aproximaţia calculelor cu această relaţie este totuşi admisibilă. Cu ajutorul (10.29) se poate determina uşor pierderea de sarcină pe o distanţă x, cunoscând sau determinând în prealabil pierderea hf pe toată conducta. Relaţia între presiunile în capetele conductei de udare, pierderile de sarcină prin frecare şi panta terenului este: H0  H n  hf  I  l

sau

hf  Hn  H0  I  l

unde: Hn - presiunea la intrarea în conductă; H0 - presiunea la capătul aval; hf - pierderea de sarcină prin frecare; l - lungimea conductei; I - panta terenului (plus pentru pantă coborâtoare şi minus pentru pantă urcătoare).

(10.30)

Pentru calculul hidraulic al conductelor de udare există metode analitice şi grafo-analitice [1, 9, 10, 11, 11, 12]. Problemele de dimensionare pot fi de două tipuri: 1. când se impune diametrul şi se cere lungimea conductei; 2. când se impune lungimea şi se cere diametrul. Cazul 1 Folosind fig.10.9., funcţie de CU care este propus (conf. tabel 10.3.), se stabileşte raportul dintre debitul maxim şi minim în lungul conductei (variaţia permisă a debitului). Se calculează apoi, pe rând: P0  Q 0    Pn  Q n 

1

x

(10.31)

Q P P0  0    r Pn  Ke

Pn  P0   Qn

Fig.10.9. Grafic de stabilire a variaţiei maxime admisibile a debitului în lungul conductei de udare funcţie de coeficientul de uniformitate

P Hn  n 

 Q   2  0 Qn 

  

1 Q0  x

P ; H0  0 

1

x

(10.32) (10.33) (10.34)

Din relaţia (10.30) se deduce: l  1,70  h

0 , 35 f

D

1, 71

 C d    100  Q r

  

0, 65

(10.35)

În aceste relaţii s-au folosit notaţiile: P0 şi H0 - presiunea şi respectiv înălţimea de presiune la capătul aval al conductei; Pn şi Hn - presiunea şi respectiv înălţimea de presiune la intrarea în conductă; P0 şi Pn se exprimă îm kPa, iar H0 şi Hn în metri. γ - greutatea specifică a apei (9,81 kN/m3); hf - pierderea de sarcină prin frecare (m); Q0 - debitul picurătorului de la capătul aval; Qn - debitul picurătorului de la intrare; d - distanţa între picurătoare (m); C - coeficientul de rugozitate din formula lui Hazen-Williams; I - panta conductei (m/m); l - lungimea conductei (m); D - diametrul conductei (mm); Qr - debitul tuturor picurătoarelor care udă o plantă; Ke - coeficientul din relaţia debit-presiune pentru toate picurătoarele care udă o plantă (nr. de picurătoare înmulţit cu k, k fiind coeficientul din relaţia debit-presiune a picurătorului ales). Cazul 2 De obicei, lungimea este impusă de dimensiunile parcelelor de irigaţie şi pe teren plan se recomandă a se limita la 200 m. Din ecuaţia (10.35) se determină D, rezultând ecuaţia:

 100  Q r  D  0,73  h f 0, 20  l 0,58     C d 

0 , 38

(10.36)

Pentru verificarea uniformităţii distribuţiei apei din conductele de udare pot fi folosite nomogramele propuse de Wu [16], diferenţiate pentru pantă coborâtoare (fig.10.10.a) şi urcătoare (fig.10.10.b). a)

b)

Fig.10.10. Nomogramele pentru dimensionarea conductelor de udare în situaţiile: a) pantă coborâtoare; b) pantă urcătoare A – zonă cu variaţii ale presiunii < 20%; B – zonă cu variaţii ale presiunii de 20-40%; C – zona neacceptată (L – lungimea conductei, în m; H – presiunea nominală de funcţionare a picurătoarelor, în mca; ΔH – pierderea de sarcină prin frecare, în mca; I – panta conductei, în %; ΔH/L în %) Exemplu de calcul Să se determine lungimea unei conducte de udare din PE de joasă densitate, având diametrul interior de 12 mm. Conducta are câte 4 picurătoare dispuse pe bucle distanţate la 6 m, cu debitul nominal de 4 l/oră şi cu ecuaţia P debit-presiune Q p  0,63     

0 ,8

. Panta terenului este +2%. Se impune să se asigure CU = 95%. P   

Bucla de udare a unui pom se consideră echivalentă cu un picurător cu ecuaţia Q p  0,63  4   debitul Q = 16 l/oră. Rezolvare Din fig.10.9. pentru CU = 95% rezultă Qn / Q0  1,2 sau Q 0 / Q n  0,83

P0  Q0    Pn  Qn 

1

x

 1     1,2 

1

0 ,8

 0,8 1, 25

 16  P0  0,8  9,81     2  0,83   96 kPa  2,52  P Pn  0  120 kPa 0,8 120 Hn   12,2 m 9,81 96 H0   9,7 m 9,81 h f  H n  H 0  I  l  12,2  9,7  0,02  l  2,5  0,02  l 0 , 65

 130  6  1, 71    12  100  16  de aici, prin încercări se obţine l  132 m . l  1,7   2,5  0,02  l 

0 , 35

0,8

cu

10.4.7. Dimensionarea conductelor terţiare Este similară cu dimensionarea conductelor de udare (fiind tot elemente cu debit uniform distribuit), conductele terţiare distribuind apa conductelor de udare. Pe terenuri deosebit de accidentate, fiecare conductă de udare necesită un regulator de presiune (altfel nu poate fi realizată uniformitatea debitelor de alimentare a conductelor de udare) şi, în acest caz, conducta terţiară nu mai trebuie să aibă o distribuţie uniformă a debitelor şi va fi dimensionată ca să rezulte un cost minim al conductei şi energiei pentru acoperirea pierderilor de presiune. În situaţia unui teren plan, când se cere o distribuţie uniformă în conductele de udare, pierderea de energie pe conducta terţiară se recomandă a fi egală cu cea admisă pe conducta de udare. Dacă sunt diferenţe de nivel, se recomandă ca pe conducta de udare pierderea de energie să fie 55% iar pe cea terţiară 45% din pierderea de energie totală admisă. Conductele terţiare se realizează din polietilenă sau PVC. La intrare se aşează un filtru (secundar) cu sită pentru protecţia picurătoarelor în cazul când filtrul principal este inutilizabil. În capătul aval trebuie prevăzute robinete de spălare, cu acţionare manuală sau automată, iar pentru a preveni formarea vacuumului când se întrerupe irigaţia şi intrarea particulelor de sol în picurătoare, trebuie prevăzută şi o instalaţie de aerisire-dezaerisire. Amplasarea conductei terţiare, în cazul unui teren în pantă se face, deobicei pe linia de cea mai mare pantă, iar conductele de udare se dispun de-a lungul curbelor de nivel. Dacă conducta terţiară se aşează de-a lungul curbelor de nivel şi are distribuţie bilaterală, conductele de udare aşezate în partea de sus vor fi mai scurte decât cele aşezate în partea de jos. Exemplu de calcul Să se dimensioneze o conductă terţiară care alimentează 20 conducte de udare aşezate la distanţa de 4 m; lungimea conductei este de 4 . (20 – 1) =76 m, debitul conductei de udare este de 200 l/oră, presiunea la intrare este 120 kPa. Legătura cu conducta de udare se face cu teu. Filtrul secundar de la intrarea în conducta terţiară are pierderea maximă de energie de 4 m (în stare colmatată, înainte de spălare). Panta terenului pe traseul conductei terţiare este +5%. Calcule Pierderea de energie va fi aproximativ egală cu cea din conducta de udare adică cca. 10-15% din presiunea la intrarea în conducta de udare, deci H adm 

15  120  18 kPa  1,8 m . 100

Calculăm lungimea pentru mai multe diametre posibile cu relaţia folosită anterior şi pentru dimensionarea conductelor de udare, folosind valorile C = 140, Qr = 200 l/oră, d = 4 m.

H  H adm  I  l  1,8  0,05  l l  1,7  1,8  0,05  l 

0 , 35

 1,7  1,8  0,05  l 

0 , 35

D

1, 71

 140  4     100  200 

0 , 65

 D1, 71  0,09787 

 0,16638  D1, 71  1,8  0,05  l  Pentru D = 21 mm , l = 51 m

0 , 35

D = 27 mm , l = 89 m D = 35 mm , l = 163 m. Având în vedere că lungimea conductei este 76 m, se poate folosi D = 27 mm, cu conducta terţiară dispusă pe întreaga lungime, pe pantă coborâtoare. O altă posibilitate este de a împărţi conducta în două ramificaţii opuse: una situată pe pantă coborâtoare cu D = 21 mm şi l = 51 m şi alta, pe pantă urcătoare având, l = 76-51 = 25 m. Diametrul necesar pentru ramificaţia de 25 m se va stabili cu ecuaţia:

D  0,73  1,8  0,05  25

 0 , 20

 100  200   25 0,58     140  4 

0, 38

 20,7 mm

Se poate adopta D = 21 mm, ca şi pentru cealaltă ramificaţie.

10.5.

Echipamente de filtrarea apei

Tipul de echipamente se alege funcţie de natura particolelor solide din apa de irigaţie, astfel: - pentru apă conţinând nisip (din foraje): separator de nisip + filtru cu sită (eventual şi sedimentare); - pentru apă conţinând praf şi argilă: filtru cu pietriş + filtru cu sită (eventual sedimentare şi floculare); - pentru apă având particole de natură organică: filtru cu pietriş + filtru cu sită (eventual şi tratamente chimice). Uneori este necesară o prefiltrare, care să reducă concentraţia şi mărimea particulelor ce ajung la filtrele propriu-zise. În acest scop se folosesc: - grătare, cu ochiuri şi secţiuni de trecere late de 3-10 mm pentru curăţire fină, 10-25 mm pentru curăţare medie şi 50-100 mm pentru curăţire grosieră. Uneori se instalează mai multe grătare, cu ochiuri având dimensiuni în scădere în sensul scurgerii apei; - bazine de decantare, folosite pentru cazuri când apa are concentraţii mari de aluviuni în suspensie sau dacă apa este din sursă subterană şi conţine mult fier (în ultimul caz, în bazine se produce aerarea şi oxidarea fierului, flocularea, precipitarea şi depunerea lui ca nămol). Dimensionarea decantoarelor, respectiv calcularea lungimii, lăţimii şi adâncimii lor, se face considerând viteza de sedimentare (formula lui Stokes) pentru molecula cea mai mică care se prevede a se reţine şi debitul maxim necesar sistemului de irigaţie; - separatoare de nisip (hidrocicloane), folosite în cazul apei cu concentraţie mare de nisip; reţin paticulele peste 100 μm în proporţie de cca. 98%. 10.5.1. Filtre cu materiale granulare Se amplasează înaintea filtrelor cu sită. Materialul filtrant se aşează în rezervorul metalic sau din material plastic în mai multe straturi, fiecare cu o anumită grosime şi granulometrie. Materialele folosite pentru stratul de filtrare sunt nisipul cuarţos cu diametrul efectiv între 0,27-0,86 mm şi granitul concasat cu diametrul efectiv 0,78-1,5 mm, iar pentru stratul suport, pietrişul de 3,5-25 mm. Grosimea, structurile şi granulometria câtorva filtre sunt redate în tabelul 10.6.

Tipuri constructive

Tip 1 Tip 2 Tip 3

Tabel 10.6. Tipodimensiunile unor filtre cu nisip şi pietriş [5] Granulometria (diametrul efectiv Grosimea stratului (cm) mm) pentru stratul de filtrare suport de filtrare suport superior inferior superior inferior 3 3 10 5 1-2 6 6 30 5 5 9 9 5 10 6-10 15 3-8 6-10 50 15 12-25 15 1-3 3-5 40 55

La dimensionarea filtrelor se stabilesc următoarele elemente:

- suprafaţa de filtrare S

Q vf

(m2)

(10.37)

în care: Q este debitul de filtrat (m3/oră); vf - viteza de filtrare (m/oră). Viteza de filtrare se adoptă pentru situaţia filtrului colmatat, înainte de spălare, respectiv vf=10-12 m/oră pentru granulometria de 0,8-1,5 mm. Pentru granule din polistiren expandat vf=0,6-1 m/oră. Se recomandă să nu se depăşească debitul specific de 70 m 3/oră . m2 de suprafaţă filtrantă. De asemenea, suprafaţa unui filtru S să nu depăşească 1-2 m 2, încât, pentru debite mai mari, se folosesc mai multe filtre. Înălţimea filtrului este suma înălţimilor stratului de filtrare, a stratului suport şi a înălţimii destinată înfoierii la spălare a materialului filtrant. Stratul filtrant poate fi conceput fie cu granulometrie mică şi omogenă pe toată grosimea, fie mai multe staturi suprapuse având granulometrie descrescândă de sus în jos (sensul de filtrare fiind de sus în jos). Normal se utilizează două straturi: unul superior dintr-un material uşor (antracit, granule din material plastic) cu diametrul efectiv de 2-3 ori mai mare decât al stratului inferior care este din nisip. Înălţimea de înfoiere va fi 18-25% din grosimea stratului de filtrare. Se recomandă să fie peste 0,4 m. - pierderea de sarcină prin stratul filtrant se calculează pentru faza iniţială (filtru necolmatat) h0 şi faza finală hf cu relaţiile: h0  S 0  L  v f (mca) (10.38) şi h f  h0  S 0  K  v 2f  t

(mca)

(10.39)

în care: S0 este rezistenţa specifică; L - grosimea stratului filtrant (m); K - coeficient care se determină experimental, cu valori funcţie de cantitatea particulelor solide din apă. Dacă în a doua relaţie se înlocuieşte h 0 cu expresia din prima, se deduce durata ciclului de funcţionare între două spălări succesive: tc 

h f  S0  L  v f

(10.40)

S 0  K  v 2f

în care hf este pierderea de sarcină maximă admisibilă în starea de colmatare a filtrului (mca). Se observă că tc creşte proporţional cu dimensiunea granulelor şi scade odată cu mărirea vitezei de filtrare şi a cantităţii particulelor solide în suspensie din apă. Construcţia acestor filtre trebuie să prevadă captarea apei filtrate într-o conductă acoperită cu o sită fină, aşezată la partea inferioară a recipientului. Spălarea filtrului colmatat se face prin inversarea sensului de curgere, cu debite şi viteze de spălare care să nu conducă la antrenarea nisipului (ex. pentru filtrul cu de = 0,35 mm, debitul specific de spălare să fie 25-35 m 3 / ora  m 2 , pentru de=0,55 mm, debitul 40-50 m 3 / ora  m 2 , pentru de = 0,75 mm, debitul 55-70 m 3 / ora  m 2 şi pentru de = 0,95 mm, debitul 70-90 m 3 / ora  m 2 ). Amplasarea filtrelor se face în serie sau în derivaţie (fig.10.11.)

Fig.10.11. Amplasarea filtrelor cu nisip

10.5.2. Filtre cu sită Se amplasează în aval de filtrele cu materiale granulare şi de instalaţiile de fertirigaţie. Deasemenea, pe lângă filtrul principal, la intrarea în reţea pot fi amplasate filtre la intrarea în subunităţile de udare. Constau dintr-un recipient în care se amplasează o carcasă acoperită cu sită (fig.10.12.). Sitele au ochiuri între 50-200 mesh, cu aria efectivă de curgere 34% din aria totală şi sunt metalice sau din nylon. Elementul filtrului pe care se aşează sita are formă cilindrică. Debitul care trece prin filtru este: Q  Ane  v f

(10.41)

unde: vf – viteza de filtrare (0,4-0,6 m/s); Ane – aria netă efectivă a filtrului Ane    D  H  a  a '

(10.42)

D - diametrul cartuşului filtrant; H – înălţimea cartuşului filtrant; a – coeficientul suprafeţei utile a sitei (funcţie de golurile din suprafaţa totală (0,3-0,5)); a' – coeficient de reducere funcţie de secţiunea afectată de suportul sitei. Din relaţia de continuitate (10.41) rezultă secţiunea de filtrare, iar din relaţia (10.42), dacă se impune D, se obţine H. Pierderile de sarcină depind de desimea sitei şi de stadiul de colmatare: h  

vm   2  a  1  k   g (10.43)

(mca)

unde: vm este viteza medie a apei prin sită (m/s); k - indice hidraulic de colmatare a sitei (pentru sită curată k = Fig.10.12. Filtru cu sită [6] 0); ξ – coeficientul pierderilor de sarcină locale; ρ – densitatea apei (ρ=1000 kg/m3, la temperatura de 40C).

Fiecare filtru se caracterizează prin debitul nominal, diametrul carcasei filtrului, diametrele secţiunilor racordurilor de intrare şi de ieşire a apei, suprafaţa filtrantă, tipul de sită şi material. 10.6. Echipamente de fertirigaţie Distribuţia îngrăşămintelor odată cu irigaţia, numită şi fertirigaţie, oferă avantaje în privinţa reducerii forţei de muncă, consumurilor de energie şi costurilor echipamentelor de distribuţie, comparativ cu fertilizarea cu mijloace mecanice. Mai mult, fertilizarea poate fi făcută în ritm cu cerinţele plantelor, iar afară de îngrăşăminte, pot fi distribuite ierbicide, insecticide, fungicide în scopuri agricole, ca şi algicide cu scopul prevenirii colmatării picurătoarelor cu diverse alge. Injecţia substanţelor chimice în sistemul de irigaţie se poate face prin trei metode: a) injecţie realizată prin presiune diferenţială (fig.10.13.a). Rezervorul cu îngrăşăminte lichide sau solide este amplasat pe derivaţie, iar pe conducta de irigaţie, între racordurile spre şi de la rezervor se interpune un robinet, cu care se reglează debitul care intră în derivaţie; b) injecţie realizată cu ajutorul unui tub Venturi, care este amplasat pe derivaţie (fig.10.13.b). În zona îngustată a tubului (unde este depresiune), este racordată conducta de aspiraţie a soluţiei de îngrăşământ, care este preluată dintr-un rezervor deschis (bazin). Debitul care trece prin tubul Venturi (de care depinde mărimea depresiunii şi debitul soluţiei aspirate), se reglează cu robinetul amplasat pe conducta de irigaţie între cele două racorduri ale tubului Venturi; c) injecţie cu pompă cu membrană sau cu piston (fig.10.13.c). Aceasta aspiră soluţia chimică dintr-un rezervor deschis şi o introduce sub presiune în conducta de irigaţie (presiunea de injecţie trebuie să depăşească presiunea din conductă). Frecvent, pompa de injecţie este acţionată tot de presiunea hidraulică din conducta de irigaţie. a)

b)

c)

Fig.10.13. Metode de injecţie a îngrăşămintelor în apa de irigaţie [7] a) prin presiune diferenţială; b) cu tub Venturi; c) cu pompă

Instalaţiile de fertigaţie se amplasează în amonte de instalaţia de filtrare (pentru a fi reţinute îngrăşămintele nedizolvate), iar în amonte de ele este nevoie de un clapet de reţinere care previne scurgerea soluţiei chimice şi poluarea sursei de apă. Debitul lichid de soluţie fertilizantă injectată în conducta de irigaţie se calculează cu relaţia: qi 

m ing  A c  r  Tu

(l/h)

(10.44)

în care: ming este cantitatea de îngrăşăminte prevăzută la ha, pentru udarea respectivă (kg/ha), A – suprafaţa irigată (ha), c – concentraţia elementelor nutritive din îngrăşământul lichid (kg/l), r – raportul dintre durata fertilizării şi durata udării (de obicei se r = 0,8, pentru a rămâne timp şi pentru curăţirea reţelei cu apă fără îngrăşăminte) şi Tu – durata udării (ore). Concentraţia îngrăşământului în apa de irigaţie, care asigură ming este dată de relaţia:

Ca 

m ing rm

(Kg/m3)

(10.45)

unde: m este norma de udare brută (m3/ha). Capacitatea rezervorului de îngrăşăminte pentru cazurile: injecţiei cu presiune diferenţială (a) şi cu tub Venturi (b) este dată de relaţia: Vr 

m ing  A c

(l)

(10.46)

10.7. Întreţinerea sistemelor de irigaţie prin picurare Comportă operaţiuni de spălare a filtrelor (dacă acest proces nu are loc automat), spălarea periodică a reţelei pentru eliminarea depunerilor de pe pereţii conductelor, inclusiv a dispozitivelor de udare. Dacă pe conducte sau în picurătoare colmatarea este produsă de depozite calcaroase, este necesară o spălare chimică. Aceasta constă în injectarea în reţea – folosind echipamentul de fertirigaţie – a unei soluţii de acid azotic sau clorhidric, a cărei concentraţie în acid pur să fie între 2-5‰ în volum (2-5 l/m3 de apă). Bibliografie [1] Abreu J.M., Perez Rigaldo, Rodrigo Lopez J.F– El riego localizado – curso internacional Tenerife (Espana), Madrid, 1987. [2] Bralts, D., Wu, I.P., Gitlin, H.M.– Manufacturing variation and drip irrigation uniformity. Trans of the ASAE, vol.24, no.1, 1981. [3] Cismaru C., Gabor, V. – Studii privind elementele tehnice ale utilizării irigaţiei la plantaţii pomicole, În „Lucrări ştiinţifice”, seria Horticultură, Ed. "Ion Ionescu dela Brad", anul XXXXV – vol. 1(45), Iaşi, 2002,. [4] Doorembos, J., Pruit, W.O. – Les besoin en eau des cultures. Bull. FAO, Rome, 1976. [5] Drăgănescu, Ov.– Contribuţii la fundamentarea şi aplicarea metodei de udare prin picurare. Teză de doctorat, Univ. de Construcţii, Bucureşti, 1996. [6] Grumeza, N., Drăgănescu, Ov.– Irigaţia prin picurare. Ed. CERES, Bucureşti, 1983. [7] James, G.L. – Priciples of farm irrigation Systems Design. Ed. John Willey&Sons, 1988. [8] Jensen, M.E. – Design and operation of farm irrigation system. ASAE, 1980. [9] Kang, Y, Nishiyama, S. – A simplified method for design of microirrigation laterals. Trans.ASAE, vol.39, no.5, 1996. [10] Keller, J., Karmeli, D.– Trickle irrigation design parameters. California Rain Bird Sprinkler Manif. Corp., Glendora, Calif., 1975. [11] Keller, J., Bliesner, R.D.– Sprinkler and trickle irrigation. Chapman&Hall, USA, 1990. [12] Luca, M.– Contribuţii la optimizarea tehnicii de irigat prin picurare şi rampe perforate. Teză de doctorat, IPI., 1989. [13] Nakayama, F.S., Bucks, D.A. – Emitter clogging effects on trickle irrigation uniformity. Trans. of the ASAE, 1981. [14] Nicolaescu, C. – Tehnologia de irigare localizată cu instalaţia de udare cu tuburi perforate IUTP-1. Ed. Tehnica agricolă, Buc., 1992. [15] Vermeiren, I.– L’irrigation localisee. Bull. FAO, d’irrigation et de drainage, no.36., 1983. [16] Wu, I.P., Gitlin, H.– Drip irrigation design on neuniform slopes. Journal of Irrigation and Drainage, 2, 1989.

[17] Wu, I.P., Yue, R.– Drip lateral design using energy gradient line aproach. Trans.ASAE Papers, no.36(2), 1993.

11. TEHNICA IRIGAŢIEI SUBTERANE ŞI SUBIRIGAŢIEI 11.1. Elemente caracteristice Irigaţia subterană şi subirigaţia sunt folosite pe scară redusă, însă se efectuează cercetări şi există perspective de utilizare a lor în anumite condiţii specifice. Irigaţia subterană este metoda de distribuţie a apei prin conducte de udare îngropate în sol la o anumită adâncime, prevăzute cu diferite dispozitive de udare (picurătoare, fante, orificii etc.), sau prin conducte poroase sau prin drenuri din diferite materiale sau drenuri cârtiţă. Această metodă de irigaţie se poate aplica pe solurile cu profil A bine dezvoltat, cu proprietăţi capilare bune, cu un orizont B care să reducă pierderea apei în adâncime. De asemenea, necesită terenuri nivelate, cu pante până la 3-5%. Nu se recomandă în condiţii de soluri cu textură nisipoasă sau argiloasă, şi nici pe soluri sărăturate sau cu potenţial de salinizare secundară. Avantajele irigaţiei subterane constau în: reducerea normelor de irigaţie (comparativ cu tehnicile de irigaţie clasice), datorită reducerii evaporaţiei de la suprafaţa solului; reducerea consumului de energie în exploatare, datorită presiunilor mici din conductele de udare; economie de forţă de muncă pentru udări; se reduce tasarea solului, se conservă structura solului; poate folosi apele reziduale cu un risc diminuat de poluare a mediului. Dezavantajele metodei de irigaţie subterană se referă la: consum mare de materiale şi investiţie relativ mare pentru amenajare (datorită desimii conductelor de udare), pericolul de

blocare a dispozitivelor de udare cu particule de sol şi de afectare a uniformităţii udării; în condiţiile climatului arid se poate produce sărăturarea solului, umezirea insuficientă a stratului de sol de la suprafaţă şi afectarea creşterii plantelor în primele faze de dezvoltare; de asemenea, în condiţiile solurilor uşoare pot avea loc pierderi mari de apă prin percolare. Subirigaţia este metoda de udare prin care se alimentează cu apă stratul freatic (prin intermediul drenurilor orizontale), astfel încât nivelul acestuia să fie menţinut la adâncimea optimă de aprovizionare cu apă a sistemului radicular al plantelor. În anumite situaţii ea poate să prezinte avantaje şi eficienţă superioară faţă de celelalte tehnici de distribuţie a apei. În special pe terenurile deja amenajate cu sisteme de drenaj, dacă sunt îndeplinite şi alte condiţii, cu amenajări suplimentare reduse, subirigaţia poate fi efectuată cu bune rezultate agricole (producţiile nu sunt mai mici decât cele obţinute cu celelalte metode de irigaţie). Subirigaţia se foloseşte pe terenurile cu strat freatic la mică adâncime (în timpul verii adâncimea stratului freatic să nu depăşească 2 - 2,5 m), cu mineralizare redusă şi amplitudine mică a variaţiilor de nivel. Solul trebuie să fie profund, să aibă o textură uniformă şi permeabilitate bună. În condiţii când există resurse de apă şi alimentarea se face gravitaţional, se poate practica subirigaţia şi acolo unde stratul freatic este mai adânc, de aici survenind unele avantaje pentru protecţia mediului: se asigură şi reîncărcarea stratului freatic şi “diluarea” substanţelor poluante, ca şi faptul că, deoarece nu se udă suprafaţa terenului, este mai dificilă difuzia pesticidelor şi îngrăşămintelor chimice în freatic sau în reţeaua de scurgere. O altă cerinţă este ca terenul să fie plan şi uniform astfel ca panta canalelor şi drenurilor cu funcţie reversibilă să fie nulă sau foarte mică. Apa de irigaţie provenind fie din stocul acumulat în reţeaua de desecare în perioada ploioasă, fie preluată dintr-o altă sursă este introdusă în drenuri de unde se infiltrează în sol, asigurând alimentarea stratului freatic şi reglarea lui, menţinându-l la adâncimi ce permit satisfacerea nevoilor de apă ale plantelor. În unele situaţii, adică în condiţiile existenţei unui strat puţin permeabil situat imediat sub drenuri, prin subirigare se poate realiza un strat suprafreatic suspendat în imediata apropiere a aparatului radicular al plantelor. Este nevoie ca apa pentru subirigaţie să aibă concentraţie redusă de săruri, să fie ieftină şi în cantitate suficientă. În cazul climatului cu surplus de precipitaţii anuale faţă de evapotranspiraţie, se poate admite o apă de irigaţie având mineralizare mică-medie. În ţara noastră, preocupările de folosire a subirigaţiei există de multă vreme. Primele sistematizări ale rezultatelor ştiinţifice fiind făcute de V. Blidaru [2]. În ultimele trei decenii au fost realizate mai multe câmpuri experimentale, localizate în special în Lunca Dunării, unde s-au efectuat cercetări privind viabilitatea economică şi hidroameliorativă a acestei metode [4, 5, 7]. Experimentări privind utilizarea subirigaţiei se efectuează în partea nordică a Italiei [ 6], în Canada, Rusia şi alte ţări unde există întinse amenajări de drenaj. Avantajele subirigaţiei sunt: reducerea însemnată a investiţiei comparativ cu situaţia când s-ar construi sisteme separate de irigaţie şi de drenaj; reducerea cheltuielilor de exploatare; reducerea normelor de irigaţie faţă de aspersiune în raport 1/2 - 1/4; reducerea suprafeţelor ocupate de lucrări; o persoană poate conduce irigaţia pe zeci de hectare, adică o productivitate ridicată a udărilor. Acolo unde stratul freatic nu este folosit şi pentru alimentări cu apă potabilă, subirigaţia poate folosi şi apa uzată, preluată după treapta de epurare primară, fără produşi chimici nocivi şi germeni patogeni (< 20 coli / 100 ml). 11.2. Tipuri de amenajare pentru irigaţia subterană

11.2.1. Irigaţie subterană punctiformă Amenajarea (brevet de invenţie – titular ISPIF Bucureşti) constă din conducte de udare din PVC de tip uşor (U), cu Dn 15-20 mm, amplasate la adâncimea de 0,4-0,6 m şi cu lungimi de 50200 m, pe care sunt dispuse dispozitive speciale de udare. Distanţa între conductele de udare este de 3-5 m, variabilă în raport cu condiţiile de deplasare a apei în sol (în special, în direcţie orizontală) şi de adâncimea de îngropare a conductelor. Apa este preluată dintr-un canal în rambleu sau dintr-o conductă sub presiune. Conductele de udare pot fi amplasate orizontal, sau cu o pantă redusă în sensul de curgere a apei. Aşezarea dispozitivelor se face în triunghi.

Fig.11.1. Dispozitiv de udare pentru irigaţia subterană punctiformă

Dispozitivul de udare (fig.11.1.) este format dintr-un vas de ceramică cu un suport, un tub interior, închis la partea inferioară şi cu capac la partea superioară. În partea superioară a tubului sunt prevăzute orificii de ieşire a apei, protejate cu sită sau geotextil. Tubul este amplasat pe conducta de udare. Vasul de ceramică este umplut parţial cu nisip şi pământ. Această metodă de amenajare a fost experimentată cu bune rezultate la o plantaţie viticolă de la Staţiunea Odobeşti – Vrancea [3]. 11.2.2. Irigaţia subterană prin picurare Conductele de udare sunt amplasate în sol la adâncimea de cca. 40 cm, cu picurătoare dispuse la distanţe ce respectă aceleaşi criterii ca în cazul dispunerii supraterane a conductelor de udare. Condiţiile de infiltraţie a apei în sol sunt mai bune, deoarece bulbul de umezire este alimentat din interiorul lui, ceea ce dă posibilitatea unei mai bune uniformităţi a udării. Faţă de irigaţia prin picurare cu conducte de udare supraterane, scade necesarul de apă datorită reducerii evaporaţiei de la suprafaţa solului iar îngroparea conductelor de udare prelungeşte durata lor de utilizare. 11.3.Sisteme de subirigaţie 11.3.1 Sisteme cu alimentarea drenurilor prin capătul amonte (sisteme mixte) Într-o variantă, racordarea capetelor amonte ale drenurilor se face la o conductă (din PVC) alimentată dintr-un rezervor supraînălţat, încât asigură o presiune de 1-4 mca în drenuri. Într-o altă variantă, alimentarea drenurilor se asigură direct dintr-un canal de irigaţie, cu o presiune mai mică în drenuri. Evacuarea drenurilor (în faza de drenaj) se face într-un colector închis prevăzut cu robinet în capătul aval (robinet care în faza de irigaţie este închis). Prima variantă asigură un debit exfiltrat mai mare decât a doua, mărindu-se astfel viteza de ridicare a nivelului freatic iar intervenţiile (udările) sunt mai operative. În experienţe efectuate în

Câmpia Padului – Italia [8], folosind drenuri din tuburi corugate de PVC cu Dn 65 mm, aşezate la adâncimea de 0,95 m şi la distanţa de 8 m, în condiţii de sol luto-argilos cu permeabilitatea în stratul superior de 30-40 mm/h şi de 3-4 mm/h la adâncimea de 1,5 m, cu nivelul freatic în luna iunie la 150-160 cm adâncime, s-a asigurat prin udări cu norme de la 1100-1900 m 3/ha şi debite specifice corespunzătoare de 3-7 l/s ha, ca viteza de ridicare a stratului freatic să fie de 19-30 cm/zi, iar durata udărilor de 72-105 ore. Raportul între norma de udare (în mm) şi ridicarea stratului freatic a fost în medie 1:8. Mărirea debitului drenurilor, prin creşterea presiunii în reţeaua de alimentare, conduce la reducerea duratei udărilor. Dezavantajele constau în posibilitatea apariţiei grifoanelor deasupra drenurilor, în special în partea amonte a lor, şi reducerea debitului exfiltrat spre capătul aval al drenurilor. O conductă alimentează un sector de 3-5 ha, lungimea drenurilor fiind de maxim 200250m. 11.3.2. Sisteme cu alimentarea drenurilor din aval (sisteme reversibile) Aducţiunea apei de irigaţie se face prin reţeaua de desecare, până în capătul aval al drenurilor. Nivelul ridicat al apei în colector în perioada udării (până aproape de suprafaţa terenului) asigură alimentarea drenurilor cu o sarcină relativ mică încât şi debitul exfiltrat din ele este mai redus (decât în cazul sistemului cu alimentarea drenurilor prin capătul amonte, din rezervor supraînălţat). Uniformitatea udării în acest caz poate să fie redusă, mai ales acolo unde drenurile au pantă de 1-3 ‰ (necesară pentru autospălare în faza de drenaj). Pentru a îmbunătăţi uniformitatea, drenurile trebuie să fie scurte (max. 100-150m). Reglarea nivelurilor freatice astfel încât să asigure condiţiile de alimentare a plantelor, fără a menţine excesul de apă în sol, este problema principală a exploatării acestor sisteme. În zonele şi perioadele cu regim climatic variabil, cu treceri rapide de la ploi importante la perioade uscate, este nevoie de monitoringul atent şi reglarea rapidă a stăvilarelor sau a vanelor din aceste sisteme. Pentru controlul în timp real al sistemelor de subirigaţie-drenaj, respectiv pentru managementul nivelurilor freatice încep să fie folosite simulări matematice (ex. DRAINMOD, reţele neurale artificiale etc.)

Bibliografie [1] Bâra, C. – Irigaţia subterană punctiformă. Metodă şi dispozitiv de udare. Rev. Hidrotehnica, nr.31, Buc., 1986. [2] Blidaru, V. – Irigaţii şi desecări. E.D.P., Buc., 1969. [3] Cismaru, C., Chirilă, Al., Leibu, H. – Recherches concernant le comportament dans l’exploatation d’un amenagement d’irrigation pointiforme sou terrain a une plantation viticole situee dans la zone Odobesti - Vrancea. Bul.IPI, fasc.1-4, Hidrotehnica, 1991. [4] Cojocaru, I. şi colab. – Cercetări asupra unor parametri hidraulico-funcţionali ai amenajărilor reversibile de reglare bilaterală a umidităţii solurilor. Rev. Hidrotehnica, nr.5, Buc., 1994. [5] Cojocaru, I, Vişinescu, I., Zamfir, M. – Insula Mare a Brăilei. Reabilitare hidroameliorativă. EditDAN, Iaşi, 2001. [6] Evans, R., Skaggs, W., Sneed, R.E. – Economics of Controlled drainage and subirrigation systems. Publ.no. AG397, Canada, iunie, 1996. [7] Grosu, M. – Contribuţii la retehnologizarea unor amenajări de irigaţii şi drenaje, prin valorificarea concepţiei reversibilităţii şi funcţionării mixte. Teză de doctorat, Iaşi, 1995.

[8] Taglioli, G. – Esperienze di subirrigazione freatica tubolare (Prove sperimentali 1990). Irrigazione e drenaggio, 4, 1993.

12. REABILITAREA ŞI MODERNIZAREA SISTEMELOR DE IRIGAŢII 12.1. Necesitatea lucrărilor şi indicatori de performanţă care fundamentează proiectele de reabilitare şi modernizare Lucrările de reabilitare şi modernizare a sistemelor de irigaţii prezintă un interes din ce în ce mai mare, odată cu creşterea suprafeţelor amenajate şi a uzurii morale şi fizice a amenajărilor. Reducerea eficienţei amenajărilor se poate datora atât factorilor tehnici, cât şi celor de ordin economic, social şi instituţional. Comisia internaţională de irigaţii şi drenaje face distincţie între reabilitare şi modernizare. Reabilitarea se referă la lucrările care asigură readucerea amenajării la parametrii iniţiali, iar modernizarea reprezintă îmbunătăţirea unei amenajări, pentru a îndeplini criterii şi parametri superiori celor anteriori. Măsurile de reabilitare şi modernizare se adoptă în urma unor aprofundate studii, analize şi măsurători, care se efectuează cu scopul de a evidenţia performanţele actuale, disfuncţionalităţile şi cauzele acestora.

Obiectivele activităţilor de reabilitare şi modernizare se înscriu pe trei direcţii: tehnică (referitoare la utilizarea intensivă şi eficientă a resurselor de sol şi apă), economico-financiară (rentabilitatea amenajărilor) şi socială (dezvoltarea locală şi regională). În vederea fundamentării proiectelor de reabilitare şi modernizare, în prima etapa se efectuează studii şi analize în teren destinate diagnosticării stării componentelor amenajărilor şi rezultatelor în exploatare. În acest cadru se efectuează vizite în teren, au loc interviuri cu agricultorii şi personalul unităţilor de exploatare, din care rezultă disfuncţionalităţile amenajării şi consecinţele acestora. Studiile, analizele şi cercetările se referă la mai mulţi indicatori, care în totalitate exprimă starea şi efectul amenajării în ansamblu şi al componentelor acestuia în plan agricol, economic şi al protecţiei mediului. 12.1.1. Indicatorii agricoli Se referă la mărimea producţiilor agricole obţinute, suprafaţa efectiv irigată, intensitatea de cultivare a terenurilor amenajate, schimbări în folosinţa terenului şi în structura de culturi irigate ş.a. Un aspect important al studiilor este stabilirea potenţialului de producţie al solurilor din perimetrul irigat. Acesta diferă funcţie de condiţiile agroecologice. Productivitatea actuală depinde de tipul de management, adică de exploataţia agricolă (exploataţii familiale, gospodării ţărăneşti, ferme, asociaţii, societăţii comerciale etc.). Prin studii trebuie să fie puse în evidenţă şi tendinţele de viitor în privinţa structurii culturilor, în ţara noastră întrevăzându-se că în perimetrele irigate va avea loc o creştere a suprafeţelor ocupate de porumb în detrimentul celor destinate grâului şi celorlalte cereale păioase. 12.1.2. Indicatorii hidraulici Se referă la randamentul reţelei de aducţiune şi distribuţie, randamentul udărilor, normele de irigaţie asigurate pe sezoane şi beneficiari, volume de apă pompate, pierderi de apă din canale (raportate la un hectar irigat sau pe instalaţie de irigaţie). Cel mai bun indicator al condiţiei în care se găsesc canalele îl reprezintă pierderile de apă şi randamentul acestora. Pierderile de apă din canalele neîmbrăcate au valori mari, iar studiile trebuie să stabilească care este mărimea acestor pierderi şi efectele pe care le produc asupra bilanţului apei în sistem, asupra consumurilor energetice şi costurilor pentru irigaţii. Nicolaescu [5] stabileşte expresiile randamentelor potenţiale ale folosirii apei, funcţie de debitele specifice de irigaţie şi de debitele specifice corespunzătoare pierderilor de apă. Pierderile de apă în sistemele de irigaţie se manifestă: a) în reţeaua hidrotehnică de transport (pierderi prin infiltraţie, evaporaţie şi datorită regimului de exploatare), VKe; în amenajările interioare de distribuţie (reţele din conducte îngropate sau reţele din canale, până la echipamentele de udare), V2, şi c) în câmp, la aplicarea udărilor, V1. Volumul net (sarcina utilă) care trebuie să ajungă la plante este: IX N  V0r    ( s'M o ) i  IV  i 1  iar volumul brut (la priza sistemului):

(m3/sezon)

VT  V0r  V Ke  V 2  V1

În aceste relaţii: s’ – suprafaţa ocupată de cultura i în sistem, care a fost efectiv irigată; M0 – norma netă lunară a culturii i; i = 1 ... N V0r Randamentul global al sistemului  s  VT

(12.1) (12.2)

(12.3)

Randamentele potenţiale ale folosirii apei se calculează cu relaţiile: - randamentul de aplicare a udărilor V0r u  r V0  V1 - randamentul de folosire a apei în amenajări interioare Vr  ai  r 0 V0  V1  V2 - randamentul de transport în reţeaua amenajării interioare V r  V1 r  r 0 V0  V1  V2 - randamentul de transport al apei în reţeaua hidrotehnică a sistemului V0r  V1  V 2  t  VT Randamentul folosirii apei în tot sistemul:

(12.4)

(12.5)

(12.5’)

(12.6)

V0r V0r s   VT V0r  V Ke  V2  V1 

(12.7)

Altă expresie pentru ηs care cuprinde randamentele parţiale este:

s 

1

1 V Ke   ai V0r Se observă că:



1 V 1  Ker  u   r V0

 ai   u   r

şi

(12.8)

(12.9)

 s  u  r t

(12.10) Se consideră că ηu şi ηr sunt constante pe durata unui sezon de vegetaţie, iar variabile sunt VKe şi V0r. Pentru sistemele în care reţelele interioare de distribuţie sunt realizate din canale se exprimă randamentul ηs şi randamentele parţiale în raport de ηu, care se consideră constant, şi V2, VKe şi V0r, care sunt variabile în timpul sezonului. 1 1 V Ke  V 2 (12.11)  r u V0 În continuare, în relaţiile (12.4), (12.5) şi (12.5’), volumele V0r, V1, V2 se transformă în debite specifice, cu relaţia:

s 

q

V (l/s . ha) 86,4  T  S

(12.12)

V fiind volumul de apă (m3); S – suprafaţa efectiv irigată a sistemului (ha); T – durata irigaţiei (zile). Se obţin relaţiile de legătură între debitele specifice şi randamentele hidraulice, care pentru amenajările interioare au expresiile:

 1  q1  q0r    1  u 

(12.13)

1 1   u  q 2 / q 0r

(12.14)

r 

q ai 

1

1 q2 (12.15)  r  u q0 iar pentru reţeaua hidrotehnică de transport: 1 1 t  ; s  q 1 q Ke 1  r Ke  (12.16)  ai q0r q0  q2 u r în aceste relaţii, q0 este debitul specific net necesar pentru irigaţie; q 1 – debitul specific corespunzător pierderilor de apă în câmp; q2 – debitul specific corespunzător pierderilor de apă în reţeaua amenajării interioare şi qKe – debitul specific corespunzător pierderilor din reţeaua hidrotehnică de transport. Din relaţia randamentul global, ηS, rezultă că măsurile de creştere a lui constau în principal din: a) micşorarea debitului pierderilor din reţeaua de transport, qKe; b) mărirea debitului specific, q0r (care se poate realiza prin creşterea gradului de utilizare a capacităţii sistemelor); c) mărirea randamentului de folosire a apei în reţelele interioare, prin căptuşirea canalelor sau reabilitarea celor existente sau înlocuirea lor cu conducte îngropate sub presiune. 12.1.3. Indicatorii energetici Se referă la randamentul energetic al staţiilor de pompare şi al agregatelor componente, la consumurile specifice de energie (care se diferenţiază pe staţii de pompare şi trepte de pompare), la randamentul energetic al instalaţiilor de udare etc. Pomparea apei necesită consum ridicat de energie, cu variaţii mari în timp. Posibilităţile de reducere a consumurilor de energie se analizează pentru fiecare staţie şi treaptă de pompare în parte. Puterea electrică necesară unei staţii (de alimentare, de bază, de repompare sau de punere sub presiune) se determină cu relaţia: P  9,81  10  3  M

q 0  S  H 24   H  p t f

(kW)

(12.17)

în care: q 0  86,4  T (12.18) M – norma de irigaţie medie ponderată (pentru toate culturile irigate) în luna considerată; T – durata de irigare efectivă (zile); tf – durata de funcţionare zilnică a staţiei (ore/zi); S – suprafaţa deservită de o instalaţie (ha); H – sarcina hidraulică dezvoltată de staţie (m); ηp – randamentul staţiei; ηH – randamentul total de folosire a apei pe suprafaţa deservită de staţie (ex. pentru SPB este ηs)

Consumul specific de energie electrică (kWh/1000 m3 apă pompată) la nivelul unei staţii de pompare este: c s  2,725

H p

(12.19)

iar consumul specific de energie la plantă (kWh/1000 m3 apă pompată efectiv intrată în sol) e sp  2,725

H  H  p

(12.20)

La nivelul întregului sistem, consumul specific de energie, ess: e ss 

t f  H S0

N  S  es    i 1  t f   H

  (kWh/1000 m3 apă pompată)  i

(12.21)

unde: S0 – suprafaţa netă a sistemului de irigaţie; i = 1...N – numărul de staţii de pompare; e s – randamentul global al sistemului. Analizând această relaţie, ess se observă că se poate micşora prin mărirea η p, ηH şi tf, ca şi prin micşorarea sarcinii H (prin reducerea pierderilor de sarcină la nivelul staţiei, micşorarea presiunii de serviciu la hidranţi). Performanţele agregatelor de pompare depind de calitatea echipamentelor, vechimea şi numărul de ore de utilizare, de standardele de întreţinere şi factori specifici locali, ca: calitatea apei, condiţiile de exploatare etc. 12.1.4. Indicatorii economici Se referă la: costuri de investiţie, costuri de exploatare şi întreţinere, costuri pentru efectuarea udărilor şi costuri pentru pomparea apei. De asemenea, se referă la costul real al apei de irigaţie pe 1000 de m3 de apă, cât şi raportul dintre tarifele care sunt percepute de unitatea de exploatare şi costurile reale ale apei de irigaţie. 12.1.5. Indicatori privind volumul şi calitatea serviciilor de transport şi distribuţie a apei Se referă la oferta şi cererea de apă, la gradul de utilizare al sistemului de irigaţie, ca şi la calitatea funcţionării reţelelor de distribuţie (ploturilor) şi a schemei hidrotehnice de transport. Captarea unor volume insuficiente de apă din sursă poate fi cauzată de reducerea debitului în sursă, disfuncţionalităţi în funcţionarea staţiilor de pompare, schimbarea morfologiei albiei (colmatări, eroziuni) în zona prizei, blocaje sau deteriorări ale construcţiilor din cadrul prizei. Depăşiri în privinţă normelor de irigaţie brute la priza sistemului faţă de cele din proiect (caz foarte rar), pot fi determinate de o slabă gestiune a apei în câmp sau un control deficitar al apei în reţeaua de aducţiune şi distribuţie. Gradul de utilizare, după Nicolaescu şi Manole [4], reprezintă raportul între sarcina utilă reală (volumul de apă de irigaţie care a ajuns efectiv la plante) într-o perioadă de timp (de obicei un sezon de vegetaţie) şi sarcina de referinţă (volumul mediu multianual de apă). n

V0r G  50%  V0

 s 'M i

i

1

(12.22)

N

S

i

M

50% 0 i

1

în care: V0r este volumul net (sarcina utilă reală) (m3); V050% - sarcina de referinţă (m3);

si’ – suprafaţa efectiv irigată a culturii i, în sezonul considerat (ha); Mi – norma netă de irigaţie asigurată culturii i (m3/ha); Si – suprafaţa culturii i prevăzută în proiectul amenajării (ha); M050%i – norma de irigaţie netă medie multianuală a culturii i (m3/ha).

M 080% G variază între Gmin = 0 şi G max  50%  1 (12.23) M0 Gradul de utilizare influenţează rentabilitatea sistemului de irigaţie şi de aceea un interes evident stabilirea pragului minim al acestuia în condiţiile concrete ale fiecărui sistem de irigaţie. O metodologie de analiză propun Nicolaescu şi Manole [4]. Înlocuind V0r din (12.22) în (12.11) se obţine: s 

1

V Ke  T 1   u   r G  M 050%  S în care: T este durata de funcţionare continuă a sistemului în timpul unui an (luni); VKe – pierderile de apă din reţeaua hidrotehnică (m3/lună).

(12.24)

Se observă că ηs variază în acelaşi sens cu G. Pentru o funcţionare profitabilă, gradul de utilizare trebuie să fie peste un anumit prag, care poate fi stabilit punând condiţia ca raportul: B 1 C

(12.25)

unde: B este venitul brut, obţinut din vinderea sporului de producţie obţinut prin irigaţie, iar C este suma cheltuielilor la hectar, aferente sporurilor de producţie. B  p c  p (12.26) Δp – sporul de producţie la ha; pc – preţul de vânzare pe kg. Sporul de producţie Δp se estimează, pentru fiecare cultură, din relaţia de legătură cu norma de irigaţie. p     M 050% 



(12.27)

în care α şi β sunt parametri cu valori stabilite experimental, funcţie de cultură (tab.12.1.) Tabel 12.1. Cultura Porumb Porumb siloz Sfecla de zahăr Soia Floarea soarelui Grâu Cartofi Lucernă

α 81 234 90 29 298 47 55 93

Valorile parametrilor α şi β β 0,55 0,65 0,72 0,53 0,20 0,54 0,74 0,72

C – suma cheltuielilor la hectar, aferente sporului de producţie Δp C  C a  Ci  C E

(12.28)

Ca – cheltuieli agrotehnice pentru producţia suplimentară; Ci – cheltuieli de exploatare şi întreţinere a sistemului de irigaţii (exclusiv cheltuielile energetice de pompare); CE – costul energiei electrice. e  p  M 050%  10 3 CE  s e (12.29) s Înlocuind ηs di această relaţie cu expresia din relaţia (12.32), rezultă: e s  p  M 050%  10 3 e s  p  M 50% V  T  CE  s e  s 3 e   0  Ke    G p  S   1 V Ke  T  10  ai    M 050%     ai G p  S  unde: pe – preţul energiei electrice.

(12.30)

Condiţia de eficienţă a sistemului (rel.12.25) se poate scrie sub forma: e s  p  M 50% V  T  C p    M 050%   C a  C i  s 3 e   0  Ke  (12.31)   G p  S  10  ai din care rezultă gradul minim de utilizare eficientă: V T G p  Ke  3 S M 050% 10 (12.32) 50%    M0  p c   C a  Ci   s  ai es  pe sau



Gp 





 C a  C i   e ss  p e  VKe  T  10 3  S  1

  C p  M 050%  C s  p e  M 050%  10 3   u   r  

1

(12.33)

Aplicând acest model pentru sistemul de irigaţii M.Kogălniceanu, jud, Constanţa, Manole [3] a obţinut că este necesar ca Gp ≥ 45-50%. Calitatea serviciilor de distribuţie a apei din reţele de conducte sub presiune se analizează şi se apreciază funcţie de dependabilitatea, echitatea şi fiabilitatea serviciilor prestate. Dependabilitatea reţelei de conducte cuantifică uniformitatea temporală a cantităţilor de apă livrate, raportat la cantităţile de apă solicitate, într-o perioadă de timp T. Cantitativ, această mărime se evaluează utilizând relaţia 1 R PD  1   CVT  Q D / Q n  (12.34) R 1 unde: PD – dependabilitatea reţelei de distribuţie; R – numărul de puncte de alimentare a beneficiarilor (bornă de irigaţie sau hidrant, în cazul reţelelor de distribuţie din conducte îngropate); CVT(QD/Qn) – coeficientul variaţiei temporale a cantităţii relative de apă, livrată în perioada T. CVT  Q D / Q n  

QT 

în care:

1 T QD  T 1 Qn

1 T

T

Q 1

T



QD Qn

(12.35) (12.36)

QD – debitul livrat efectiv; Qn – debitul nominal (proiectat). QT – media temporală a cantităţii relative de apă livrate la o bornă de irigaţie Echitatea (uniformitatea), reprezintă uniformitatea distribuţiei spaţiale a cantităţii relative de apă livrată şi se evaluează cu relaţia: 1 T PE   CVR  Q D / Q n  (12.37) T 1 unde: PE – echitatea medie; T – perioada de timp analizată, în ore. CVR(QD/Qn) – coeficientul de variaţie spaţială a cantităţii relative de apă livrată prin borna R; CVR (Q D / Q n ) 

QR 

Q 1 R QR  D  R 1 Qn

(12.38)

1 R QD  R 1 Qn

(12.39)

unde: Q R – media spaţială a cantităţii relative de apă livrată într-o perioadă de timp T. Fiabilitatea reţelei este definită ca disponibilitatea acesteia de a livra cantităţile de apă solicitate la toate punctele de alimentare pentru irigaţii (hidranţi, borne). Pentru estimarea cantitativă a acestei mărimi, se defineşte probabilitatea pA [0,1], astfel:

QD  Q pentru Q D  Q n pA   n 1 pentru Q  Q D n 

(12.40)

unde: QD – debitul livrat; Qn – debitul nominal (proiectat). Fiabilitatea reţelei reprezintă media spaţială şi temporală a cantităţii relative de apă livrată: 1 T 1 R  PA     p A  T 1 R 1  (12.41) unde: PA – fiabilitatea reţelei de conducte; T – timpul, corespunzător tuturor regimurilor de funcţionare din perioada de analiză (ore); R – numărul de borne deschise pentru fiecare oră de funcţionare a reţelei. Pentru clasificarea performanţelor reţelelor de conducte sub presiune, prin utilizarea indicilor definiţi anterior, se foloseşte tabelul 12.2. Tabelul 12.2. Clasificarea standard a performanţelor

Indice PA PE

Clase de performanţă bună medie 0,90-1,00 0,80-0,90 1,00-0,90 0,75-0,89

slabă < 0,80 < 0,75

PD

1,00-0,90

0,80-0,90

< 0,80

Calitatea funcţionării schemei hidrotehnice de transport a apei, considerând că se poate descrie printr-un proces stochastic staţionar, poate fi caracterizată prin trei indicatori, şi anume: a) Fiabilitatea care reprezintă frecvenţa căderilor sistemului, respectiv frecvenţa situaţiilor în care sistemul nu îşi îndeplineşte obiectivele; b) Rezilienţa care caracterizează intervalul de timp necesar sistemului pentru a reintra în parametrii normali de funcţionare, atunci când a suferit o “cădere”; c) Vulnerabilitatea respectiv impactul negativ estimat al “căderilor” sistemului. 12.1.6. Indicatorii privind impactul asupra mediului Se referă la: evoluţia suprafeţelor cu soluri degradate (înmlăştinate, salinizate, erodate), evoluţia calităţii apelor subterane şi a apelor de suprafaţă, ca şi a celor evacuate din sistemul de irigaţii. 12.2. Soluţii şi măsuri tehnice, organizatorice, instituţionale pentru reabilitarea şi modernizarea amenajărilor (pentru condiţiile amenajărilor din ţara noastră) 12.2.1. Măsuri tehnice Studiile de reabilitare şi modernizare a sistemelor de irigaţii din ţara noastră [1, 2] au evidenţiat o serie de măsuri specifice de ordin tehnic, organizatoric şi instituţional care corespund situaţiei componentelor amenajărilor din perioada efectuării analizelor. La staţiile de pompare de bază şi staţiile de repompare este nevoie de efectuarea lucrărilor privind: reînnoirea tablourilor de distribuţie, noi echipamente de comandă, baterii de condensatoare, introducerea aparaturii de control automat şi de securitate, înlocuirea treptată a pompelor şi motoarelor electrice la staţiile de pompare plutitoare, înlocuirea motoarelor sincrone, de joasă şi medie tensiune cu motoare asincrone de joasă tensiune la staţiile de pompare de putere medie şi mică. La staţiile de punere sub presiune este nevoie de lucrări ca: instalarea unor agregate cu debit mic pentru reglare manometrică, instalarea de debitmetre pentru reglarea automată şi contorizare, înlocuirea grupurilor de pompare cu altele având randamente superioare. În cazul canalelor mari, de aducţiune şi distribuţie sunt necesare lucrări de reabilitare a îmbrăcăminţilor, constând în: refacerea rosturilor sau un strat nou de îmbrăcăminte (în funcţie de existenţă şi starea căptuşelii vechi); reabilitarea stăvilarelor (servomotoare, mecanisme de manevră, în special) şi a vanelor automate, repararea părţilor de beton la construcţiile hidrotehnice mai vechi, realizarea instalaţiilor şi echipamentelor de telemetrie pentru controlul automat al canalelor. Lucrările de reabilitare a canalelor urmăresc reducerea pierderilor de apă din canalele de aducţiune şi distribuţie şi mărirea randamentului hidraulic al acestora, şi implicit reducerea consumului de energie electrică pentru pomparea apei şi pentru udări, îmbunătăţirea distribuţiei apei şi deservirea mai sigură şi operativă a beneficiarilor, îmbunătăţirea calităţii apelor de suprafaţă şi subterane din perimetrele irigate ş.a. Reţelele de distribuţie din conducte sub presiune necesită reabilitări şi modernizări, constând în: amplasarea contoarelor de apă în punctele de alimentare a beneficiarilor, modificarea reţelelor pentru a permite tuturor beneficiarilor să irige, propunându-se câteva modificări pentru realizarea acestui scop, şi anume: îndesirea antenelor la 200-400m distanţă, înlocuirea hidranţilor actuali având Dn100, cu alţii cu Dn150 şi hidranţi suplimentari pe conductele secundare şi principale, „buclarea” a câte două antene, crearea în ferme a unor bazine de acumulare şi regularizare. Măsurile urmăresc creşterea performanţelor reţelelor

(dependabilitate, echitate şi fiabilitate), reducerea pierderilor de presiune şi a consumului de energie la SPP-uri. O problemă nerezolvată în ploturile actuale este lipsa de independenţă hidraulică a fiecărui beneficiar, impunându-se ca, prin modificări adecvate ale reţelelor de distribuţie, să se realizeze alimentarea, în principal a exploataţiilor agricole cu suprafeţe mari, printr-un singur punct de alimentare care să fie prevăzut cu contor de apă. Reţelele de distribuţie cu schemă monofilară (la aceste scheme, distribuitoarele de sector sunt realizate din conducte sub presiune şi sunt alimentate din canale, prin staţii de pompare mobile sau staţionare având motoare termice sau electrice) au două alternative de reabilitare şi modernizare: - menţinerea canalelor existente şi reînnoirea echipamentelor de pompare (în cazul schemelor monofilare); - înlocuirea schemelor monofilare cu reţele de conducte îngropate, formate din SPP şi 4, 6 sau 8 antene (menţinându-se antenele schemelor actuale); În cazul reţelelor actuale care sunt în totalitate cu canale deschise, se propune betonarea canalelor şi echiparea cu instalaţii de irigaţie prin aspersiune cu deplasare frontală. Acţiunile de reabilitare a reţelelor urmăresc îmbunătăţirea performanţelor acestora (în principal mărirea randamentul hidraulic), a stării hidroameliorative a terenurilor irigate (prin evitarea proceselor de înmlăştinare şi salinizare, mai ales în zonele de luncă) şi a fiabilităţii sistemelor. În privinţa echipamentelor de udare existente la ora actuală, se constată că dotările corespund unui procent redus din suprafaţa irigabilă. De asemenea, se constată o imposibilitate de adaptare a acestora la suprafeţele relativ mici ale multor proprietari agricoli. De aceea se propune completarea echipamentelor de udare cu echipamente diversificate, atât pentru irigaţia prin aspersiune, cât şi pentru irigaţia prin scurgere la suprafaţă. Înlocuirea echipamentelor trebuie să aibă în vedere şi asigurarea accesului la hidranţi (cu conducte de legătură adecvate) a beneficiarilor care nu au acces direct la hidranţi în condiţiile actuale, ştiindu-se că în unele locuri, acest lucru nu s-a realizat prin aplicarea Legii fondului funciar. Cu privire la echipamentele de telecontrol se propune implementarea în fiecare amenajare mare de irigaţii a unui sistem general de telecontrol, cu scop de urmărire în timp real a stării de funcţionare a amenajării, pentru gestiunea statistică a informaţiilor şi transmisia de informaţii de gestiune administrativă, financiară şi a resurselor umane. De asemenea, sunt necesare echipamente informatice în toate amenajările mari de irigaţii. 12.2.2. Măsuri organizatorice În principal, propunerile se referă la:  organizarea unităţilor de exploatare pe bazine hidrografice şi nu pe unităţi administrative (similar cu unităţile de gospodărirea apelor);  flexibilitate operaţională (să fie introdusă posibilitatea ca unele operaţii de exploatare să fie contractate şi executate de agenţi privaţi);  prevederea resurselor de gestiune în procesul de exploatare a amenajărilor, pentru ca serviciile de distribuţie a apei să se realizeze la cel mai redus cost posibil, ş.a. Din relaţia (12.32) rezultă că soluţiile de mărirea randamentului de folosire a apei în sistem (fără lucrări de investiţii) cuprind: mărirea volumului de apă preluat de beneficiari (V 0r) prin constituirea de asociaţii de utilizatori de apă, creşterea gradului de utilizare, G, a sistemului de irigaţii. De asemenea, se vor lua măsuri de reducere a pierderilor din amenajările interioare, V 2, prin participarea utilizatorilor de apă la lucrările de întreţinere şi reparaţii ale reţelelor interioare şi mărirea ηu prin instruirea udătorilor şi acordarea de asistenţă tehnică din partea specialiştilor. 12.2.3. Măsuri de dezvoltare instituţională Cele mai importante constau în:

- Constituirea Asociaţiilor utilizatorilor de apă, care au rolul de a asigura gestiunea amenajărilor şi echipamentelor (staţii de punere sub presiune, reţele de distribuţie, echipamente de udare ş.a) din perimetrul asociaţiei, organizarea udărilor. - Crearea unei structuri instituţionale clar definite şi cu competenţe la fiecare nivel. Acest proces va fi sprijinit prin introducerea sistemelor informatice de gestiune, constituirea AUAI, prin organizarea activităţii de consiliere şi implementare a progresului tehnic în irigaţii, programe de pregătire profesională a personalului de exploatare ş.a. 12.3. Opţiuni (variante) de lucrări de reabilitare-modernizare [1, 2] După 1989, schimbările economice şi sociale din ţara noastră au condus la reducerea accentuată a gradului de utilizare a sistemelor şi la necesitatea implementării unui program de redresare a acestui sector. În primul rând este nevoie ca să fie realizate studii privind oportunitatea şi eficienţa lucrărilor de reabilitare şi modernizare, bazate pe starea tehnică a acestora, pe condiţiile de rentabilitate pe care le oferă irigaţia în sistemul agriculturii actuale şi în perspectivă. Studiile realizate până în prezent de firme de consultanţă din străinătate, cum ar fi Binnie&Partners în asociere cu Hunting Technical Services Ltd. Din Marea Britanie şi în colaborare cu ISPIF SA Bucureşti [1], care au analizat 104 sisteme de irigaţii, de BRL-GERSAR, din Franţa [2], care a analizat reabilitarea amenajărilor din trei perimetre, Pietroiu-Ştefan cel Mare, Gălăţui – Călăraşi şi Carasu s.a., prezintă interes atât în privinţa soluţiilor tehnice propuse, dar şi a metodologiei şi rezultatelor analizei economice. În studiul [1], s-au analizat trei opţiuni de analiză: a) fără reabilitare; b) reabilitare parţială; c) reabilitare totală. Opţiunea a) constituie varianta de referinţă de analiză pentru evaluarea beneficiilor celorlalte opţiuni de reabilitare. Opţiunea presupune că nu s-ar realiza nici o investiţie de capital pentru reabilitarea sau modernizarea componentelor sistemelor. Rezultatul ar fi că o proporţie din ce în ce mai mică din suprafaţa amenajată va putea fi utilizată. Posibilităţile de asigurare ale cererii de apă în perspectivă depind de starea actuală a infrastructurii şi de rata degradării diferitelor componente ale sistemului, care la rândul său este diferenţiată în raport cu durata de viaţă a componentelor, astfel: - pentru echipamente de udare 1/8/an, considerând durata medie de viaţă de 8 ani, după perioada normată de utilizare; - pompe, motoare electrice şi termice, rata de 1/18/an; - pentru prize şi canale, rata de 1/120/an. Conform acestor ritmuri s-a stabilit evoluţia stării echipamentelor de udare componentelor, prizelor şi canalelor, un exemplu fiind arătat în fig. 12.1.a

Obiectivul de bază al opţiunii b) este de a asigura echipamente de udare pentru toată suprafaţa , fără a face reabilitări ale altor componente. În acest fel se va realiza creşterea suprafeţei irigate până la o limită ce va fi impusă de starea canalelor şi staţiilor de pompare (care se degradează conform ratelor menţionate mai sus). Evoluţia în timp a capacităţilor impuse de echipament şi a cererii de irigaţii în această opţiune pentru aceeaşi amenajare (Terasa Brăilei) este ilustrată în fig. 12.1.b În cazul că reabilitarea completă (opţiunea c) ar fi incertă în privinţa rezultatului, opţiunea B ar asigura cea mai bună opţiune pe o perioadă de câţiva ani, până ce cererea de apă de irigaţie va creşte şi cerinţele de modernizare vor putea fi mai bine stabilite. De asemenea, o condiţie este ca echipamentele de udare propuse să poată fi cumpărate şi exploatate de beneficiarii agricoli (fiind necesare măsuri din partea statului pentru a sprijini această acţiune).

Fig.12.1. Evoluţia cererii de irigaţie şi a disponibilităţilor asigurate de prize, canale, staţii de pompare şi echipamentele de udare, în variantele: a) fără reabilitare; b) reabilitare parţială; c) reabilitare totală (sistemul de irigaţie Terasa Brăilei) [1]

Opţiunea c) reabilitare totală este ipoteza care consideră că vor fi reabilitate şi modernizate toate componentele principale (echipamente de udare, prize şi canale, staţii de pompare, automatizare, informatizare, alte lucrări de îmbunătăţiri funciare necesare). La sfârşitul perioadei în care se realizează lucrările, se prevede să crească posibilităţile de irigare la nivel de 62-90% din suprafaţa totală amenajată. Evoluţia suprafeţei irigate şi a capacităţilor impuse de componentelor amenajării, pentru această opţiune, este arătată în

fig.12.1.c. Execuţia lucrărilor în variantele b) şi c) este eşalonată pe o durată de 10 ani. În studiul [2] pentru cele trei perimetre analizate, s-a prevăzut diferenţierea în două faze a lucrărilor de reabilitare (în afară de lucrările noi, de modernizare), în funcţie de prioritate: faza I cuprinde lucrările de reabilitare a staţiilor de pompare, de priză şi repompare, de reabilitare a îmbrăcăminţilor canalelor mari şi a instalaţiilor de reglare automată, şi a celorlalte construcţii de

pe canale mari, contorizarea ploturilor, reabilitarea reţelelor amenajărilor interioare realizate din canale deschise, prin înlocuirea cu ploturi optimizate din conducte îngropate, de aproximativ 800 ha; faza a II-a prevede înlocuirea motoarelor electrice sincrone, de joasă şi medie tensiune cu motoare asincrone de joasă tensiune la staţiile de pompare de putere medie şi mică, înlocuirea grupurilor de pompare cu randamente scăzute de la SPP-uri ş.a. Lucrările de modernizare cuprind: echipamente de udare noi, pentru cca. 70% din suprafaţă, echipamente de telecontrol şi echipamente informatice. Pentru analiza economică, toate lucrările au fot grupate în 5 tranşe de reabilitaremodernizare, criteriul fiind mărimea şi întârzierea în timp a efectului economic pe care-l oferă fiecare categorie de lucrări. Tranşele nu sunt succesive, ci concomitente, în funcţie de mijloacele financiare disponibile pentru realizarea lor, iar analizele economice au fost efectuate pe variante de complexitate crescândă a lucrărilor, respectiv, V1 – tranşa I, V2 – tranşele I+II ş.a.m.d., ultima variantă cuprinzând lucrările de reabilitare şi modernizare propuse în toate tranşele. 12.4. Analiza eficienţei economice a lucrărilor 12.4.1. Indicatori de eficienţă economică Reprezintă o etapă de mare importanţă a studiilor şi proiectelor, care are scopul de a stabili eficienţa economică a soluţiilor tehnice şi variantelor de amenajare, reabilitare sau modernizare. Criteriile de eficienţă funcţie de care se apreciază viabilitatea unei amenajări sau a unei reabilitări a unei amenajări existente sunt: raportul beneficii/costuri (RBC), rata internă de rentabilitate (RIR) şi durata de recuperare a capitalului investit (DRC). Raportul beneficii / costuri este raportul între valoarea actualizată a fluxului de venituri şi valoarea actualizată a fluxului de cheltuieli. Valoarea lui trebuie să fie supraunitară. Beneficiile la lucrări de amenajare şi reabilitare-modernizare reies din creşterea veniturilor nete actualizate (VNA) în urma executării investiţiei faţă de situaţia anterioară (varianta de referinţă). La fel se calculează creşterea costurilor totale legate de irigaţii (CTA). Dacă se efectuează analize economice la lucrări noi de amenajare, se poate calcula VNA şi CTA pentru fiecare variantă de amenajare considerând pentru referinţă situaţia înainte de amenajare, când exploatarea agricolă s-a făcut în regim neirigat. VNA( n ) 

 1  i 

t  d 1 D

şi

VNI ( n ),t

D

CTA ( n )   t 1

t

 VNAneir

CTI ( n ),t

1  i  t

(12.44) (12.45)

în care: VNA(n) – creşterea venitului net actualizat în varianta de amenajare ni toată perioada de analiză D; CTA(n) – costurile totale actualizate în varianta (n); VNI(n),t – venitul net al irigaţiei în varianta de amenajare (n) şi anul t; VNI t  S irig  VNI ha

Sirig – suprafaţa ce se irigă în anul t; VNIha – venitul net al irigaţiei la hectar; VNI ha  P  p  C agr

P – producţia agricolă la hectar (kg); p – preţul de vânzare (lei/kg); Cagr – cheltuielile lucrărilor agricole;

i – rata de actualizare; D – durata de analiză; CTI(n),t – costurile totale pentru irigaţii în amonte de amenajarea (n) şi anul t; CTI t  C inv  C inloc  C ea  C exp l  C int r

Cinv – costurile pentru investiţii; Cinloc – costurile pentru înlocuire; Cea – costurile pentru energie; Cexpl – costurile pentru exploatare; Cintr – costurile pentru întreţinere şi reparaţii. Pentru lucrările de reabilitare-modernizare se efectuează calculul VNA şi CTA determinat de o variantă de reabilitare VRM(n) faţă de o variantă de referinţă Vref, cu relaţiile: D VNI VRM ( n ), t  VNI Vref , t VNA( n )   (12.46) 1  i  t t 1 D CTI VRM ( n ), t  CTI vref , t CTA( n )   şi (12.47) 1  i  t t 1 în care: VNIVRM(n),t – venitul net al irigaţiei în anul t, pentru varianta de reabilitare (n); VNIvref, t – venitul net al irigaţiei în anul t, pentru varianta de referinţă; CTIVRM(n), t – costurile totale pentru irigaţii în anul t, pentru varianta de reabilitare (n); CTIvref, t – costurile totale pentru irigaţie în anul t, pentru varianta de referinţă; Rata internă de rentabilitate (RIR) reprezintă rata de actualizare care, prin calcule, conduce la VNA al fluxului de numerar egal cu zero. Pentru stabilirea lui se efectuează calculul VNA considerând diferite valori ale ratei de actualizare. Valorile ratei de actualizare pentru care VNA are valori apropiate de zero, negative (imax) şi pozitive (imin) alături de valori corespunzătoare pentru VNA servesc la calculul RIR, care se efectuează cu relaţia: RIR  i min   i max  i min  

VNA(i min ) VNA(i min )  VNA(i max )

(12.48)

Durata de recuperare a capitalului investit (DRC) este numărul de ani în care venitul net egalizează valoarea investiţiei. d

I t 1

T

t

(1  i ) d t 1   t 1

VNT

1  i  t

(12.49)

unde: It – costurile pentru investiţiile efectuate în perioada t = 1,2 … d; VNT – venitul net obţinut în fiecare an al perioadei de funcţionare (t = 1,2 … T); T – durata până la care veniturile nete însumate sunt egale cu valoarea investiţiei; 12.4.2. Costurile pentru irigaţii Evaluarea costurilor pentru irigaţii reprezintă o parte importantă a proiectelor de amenajare, reabilitare şi modernizare. Ele sunt formate din costuri fixe şi costuri de exploatare, întreţinere şi reparaţii.

Costurile fixe (sunt denumite astfel deoarece nivelul lor nu depinde de gradul de utilizare al sistemului de irigaţii) sunt formate din costuri de capital privind investiţia iniţială de amenajare sau reabilitare şi costuri de înlocuire, care privesc echipamentele cu frecvenţă de înlocuire mai mare (echipamente de udare, pompe, motoare electrice, ş.a.). Costurile de capital se repartizează în timp, conform graficului de eşalonare a execuţiei. Dacă volumul lucrărilor este mare, execuţia se programează în 2-3 ani. Durata de utilizare şi frecvenţa de înlocuire a diferitelor componente ale sistemelor este arătată în tab.12.3. (valorile din tabel au în vedere o medie de 2000 de ore de utilizare pe an). Costurile fixe includ şi dobânzile creditelor pentru realizarea lucrărilor, precum şi taxele şi asigurările care au cote anuale de 1,5-2,5% din investiţia iniţială. Tab.12.3. Durata de utilizare şi cheltuielile anuale de reparaţii şi întreţinere ale componentelor sistemelor de irigaţie Componente Perioada de Deprecierea Reparaţii şi întreţinere anuale utilizare (ore) (% din costul iniţial de investiţii) (ani) Foraje 20-30 0,5-1,5 Staţii de pompare (partea de construcţii) 20-40 0,5-1,5 Pompe centrifugale 16-25 32000-50000 3,0-5,0 Motoare electrice 25-35 50000-70000 1,5-2,5 Motoare Diesel 14 28000 5,0-8,0 Canale mari 40-100 1,0-2,0 Canale mici (permanente) 20-25 1,0-2,0 Construcţii de beton (staţii de pompare, 20-40 0,5-1,0 construcţii hidrotehnice, îmbrăcăminţile canalelor etc.) Conducte de azbociment şi PVC 40 0,25-0,75 Conducte de aluminiu pentru irigaţia prin 10-12 1,5-2,5 aspersiune şi scurgere la suprafaţă Conducte din oţel sudate 40 0,25-0,5 Conducte din oţel vopsite, instalate la 10-12 1,5-2,5 suprafaţă Conducte din oţel galvanizate, instalate la 15 1,0-2,0 suprafaţă Conducte din oţel vopsite şi izolate în 20-25 1,0-2,0 interior, instalate la suprafaţă Conducte din material plastic pentru 10 1,5-2,5 irigaţia prin picurare şi scurgere la suprafaţă Aspersoare 8 5,0-8,0 Picurătoare 8 5,0-8,0 Filtre pentru picurare 12-15 6,0-9,0 Lacuri de acumulare 2 Instalaţii cu tambur şi furtun 12-16 5,0-8,0 Instalaţii de aspersiune cu deplasare 10-15 5,0-8,0 continuă

Costurile fixe pentru exploatare şi întreţinere, ca şi valoarea producţiei, se calculează, de obicei, ca valori medii anuale pe perioada de analiză. Costurile pentru pompare sau energetice (se mai numesc şi costuri variabile) pentru că variază funcţie de cantitatea de apă pompată anual. De asemenea, variază mult de la o amenajare la alta în funcţie de înălţimea totală de pompare. În cadrul acestor costuri, trebuie inclusă atât energia necesară pentru pompare, cât şi energia necesară pentru udare şi deplasarea instalaţiilor de udare (dacă instalaţiile de udare aspiră apa din canale cu agregate de pompare proprii sau sunt autodeplasabile, folosind motoare electrice).

Relaţiile de calcul a energiei pentru pomparea apei au fost date anterior (rel.2.11). De asemenea, am arătat că, acolo unde sunt amenajări cu mai multe trepte, aceste costuri se calculează pentru fiecare treaptă de pompare. Costurile pentru exploatare (exclusiv cele pentru pompare) sunt destinate funcţionării sistemului, respectiv pentru distribuţia apei, pentru efectuarea udărilor şi programarea lor, şi cuprind, în principal cheltuieli pentru personal şi pentru efectuarea udărilor. Nivelul acestor cheltuieli depind de o serie de factori, ca: tipul de amenajare, gradul de automatizare, frecvenţa şi numărul udărilor, natura terenului ş.a. Aceste cheltuieli se estimează pe baza unor analize aprofundate ale operaţiilor pentru exploatarea corectă a amenajărilor, folosind şi date de la sisteme care funcţionează în condiţii similare. Costurile de exploatare (costurile energetice), cât şi cele de întreţinere variază în perioada de implementare a lucrărilor de modernizare şi de reabilitare, până când suprafaţa irigată atinge maximul, în pas cu fenomenul de concentrare treptată a suprafeţei irigate în jurul sursei de apă. Acest fenomen este inevitabil în opţiunea a) şi parţial în opţiunea b), datorită costurilor mari de exploatare şi întreţinere în situaţia irigării suprafeţelor dispersate în tot sistemul. Având în vedere această ipoteză, în studiul [1], costurile de exploatare la ha s-au calculat cu relaţia: O  20  Ar  C o

(12.50) în care: O reprezintă costurile de exploatare în anul n (USD/ha); 20 USD reprezintă costurile de exploatare calculate la ha, în condiţiile când 100% din suprafaţa amenajată este irigată; A r factor de reducere a suprafeţei, funcţie de procentul (pI) din suprafaţa amenajată care poate fi irigată efectiv în anul n;

Ar  100 / p I 

1

(12.51)

3

Co – factor care consideră concentrarea terenurilor irigate în jurul prizei sistemului de irigaţii, în anul „n”; n – numărul anului în perioada de realizare a lucrărilor de reabilitare şi modernizare (n=1....10)

Co   100  10  n    p I  10  n   8 1

(12.52)

Costurile anuale de întreţinere şi reparaţii sunt influenţate de numărul de ore de funcţionare anuală a sistemului, de condiţiile de funcţionare, de calitatea lucrărilor de întreţinere etc. Ele se estimează ori de câte ori este posibil, folosind date regionale (de la sistemele din zonă), dar în lipsa acestor posibilităţi, pot fi aproximate ca un procent din costul iniţial al componentelor sistemului. (tab.12.2.). Costul total anual al lucrărilor de întreţinere şi exploatare reprezintă suma costurilor corespunzătoare componentelor sistemului. Costurile de întreţinere au fost calculate în studiu [1], cu o relaţie asemănătoare relaţiei, pentru costurile de exploatare: M  K m  Ar  C m (12.53) în care: M - costurile specifice de întreţinere; Km - cost specific de întreţinere a sistemului în cazul utilizării maxime a acestuia (în calcule se consideră un cost de 2% din valoarea specifică a investiţiei); K m  50  20  p D (USD/ha) (12.54) pD – procentul din suprafaţa amenajată care este drenată. Cm - coeficient de concentrare a suprafeţei, exprimând probabilistic, în funcţie de gradul de utilizare a sistemului, concentrarea lucrărilor de întreţinere pe obiecte grupate, şi având valoarea:

C m   100  10  n    p I  10  n   4 1

(12.55)

12.4.3. Metodologia de calcul a analizei eficienţei economice În cazul amenajărilor noi, beneficiile irigaţiei rezultă din creşterile de producţie fizică, şi eventual ale preţurilor unitare de vânzare, majorate ca urmare a unei calităţi superioare a produselor, comparativ cu situaţia înainte de amenajare. Pentru proiectele de reabilitare – modernizare, beneficiile irigaţiei reies din comparaţia situaţiei după aplicarea proiectului cu situaţia înaintea realizării lucrărilor, ţinând cont de îmbunătăţirile pe care le aduce proiectul în privinţa mărimii producţiilor agricole, creşterii gradului de utilizare a sistemului de irigaţie, reducerii costurilor de pompare, exploatare şi întreţinere-reparaţii etc. Beneficiile irigaţiei – indiferent că este lucrare de reabilitare sau amenajare nouă – se analizează pe trei nivele, şi anume: pentru fiecare cultură (cu diferenţieri impuse de tipul de exploataţie agricolă, şi deci performanţele managementului agricol), la nivel de exploataţie agricolă şi la nivel de perimetru irigat. Diferenţierea metodologiei de analiză a eficienţei economice pentru lucrări de reabilitare/modernizare faţă de amenajări noi, intervine la analiza de nivel de perimetru irigat. 12.4.3.1. Venitul net al irigaţiei pentru fiecare cultură. La fiecare cultură se efectuează bugetul acesteia la unitatea de suprafaţă în regim irigat şi neirigat. În acest buget sunt evidenţiate producţiile la hectar şi preţul de vânzare, pe de o parte, şi costurile de producţie, pe de altă parte (pregătirea terenului, sămânţă, îngrăşăminte şi aplicarea lor, ierbicide/pesticide şi aplicarea lor, recoltare, transport recoltă, forţă de muncă, credite etc.). Diferenţa între venitul brut (producţia înmulţită cu preţul de vânzare) şi costurile de producţie reprezintă venitul net al culturii. În regim irigat, la costuri se iau în consideraţie şi tarifele pentru apă, în raport cu norma de irigaţie corespunzătoare producţiei prevăzute. Aceste elemente servesc la calcul beneficiul irigaţiei la nivel de exploataţie. Culturile cu eficienţă superioară în regim irigat sunt: legumele, plantaţiile pomicole, urmate de porumb. De obicei porumbul ocupă 30-40% din suprafaţa irigată iar sporurile de producţie variază, funcţie de zona agroecologică, de la 1,1 la 5,5 t/ha. Rezultatele studiilor de reabilitare-modernizare menţionate anterior [1] arată că viabilitatea proiectelor este incertă dacă sporul de producţie adus de irigaţie este sub 3 t/ha. 12.4.3.2 Venitul net al irigaţiei la nivel de exploataţie agricolă. Veniturile nete însumate ale culturilor din exploataţie reprezintă venitul net al exploataţiei, care se calculează pentru situaţia înainte de amenajare (cu distribuţia culturilor specifică acestei etape) şi pentru situaţia după amenajare (cu structura de culturi propusă pentru regim irigat). Diferenţa dintre venitul net al exploataţiei în regim irigat şi venitul net în regim neirigat reprezintă beneficiul sau venitul net al irigaţiei la nivel de exploataţie agricolă. Acest beneficiu se raportează şi la unitatea de suprafaţă. De asemenea, la fel ca şi bugetul culturilor, beneficiul irigaţiei trebuie diferenţiat pe tipuri de exploataţii agricole (familiale, ferme, întreprinderi agricole etc.). 12.4.3.3. Beneficiul lucrărilor de amenajare sau reabilitare-modernizare, la nivel de perimetru irigat exprimat prin indicatori de eficienţă economică După metodologia folosită în studiul [ 1], beneficiile irigaţiei, se analizează ţinând seama, pe de o parte, de veniturile nete ale irigaţiei în exploataţiile agricole din perimetrul amenajat, din care se scad costurile de amenajare sau reabilitare şi de funcţionare a amenajării. Ele se calculează anual, pe perioada de analiză.

Pentru estimarea beneficiilor irigaţiei la acest nivel este nevoie de a stabili în prealabil anumite ipoteze de dezvoltare agricolă, şi anume că după terminarea execuţiei lucrărilor de amenajare sau reabilitare-modernizare se prevede o dinamică de creştere a gradului de utilizare al sistemului de irigaţie şi a producţiilor agricole. Calculele se fac în etape: a) Se calculează venitul net (beneficiul) al irigaţiei la nivel de amenajare de irigaţie. Calculul se efectuează pentru fiecare variantă de amenajare sau de reabilitare, cât şi pentru varianta de referinţă, reprezentată de situaţia dinainte de aplicarea proiectului. În toate variantele, calculele se efectuează anual. Pentru varianta de referinţă, în situaţia că este o amenajare nouă, beneficiul se calculează în funcţie de venitul net al exploataţiilor în regim neirigat, în timp ce, în cazul variantei pentru lucrări de reabilitare, venitul net se calculează ţinând seama de dinamica scăderii gradului de utilizare, datorat ieşirii din funcţiune a echipamentelor de udare (v.fig.12.1.a). În calculul beneficiului irigaţiei, după realizarea lucrărilor de reabilitare se va considera evoluţia în timp a mărimii suprafeţei irigate (gradul de utilizare) – v.fig.12.1. b şi c - şi distribuţia procentuală a acestor suprafeţe pe tip de exploataţie (se respectă ipoteza propusă aprioric privind evoluţia în timp a suprafeţei posibile de irigat). Calculul are în vedere valorile beneficiului irigaţiei diferenţiat pe tip de exploataţie şi repartiţia procentuală a tipurilor de exploataţie în cadrul perimetrului amenajabil. În cazul amenajărilor noi, beneficiul irigaţiei după amenajare se stabileşte considerând că la începutul perioadei de analiză, în primii 1-2 ani, are loc execuţia lucrărilor (interval în care producţia se menţine la nivel neirigat), apoi urmează o perioadă de 3-4 ani de atingere a gradului maxim de utilizare şi de creştere progresivă a producţiilor agricole la nivelul maxim prevăzut). b) Se efectuează calculul costurilor totale legate de irigaţii (pe total amenajare şi la hectar), prin însumarea costurilor de capital şi de înlocuire, a costurilor pentru energie, întreţinere şi exploatare. Calculul se efectuează la fiecare variantă pentru şirul de ani din perioada de analiză. Varianta de referinţă pentru proiectele de amenajări noi nu necesită calculul acestor costuri. În cazul variantei de referinţă pentru proiectele de reabilitare/modernizare la calculul costurilor se ţine seama că nu intervin cheltuieli de capital şi costuri de înlocuire a echipamentelor, însă există costuri energetice de exploatare şi întreţinere (pentru ultimele două pot fi folosite relaţiile de tipul (12.46) şi (12.49)). c) Se analizează creşterea veniturilor nete anuale în urma implementării proiectelor fiecărei variante de amenajare sau reabilitare, raportate la varianta de referinţă. Pentru aceasta, în fiecare an se face diferenţa între venitul net al variantei considerate şi venitul net al variantei de referinţă. De asemenea, se calculează creşterea costurilor anuale şi creşterea cash-flow-ului anual. d) Se determină VNA, reprezentând creşterea venitului net actualizat pe perioada de analiză pentru fiecare variantă de amenajare sau reabilitare faţă de varianta de referinţă; pentru lucrări de amenajare noi, cu relaţia (12.44) iar pentru lucrări de reabilitare-modernizare, cu relaţia (12.46). De asemenea, se determină CTA (costurile totale actualizate pentru fiecare variantă de lucrări noi), cu relaţia (12.45); pentru lucrări de reabilitare-modernizare se calculează creşterea costurilor totale actualizate cu relaţia (12.47). e) Din şirul anual de valori ale creşterii cash-flow-lui (în varianta de reabilitare considerat faţă de varianta de referinţă) se calculează rata internă de rentabilitate (RIR), şi eventual durata de recuperare a investiţiei.

f) Se calculează RIR-ul şi în ipoteze care reprezintă riscuri în ceea ce priveşte eficienţa amenajării, şi anume în condiţiile: 1) scăderii beneficiului irigaţiei cu 20%, 2) creşterii costurilor cu 20% şi 3) scăderii beneficiului irigaţiei cu 20% şi creşterii costurilor cu 20%. În final se compară variantele de reabilitare / modernizare sau de amenajare, în funcţie de indicatorii economici de eficienţă (RBC şi RIR) cât şi de nivelul de risc care a rezultat din analiza economică. 12.5. Calculul costurilor de irigaţie în cazul amenajărilor private Proprietarii exploataţiilor agricole cu sisteme de irigaţie proprii au nevoie ca pentru a efectua bilanţul financiar să cunoască costurile cerute de irigaţii. acestea sunt reprezentate de costuri anuale de depreciere şi pentru dobânzi, pe de o parte, şi de costuri normale pentru funcţionare (pentru energie, manoperă pentru efectuarea udărilor, întreţinere şi reparaţii). Costurile anuale de depreciere şi pentru dobânzi (cota anuală de amortizare) se stabilesc cu relaţia: Nc

C an . j  FRC  V j

(12.56)

j 1

în care: Can.j – cota anuală de amortizare pentru componenta j (j = 1 ... Nc); Nc – numărul componentelor sistemului de irigaţie; FRC – factorul de recuperare al capitalului; FRC 

i  1  i 

1  i  n

n

(12.57)

1

Vj – valoarea care se investeşte la începutul perioadei de analiză pentru a acoperi costurile pentru execuţia componentei respective, plus dobânzile până la sfârşitul perioadei de analiză; i – rata dobânzii (sub formă zecimală); n – perioada de analiză (ani) care pentru sisteme mici este de 20-25 de ani. Vj se calculează cu relaţii care iau în consideraţie rata dobânzii (i), rata anuală prognozată de creştere a preţurilor (r), perioada de analiză (n) şi perioada de utilizare a componentei respective (nu). Dacă n = nu (ambele exprimate în ani), 1 r  V j  Ci  Vr    1 i 

n

(12.58)

în care: Ci – costul iniţial al componentei j; Vr – valoarea de recuperare a componentei respective, la finele perioadei de utilizare. Atunci când n < nu, componenta mai are o valoare nedepreciată, la sfârşitul perioadei de analiză, şi deci, în acest moment are valoarea de recuperare: V f  Ci   Ci  Vr  

n nu

(12.59)

Vj se calculează cu relaţia (12.55) în care Vr se înlocuieşte cu Vf. Dacă n>nu, componenta respectivă trebuie înlocuită o dată sau de mai multe ori în timpul perioadei de analiză, iar relaţia de calcul pentru Vj este:

 N 1  r  V j  Ci   C i  Vr       j 1  1  i  j

nu

n  1  r     Z  1 i  

(12.60)

în care: N reprezintă numărul întreg rezultat din raportul (n-1)/nu n  N  nu Z  Ci   Ci  Vr   (12.61) nu Cel de-al doilea şi al treilea termen al relaţiei (12.60) reprezintă costurile de înlocuire a componentei şi, respectiv valoarea de recuperare (inclusiv valoarea nedepreciată). Costurile anuale pentru energie, exploatare, întreţinere şi reparaţii cuprind: tarife pentru captarea apei din sursă, costurile pentru pompare, costurile pentru distribuţia apei, costurile pentru întreţinere şi reparaţii şi costul manoperei pentru udări (ultimele incluzând şi cheltuielile pentru programarea udărilor şi asistenţă tehnică pentru irigaţii). Efectul creşterii preţurilor materialelor şi energiei sunt luate în consideraţie prin înmulţirea costurilor anuale de exploatare corespunzătoare primului an de exploatare a amenajării cu un factor de cost anual echivalent (FCAE). FCAE 

 1  r  n  1  i  n ri



i

1  1 n  1

(12.62)

Costurile pentru captarea apei se calculează conform tarifelor percepute de unitatea care gestionează resursele de apă. Bibliografie [1] Binnie & Parteners Ltd. In association with Hunting Tech. Services Ltd. U.K. and ISPIF – SA Bucuresti – Study of Irrigation and Drainage in Romania. Report on technical, economic and finacial viability, 1994. [2] Coite, C. – Rehabilitation des trois perimetres de Pietroiu Ştefan cel Mare, Gălătui-Călăraşi et Carasu. In vol. Deuxieme Symposium Francophone de l’eau, Iaşi, Ed.PAIDEIA, Buc., 1993. [3] Manole, E.S.. – Contribuţii privind stabilirea soluţiilor de reabilitare-modernizare şi a gradului minim de utilizare rentabilă a sistemului de irigaţie Mihail Kogălniceanu Constanţa. Teză de doctorat, 2002. [4] Nicolaescu, I., Manole, E. – Minimum level of water demand for a profitable irrigation of a irrigation scheme. In vol. 1-st Inter-Regional Conference on Enviroment-Water: Innovative issues in irrigation and drainage, Lisabona, 16-18 sept. 1998. [5] Nicolaescu, I. – Bazele modernizării sistemelor de riigaţie în România. Rev. Hidrotehnica, nr.1-3, 1992 şi nr.10, 1993. [6] Parker, G.L. – Rehabilitating irrigation systems from the 20 th Century for the 21st Century. Proc. of the Irrigation and Drainage Session at Water Forum’92. [7] Plusquellec, H., Burt, C.M. – Irrigation project modernisation. Proc. of the Irrigation and Drainage Session at Water Forum’92.

Bibliografie generală [1] Blidaru, V., Wehry, A., Pricop, Gh. – Amenajări de irigaţii şi drenaje. Ed. Interprint, Bucureşti, 1997. [2] Blidaru, V., Wehry. A., Pricop, Gh. –Irigaţii şi drenaje. E.D.P., Buc., 1981. [3] Blidaru, V., Dobre, V. – Raţionalizări în irigaţii şi drenaje. Ed. Ceres, Buc., vol., 1990 şi vol.II 1991. [4] Cazacu E., Dobre, V. Mihnea, I., Pricop, Gh., Roşca, M., Sârbu, E., Stanciu, I., Wehry, A. – Irigaţii. Ed. Ceres, Buc., 1989. [5] Georgescu, I, Barbu, E., cazacu, E., Dorobanţu, M. – Amenajări de irigaţii. Ed. Ceres, 1980.

[6] Gheorghiu, I.M. – Îmbunătăţiri funciare. EDP, Buc., 1964. [7] James, G.L. – Principles of farm irrigation systems. Ed. John Willey&Sons, 1988. [8] Jensen, M.E. (Ed) – Design and operation of farm irrigation systems, ASAE Monograph., 3, 1980. [9] Keller, J., Bliesner, D.R. – Sprinkle and trikle irrigation. Ed. Chapman and Hall, USA, 1990.