analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje · m. bajić, analiza efikasnosti sustava za...

of 73/73
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET Marko Bajić ANALIZA EFIKASNOSTI SUSTAVA ZA NAVODNJAVANJE DIPLOMSKI RAD Zagreb, 2015

Post on 23-Sep-2019

21 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

    GRAĐEVINSKI FAKULTET

    Marko Bajić

    ANALIZA EFIKASNOSTI SUSTAVA ZA

    NAVODNJAVANJE

    DIPLOMSKI RAD

    Zagreb, 2015

  • SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

    GRAĐEVINSKI FAKULTET

    Marko Bajić

    ANALIZA EFIKASNOSTI SUSTAVA ZA

    NAVODNJAVANJE

    DIPLOMSKI RAD

    Mentor: doc. dr.sc. Duška Kunštek, dipl. ing. građ.

    Zagreb, 2015.

  • UNIVERSITY OF ZAGREB

    FACULTY OF CIVIL ENGINEERING

    Marko Bajić

    EFFICIENCY ANALYSES OF IRRIGATION SYSTEMS

    MASTER'S THESIS

    Mentor: Duška Kunštek, Ph.D.Civ.Ein.

    Zagreb, 2015.

  • „Prinos usjeva nije određen količinom vode koja se primijeni na polje, već primijenjenom

    količinom pameti, u svakom slučaju ima više toga u pameti nego u vodi“.

    ALFRED DEAKIN, 1890

  • SADRŽAJ

    UVOD ........................................................................................................................................ 1

    1 EFIKASNOST NAVODNJAVANJA, TERMINOLOGIJA I DEFINICIJE .............. 2

    1.1 Klasični pojam efikasnosti navodnjavanja .................................................................. 3

    1.2 Definicije klasične efikasnosti ..................................................................................... 6

    1.3 Neoklasični pojam efikasnosti navodnjavanja .......................................................... 14

    2 GUBICI VODE PRILIKOM NAVODNJAVANJA .................................................... 16

    2.1 Metode navodnjavanja ............................................................................................... 16

    2.2 Analiza gubitaka vode u sustavima za navodnjavanje .............................................. 29

    2.3 Gubici vode prema načinu transporta vode ............................................................... 32

    2.4 Mjere poboljšanja sustava za navodnjavanje u cilju smanjenja gubitaka vode ......... 33

    3 METODE PRORAČUNA EFIKASNOSTI ................................................................. 37

    3.1 Konvencionalna metoda određivanja efikasnosti ...................................................... 37

    3.2 Proširenje konvencionalne metode određivanja efikasnosti ...................................... 38

    3.3 Nekonvencionalne metode određivanja efikasnosti .................................................. 38

    3.4 Izrada konačne metodologije proračuna efikasnosti za sustave navodnjavanja ........ 43

    4 SUSTAV NAVODNJAVANJA KARAŠICA ............................................................... 46

    4.1 SN Miholjac-Viljevo ................................................................................................. 47

    4.2 SN Kapelna ................................................................................................................ 52

    4.3 SN Kitišanci ............................................................................................................... 56

    5 ZAKLJUČAK ................................................................................................................. 61

    LITERATURA ....................................................................................................................... 63

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    1

    UVOD

    Poznato je da je voda sve više nezamjenjivi resurs u svim pogledima današnjeg života, od

    potreba industrije do proizvodnje hrane i potrebe pitke vode. Povećanim prirastom stanovništva

    i potrebom za sve većom proizvodnjom hrane, raste i potreba za vodom u svrhu navodnjavanja.

    Kako je voda relativno ograničen resurs, nastaje opasnost nestašice vode te je svaka mjera

    uštede vode dobro došla, kako za danas tako i za buduće generacije. Jedna od mjera kojima se

    želi povećati mogućnost gospodarenja vodom je povećanje učinkovitosti navodnjavanja.

    Efikasnim navodnjavanjem se želi maksimalno povećati količina uroda uz smanjenje utroška

    vode.

    Međutim, pojam efikasnosti navodnjavanja sadrži u svome značenju mnoge nejasnoće koje su

    dovele do pogrešna razmišljanja prilikom planiranja raznih gospodarskih mjera diljem svijeta.

    Prema tome, mnoge debate oko termina „efikasnost navodnjavanja“ se svode oko

    neodgovarajućeg shvaćanja pojma efikasnosti i što ono predstavlja (EPA, 2012).

    Prilikom izrade ovog rada, sagledalo se na temeljiti način što razna literatura nudi u okviru

    objašnjenja efikasnosti navodnjavanja isključivo s gledišta potrošnje vode. Ostala razmatranja

    efikasnosti nisu sastavni dio ovog rada te je o njima malo ili ništa rečeno.

    Kao prvo, bilo je potrebno utvrditi glavne definicije efikasnosti i dati prijedlog nekih

    standardnih oznaka. Naime, u literaturi ne postoje standardizirane oznake i definicije

    efikasnosti, već razne interpretacije mnogih autora. Naknadno su se razvili i objasnili koncepti

    efikasnosti i njihova međusobna povezanost u svrhu određivanja ukupne efikasnosti sustava za

    navodnjavanje.

    Detaljnim opisom svih parametara koji utječu na efikasnost i analizom postojećih metoda za

    proračun efikasnosti, dao se konačni prijedlog proračuna ukupne efikasnosti sustava za

    navodnjavanje, od razine polja do regionalne razine, odnosno više sustava povezanih u cijelini.

    Prema takvoj metodi se proračunala ukupna efikasnost navodnjavanja na postojećim sustavima

    za navodnjavanje u Hrvatskoj.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    2

    1 EFIKASNOST NAVODNJAVANJA, TERMINOLOGIJA I DEFINICIJE

    Efikasnost je bezdimenzionalni pokazatelj učinkovitosti nekog sustava, u kojem se ulaznim

    podacima, kroz razne procese, dobiju izlazni podaci umanjeni za određeni dio gubitaka. Odnos

    izlaznih i ulaznih podataka daje prikaz efikasnosti nekog sustava.

    Slika 1.1 Shema efikasnosti nekog sustava

    Efikasnost sustava za navodnjavanje je bezdimenzionalni parametar kojim se određuje

    učinkovitost navodnjavanja. Na prvi pogled, jednostavan opis pojma efikasnosti, zapravo skriva

    mnoge nejasnoće i stvara probleme kod određivanja i razumijevanja definicija efikasnosti

    navodnjavanja. Naime efikasnost navodnjavanja ovisi o mnogim parametrima kao što su tip tla,

    način navodnjavanja, duljini polja, načinu navodnjavanja i mnogim drugima. Prema tome bilo

    je potrebno odrediti točne definicije efikasnosti u svrhu boljeg upravljanja sustavima za

    navodnjavanjem i samim time većim uštedama vode i novaca.

    Kroz povijest su se razvijale razne definicije učinkovitosti, te se mogu pronaći u raznim

    literaturama. (Israelsen, 1944) definira učinkovitost primjene vode kao „omjer količine vode

    koja se pohranjuje u zoni korijena biljaka te na kraju potroši (evapotranspiracija)“. (Kruse,

    1978) je definirao učinkovitost navodnjavanja kao „omjer volumena vode korišten od usjeva i

    volumena vode primijenjen za navodnjavanje“.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    3

    Danas prema nekim autorima, (Seckler et al, 2003) dijele se pojmovi efikasnosti na klasične

    pojmove, gdje su objašnjene i određene efikasnosti po pojedinim kriterijima i neoklasične

    pojmove, gdje se zapravo prijašnji pojmovi proširuju.

    Većina literature koja se bavi konceptom efikasnosti navodnjavanja je široka i kompleksna,

    stvara pojmove efikasnosti s različitih gledišta (ekonomskog, inženjerskog, poljoprivrednog,

    itd.) ovisno o potrebnom tipu pokazatelja. Poljoprivredniku je bitniji omjer dobivenog

    proizvoda i uložene vode (kg usjeva/ m3 vode), projektantu sustava za navodnjavanje bitnija je

    učinkovitost sustava kao bezdimenzionalni parametar, ekonomistu omjer dobitka i troška

    (Ahad, 2012).

    U kontekstu ovog diplomskog rada bit će obrađen samo onaj dio koji se odnosi na pokazatelje

    efikasnosti u odnosu na gubitke vode koji se javljaju u sustavu za navodnjavanje, odnosno

    bezdimenzionalni pokazatelji efikasnosti sustava za navodnjavanje.

    1.1 Klasični pojam efikasnosti navodnjavanja

    Prije nego li je pojam efikasnosti navodnjavanja ušao u uporabu, postojao je koncept „dužnost

    navodnjavanja“ odnosno potrebna količina vode koju je potrebno izdvojiti iz izvora i primijeniti

    na polje u zoni korijena biljaka (Willardson et al., 1994). Takav pokazatelj je bio koristan

    inženjerima za projektiranje spremnika i sistema transporta vode radi potrebe navodnjavanja,

    međutim nije bio nikakav pokazatelj je li neki sustav bolji od drugog i nije se mogla odrediti

    efikasnost takvih sustava. Na temelju tih nedostataka je nastao pojam efikasnosti navodnjavanja

    (Seckler et al., 2003).

    Veliki napredak u definiranju pojmova efikasnosti navodnjavanja dao je Israelsen u svojim

    radovima; njegove definicije efikasnosti direktno se odnose na inženjerski koncept

    učinkovitosti (bezdimenzionalni parametri) primijenjen na području navodnjavanja.

    (Willardson et al., 1994). Takvi pojmovi će se kasnije (Keller et al., 1995) definirati kao

    pojmovi „klasične efikasnosti navodnjavanja“.

    (Keller et al., 1996) navode da je primarna uloga pri navodnjavanju zadovoljiti

    evapotranspiracijsku potrebu usjeva (Eta) (količinu vode potrebnu biljki za rast) umanjenu za

    efektivnu oborinu (Pe) odnosno zadovoljiti tzv. neto evapotranspiracijsku potrebu, (NET, „net

    evapotranspiration“). Omjer NET-a i primijenjene vode, ovdje navedene kao zahvaćene iz

    izvora (DIV), je tzv. klasični pojam efikasnosti navodnjavanja (CE).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    4

    U klasičnim definicijama efikasnosti navodnjavanja, izgubljena voda, odnosno neefikasni dio

    navodnjavanja, se smatra neiskorištenim i ne primjenjuje se ponovno u sustavu. Tako se

    zapravo podcjenjuje prava vrijednost efikasnosti sustava (Seckler et al, 2003).

    Treba još istaknuti da se kod ovakve definicije i sličnim definicijama u raznim literaturama,

    (Fairweather, 2003; Seckler et al, 2003; Burman et al. 1983; Heermann et al. 1992;

    Bos et al. 1984; Machibya, 2004) uzima u obzir striktno potreba vode za biljkom te se ne ulazi

    u detalje oko raznolikosti parametara koje utječu na ukupnu efikasnost navodnjavanja. Prema

    tome, kod nekih autora (Seckler et al, 2003; Burman et al. 1983; Heermann et al. 1992;

    Bos et al. 1984) se nailazi na razne podjele efikasnosti na više segmenata, koje se uglavnom

    svode na dva glavna aspekta navodnjavanja, odnosno transport i primjena vode na polje:

    Efikasnost transporta (Ec, „conveyance efficiency“), razmatraju se gubici od zahvata

    vode do ulaska na polje (bitan je način transporta)

    Efikasnost primjene na polje (Ea, „application efficiency“), razmatraju se gubici vode

    na samome polju (bitan je način navodnjavanja).

    U pravilu, efikasnost je bezdimenzionalni parametar koji ima raspon vrijednosti od 0 do 1 ili 0

    do 100 %. Veća vrijednost efikasnosti bi, prema tome, trebala značiti veći učinak usjeva.

    Međutim, u slučaju navodnjavanja nije uvijek tako. Visoke vrijednosti efikasnosti bi se mogle

    postići, na primjer, kod manjka vode gdje se sva primijenjena voda na polje zapravo iskoristi,

    ali nije dostatna za rast biljke (Rogers et al., 1997). Prema tome, (Van der Merve, 2008) navodi

    da je potrebno specificirati parametre efikasnosti na ono što se zapravo one odnose te uzeti u

    obzir svaki blagotvorni učinak navodnjavanja (zaštita od mraza, soli, itd.) ili manjak, tako da

    se sa takvim pokazateljima dobije prava slika o efikasnosti nekog sustava za navodnjavanje i

    po potrebi optimizira.

    Pojedini autori, koji se bave ovom problematikom (Barrett Purcell & Associates, 1999),

    napravili su nekakav radni okvir (Slika 1.2) pomoću kojeg su opisali sve procese pri

    određivanju efikasnosti sustava za navodnjavanje.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    5

    Slika 1.2 Radni okvir za određivanje efikasnosti sustava za navodnjavanje

    (Barrett Purcell & Associates, 1999)

    (Machibya, 2004) pokušali su na sličan način (Slika 1.3) prikazati sistem određivanja

    efikasnosti navodnjavanja nekog polja prema više parametara.

    B. Purcell prikazuje efikasnost navodnjavanja kao aspekt koji ima dvije grane. Jedna se bavi s

    gledišta bilance vode (bezdimenzionalni parametri), a druga s gledišta omjera uroda i utrošene

    vode (Barrett Purcell & Associates, 1999), dok (Machibya, 2004) prikazuje samo

    bezdimenzionalne parametre (Slika 1.3)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    6

    Slika 1.3 Shema određivanja efikasnosti navodnjavanja (Machibya et al., 2004)

    1.2 Definicije klasične efikasnosti

    U ovome poglavlju nastoji se dati na uvid neke od glavnih definicija efikasnosti navodnjavanja

    ili, bolje rečeno, parametara, prilikom čega je selektivni odabir definicija opravdan

    poteškoćama u pronalaženju standardnih naziva pojedinih efikasnosti. Naime, razni autori iz

    raznih zemalja svijeta koriste drugačije nazive i drugačije oznake za iste ili jako slične

    parametre efikasnosti.

    U nastavku su prikazane i objašnjene sve definicije efikasnosti koje su se mogle pronaći, a da

    su međusobno neovisne.

    - Efikasnost transporta vode

    - Efikasnost primjene

    - Efikasnost akumuliranja vode u tlu

    - Efikasnost akumuliranja vode u spremnicima

    - Efikasnost distribucije vode

    - Stupanj ujednačenosti

    - Efikasnost navodnjavanja.

    Sve definicije, međutim, imaju jednu poveznicu: princip bilance vode, gdje se uvijek proračuna

    gubitak vode (ili pretpostavi) te količinu korisne vode umanjenu gubicima podjeli s ukupnom

    količinom primijenjene vodom.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    7

    Efikasnost transporta vode (Ec, „conveyance efficiency“)

    Efikasnost transporta vode je postotak vode koja transportom od izvora dospije do sustava za

    navodnjavanje polja (Rogers et al., 1997). Smatraju se samo gubitci koji se javljaju tijekom

    transporta prije nego li voda dospije do samog sustava za navodnjavanje polja. Vrijednosti

    variraju prema načinu transporta (otvorenog i zatvorenog tipa), održavanju transportnih sistema

    (uređivanje pokosa, obloge kanala, popravak i zamjena cijevi) i vremena uporabe (nove cijevi,

    stare cijevi). Izrazom (3) matematički se definira efikasnost transporta:

    100w

    wE

    s

    fc [%] [1]

    gdje su,

    Wf – isporučena voda do sustava za navodnjavanje polja [m3]

    Ws –zahvaćena voda iz izvora [m3]

    Wf se računa na način da se od Ws oduzmu gubici prilikom transporta. O vrstama gubitaka i

    načinu mjerenja bit će rečeno više u poglavlju (2).

    Slika 1.4 Otvoreni kanal za transport vode za natapanje polja (MR Control Systems

    International Inc., 2015)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    8

    Efikasnost primjene vode (Ea, „application efficiency“)

    Efikasnost primjene vode je postotak vode dospjele na polje preko sustava za navodnjavanje

    (površinskog, podzemnog i kišenjem) koju koriste biljke (Rogers et al., 1997). Smatraju se

    gubici koji se javljaju prilikom navodnjavanja poljoprivredne površine (evaporacija, otjecanje,

    perkolacija, itd.) dani su od strane proizvođača i sadrže sve podatke o gubicima na pojedinim

    sustavima (pod tlakom). Izrazom (2) matematički se definira efikasnost primjene:

    100W

    WE

    f

    ca [%] [2]

    gdje su,

    Wc –blagotvorno korištena voda [m3]

    Wf – isporučena voda do sustava za navodnjavanje polja [m3]

    Wc se računa tako da se odrede prije spomenuti gubici te oduzmu od predviđene količine vode

    isporučene na polje.

    Slika 1.5 Navodnjavanje prelijevanjem sifonskim cijevima (Brouwer et al., 1985)

    Ea daje na uvid koliko dobro sustav za navodnjavanje polja zadovoljava njegov primarni

    zadatak, odnosno prihranjuje korijenje biljaka vodom. Često se Ea pogrešno interpretira kao

    efikasnost akumuliranja tla vodom (Es, „field water storage efficiency“), što predstavlja

    omjer količine akumulirane vode u zoni korijena biljaka koje usjev iskoristi uslijed

    navodnjavanja (Rogers et al., 1997). Međutim korištenje takve terminologije „Es“ u tome

    kontekstu se ne koristi zbog poteškoća određivanja zone korijenja biljaka te se zapravo sve

    uračuna u gubitke prilikom određivanja efikasnosti primjene navodnjavanja.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    9

    Efikasnost akumuliranja vode u spremnicima (Ers, „reservoir storage efficiency“)

    Efikasnost akumuliranja vode u spremnicima je sličnog naziva kao efikasnost akumuliranja tla

    vodom, ali se odnosi na kompletno drugačiji aspekt akumuliranja vode (spremnicima,.

    prirodnim i umjetnim bazenima, itd.). Pokazuje omjer zadržane vode u spremnicima umanjene

    za gubitke (perkolacija, evaporacija, procjeđivanje, itd.) i vode koja se iz spremnika koristi za

    navodnjavanje (James, 1988). Izrazom (3) matematički se definira efikasnost akumuliranja u

    spremnicima:

    100W

    WWE

    0

    0rs

    [%] [3]

    gdje su;

    W0 – akumulirana voda u spremniku [m3]

    ∆W – gubici vode iz spremnika [m3]

    Gubici vode iz spremnika ovise o mnogim faktorima kao što su vrste i materijal spremnika

    (otvoren, zatvoren, propustan, nepropustan, itd.), o jačini sunčevog zračenja te brzini

    evaporacije vode iz otvorenih bazena.

    Efikasnost distribucije vode (Ed, „distribution efficiency“)

    Efikasnost distribucije vode je omjer dubine vode primijenjene na najmanje navodnjenom

    dijelu polja i prosječne dubine infiltrirane vode na cijelome polju (Rogers et al., 1997).

    Izrazom (4) matematički se definira efikasnost distribucije:

    100d

    y1Ed

    [%] [4]

    gdje su,

    y –prosječna numerička devijacija u dubini vode akumuliranoj tijekom navodnjavanja

    (Average absolute numerical deviation in depth of water stored from average depth

    stored during the irrigation) [m]

    d – prosječna dubina vode akumulirana tijekom navodnjavanja [m]

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    10

    Ed prikazuje stupanj ujednačenosti količine vode koja se infiltrira u zemlju i primijenjene vode

    na površinu. Međutim, kao i efikasnost akumuliranja tla vodom, nailazi se na poteškoće

    prilikom određivanja takvih parametara (y, d), ali za razliku od Es danas postoje načini za

    mjerenje takvih gubitaka na direktan ili indirektan način.

    Koncept ujednačenosti distribucije i način mjerenja na indirektan način za sprinkler sustave

    prvi je razvio (Christiansen, 1942), gdje se ujednačenost mjeri „catch-can“ metodom.

    100X

    xX1CU

    [%] [5]

    gdje su,

    X –dubina vode u svakoj kanti („catch-can“) [cm]

    x –prosječna dubina vode u kantama [cm]

    U kap po kap sustavima, efikasnost distribucije je mjera varijacije protočnih rasprskivača uzduž

    polja (Van der Merve, 2008). Mjerenje dubina infiltracije u ovakvim sustavima je otežano te se

    uobičajeno proračunava parametar ujednačenosti emisije (EU, „emission uniformity“) umjesto

    Ed. Matematičkim izrazom (6) definiran je EU:

    100q

    q

    n

    COV27,11EU

    sr

    min

    [%] [6]

    gdje su,

    COV – koef. varijacije protoka emitera (tvorničke postavke) [1]

    n – broj emitera po biljki

    qmin– minimalni protok emitera u redu [l/s]

    qsr – srednji protok emitera u redu [l/s]

    Općenito, visoki stupanj ujednačenosti je povezan sa najboljim uvjetima rasta biljaka jer svaka

    biljka ima jednake mogućnosti za pristup primijenjenoj vodi. Neujednačenost se javlja tamo

    gdje se voda nanosi pretjerano ili premalo te gdje voda infiltrira ispod razine korijena biljaka

    (Slika 1.6). EU i CU parametri zapravo spadaju u posebnu kategoriju mjerenja efikasnosti

    distribucije, odnosno mjere stupanj ujednačenosti (Ud)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    11

    Slika 1.6 Prikaz ujednačenosti distribucije i infiltracije (Rogers et al., 2011)

    Stupanj ujednačenosti distribucije (Ud, „distribution uniformity“)

    Stupanj ujednačenosti distribucije je postotak srednje primijenjene vode nanošene na najmanjoj

    navodnjenoj četvrtini polja (Rogers et al., 1997). Zapravo je vrlo sličan Ed, razlikuje se u tome

    što je Ud određen indirektnim metodama (ne mjeri se infiltrirana voda u tlo) za pojedine načine

    navodnjavanja, ponekad se koristi kao zamjena za Ed (Izraz 5, 6). Daje na uvid širinu problema

    ujednačenosti distribucije vode, može biti definiran kao postotak od srednje količine

    primijenjene vode, nanesene u najnižoj četvrtini polja.

    Ud je lakše proračunati nego Ed i koristi se u široj primjeni. Izrazom (7) matematički se definira

    stupanj ujednačenosti:

    100X

    LU

    m

    qd [%] [7]

    gdje su,

    Lq– prosječna donja četvrtina dubine infiltrirane vode [mm]

    Xm– srednja dubina/visina infiltrirane vode [mm]

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    12

    Slika 1.7 Prikaz teoretskih vrijednosti efikasnosti distribucije i primjene vode prema načinu

    navodnjavanja (Rogers et al., 2011)

    (Slika 1.7) prikazuje različitosti interpretacija pojedinih parametara efikasnosti (Ed, Ea).

    Pretpostavljeno je da voda ne otječe ,već se 100 % infiltrira u tlo.

    Primjeri površinskog navodnjavanja (A), (B) i (C) predstavljaju tri slučaja prekomjernog

    navodnjavanja samo jednog dijela polja te prikazuju pojedine efikasnosti. Primjeri (D), (E) i

    (F) mogu se smatrati kao navodnjavanja polja okružena žljebovima gdje se voda više zadržava.

    Navodnjavanje sa sprinkler sustavom prikazano je na primjerima (G), (H), i (I).

    Iz primjera je vidljivo da, i ako postoje 100 %-tne efikasnosti jednog parametra unutar područja,

    kretanje vode može izazvati neujednačenu pohranu, što je rezultat nedovoljnog zalijevanja na

    padinama i pretjeranog zalijevanja u ravnim područjima.

    To daje predodžbu o tome kako sama efikasnost primjene vode ne pokazuje uvijek uvjet za

    navodnjavanje na polju. Potrebno je prema tome pogledati sve aspekte radi proračuna

    efikasnosti.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    13

    Efikasnost navodnjavanja (Ei, „irrigation efficiency“)

    Efikasnost navodnjavanja se odnosi na omjer isporučene vode na polje koje je korisno za biljku

    u više pogleda osim prihranjivanja biljke vodom (ispiranje tla, hlađenje usjeva, kod primjene

    pesticida ili gnojiva ili zaštitu od smrzavanja). Sadrži sve prethodne parametre uz napomenu da

    se onaj dio vode koji se koristi u druge svrhe osim prihranjivanja biljke vodom uzima posebno

    kao dodatak, a ne kao potrošnja vode u ukupnoj bilanci (Rogers et al., 1997). Izrazom (8)

    matematički se definira efikasnost distribucije:

    100Wf

    WbEi [%] [8]

    gdje su,

    Wb –blagotvorno korištena voda [m3]

    Wf –isporučena voda do sustava za navodnjavanje polja [m3]

    Efikasnost navodnjavanja sadrži u sebi sve pojmove efikasnosti do sad navedene (Slika 1.3).

    Mjera je učinkovitosti sustava i direktno se veže na pojam klasične definicije efikasnosti

    navodnjavanja (CE). Pojmovi se mogu naizmjenično koristiti, prema tome, ovdje će se koristiti

    izraz Ei za definiciju klasične efikasnosti navodnjavanja polja.

    Tablica 1.1 Parametri efikasnosti sustava za navodnjavanje

    Parametri Opis Izraz [%] Indikatori Index

    Efikasnost

    transporta

    Postotak vode od

    izvora koje transportom

    dospije do sustava za

    navodnjavanje polja

    Ec = 100 (Wf/Ws)

    Wf– isporučena voda do

    sustava za navodnjavanje

    polja,

    Ws – zahvaćena voda iz

    izvora

    Ec

    Efikasnost primjene

    vode

    Postotak vode dospjele

    na polje preko sustava

    za navodnjavanje koje

    biljke koriste

    Ea = 100 (Wc/Wf)

    Wc– blagotvorno korištena

    voda,

    Wf – isporučena voda do

    sustava za navodnjavanje

    polja

    Ea

    Efikasnost

    akumuliranja vode u

    tlu

    Omjer količine

    akumulirane vode u

    zoni korijena biljaka

    koje usjev iskoristi

    uslijed navodnjavanja

    Es = 100 Wi/ (Gc - Wo)

    Wi – količina vode u tlu (od

    jednog navodnjavanja),

    Gc – kapacitet tla za vodu

    (poljski vodni kapacitet),

    Wo – početni volumen vode

    u tlu

    Es

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    14

    Tablica 1.2 Nastsvak parametri efikasnosti sustava za navodnjavanje

    Parametri Opis Izračun [%] Indikatori Index

    Efikasnost

    akumuliranja vode u

    spremnicima

    Omjer zadržane vode u

    spremnicima umanjene

    za gubitke

    Ers = 100 (W0 - ∆W)/ W0

    W0– akumulirana voda u

    spremniku,

    ∆W – gubici vode iz

    spremnika

    Ers

    Efikasnost

    distribucije vode

    Omjer dubine vode

    primijenjene na

    najmanje navodnjenom

    dijelu polja i prosječne

    dubine infiltrirane vode

    na polju

    Ed = 100 [1- (y/d)]

    y – prosječna numerička

    devijacija u dubini vode

    akumuliranoj tijekom

    navodnjavanja,

    d – prosječna dubina vode

    akumulirana tijekom

    Ed

    Stupanj

    ujednačenosti

    distribucije

    Postotak srednje

    primijenjene vode

    nanošene na najmanjoj

    navodnjenoj četvrtini

    polja

    Ud = 100 ( Lq / Xm)

    Lq – prosječna donja

    četvrtina dubine infiltrirane

    vode,

    Xm – srednja dubina

    infiltrirane vode

    Ud

    Efikasnost

    navodnjavanja

    Odnosi se na omjer

    isporučene vode na

    polje koje je korisno za

    biljku u više pogleda

    osim prihranjivanja

    biljke vodom

    Ec = 100 (Wb/Wf)

    Wb –blagotvorno korištena

    voda,

    Wf – isporučena voda do

    sustava za navodnjavanje

    polja,

    Ei

    1.3 Neoklasični pojam efikasnosti navodnjavanja

    Neoklasični koncept efikasnosti navodnjavanja razvio se kao posljedica sve većeg interesa za

    navodnjavanje s gledišta sustava na šire perspektive upravljanja i politike za navodnjavanje u

    kontekstu vodnih resursa u cjelini, odnosno u cijelom riječnom slivu. Uskoro je postalo jasno

    da je iz ove perspektive koncept klasične efikasnosti bio pogrešan. Razlog tome je što gubici

    vode kod klasične efikasnosti nisu nužno stvarni gubici vode u sustavu kao cjelini. Mnogi od

    tih gubitaka samo su gubici na papiru jer su zarobljeni i reciklirani drugdje u sustavu. Iako je

    ovaj problem vjerojatno bio uočen odavno, radovi pojedinih autora (Wright, 1964;

    Bagley, 1965 i Jensen,1967) su prvi koji o ovoj temi pišu izričito i jasno.

    Mjere recikliranja vode postavile su „problemske situacije“ koje su dovele do onog što

    nazivamo neoklasični koncept efikasnosti navodnjavanja. (Seckler et al., 2003)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    15

    Ako je u klasičnom konceptu efikasnost bila izražena na razini efikasnosti navodnjavanja polja,

    kod neoklasičnog koncepta pojam se proširuje na više razina. Konkretno (Machibya, 2004),

    navode tri razine (Slika 1.8). Od efikasnosti na pojedinačnom polju, preko efikasnosti na razini

    farme (ili više polja povezani preko istog sustava za navodnjavanje), do regionalne razine ili

    razine više neovisnih sustava međusobno povezanih korištenjem i reciklažom vode zahvaćene

    s istog izvora.

    Slika 1.8 Različite razine na kojima se razmatraju efikasnosti navodnjavanja

    (Fairweather, 2003)

    Proračuni efikasnosti na svim razinama baziraju se na koncept očuvanja količine vode unutar

    samog sustava odnosno bilance vode. Međutim, da bi se to ostvarilo potrebno je precizno

    definirati granice područja na svim razinama (Fairweather, 2003). O načinu proračuna i

    metodama koje se danas koriste pri proračunu efikasnosti bit će rečeno više u poglavlju (3).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    16

    2 GUBICI VODE PRILIKOM NAVODNJAVANJA

    Gubici vode su prisutni tijekom cjelokupnog procesa navodnjavanja, bitno ih je pronaći i

    kategorizirati. Osim toga, bitno je navesti granice u kojima se gubici događaju. Bitan su

    pokazatelj pri određivanju efikasnosti navodnjavanja jer ulaze direktno ili indirektno u

    proračune efikasnosti.

    Općenito u navodnjavanju postoje tri glavne vrste gubitaka koje se mogu javiti:

    Evaporacija sa površine polja, lišća biljaka, iz akumulacija (bazeni, spremnici) i

    evapotranspiracija korova

    Perkolacija kroz tlo, dok se dovodi do polja i na samome polju

    Višak vode zbog loše procjene vremena navodnjavanja, otjecanje sa površine tla.

    Zamisao ovog poglavlja je prikazati gubitke podijeljene u dvije faze navodnjavanja u kojima

    se ti gubici događaju, a to su:

    - Gubitci pri transportu vode

    - Gubitci prema načinu navodnjavanja.

    Međutim, nije sva voda koja se izgubi zapravo izgubljena. Voda se izgubi jedino evaporacijom

    i ulaskom u more. Prema tome, izgubljenom vodom se smatra nepovratni izlazak vode izvan

    granica promatranog područja koje se navodnjava.

    2.1 Metode navodnjavanja

    Da bi se mogli odrediti gubici pri načinu navodnjavanja, potrebno je prvo navesti metode

    navodnjavanja. Navodnjavanje se kao uzgojna mjera izvodi na osnovno ili redovito te dopunsko

    ili povremeno navodnjavanje.

    Osnovno ili redovito navodnjavanje se izvodi kao temeljna melioracijska i agrotehnička mjera

    u tehnološkom procesu biljne proizvodnje u sušnim predjelima gdje je primarni preduvjet za

    bilo kakvu poljoprivrednu proizvodnju. To su predjeli svijeta sa manje od 300 mm ukupnih

    godišnjih oborina, koje ne osiguravaju životne uvjete za kulturne biljke i gdje bez

    navodnjavanja nema biljne proizvodnje (Afrika, Azija, Južna Amerika, dijelovi Bliskog istoka).

    Dopunsko ili povremeno navodnjavanje se prakticira u umjerenim klimatskim područjima gdje

    nije osnovna nego samo korekcijska, melioracijska i agrotehnička mjera.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    17

    Koristi seu glavnom u sušnim i toplim periodima godine, kada nema dovoljno oborina. Obavlja

    se povremeno, ovisno o potrebi, a čini ˝dopunu˝ prirodnim oborinama. Upravo u Hrvatskoj

    dopunsko navodnjavanje nalazi svoju pravu vrijednost u suvremenoj i tržišnoj poljoprivredi.

    Izbor načina navodnjavanja ovisi o kulturi, klimatskim i zemljišnim prilikama, opremi, iskustvu

    i znanju poljoprivrednika - korisnika sustava. Danas se svi načini i sustavi navodnjavanja mogu

    razvrstati u sljedeće metode:

    - Površinsko navodnjavanje

    - Podzemno navodnjavanje

    - Navodnjavanje kišenjem

    - Lokalizirano navodnjavanje

    Površinsko navodnjavanje

    Površinski načini navodnjavanja su najstariji i predstavljaju klasično navodnjavanje

    poljoprivrednih kultura. Statistički gledano, i danas u svijetu dominiraju sustavi površinskog

    navodnjavanja (oko 60%) koji su vezani uz tehnologiju uzgoja poljoprivrednih kultura, prije

    svega riže u zemljama u razvoju. Sustavi za površinsko navodnjavanje temelje se na principu

    slobodnog tečenja vode u prirodi djelovanjem sile gravitacije pa se stoga nazivaju i gravitacijski

    sustavi navodnjavanja poljoprivrednih kultura. Osnovni princip površinskog navodnjavanja je

    da se voda dovodi na proizvodnu površinu gdje u tankom sloju stoji, otječe i upija se u tlo.

    Prema raspodjeli vode po površini terena, razlikuju se sljedeći načini površinskog

    navodnjavanja:

    - navodnjavanje potapanjem (preplavljivanje)

    - navodnjavanje prelijevanjem (rominjanje)

    - navodnjavanje u brazdama (Romić, 2014)

    Navodnjavanje potapanjem

    Navodnjavanje potapanjem ili preplavljivanjem moguće je izvesti pomoću dva sustava;

    sustavom kasete i sustavom lokvi.

    a) Pri sustavu kaseta voda se ulijeva u kasete i potapa površinu u debljem ili tanjem sloju

    te se upija u tlo. Potapanje ili poplavljivanje može trajati kraće vrijeme, nekoliko dana ili dulje

    vrijeme kroz nekoliko mjeseci. Veličine kaseta su vrlo različite, od 1 ha do 2 ha pa i veće ovisno

    o raspoloživom zemljištu, mogu biti pravilnog ili nepravilnog oblika.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    18

    Slika 2.1 Navodnjavanje potapanjem (Brouwer et al., 1985)

    Uobičajeno su to veliki sustavi površinskog navodnjavanja s vrlo složenim hidrotehničkim

    građevinama za dovođenje, raspodjelu i odvođenje vode po završetku vegetacije. Prilikom

    navodnjavanja potapanjem upotrebljavaju se ogromne količine vode koje plave velike površine

    te se stvaraju močvarni uvjeti. Zbog toga je na navodnjavanim poljima nužno izgraditi dobar i

    učinkovit sustav odvodnje radi brzoga odvođenja suvišnih površinskih i podzemnih voda

    b) Kod navodnjavanja lokvama voda se ulijeva u male ograđene parcele – lokve koje se

    izrađuju oko navodnjavane kulture. Sustav lokava uglavnom se koristi za navodnjavanje

    drvenastih kultura – voćke, vinova loza, ukrasno bilje, parkovi. Lokve se izvode samo oko

    biljke (debla) u obliku kvadrata ili kruga i ograđuju malim zemljanim nasipom. Voda se u lokve

    dovodi brazdama ili cijevima. Navodnjava se samo mala površina lokvi, a ostala površina je

    suha i omogućuje kretanje poljoprivredne mehanizacije. Prednosti ovakvog sustava su

    korištenje manje količine vode, preciznije dodavanje vode i manje pogoršanje fizikalnih

    svojstava tla (Madjar, 2009).

    Navodnjavanje prelijevanjem

    Navodnjavanje prelijevanjem ili rominjanje se manje primjenjuje kod nas. Pretežito se koristi

    za višegodišnje kulture kao što su djetelina i djetelinsko-travne smjese, livade i pašnjaci.

    Osnovni princip navodnjavanja prelijevanjem je da se voda prelijeva (rominja) preko uređene

    površine na nagibu i u tankome sloju upija u tlo. Primjena ovoga načina navodnjavanja zahtjeva

    preciznu pripremu zemljišta. Praksa navodnjavanja prelijevanjem može se obavljati niz prirodni

    ili umjetni obronak ili padinu. Potrebni padovi terena mogu biti između 1% i 3% u smjeru

    dužine stranice što omogućava tečenje vode po površini (Madjar, 2009).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    19

    Navodnjavanje prelijevanjem ima više nedostataka. Zahtjeva velike i precizne zemljane radove

    za uređenje parcela i cijeloga sustava. Pri navodnjavanju se vlaži cijela površina pa dolazi do

    pogoršanja fizikalnih i vodnih svojstava tla, erozije i raspadanja strukturnih agregata.

    Slika 2.2 Navodnjavanje prelijevanjem (Brouwer, et al., 1985)

    Navodnjavanje brazdama

    Kod ovoga načina površinskog navodnjavanja voda se dovodi i raspoređuje po površini

    određene parcele u brazdama iz kojih se tada procesom infiltracije postepeno upija u tlo.

    Navodnjavanje brazdama se primjenjuje kod okopavanja voća i povrća (Madjar, 2009).

    a) b)

    Slika 2.3 Navodnjavanje brazdi: a) prelijevanjem, b) sifonskim cijevima

    (Brouwer, et al., 1985)

    Upuštanje vode u same brazde najčešće se izvodi pomoću plastičnih cijevi koje se nazivaju

    sifoni ili teglice ili prelijevanjem vode (Slika 2.3). Oni ujedno služe i za točno doziranje količine

    vode u svaku brazdu.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    20

    Podzemno navodnjavanje

    Ovim se načinom voda podzemnim putem dovodi neposredno u zonu korijenskog sustava

    kulturnih biljaka. Voda se dodaje i raspoređuje samo unutar rizosfernog sloja tla, a ne i po

    površini. Sustavima podzemnog navodnjavanja održava se sadržaj vode u rizosferi unutar

    granica optimalne vlažnosti tla za biljke.

    Prednosti podzemnog navodnjavanja su sljedeći: ne navodnjava se površina zemljišta, ne stvara

    se pokorica, nema narušavanja strukture tla. Površina navodnjavanih parcela je slobodna i suha,

    nema zapreka za kretanje ljudi i strojeva tijekom proizvodnog procesa uzgoja kulturnih biljaka.

    Međutim ideja podzemnog navodnjavanja je tehnički prilično zahtjevna. Zemljište za

    podzemno navodnjavanje mora biti ravno, lakšeg mehaničkog sastava i dobre vertikalne

    vodopropusnosti te povoljnog kapilarnog dizanja vode (Romić, 2014)

    Najčešće se primjenjuju dva načina podzemnog navodnjavanja: regulacija razine podzemne

    vode otvorenim kanalima i navodnjavanje podzemnim cijevima (subirigacija).

    Regulacija razine podzemne vode otvorenim kanalima

    Podzemno navodnjavanje pomoću otvorenih kanala ili prirodnih vodotoka moguće je izvesti na

    poljoprivrednim površinama gdje postoji izgrađena kanalna mreža za odvodnju suvišnih voda.

    Voda se infiltrira iz otvorenih kanala u tlo i bočno širi na oranice.

    Kanali koji uobičajeno služe za odvodnju suvišnih voda u hladnom i vlažnom dijelu godine,

    mogu tijekom ljetnih mjeseci i suše poslužiti za kontrolirano održavanje razine podzemne vode

    te navodnjavati poljoprivredne kulture (Madjar, 2009).

    Za ovaj način navodnjavanja odvodni sustavi se moraju prilagoditi dvostrukoj namjeni tipa

    odvodnja – navodnjavanje. Primjeri podzemnog navodnjavanja otvorenom kanalskom mrežom

    u Republici Hrvatskoj su Baranja (Podunavlje) i područje donjeg toka rijeke Neretve.

    Slika 2.4 Podzemno navodnjavanje otvorenim kanalima (Madjar, 2009)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    21

    Navodnjavanje podzemnim cijevima

    Drugi način podzemnog navodnjavanja, kod kojega se u tlo ugrađuju na određenu dubinu i

    razmake perforirane cijevi ili cijevi sa posebnim kapaljkama kroz koje voda pod tlakom, izlazi

    i lagano se upija u rizosferni sloj tla (zoni korenja). Sustav navodnjavanja podzemnim cijevima

    sličan je cijevnoj drenaži koja u hidrotehnici služi za odvođenje suvišnih voda.

    Slika 2.5 Podzemno navodnjavanje cijevnom drenažom (Madjar, 2009)

    Najvažnije prednosti navodnjavanja podzemnim cijevima su: tlo se vlaži kapilarnim širenjem

    vode (u zoni korijena) pa se ne narušava njegova struktura, ne stvara se pokorica tla i ne dolazi

    do zbijanja tla, vlažnost tla je skoro uvijek optimalna, troše se manje količine vode, biljke bolje

    koriste hranjive tvari iz tla i ne ometa se rad poljoprivredne mehanizacije.

    Glavni nedostaci su složena tehnička izvedba i zahvati u tlu, često začepljenje perforacija ili

    kapaljki na cijevima i mogućnosti prevlaživanja, zamočvarivanja i zaslanjivanja tla. Sustavi

    podzemnog navodnjavanja cijevima su veliki tehnički i investicijski zahvati što u znatnoj mjeri

    ograničava primjenu u praksi.

    Navodnjavanje kišenjem

    Navodnjavanje kišenjem je način dodavanja vode nekoj kulturi u kojem se ona raspodjeljuje po

    površini terena u obliku kišnih kapljica, oponašanjem prirodne kiše. Voda se zahvaća na

    izvorištu crpkama i pod pritiskom se kroz sustav cjevovoda dovodi do proizvodnih

    poljoprivrednih površina gdje se pomoću rasprskivača raspodjeljuje u kapljicama po

    navodnjavanoj površini. Sve vrste kultura se mogu navodnjavati umjetnom kišom, od ratarskih,

    voćarskih, povrćarskih te vinograda i kultura u staklenicima i plastenicima. Može se primijeniti

    na ravnim i nagnutim terenima u različitim topografskim uvjetima.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    22

    Ne zahtijeva posebnu pripremu terena, učinkovito koristi vodu koja se može točno dozirati u

    norme i obroke navodnjavanja prema uzgajanoj kulturi, a tlo je manje izloženo pogoršanju

    fizikalnih svojstava. Međutim cijene uređaja i suvremene opreme vrlo su visoke, pogonski

    troškovi (gorivo, električna energija) su također znatni, neravnomjerna je raspodjela vode pri

    jakom vjetru,

    Prema načinu izgradnje i korištenja elemenata te organizacije rada, sustavi za navodnjavanje

    kišenjem mogu biti:

    - nepokretni ili stabilni;

    - polupokretni ili polustabilni;

    - pokretni ili prijenosni;

    - samopokretni ili samohodni.

    a) Nepokretni sustavi za navodnjavanje imaju izgrađenu crpnu stanicu i ukopane dovodne i

    razvodne cjevovode. Rasprskivači su fiksirani na navodnjavanoj površini i mogu se uključiti u

    rad prema potrebi. Ovi sustavi se grade za višegodišnje i visoko akumulativne kulture, kao što

    su voćnjaci i vinogradi te povrtne kulture na većim površinama. Zahtijevaju velika investicijska

    ulaganja u opremu i građevinske radove, a sustavi mogu poslužiti i za zaštitu od mrazeva u

    voćnjacima.

    b) Polupokretni sustavi se sastoje od ugrađene crpne stanice, ukopane mreže dovodnih

    cijevi te pokretnih razvodnih cijevi (kišnih krila) i prijenosnih rasprskivača. Dovodni cjevovodi

    su najčešće od željeznih, betonskih ili azbestnih cijevi koje podnose visoke pritiske vode (do

    10 bara). Pokretna kišna krila su najčešće od aluminijskih legura ili plastičnih materijala. Cijevi

    su standardiziranih dimenzija, vrlo lagane i međusobno se povezuju pomoću brzospajajućih

    spojnica. Kišenje se obavlja na jednoj radnoj poziciji u vremenu potrebnom da se realizira obrok

    navodnjavanja.

    c) Pokretni ili prijenosni sustavi se sastoje od opreme koja se u cijelosti može premještati

    tijekom rada. Svi elementi se pokretni – pumpa, cjevovodi, kišna krila i rasprskivači. Poslije

    navodnjavanja površine na jednom mjestu svi se elementi prenose na novu radnu poziciju. Ovi

    sustavi su pogodni za navodnjavanje na svim terenima gotovo svih poljoprivrednih kultura:

    ratarskih, povrtlarskih, voćarskih i cvjećarskih. Na kišna krila se postavljaju rasprskivači,

    posebne hidrauličke naprave koje služe za raspodjelu vode po površini u obliku kišnih kapi.

    (Romić, 2014)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    23

    Rasprskivač je najvažniji dio sustava jer o njemu ovisi i učinkovitost cijelog sustava. Glavni

    dijelovi rasprskivača su glava i mlaznica. Rasprskivač izbacuje vodu pod tlakom kroz mali

    otvor ili mlaznicu. Promjer mlaznice i tlak vode određuju intenzitet navodnjavanja. Većina

    rasprskivača vlaži tlo u obliku kruga. (Madjar, 2009)

    Slika 2.6 Rasprskivač za navodnjavanje kišenjem (Romić, 2014)

    Rasprskivači se na polju koje se navodnjava prijenosnim sustavima postavljaju po određenom

    rasporedu da bi se postiglo ujednačeno kišenje po cijeloj površini terena. Postoje različite

    kombinacije međusobnog postavljanja rasprskivača, ali se u praksi najviše primjenjuju

    kvadratni,pravokutni i trokutasti (Madjar, 2009).

    Slika 2.7 Položaj rasprskivača na lateralima (Madjar, 2009)

    d) Samohodni sustavi za navodnjavanje kišenjem su postavljeni na kotačima ili

    pokretnim okvirima, te se pomiču linijski (naprijed – nazad) ili kružno.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    24

    S obzirom na to da su uređaji sa rasprskivačima izdignuti iznad površine zemlje, omogućeno je

    navodnjavanje visokih ratarskih kultura, kao što su kukuruz i suncokret te ostale kulture visokog

    habitusa.

    Razlikuju se sljedeći tipovi samohodnih uređaja:

    1. samohodna bočna kišna krila;

    2. samohodne kružne prskalice;

    3. samohodni sektorski rasprskivači (Tifoni);

    4. samohodni automatizirani uređaji za linijsko ili kružno kretanje.

    1. Samohodna bočna kišna krila se sastoje od aluminijskih cijevi postavljenih na kotače

    i maloga pogonskog motora koji pokreće krilo u novi radni položaj. Širina zahvata krila je

    promjenjiva, a prilagođava se prema obliku i veličini parcele za navodnjavanje i kreće se od

    200 m do 400 m. Radni pritisak u cjevovodu je od 3,5 bara do 4,5 bara, a intenzitet kišenja od

    10 mm/h do 15 mm/h. Može se primjenjivati na ravnim terenima za navodnjavanje povrtlarskih

    kultura, šećerne repe, soje, pašnjaka i livada. Jedan uređaj može navodnjavati površinu od 30

    do 70 ha. Kretanje kišnog krila u novu radnu poziciju je u smjeru naprijed-nazad

    (Madjar, 2009).

    Slika 2.8 Samohodno bočno kišno krilo - BK-uređaj (Romić, 2014)

    2. Samohodne kružne prskalice („Bum“ sustavi) su izrađene od visećeg „konzolnog“

    kišnog krila, koje je postavljeno visoko na samohodnom okviru. Krilo se okreće kružno u

    promjeru 50 do 70 m, a njegova je visina iznad tla podesiva do 5 m, što omogućuje

    navodnjavanje visokih kultura, kao što su kukuruz, voćnjaci i vinogradi.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    25

    Uređaj radi pod pritiskom od 4 do 7 bara, a u novi radni položaj ga pokreće vlastiti motor

    kretanjem naprijed-nazad. Primjenjuje se na ravnim terenima, jer na kosinama postoji opasnost

    od prevrtanja. Ovim prskalicama se mogu navodnjavati sve poljoprivredne kulture (Romić,

    2014)

    Slika 2.9 Samohodne kružne prskalice, „Bum“ sustavi (Romić, 2014)

    3. Samohodni sektorski rasprskivači(„Tifon“ sustavi) se sastoje od velikoga vitla s

    namotanim plastičnim crijevom i jednog rasprskivača velikoga intenziteta i dometa. On se

    nalazi na pomičnom postolju (skije) i kiši samo određeni sektor površine, a ne cijeli krug, što

    mu omogućava kretanje unazad i po suhom tlu. Radi s velikim pritiskom vode (od 6 do 8 bara)

    te troši znatne količine energije u toku eksploatacije. Na početku navodnjavanja postolje sa

    rasprskivačem se odvlači na suprotni kraj parcele pomoću traktora. Tijekom rada veliko vitlo

    se lagano okreće, namata crijevo koje istovremeno povlači rasprskivač. Pokretanje vitla vrši

    voda iz sustava pod pritiskom. Samohodni sektorski rasprskivači sve se više primjenjuju za

    navodnjavanje gotovo svih poljoprivrednih kultura (Romić, 2014)

    Slika 2.10 Tifon (Kunštek, 2014)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    26

    4. Samohodni automatizirani uređaji za linijsko ili kružno navodnjavan jesu jedinice

    velikih radnih zahvata, a pogodne su za navodnjavanje velikih površina. Sastoje se od kišnog

    krila podignutog na posebnim pokretnim tornjevima.

    Na krilu su postavljeni brojni rasprskivači različitih intenziteta kišenja, koji s visine od 2 do 3

    m iznad zemlje navodnjavaju poljoprivredne kulture. Širina zahvata uređaja je različita, a kreće

    se od 300 do 500 m s jedne, a isto toliko s druge strane uređaja. Ovi strojevi obavljaju

    navodnjavanje tijekom kretanja koje može biti linijsko u smjeru naprijed-nazad ili kružno.

    Pomoću njih se mogu navodnjavati gotovo sve poljoprivredne kulture, niske ili visoke, ali

    pretežito na ravnim terenima.

    Linijski strojevi za automatizirano navodnjavanje kreću se pravolinijski uzduž parcele koju

    kiše, a kao izvorište vode služi im otvoreni natapni kanal. Mogu zahvatiti parcelu širine 2 x 500

    m i dužine do 2 000 m, što znači da jedan uređaj navodnjava površinu od oko 200 ha.

    Slika 2.11 Linear (Kunštek, 2014)

    Kružni uređaji za automatizirano navodnjavanje (˝centar pivot˝) fiksirani su u središnjem dijelu

    kišnog krila koje rotira i kružno navodnjava površinu. Izvorište vode se nalazi u središtu

    sustava, a obično je to hidrant ili pumpni agregat. Dužina kišnog krila koje rotira kod ovih

    sustava je od 300 do 500 m, a može navodnjavati kružnu površinu veličine 40 do 90 ha. Između

    pojedinih jedinica ostaju neokišene površine, što je nedostatak ovih strojeva. Oni se, također,

    programiraju na zadani intenzitet i obrok navodnjavanja, te samostalno rade bez prisutnosti

    čovjeka. Okretanje kišnog krila se obavlja individualnim kretanjem svakog tornja, a njihove su

    brzine usklađene elektronikom.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    27

    Lokalizirano navodnjavanje

    Pod lokaliziranim navodnjavanjem podrazumijeva se sustav kojim se voda dodaje u manjim

    količinama, precizno, u obliku malenih vodnih struja, mlazova, kontinuiranih ili pojedinačnih

    kapljica, a navodnjava samo dio poljoprivredne površine, i to onaj dio gdje se razvija glavna

    masa korijena (Madjar, 2009).

    Sustavima lokaliziranog navodnjavanja se vlažnost tla može održavati prema zahtjevima

    uzgajanih kultura i u granicama optimalne vlažnosti što pogoduje biljkama. Lokalizirano

    navodnjavanje ima više prednosti prema ostalim metodama navodnjavanja; može se primijeniti

    na svim tlima, topografskim prilikama, na parcelama raznih oblika i dimenzija te za sve kulture

    u poljskim uvjetima i zaštićenim prostorima. Sustavi štede vodu i pogonsku energiju, te vrlo

    precizno doziraju vodu. Vrlo su pouzdani i tehnički funkcionalni te, uz mogućnost elektronske

    regulacije i kompjuterskog upravljanja, ostvaruju visok i kvalitetan prinos poljoprivrednih

    kultura. Metoda lokaliziranog navodnjavanja se primjenjuje na dva načina:

    - navodnjavanje kapanjem (kap po kap);

    - navodnjavanje mini rasprskivačima (mali rasprskivači).

    a) Navodnjavanje kapanjem (kap po kap)˙je jedan od najnovijih načina u praksi

    umjetnog dodavanja vode. Voda se dovodi cijevima do svake biljke i vlaži vrlo mali dio

    zemljišta, što smanjuje gubitke vode te se stoga naziva još ˝lokalizirano˝ navodnjavanje. Sustavi

    navodnjavanja kapanjem su proizvodi modernih tehnologija. Potpuno su automatizirani i

    programirani, te tijekom svoga rada gotovo ne zahtijevaju prisustvo čovjeka. Ovaj sustav štedi

    vodu, te sa minimalnom količinom postiže maksimalne učinke u biljnoj proizvodnji. Osim

    tehničke superiornosti, uređaji za navodnjavanje ˝kap po kap˝ imaju s agronomskog gledišta

    posebnu vrijednost, jer se pomoću njih sadržaji vode u tlu mogu neprestano održavati u

    optimalnim granicama za biljku. To se postiže tako da se laganim, ali vremenski neprekinutim

    dodavanjem malih količina vode vlažnost tla zadržava oko poljskog vodnog kapaciteta. Sustav

    kapanja amortizira velike oscilacije vlažnosti tla što se redovito događa kod ostalih načina

    navodnjavanja. Po tim karakteristikama navodnjavanje kapanjem je najprecizniji način

    umjetnog dodavanja vode tlu (Madjar, 2009).

    Vrijeme navodnjavanja može trajati i do 24 sata. Radni pritisak pri navodnjavanju kapanjem se

    kreće u rasponu od 0,8 do 1,5 bara, a održava se pomoću regulatora pritiska. Kod ovog načina

    navodnjavanja, cjevovod pripada među najveće investicijske troškove u izgradnji sustava, s

    obzirom na to da je za potrebe 1 ha povrtnjaka potrebno od 5000 – 10000 m, voćnjaka 2000 –

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    28

    4000 m, a rasadnika 3000 - 6 000 m cijevi. Navodnjavanje kapanjem prikladno je samo za vrlo

    intenzivne i dohodovne kulture koje mogu platiti visoke troškove izgradnje, korištenja i

    održavanja sustava. Voda se od crpne stanice do parcele doprema tlačnim cjevovodom,

    promjera od 20 do 50 mm, a iz njih se raspodjeljuje u razvodne ili lateralne cjevovode promjera

    od 15 do 20 mm. (Romić, 2014)

    Slika 2.12 Shema lokaliziranog navodnjavanja (Kunštek, 2014)

    Sustav navodnjavanja kapanjem sastoji se od sljedećih elemenata: pogonskog dijela s filtrom,

    cijevi i kapaljki (Madjar, 2009).

    b) Navodnjavanje mini rasprskivačima novijeg je datuma i alternativa je sustavima

    kapanja. Danas se sve više širi u poljskim uvjetima, naročito za uzgoj voćarskih i povrćarskih

    kultura. Također je pogodno za intenzivni uzgoj u staklenicima i plastenicima. Sustavi

    navodnjavanja mini rasprskivačima slični su sustavima kapanja. Glavna razlika je što su

    kapaljke zamijenjene mini rasprskivačima – malim rasprskivačima. Mini rasprskivači raspršuju

    vodu u obliku sitnih kapljica, pod tlakom do 3,5 bara i u dometu do 5 m. Mini rasprskivač je

    izrađen od plastičnih materijala te ga je moguće jednostavno postaviti i na kraju vegetacije

    demontirati te spremiti za iduću sezonu. Sustav se sastoji od: crpke na izvorištu vode, regulatora

    tlaka, vodomjera, raznih kontrolnih ventila, plastičnih cijevi za dovođenje i razvođenje vode po

    parceli i mini rasprskivača. Zbog većeg protoka i radnog tlaka mini rasprskivači se manje

    začepljuju u odnosu na kapaljke. (Madjar, 2009)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    29

    Slika 2.13 Navodnjavanje mini rasprskivačima (Brouwer et al., 1985)

    2.2 Analiza gubitaka vode u sustavima za navodnjavanje

    Gubici vode, koji se javljaju u različitim načinima navodnjavanja, mogu se razvrstati u tri

    kategorije prema podjeli iz prethodnog poglavlja, a to su:

    - Gubici vode u površinskom navodnjavanju

    - Gubici vode u podzemnom navodnjavanju

    - Gubici vode u navodnjavanju kišenjem i lokalizirano.

    Ovakva podjela je opravdana iz razloga što svaka metoda navodnjavanja ima poneke slične

    načine na koji se gubici događaju, evaporacija, otjecanje sa polja, perkolacija, itd, ali su te

    vrijednosti drugačijih razmjera ovisno o tehnologiji, mehanizaciji, projektiranju, izvođenju i

    upravljanju sustavima za navodnjavanje, odnosno metodi navodnjavanja.

    Gubici vode u površinskom navodnjavanju

    Neke literature (Harms, 2011; Brouwer et al., 1985) navode još da se ovakve metode mogu

    zvati konvencionalne ili gravitacijske metode navodnjavanja jer raspoređuju vodu po polju

    gravitacijskim putem te su ujedno i najstarije metode navodnjavanja poznate ljudima. Glavni

    gubici kod ovakve vrste navodnjavanja su površinsko otjecanje i perkolacija kroz tlo (Slika

    2.17). Uslijed lošeg upravljanja, efikasnost primjene bi se mogla smanjiti i do 50 % (Plant &

    Soil Sciences eLibraryPRO, 2015) kod ovakvih sustava, ne računajući evaporaciju sa polja,

    intercepciju sa lišća biljaka, i evapotranspiraciju korova.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    30

    Slika 2.14 Gubici vode unutar granica polja (Brouwer et al., 1985)

    Okvirne vrijednosti efikasnosti primjene za površinske metode navodnjavanja se kreću između

    40 % i 80 % gdje se najniže vrijednosti dosežu kod potapanja, a najveće kod navodnjavanja u

    brazdama (Plant & Soil Sciences eLibraryPRO, 2015)

    Gubici vode u podzemnom navodnjavanju

    Očito je da određenih gubitaka kao što su evaporacija sa površine (osim u otvorenim kanalima)

    i otjecanje sa površine nema, ali su prisutni svi ostali oblici gubitaka kao i u površinskom

    navodnjavanju (procjeđivanje kroz tlo i evapotranspiracija korova). Zbog metode

    navodnjavanja efikasnost je dosta veća, vrijednosti se kreću između 60 % i 90 %, manja je kod

    otvorenih kanala, a veća kod podzemnih cijevi (Plant & Soil Sciences eLibraryPRO, 2015).

    Međutim, određivanje takvih efikasnosti je dosta kompleksna procedura jer je teško odrediti

    gubitke uslijed perkolacije vode ispod zone korijena. Osim toga, početni troškovi i troškovi

    održavanja takvih sustava su veliki, dolazi do pitanja isplativosti u odnosu na cijenu vode.

    Gubici vode u navodnjavanju kišenjem i lokalizirano

    Kišni sustavi za navodnjavanje, pogotovo centar pivoti i slični uređaji, u pravilu imaju veće

    vrijednosti efikasnosti od površinskih sustava za navodnjavanje, od 75 % do 95 % (Plant &

    Soil Sciences eLibraryPRO, 2015), iako imaju više načina na koji se ti gubici mogu dogoditi.

    Naime, uz uobičajene gubitke površinskog navodnjavanja javljaju se i gubici od evaporacije

    kapljica u zraku te devijacije istih uslijed vjetra.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    31

    Slika 2.15 Prikaz i lokacija gubitaka kod različitih metoda navodnjavanja kišenjem

    (Rogers et al., 2011)

    Detaljan prikaz gubitaka nastalih navodnjavanjem sustavima pod tlakom dan je u (Slika 2.19),

    gdje su: a) uslijed vjetra, b) evaporacija kapljica, c) evaporacija s lišća, d) intercepcija,

    e) evaporacija sa površine tla, f) otjecanje sa tla, g) evaporacija tla i h) procjeđivanje kroz tlo.

    Tablica 2.1 Okvirne vrijednosti efikasnosti primjene i distribucije prema načinu

    navodnjavanja preuzete iz više izvora (James, 1988; Harms, 2011)

    SUSTAV NAVODNJAVANJA Ea Ed

    [%] [%]

    Površisnko navodnjavanje 40 - 80 60 - 80

    Neuređena polja 40 60

    Uređena polja i distribucijski sustav 65 70

    Sa recirkulacijom vode 80 80

    Podzemno navodnjavanje 60 - 90 90 - 95

    Loše projektirani sustavi 65 90

    Dobro projektirani sustavi 80 95

    Navodnjavanje Kišenjem 70-95 80 - 98

    Kišni sustavi 70-95 80-90

    Nepokretni 85 - 95 80 - 90

    Polupokretni 75 - 85 80 - 90

    Pokretni 70- 85 80- 90

    Sampokretni 70 - 85 80 - 90

    Lokalizirano 90 - 95 95 - 98

    Kap po kap 95 98

    Rasprskivači 90 95

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    32

    2.3 Gubici vode prema načinu transporta vode

    Voda koja od zahvata pa sve od primjene na polje ne dospije u 100 % - tnoj količini, nego ima

    određene „putne gubitke“. Osim što se transportni gubici vode općenito gledaju u gubitcima

    tlaka, ovdje se isključivo gledaju gubici vode kao gubici u protoku. (Gulić, 2000) navodi da je

    „dopustiv gubitak vode u magistralnim cjevovodima od 5,0 m3 na dan po 1 km duljine

    cjevovoda“ odnosno ide do otprilike 5 % na većim udaljenostima. U opskrbnim sustavima

    vrijednosti se kreću između 10 % i 20 %“. Očito je da su gubici u cijevima daleko manji, čak i

    zanemarivi, u usporedbi s otvorenim kanalima.

    (Tablica 2.2) prikazuje okvirne vrijednosti gubitaka prilikom transporta prema vrsti kanala.

    Tablica 2.2 Okvirne vrijednosti efikasnosti transporta vode za redovito održavane kanale

    (Brouwer et al., 1985)

    Slika 2.16 Gubici vode prilikom trasporta u otvorenom kanalu (Brouwer et al., 1985)

    Pjesak Ilovača Glina

    60 - 80 70 - 85 80 - 90

    Obloženi kanali

    90 - 95

    Cijevovod

    95-99

    Efikasnost transporta vode

    Zemljani kanali

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    33

    (Slika 2.16) prikazuje moguće gubitke koji se javljaju u otvorenim kanalima, redom: 1)

    evaporacija, 2) perkolacija kroz dno kanala, 3) procjeđivanje kroz omočeni obod kanala, 4)

    prelijevanje preko ruba kanala, 5) probijanje pokosa, 6) otjecanje izvan područja navodnjavanja

    i 7) mehanička oštećenja kanala.

    Pod ovim poglavljem bi se moglo uvrstiti i gubitke koji se javljaju u raznim spremnicima ili

    akumulacijama na polju, oni su kategorizirani kao posebna efikasnost (Ers) ali imaju slične

    načine gubitaka.

    Svima je lako shvatiti da su evaporacija i procjeđivanje glavni načini kojima se voda gubi iz

    spremnika, uz eventualne operativne gubitke, ovise, o materijalu spremnika. Ovakve vrste

    gubitka je moguće svesti gotovo na 0 %, dovoljno je samo izgraditi vodonepropusni spremnik

    zatvorenog tipa. Isplativost takvog načina čuvanja vode, osobito za uhvaćenu otjecajnu vodu,

    je upitna, ali uz dobro upravljanje i projektiranje nije nemoguće za postići.

    Neke literature (Rogers et al., 2011) navode da gubici vode u otvorenim spremnicima variraju

    između 2 % i 5 %, ovisno o površini bazena i razini podzemne vode.

    2.4 Mjere poboljšanja sustava za navodnjavanje u cilju smanjenja gubitaka vode

    Promatrajući karakteristične vrijednosti efikasnosti primjene prema pojedinim metodama

    navodnjavanja moglo bi se zaključiti da, u kontekstu štednje vode, bi bilo dovoljno promijeniti,

    odnosno modernizirati postojeće sustave te tako povećati proizvodnju usjeva uz istu količinu

    vode. (Holzapfel et al., 2009) Navodi da se uz dobro upravljanje, zajedno sa modernizacijom

    sustava u posljednja dva desetljeća, uspjela povećati efikasnost primjene do čak 20 % u državi

    Meksiko.

    Takvi podaci ohrabruju ulaganja u nove tehnologije i načine navodnjavanja, pogotovo u

    zemljama gdje se javljaju velike potrebe za vodom.

    Međutim, (Seckler et al., 2003) navodi da su ti podaci možda i prenapuhani jer bi se trebalo

    uzeti u obzir i ponovno upotrebljavanje prividno izgubljene vode odnosno primijeniti tzv.

    neoklasični koncept efikasnosti poglavlje (1.3).

    Prvi korak pri određivanju mjera poboljšanja efikasnosti je utvrditi mjesta na kojima se gubici

    događaju i u kojim razmjerima. Nakon toga, potrebno je postaviti uređaje za detaljno mjerenje

    takvih gubitaka. Samo mjerenje količine otjecajne vode s površine polja je dovoljno za neke

    procjene gubitaka cjelokupnog sustava. Osim toga, procijenjeni gubici, tamo gdje ih je teško

    izmjeriti, su bolji nego neprocijenjeni uopće (Harms, 2011).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    34

    Procjena gubitaka i određivanje okvirnih vrijednosti efikasnosti navodnjavanja su ključan

    parametar pri projektiranju sustava za navodnjavanje. Dobro projektirani i optimizirani sustavi,

    u svrhu što veće iskoristivosti vode, također povećavaju efikasnost navodnjavanja (Holzapfel

    et al., 2009). Neke od mjera koje se uzimaju u obzir pri projektiranju dao je (EPA, 2012), prema

    kome su pravilno raspoređivanje navodnjavanja i tempiranje ključni elementi u upravljanju

    sustavima za navodnjavanje.

    Temelje se na poznavanju parametara kao što su potreba vode usjeva, kapacitet zadržavanja

    vode tla i donja granica vlage u tlu za svaku vrstu usjeva i tla te mjerenja količine vode koja se

    primjenjuje na polje. Također, treba uzeti u obzir efektivne oborine te prikladno prilagoditi

    raspored navodnjavanja. Prakse koje predlaže radi povećanja učinkovitost navodnjavanja su:

    a)Upravljanje sustavom za navodnjavanje

    Određivanje i kontrola stope, iznosa i tajminga vode za navodnjavanje na planirani i učinkovit

    način. Upravljanje sustavom navodnjavanja trebalo bi omogućiti kontrolu potrebnu za

    smanjenje gubitka vode u sustavu te učinkovito korištenje dostupnih vodnih resursa.

    Da bi se to postiglo, poljoprivrednik-korisnik mora znati:

    (1) utvrditi kada treba primijeniti vode za navodnjavanje, ovisno o stopi korištenja vode

    sa strane usjeva i o fazi rasta biljaka

    (2) izmjeriti ili procijeniti količinu vode potrebne za svako navodnjavanje, uključujući

    potrebe ispiranja

    (3) odrediti uobičajeno vrijeme potrebno tlu za apsorpciju određene količine vode,

    kapacitet infiltracije tla (Slika 2.17)

    (4) prilagoditi protok, brzinu primjene, ili vrijeme navodnjavanja potrebno za za

    zadovoljenje Eta i nadoknadu gubitaka otjecanjem iz područja navodnjavanja

    (5) prepoznati erozije uzrokovane navodnjavanjem

    (6) procijeniti količinu otjecanja navodnjavanja iz područja

    (7) procijeniti ujednačenost primjene vode.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    35

    Slika 2.17 Intenzitet infiltracije vode u tlu u jedinici vremena

    b) Mjerenje vode

    Uređaj za mjerenje vode koji se najčešće primjenjuju su: letva za mjerenje razine vode, u

    kombinaciji sa preljevnim profilom ili mjerač protoka vode instaliran u cjevovodu ili jarku.

    Mjerni uređaj mora biti instaliran u ulaz na granici navodnjenog područja između točke

    skretanja i vodoopskrbnog sustava koji se koristi na terenu.

    c) Regulacijske građevine

    Projektiranje i izgradnja svih regulacijskih građevina koje mogu olakšati upravljanje sustavom

    za učinkovitu distribuciju vode kao što su regulacijski kanali, izgradnja granica i nasipa na

    rubovima polja i zasunska okna. (Slika 2.22)

    a) b)

    Slika 2.18 a) Regulator protoka na razini tri kanala, b) Zasunsko okno (Brouwer et al., 1985)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    36

    d) Recirkulacija vode

    Izgradnja drenažnih sustava ispod zone korijena biljaka, kao i odvodnih kanala, omogućuje da

    se izgubljena voda perkolacijom kroz tlo i otjecanjem sa površine tla zahvati i akumulira u

    spremnicima za ponovno korištenje. Što bi svakako smanjilo potrebu za vodom i povećalo

    učinkovitost za vodom. Ovisno o propusnosti tla i drenažnim sustavima, reciklirana voda može

    doseći između 40 % - 70 % vode izgubljene otjecanjem i perkolacijom.

    Slika 2.19 Shema procesa recirkulacije vode unutar sustava za navodnjavanje

    (Dressing & associates, 2003)

    e) Preoblikovanje polja u svrhu boljeg navodnjavanja

    Preoblikovanje površine zemljišta tako da se navodnjava u okviru planiranih mjera (nagib

    terena pogodan ravnomjernoj razini infiltracije).

    f) Smanjenje gubitaka pri transportu vode

    Transportne sustave navodnjavanja voda koji premještaju vodu od izvora do sustava

    navodnjavanja trebalo bi izvesti sa minimalnim gubicima uslijed isparavanja i perkolacije.

    Transport vode može biti značajan izvor gubitka vode i uzrok degradacije površinskih voda i

    podzemnih voda. Gubici bi se mogli smanjiti izgradnjom sustava transporta cijevi ili

    oblaganjem dna kanala vodonepropusnim slojem te redovitim održavanjem transportnih

    sustava.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    37

    3 METODE PRORAČUNA EFIKASNOSTI

    Danas se mogu pronaći mnoge literature koje se bave metodama proračuna efikasnosti

    navodnjavanja, od priručnika za poljoprivrednike pa sve do stručnih knjiga i znanstvenih

    članaka. Svaka od njih gleda problem navodnjavanja iz više aspekata, od najjednostavnijih do

    složenijih. Moglo bi se reći da ne postoji jedinstvena metoda proračuna efikasnosti

    navodnjavanja, već više „pokušaja“ koji su u konstantnom razvitku. U ovome poglavlju se

    nastoji dati na uvid neke od glavnih metoda proračuna efikasnosti koje se mogu naći u literaturi

    i grupirane po sličnosti metoda od raznih autora. Kao zadnje, nastoji se izraditi konačan

    prijedlog metode određivanja efikasnosti inspiriran na temelju svih ostalih metoda.

    3.1 Konvencionalna metoda određivanja efikasnosti

    Ova metoda se bazira direktno na koncept klasične definicije efikasnosti navodnjavanja i

    proračunava efikasnost navodnjavanja polja. Dijeli se na dva glavna parametra Ea i Ec koji se

    međusobno množe da bi se dobila ukupna efikasnost navodnjavanja polja.

    cai EEE [%] [9]

    Ovo je ujedno i najjednostavniji način proračuna efikasnosti navodnjavanja na razini polja,

    većina priručnika za navodnjavanje sadrži ovu formulu ili slične varijante. Glavna filozofija

    ovakvog pristupa je da se odrede gubici u transportu i prilikom primjene vode (ili pretpostave,

    što je praksa u većini slučajeva), oduzmu od početne količine vode i podijele sa početnom

    količinom vode. Svaki parametar je objašnjen detaljno u poglavlju (1.2).

    Autori kao što su (Cleveland et al., 1991; Brouwer et al., 1985) daju dobar uvid i neke primjere

    izračuna efikasnosti ovom metodologijom.

    Ova metoda je dobra za grubu procjenu efikasnosti nekih sustava, i davanje okvirnih ideja

    troškova sustava za navodnjavanje pri projektiranju. Međutim, kod detaljnijih analiza,

    pogotovo kod promatranja većih područja navodnjavanja ili kod specifičnih načina

    navodnjavanja (površinski, podzemni i pod tlakom), potrebno je detaljnije ući u analizu

    gubitaka vode.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    38

    3.2 Proširenje konvencionalne metode određivanja efikasnosti

    Jednostavni izraz (11)u komponenti Ea zapravo ne uzima u obzir ostale parametre kao što su

    efikasnosti distribucije ili stupanj ujednačenosti (Ed, Ud), te efikasnost akumuliranja vode u

    spremnicima (Ers). (Machibya et al., 2004) predlaže varijantu izraza (9), koja uključuje i

    parametar ujednačenosti distribucije:

    dcai EEEE [%] [10]

    (Van der Merve, 2008) Ea komponentu dijeli na tri dijela „efikasnost akumulacije, upravljanja,

    i vremena primjene“ (komponenta distribucije ovdje spada u kategoriju efikasnosti primjene).

    Parametri efikasnosti upravljanja i vremena primjene se određuju samo na razini procjene i

    iskustva i nisu mjerodavni pokazatelj već se mogu uvrstiti u parametar Ea kao njegov sastavni

    dio (Machibya et al., 2004). Naime, pri opisu Ea izraz (4) poglavlje (1.2), te komponente su

    uvrštene u pojam ukupno primijenjene vode (u nazivniku), te u slučaju lošeg upravljanja

    navodnjavanjem ili odabira vremena povećavaju samo tu komponentu bez povećanja brojnika

    (samim time smanjuje se efikasnost). Prema tome, predložen je sljedeći izraz koji uzima u obzir

    eventualne gubitke koje se javljaju u sustavu navodnjavanja pri akumuliranju vode:

    rscai EEEE [%] [11]

    3.3 Nekonvencionalne metode određivanja efikasnosti

    Izrazi (10 i 11) impliciraju da će se tako određena efikasnost smanjiti sa povećanjem područja

    na koje se voda primjenjuje. (Machibya et al., 2004) navodi da ako se proširi efikasnost na više

    razina, konkretno na razinu polja, farme (više polja zajedno), i na sustav (više farmi zajedno),

    na svakom od tih razina efikasnost bi se sve više i više smanjivala. Podjela na više razina je

    zasigurno dobra ideja, ukoliko se želi problem sagledati na lokalnoj ili regionalnoj razini, što

    omogućava detaljnije procjene efikasnosti sustava. Međutim, ne uzimajući u obzir recirkulaciju

    vode u sustavu, pogotovo između druge i treće razine, se zapravo podcjenjuje prava vrijednost

    efikasnosti sustava, gledajući sa aspekta gubitaka vode (Seckler et al., 2003).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    39

    Neki od autora koji se bave ovom problematikom dali su svoje prijedloge metodologije izračuna

    efikasnosti sa recirkulacijom vode u sustavu.

    (Xie et al., 1993) predlaže podjelu sustava na više sektora međusobno povezanih preko istog

    izvora vode (Slika 3.1).

    Slika 3.1 Model više sustava navodnjavanja povezani istim izvorom vode (Xie et al., 1993)

    Koncept razmatra ponovno korištenje vode u sustavu i njegove posljedice na sustav. Prikazan

    je preko numeričkog primjera u kojem se voda iz izvora raspodjeljuje u određenim količinama

    na nizvodna polja po redu. Autor daje razne varijante slučajeva ovisnosti pojedinih polja (npr.

    drugo polje po redu ovisi o uporabi vode izgubljene na prvom polju i slično) te o implikacijama

    koje ima na njih ako se uzvodno poveća efikasnost (javlja se manjak vode na poljima koji ovise

    o „izgubljenoj vodi“) Primjerice, ako se na polju 1 poveća efikasnost za 10 %, direktno se

    smanji i postotak izgubljene vode na polju 2 (Slika 3.2).

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    40

    Slika 3.2 Modeli recirkulacije vode gdje polje 2 ovisi o recrkuliranoj vodi polja 1

    (Xie et al., 1993)

    Ovakav prijedlog gledanja na efikasnost je korak naprijed jer uvodi i idejno rješava problem o

    recirkulaciji vode. Međutim, nisu prikazani načini na koji bi se gubici mogli proračunati, nego

    samo posljedice koje se javljaju pri uporabi prividno izgubljene vode u sustavu. Bitan je radi

    kasnijeg shvaćanja koncepta ponovne uporabe vode.

    Prema (Fairweather, 2003), izrađena je metoda u kojoj bi se efikasnost računala na veću

    površinsku cjelinu, sa koje se skuplja i ponovno koristi dio izgubljene vode. Slično kao i u

    prethodnoj metodi.

    0i0i E1EEi [%] [12]

    gdje su,

    Ei0– Efikasnost na razini više polja ili farmi koji koriste isti izvor vode.

    (1 - Ei0) – ne efikasni dio navodnjavanja (izgubljena voda)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    41

    – koeficijent recirkulacije vode

    Iz izraza (12) semože zaključiti da se ponovnom uporabom vode efikasnost povećava što se

    više vode ponovno recirkulira, te što je sustav veći, to je veći i porast efikasnosti. Kod sustava

    koji su povezani međusobno u cjelinu, (Machibya et al., 2004) proširuje koncept na tzv. „nested

    efficiency“ (Slika 3.3), gdje skupina više sustava daje ukupno veće vrijednosti efikasnosti nego

    pojedinačno, te daje način proračuna ukupne efikasnosti više sustava povezanih u cijelinu.

    Slika 3.3 Shema više podsustava za navodnjavanje povezanih u jednu veću cijelinu istim

    izvorom vode (Machibya et al., 2004)

    „Ako X jedinica vode, od izvora dospije do A farme, koja ima ukupno a % efikasnost

    navodnjavanja, tada se može reći da (X – aX), odnosno izgubljeni dio vode, se može ponovno

    upotrijebiti za navodnjavanje polja B farme. Ako farma B ima efikasnost od b %, tada bi b(X-

    aX), predstavljao dio recirkulirane vode sa farme A koji farma B učinkovito koristi za

    navodnjavanje. Ponovnom recirkulacijom vode, ovog puta sa B farme na C farmu, efikasni dio

    vode korišten od C farme bi bio c[(X-aX) - b(X-aX)].

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    42

    Slika 3.4 Shematski prikaz recirkulacije vode sa jednog sustava na druge

    (Machibya et al., 2004)

    Zbroj efikasno korištene vode na farmama A, B i C podjeljen ukupnom količinom vode X

    dobije se:

    X

    aXXbaXXcaXXbaXEi

    [%] [13]

    Pokraćivanjem X iz izraza (15) dobije se:

    cba)cbcaab(cbaEi [%] [14]

    Jednadžba (16) predstavlja idealno rješenje iskorištavanja vode od sustava A do sustava C tako

    da se sva izgubljena voda iz A 100% iskoristi u B, a sva izgubljena voda iz B 100% iskoristi u

    C.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    43

    Uvođenjem koeficijenata recirkulacije iz izraza (12), jednadžba (14) poprima oblik:

    cbacbcacabbaE 222211i [15]

    gdje su,

    a, b, c – efikasnosti pojedinih sustava za navodnjavanje A, B, C [%]

    γ1, γ2 – koeficijenti recirkulacije vode sa polja A na B i sa polja B na C [1]

    X – količina vode koja ulazi u prvo polje A [m3]

    3.4 Izrada konačne metodologije proračuna efikasnosti za sustave navodnjavanja

    Na temelju prethodno viđenog i prikazanog, pokušalo se dati prijedlog prema kojem bi se mogla

    proračunati efikasnost navodnjavanja na više razina, te dati nekakav radni okvir prema kojem

    bi se mogle procijeniti efikasnosti navodnjavanja.

    Proračun efikasnosti, prema uzoru na prijašnje metode, bi se podijelila na tri osnovne razine:

    - Razina 1 – razina efikasnosti navodnjavanja polja,

    - Razina 2 – razina efikasnosti više polja (polja sa kojih se izgubljena voda akumulira na

    jedno mjesto

    - Razina 3 – razina sustava više skupina različitih sustava za navodnjavanje.

    Slika 3.5 Shematski prikaz sustava za navodnjavanje podijeljeni u 3 razine.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    44

    Razina 1

    Na Razini 1 proširena konvencionalna metoda je dovoljna za proračun efikasnosti pojedinog

    polja, sadržavala bi sve poznate parametre efikasnosti koje mogu utjecati na ukupnu efikasnost

    navodnjavanja polja.

    rsdcai EEEEE 1 [%] [16]

    Razina 2 (bez recirkulacije vode)

    Na temelju izraza (18), pojedinačno se proračunavaju sve efikasnosti polja sadržane u Razini 2.

    Nakon toga svaka vrijednost pomnoži se sa pripadajućom površinom polja, te se odredi srednja

    vrijednost na način da se suma svih umnoška pojedinih efikasnosti i površina polja podijeli sa

    ukupnom površinom svih polja Razine 2, izraz (17).

    n

    1j

    j

    n

    1j

    jji

    i

    A

    AE

    E

    1

    2

    [%] [17]

    gdje je,

    Aj – pojedina pripadna površina polja [ha]

    Razina 2 (sa recirkulacijom vode)

    Kod Razine 2 u slučaju recirkulacije vode unutar istog područja jednadžba (17) poprima oblik:

    n

    1j

    j

    n

    1j

    jjijji

    i

    A

    AE1E

    E

    11

    2

    [18]

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    45

    Razina 3 (bez recirkulacije vode)

    Kod Razine 3 primijenio bi se isti princip koji se koristi za Razinu 2, izraz (17):

    n

    1j

    j

    n

    1j

    jji

    i

    A

    AE

    E

    2

    3

    [%] [19]

    Razina 3 (sa recirkulacijom bode)

    Međutim kod ponovne uporabe viška vode između više sustava Razine 2 tada bi se koristio

    prilagođeni izraz (15):

    3222222222223

    3i2i1i233i2i233i1i233i231i2i122i121ii EEEEEEEEEEEEE

    [20]

    Objašnjenje oznaka:

    ji2E

    gdje su,

    Ei – efikasnost razine

    2 – promatrana razina efikasnosti

    j pojedina oznaka svakog polja Razine 1, ili skupine polja Razine 2

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    46

    4 SUSTAV NAVODNJAVANJA KARAŠICA

    Na temelju svega navedenog i prethodno izrađenih metodologija, u ovom poglavlju se nastoji

    proračunati efikasnost postojećih ili idejnih sustava za navodnjavanje, unutar područja Karašice

    te ukupne efikasnosti svih sustava zajedno.

    Povodom ankete 2010. godine organizirane od strane Županije Osječko-baranjske među

    poljoprivrednim proizvođačima na tom području, dokazalo se da je ovaj pothvat potreban i

    opravdan. Projektom se namjerava navodnjavati ukupnu površinu od oko 4˙500 ha podijeljenu

    na tri podsustava povezanih u cjelinu. (Heček et al., 2012)

    Promatrani sustavi navodnjavanja (SN) su:

    - SN Miholjac-Viljevo

    - SN Kapelna

    - SN Kitišanci

    Rezultati će biti uspoređeni sa vrijednostima koje se nalaze u literaturi i međusobno na više

    razina efikasnosti. Prilikom proračuna, u slučaju nedostataka podataka, pojedini parametri će

    se pretpostaviti prema preporukama iz literature. Prema tome, dobivene vrijednosti efikasnosti

    su okvirne i potrebno ih je uzeti sa rezervom. Radi preciznijeg proračuna efikasnosti trebalo bi

    se provesti više terenskih mjerenja što prilikom izrade ovog rada nije bilo moguće.

    Slika 4.1 Prikaz pregledne situacije sustava za navodnjavanje područija Karašice,

    MJ 1:100˙000 (Heček et al., 2012.)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    47

    4.1 SN Miholjac-Viljevo

    Uvod

    Sustav navodnjavanja Miholjac-Viljevo nalazi se uz kanal Karašica-Drava između Viljeva i

    Donjeg Miholjca planirane projektne površine za navodnjavanje od 1268 ha (Slika 4.2).

    Sustav navodnjavanja Miholjac-Viljevo sastoji se od crpne stanice sa zahvatnom građevinom

    smještenom na istočnoj obali kanala Drava-Karašica i razvodne tlačne mreže kojom se voda

    dovodi pod tlakom do poljoprivrednih površina.

    Slika 4.2 Prikaz situcije SN Miholjac-Viljevo (Heček et al., 2012.)

    Sustav se sastoji još od jednog kanala I reda te trinaest kanala II i III reda koji se moraju

    mjestimično produbiti i obnoviti (Heček et al., 2012.).

    Agronomska analiza poljoprivrednog potencijala

    U okviru sustava navodnjavanja Miholjac-Viljevo projektne površine 1268 ha mijenja se

    dosadašnja struktura proizvodnje i predviđa se intenzivna proizvodnja dohodovno ratarsko-

    krmno-povrćarskih kultura i to: sjemenskog i merkantilnog kukuruza i pšenice, industrijskog i

    krmnog bilja, te raznog povrća.

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    48

    Izbor kultura u strukturi sjetve i proizvodnu orijentaciju u uvjetima navodnjavanja određuju

    mnogobrojni čimbenici, a posebno:

    - pogodnost i raspoloživost potrebne količine vode,

    - uređeno zemljište i pogodno tlo,

    - relevantni klimatski parametri,

    - skladišni i prerađivački kapaciteti i/ili tržište,

    - mogućnosti prodaje.

    Planiranu strukturu proizvodnje potrebno je uskladiti prema potrebama korisnika sustava

    navodnjavanja Miholjac-Viljevo, a u cilju osiguranja ekonomski opravdane proizvodne

    orijentacije. Uvažavajući zahtjeve i mišljenje korisnika sustava, navedena struktura sjetve

    trebala bi osigurati kvalitetan plodored koji neće ugroziti proizvodnju, odnosno niti biljku a ni

    samo tlo na kojemu se proizvodnja odvija (Heček et al., 2012).

    Idejnim projektom sustava navodnjavanja Miholjac-Viljevo predlaže se intenzivna proizvodnja

    u izboru ratarsko - povrćarsko - voćarskih kultura (Tablica 4.1).

    Tablica 4.1 Planirana struktura proizvodnje na 1268 ha proizvodnih površina SN Miholjac-

    Viljevo, adaptirano iz (Heček et al., 2012.)

    Struktura proizvodnje Učešće

    usjeva (ha)

    Učešće

    usjeva (%)

    Žitarice 508 40

    Kukuruz merkantilni (1) 178 14

    Kukuruz sjemnski (2) 50 4

    Pšenica merkantilna (3) 127 10

    Pšenica sjemenska (4) 63 5

    Ječam, zob, triticale (5) 63 5

    Kukuruz šećerac (6) 27 2

    Industrijsko bilje 250 20

    Soja (7) 100 8

    Suncokret (8) 75 6

    Uljana repica (9) 50 4

    Šećerna repa (10) 25 2

    Krmno bilje 256 20

    Kukuruz silažni (11) 130 10

    Stočni grašak (12) 63 5

    Lucerna (13) 63 5

    Povrće 216 17

    Krumpir (14) 63 5

    Luk (15) 63 5

    Paprika, krastavac (16) 38 3

    Dinja, lubenica (17) 13 1

    Kupus, kelj mrkva (18) 13 1

    Grašak (19) 13 1

    Rajčica, patliđan (20) 13 1

    Drvenaste kulture 38 3

    Voće koštičavo: višnja, trešnja (21) 13 1

    Voće jezgričavo: jabuka kruška (22) 25 2

    Ukupno: 1268 100

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    49

    Upravljanje sustavom navodnjavanja

    Sustav navodnjavanja osigurava dovoljne količine vode u najsušnijem mjesecu za površine pod

    poljoprivrednim kulturama prema sjetvenoj strukturi u potrebnom turnusu i obroku. To znači

    da istovremeno na tlačnoj mreži može biti aktivno 29 hidranata. Nakon što je na pripadajućoj

    površini aktivnih hidranata dovede količina vode koja odgovara obroku navodnjavanja, aktivni

    hidranti se isključuju, a uključuje se slijedećih 29 hidranata koji pripadaju istom bloku

    navodnjavanja.

    Na svaki hidrant za navodnjavanje moguće je priključiti planiranu opremu za natapanje, prema

    uvjetima same opreme, što je u domeni korisnika sustava navodnjavanja. Ovisno o

    priključenom uređaju za natapanje (sustavi „kap po kap“ rade kod tlakova do 3 bar-a), na

    hidrante se montira dodatna oprema. Svaki korisnik sustava za navodnjavanje otvara hidrant

    svojim ključem, na koji je montiran ventil i vodomjer radi registracije potrošnje vode i

    priključka spojne cijevi do opreme za natapanje na zalivnom polju (Heček et al., 2012.).

    Slika 4.3 Shema razvodne mreže sustava navodnjavanja Miholjac – Viljevo

    (Heček et al., 2012)

  • M. Bajić, Analiza efikasnosti sustava za navodnjavanje Zagreb, 2015

    50

    Proračun efikasnosti navodnjavanja

    Efikasnost pojedinih polja izračunata je na temlju izraza (16) iz poglavlja (3.4), pojedine

    komponente su procjenjene na temelju podataka o projektu i referentnih vrijednosti u literaturi.

    Efikasnost na Razini 2 je određena prema izrazima (17) i (18). Površina pojedinih polja se dijeli

    prema podjeli iz (Tablica 4.1). Radi ponavljajučih formula i opširnosti podataka proračun se

    izvodi pomoću programa Microsoft Excel.

    Tablica 4.2 Prikaz rezultata proračuna efikasnosti SN Miholjac-Viljevo bez recirkulacije

    vode

    Parametri Ec i Ers su određeni na temelju opisa projekta navedeni u uvodu poglavlja (4.1), gdje

    se transport vode od izvora (Drava) do polja vrši u tlačnim cijevima, a jedini baze