أمثلة توّضح موازنة الماء والملح في منطقة الجذور

1995 ري وصرف ومعالجة التملح

د.علي عبدالله حسن

KFAS

موازنة الماء والملح في منطقة الجذور النباتات والزراعة الزراعة

والمقصود هنا بالمناطق ذوات الطبغرافية العالية المساحات التي يكون عمق سوية ماء الجوف فيها أكبر من عشرة أمتار  [88]. 

ويمكن أن توجد هذه المساحات في المواقع العالية من حوض الأنهر ، أو في المصاطب القديمة للأنهر .  وفي حالات من هذا النوع يمكن استعراض موازنة الماء والملح من منظورين : الأول الموازنة في منطقة الجذور والثاني الموازنة في منطقة ماء الجوف  [88].

 

موازنة الماء والملح في منطقة الجذور

يشكل الهطول المطري (R) مضافاً إليه الري (I) التموين المائي في منطقة الجذور.. اما الصعود الشعري للماء ، فيمكن التغاضي عنه في هذه الحالة من عمق سوية ماء الجوف . 

وهكذا تصبح معادلة الموازنة المائية في منطقة الجذور على النحو التالي ]من [88.

حيث إن P = الماء النافذ إلى العمق الترابي “Percolation Water” من ناحية تحديد القيم في المعادلة (175) إن الهطول المطري (R) قيمة ممكنة القياس ، لكن هذا القياس يشمل عادة قيماً سبق حصولها. 

كما أن المشكلة الأخرى بالنسبة للهطول المطري هي التذبذب في كمياته على مدار السنة  [88].  في حين يمكن حساب البخر الكامن بوساطة المعادلات المرفقة مثل معادلة (PENMAN)، أو معادلة  (BLANEY – GRIDDLE). 

 

وينطلق مثل هذا الحساب من المستويات الحدية العليا للبخر .  أما تغيرات رطوبة التربة فتتعلق قيمتها بالبخر ، وهكذا يصعب تحديدها اللحظي .  لكن في مجال زمني معين يصبح تحديد أمراً ممكناً ، مثال ذلك. 

بعد الري بيوم أو بيومين تكون رطوبة التربة في حدود السعة الحقلية ، أما التغير في رطوبة التربة في دورة كاملة (أي على مدار السنة) ، فيصبح مساوياً للصفر .

والآن سنحاول تبسيط المعادلة (175) وذلك باستعراض الموازنة المائية على مدار سنة كاملة ، حيث تصبح وهكذا تأخذ المعادلة الشكل التالي ] من  [88.

 

ولنبسط أكثر فنقول لا هطول مطرياً قد حصل خلال الفترة الزمنية .  التي تمثلها هذه الموازنة أي إن (R =0) وبالتالي تصبح المعادلة ]من [88

من ناحية أخرى يمكننا القول إن كمية الماء النافذة إلى العمق الترابي “Percolation Water” متناسبة مع كمية الماء اللازمة للغسل “Leaching Water” [88]. 

وهكذا ، فسوف نحتاج لتحديد قيمة P إلى الموازنة الملحية، التي يمكن اشتقاقها من المعادلة (177) على النحو التالي  [93, 88].

 

حيث إن تعني تركيز الملح في ماء الري = . أما الجداء فيمكن احتسابه مساوياً للصفر ، وإذا عددنا نسبة الملوحة في منطقة الجذور مستقرة عند سوية الملوحة المسموح بها ، وذلك بسبب عمليات الغسل “leaching” عندئذ تصبح وبالتالي تصبح المعادلة على النحو التالي ]من [88.

وهذا يعني أن الملح المضاف إلى التربة مع ماء الري سوف يطرد مع الماء النافذ .  وبالتالي فإن كمية الماء النافذ “Percolation water” تساوي الحاجة الغسلية “leaching requirement” ومن المعادلة 179 يمكننا التوصل إلى :

وبتعويض قيمة P في هذه العلاقة بقيمتها في المعادلة (177) نحصل على ]من [88:

وايضاً :

ويمكن أن نصل إلى حل للمعادلة (180) في حال ان قيمة تركيز الملح في ماء الغسل Cp معلومة . ويجب أن تتساوى هذه القيمة مع قيمة تركيز الملح في خلاصة إشباع التربة المسموح بها فياي :

وسنحاول فيما يلي توضيح العلاقات أعلاه بطريقة المثال :

 

مثال – 29 ]من [88

المعطيات : لنفترض أن مجمل البخر في المكان المراد تحديد موازنة الماء والملح فيه (E = 1000 mm) وأن تركيز الملح في ماء الري وتركيز الملح في مستخلص التربة المسموح به 

المطلوب : حساب كمية ماء الري (I) الواجب تقديمها للتوصل إلى الإنتاجية النباتية المطلوبة وأيضاً للإبقاء على حالة التوازن الملحي في منطقة الجذور .

 

الحل :

باعتماد المعادلة (180)

أي إن حاجة الري الفعلية هي 1333 mm لكل فصل نمو .  هذا يعني أنذا يعني أن 333 mm  من الماء أو 25% من مجمل ماء الري تكفي لمنع تزايد تركيز الملح في منطقة الجذور .

 

تعديلات للموازنة أعلاه

إن الموازنة الموضحة أعلاه ليست أكثر من تقارب عام لموازنة الماء والملح لمنطقة الجذور .  لهذا فإن تعديلات لهذه الحسابات لا بدّ من إجرائها . 

ويأتي الهطول المطري في المقام الأول لهذه التعديلات ، ذلك أن فصل نمو بأكمله بدون هطول مطري يعدّ أمراً ناداً جداً  [88]. 

وهذا يعني أن تركيز الملح في ماء الري () المعتمد أعلاه سوف يتغير ، حيث إن الماء المضاف إلى التربة عبارة عن محصلة لماء المطر + ماء الري .

 

وهكذا سيصبح هذا التركيز أخفض. وتركيز ماء المطر + ماء الري ، والمرموز له بــ يمكن حسابه كما يلي  [88]:

وبما أن تركيز الملح في ماء المطر يساوي الصفر ، فإن الجداء وبالتالي تصبح المعادلة ]من  [88:

 

إن افتراض تركيز الملح في الماء النافذ “Percolation Water” مساوٍ لتركيز الملح في خلاصة إشباع التربة المسموح به () يمكن أن يتطابق مع الواقع فقط ، في حال أن مزجاً كاملاً لماء الري مع ماء التربة قد حصل خلال عملية نفوذ الماء إلى العمق الترابي  [88]. 

لكن الواقع في الحقل يبين (وذلك في غالبية الحالات) أن نفوذية الماء داخل مسامات التربة الكبيرة تكون أسهل من تلك التي تتم داخل المسامات الصغيرة .  وهكذا ، فإن جزءاً من الماء النافذ سيكون تركيزه أدنى من تركيز خلاصة إشباع التربة . 

من هنا فإن الواقع الحقلي يفترض أن يكون تركيز الملح في الماء النافذ () أخفض من تركيز الملح في خلاصة إشباع التربة ().

 

أما العلاقة بين التركيزين فتتمثل بما يلي ]من  [88:

علماً أن = عامل فعالية الغسل “leaching efficiency factor” وهي عادة أقل من الواحد [88].  وفي الحالات المختلفة يمكن تحديد ℓ تجريبياً .  وهكذا تصبح المعادلة (180) كما يلي [88]:

 

مثال – 30

المعطيات : لنفترض أن معطيات المثال – 29 بقيت كما هي :

المطلوب : حساب I (كمية ماء الري الواجب تقديمها) .

 

الحل :

باعتماد المعادلة (184) نحصل على :

وهذا يعني أننا سنحتاج إلى (550mm) لغسل الأملاح في منطقة الجذور .  أي ما يعادل 35%  من مجمل ماء الري ، كي يبقى تركيز الملح في التربة عند سوية (4 mmohs/cm).  وهذا سيكون صحيحاً لفصل نمو بدون هطول مطري .

 

أما إذا استعرضنا الموزانة لمجمل السنة ، التي تشمل عادة هطولات مطرية ، عندئذ لا بدّ من إجراء تعديلات إضافية ، التي تشمل :

– تركيز الملح في ماء الري ، حيث إن هذا التركيز لا بدّ أن يأخذ الهطولات المطرية بعين الاعتبار .  وهكذا يصبح تركيز الملح في الماء المضاف للتربة (الري + الهطول المطري) على النحو التالي ]من  [88:

– إن فعالية الغسل لماء الري نادراً ما تكون 100%، ويمكن التوصل إلى فعالية 100% عند أخذ الهطولات المطرية بعين الاعتبار .  وإذا أخذنا الهطول المطري بعين الاعتبار عند حساب (عامل فعالية الغسل) نحصل على ]من [88.

 

مثال – 31 :

المعطيات : الهطول المطري  R = 150 mm، كمية ماء الري I = 1333 mm، عامل فعالية الغسل  تركيز الملح في ماء الري  

المطلوب : حساب تركيز الملح في الماء المضاف (ماء الري + ماء الهطول المطري) أي  

– حساب عامل فاعلية الغسل مع أخذ ماء المطر بعين الاعتبار أي .

 

الحل :

بتطبيق المعادلة (182) نحصل على :

وبتطبيق المعادلة (186) نحصل على :

 

مثال – 32:

المعطيات : البخر  (E = 1000 MM)، تركيز خلاصة إشباع التربة المسموح به عامل فعالية الغسل (مع التعديل تبعاً لكمية الهطول المطري) تركيز الأملاح في ماء الري .

المطلوب : حساب كمية العطاءات المائية اللازمة (ري + هطولات مطرية) .  أي  (I + R)، وذلك تبعاً للتعديلات الجارية بالنسبة لـــ

 

الحل :

بالرجوع إلى المعادلة (184) وتعويض بـــنحصل على قيمة I + R، وبذا نحصل على المعادلة التالية ]من  [88:

وبالتعويض بالقيم المعطية نحصل على :

 

وهكذا تكون الحاجة الغسلية “leaching requirement” المطلوبة هي  390 mm؛ أي 39% من مجمل الاستهلاك النباتي للماء (أي البخر + النتح) ، أو 28% من مجمل العطاء المائي المقدم للتربة (ري + هطولات مطرية) .

ويعطي هذا المثال صورة عامة لحالة معينة .  في حين قد يؤثر الواقع التطبيقي في الحقل في بعض الحالات في مجمل هذه النتائج . 

وبالاستناد إلى ملاحظات حقلية [88] فإن منسوب الغسل يتراوح عادة بين (20-30%) من مجمل ماء الري .  هذا إذا كانت سوية ماء الجوف في المكان الخاضع للمراقبة عميقة .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]