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Geometric overlapping coefficients for calculating the required emitters per plant in drip irrigation
Irrigation Science ( IF 3 ) Pub Date : 2023-11-29 , DOI: 10.1007/s00271-023-00898-z
Pau Martí , Pablo González-Altozano , María Gasque , José-Vicente Turégano , Álvaro Royuela

The designer of irrigation systems must consider a complex combination of emitter type, emitter uniformity, hydraulics, topography, desired water distribution, crop salt tolerance, water requirements, water quality, fertilizer injection, soil salinity, cultural practices, and other site-specific conditions. In contrast to the approaches applied for the hydraulic design of irrigation installations, there is not a clear, general and consolidated design criterion for calculating the number required emitters per plant. In most cases, given the wide spectrum of possible scenarios, only guideline recommendations can be found, and the final decision is often based on the subjective experience of the designer or grower. This paper aims at revising, clarifying and refining the existing published guidelines and methodologies for estimating the required emitters per plant in drip irrigation, focussing on the Montalvo approach. The agronomic design should satisfy, among others, two specific conditions: (i) the emitters should wet at least a minimum threshold of the soil area (or volume) corresponding to the plant for ensuring a proper development of the roots; (ii) overlapping between emitter bulbs is required for merging wetted volumes and avoiding salt concentration near the root zone. Relying on this basis, a thorough theoretical geometric analysis of the overlapping between wet bulbs of contiguous emitters is carried out. As a result, Montalvo's overlapping coefficients are deduced here. This author assumes an identical net wetted area for all emitters in the laterals, but it can be stated that the overlapping areas between emitters differ in extreme emitters and interior emitters, as well as in configurations with one lateral per plant row and two laterals per plant row. Therefore, this study proposes new formulations for the computation of the overlapping coefficient, which need to incorporate the number of emitters as an additional variable, as well as to distinguish between the presence of one or two laterals per plant row, and between grouped and non-grouped emitters. In one lateral per plant row, the original overlapping coefficient underestimates the net wetted area by one emitter and thus overestimates the theoretical number of required emitters. In the case of two laterals per plant row, the original overlapping coefficient overestimates the net wetted area in the interior emitters, and thus underestimates the theoretical number of required emitters per plant. The presented formulations are applied in different practical examples covering a wide range of scenarios. The results allow a general overview of the influence of the soil type, the emitter flow rate, and the selected overlapping ratio in the number of required emitters per plant. The revision of guidelines and methods presented here, complemented with other experimental results and models of soil water dynamics under drip irrigation, might contribute to a better decision making of designers and field engineers.



中文翻译:

用于计算滴灌中每株植物所需发射器的几何重叠系数,用于计算滴灌中每株植物所需发射器的几何重叠系数,用于计算滴灌中每株植物所需发射器的几何重叠系数

灌溉系统的设计者必须考虑灌水器类型、灌水器均匀性、水力、地形、所需的水分布、作物耐盐性、需水量、水质、施肥注入、土壤盐度、文化习惯和其他特定地点条件的复杂组合。与灌溉装置水力设计所采用的方法相比,没有一个明确的、通用的和统一的设计标准来计算每个工厂所需的发射器数量。在大多数情况下,考虑到各种可能的情况,只能找到指导性建议,最终的决定往往基于设计者或种植者的主观经验。本文旨在修订、澄清和完善现有已发布的用于估算滴灌中每株植物所需排放量的指南和方法,重点关注蒙塔尔沃方法。除其他外,农艺设计应满足两个具体条件:(i)发射器应湿润至少与植物相对应的土壤面积(或体积)的最小阈值,以确保根系的正常发育;(ii) 发射器灯泡之间需要重叠,以合并润湿体积并避免根部区域附近的盐浓度。在此基础上,对相邻发射器湿球之间的重叠进行了彻底的理论几何分析。因此,这里推导出 Montalvo 的重叠系数。作者假设侧管中所有发射器的净润湿面积相同,但可以说,极端发射器和内部发射器以及每株植物行一个侧管和每株植物两个侧管的配置中,发射器之间的重叠面积不同排。因此,本研究提出了计算重叠系数的新公式,需要将发射器的数量作为附加变量,并区分每个植物行是否存在一个或两个侧向,以及分组和非分组之间的差异。 - 分组发射器。在每行植物的一侧,原始重叠系数低估了一个发射器的净润湿面积,从而高估了所需发射器的理论数量。在每个植物行有两个侧向的情况下,原始重叠系数高估了内部发射器的净润湿面积,从而低估了每株植物所需发射器的理论数量。所提出的公式应用于涵盖广泛场景的不同实际示例中。结果可以总体概述土壤类型、发射器流量以及每株植物所需发射器数量的选定重叠比的影响。这里提出的指南和方法的修订,补充了滴灌下土壤水动态的其他实验结果和模型,

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灌溉系统的设计者必须考虑灌水器类型、灌水器均匀性、水力、地形、所需的水分布、作物耐盐性、需水量、水质、施肥注入、土壤盐度、文化习惯和其他特定地点条件的复杂组合。与灌溉装置水力设计所采用的方法相比,没有一个明确的、通用的和统一的设计标准来计算每个工厂所需的发射器数量。在大多数情况下,考虑到各种可能的情况,只能找到指导性建议,最终的决定往往基于设计者或种植者的主观经验。本文旨在修订、澄清和完善现有已发布的用于估算滴灌中每株植物所需排放量的指南和方法,重点关注蒙塔尔沃方法。除其他外,农艺设计应满足两个具体条件:(i)发射器应湿润至少与植物相对应的土壤面积(或体积)的最小阈值,以确保根系的正常发育;(ii) 发射器灯泡之间需要重叠,以合并润湿体积并避免根部区域附近的盐浓度。在此基础上,对相邻发射器湿球之间的重叠进行了彻底的理论几何分析。因此,这里推导出 Montalvo 的重叠系数。作者假设侧管中所有发射器的净润湿面积相同,但可以说,极端发射器和内部发射器以及每株植物行一个侧管和每株植物两个侧管的配置中,发射器之间的重叠面积不同排。因此,本研究提出了计算重叠系数的新公式,需要将发射器的数量作为附加变量,并区分每个植物行是否存在一个或两个侧向,以及分组和非分组之间的差异。 - 分组发射器。在每行植物的一侧,原始重叠系数低估了一个发射器的净润湿面积,从而高估了所需发射器的理论数量。在每个植物行有两个侧向的情况下,原始重叠系数高估了内部发射器的净润湿面积,从而低估了每株植物所需发射器的理论数量。所提出的公式应用于涵盖广泛场景的不同实际示例中。结果可以总体概述土壤类型、发射器流量以及每株植物所需发射器数量的选定重叠比的影响。这里提出的指南和方法的修订,补充了滴灌下土壤水动态的其他实验结果和模型,

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灌溉系统的设计者必须考虑灌水器类型、灌水器均匀性、水力、地形、所需的水分布、作物耐盐性、需水量、水质、施肥注入、土壤盐度、文化习惯和其他特定地点条件的复杂组合。与灌溉装置水力设计所采用的方法相比,没有一个明确的、通用的和统一的设计标准来计算每个工厂所需的发射器数量。在大多数情况下,考虑到各种可能的情况,只能找到指导性建议,最终的决定往往基于设计者或种植者的主观经验。本文旨在修订、澄清和完善现有已发布的用于估算滴灌中每株植物所需排放量的指南和方法,重点关注蒙塔尔沃方法。除其他外,农艺设计应满足两个具体条件:(i)发射器应湿润至少与植物相对应的土壤面积(或体积)的最小阈值,以确保根系的正常发育;(ii) 发射器灯泡之间需要重叠,以合并润湿体积并避免根部区域附近的盐浓度。在此基础上,对相邻发射器湿球之间的重叠进行了彻底的理论几何分析。因此,这里推导出 Montalvo 的重叠系数。作者假设侧管中所有发射器的净润湿面积相同,但可以说,极端发射器和内部发射器以及每株植物行一个侧管和每株植物两个侧管的配置中,发射器之间的重叠面积不同排。因此,本研究提出了计算重叠系数的新公式,需要将发射器的数量作为附加变量,并区分每个植物行是否存在一个或两个侧向,以及分组和非分组之间的差异。 - 分组发射器。在每行植物的一侧,原始重叠系数低估了一个发射器的净润湿面积,从而高估了所需发射器的理论数量。在每个植物行有两个侧向的情况下,原始重叠系数高估了内部发射器的净润湿面积,从而低估了每株植物所需发射器的理论数量。所提出的公式应用于涵盖广泛场景的不同实际示例中。结果可以总体概述土壤类型、发射器流量以及每株植物所需发射器数量的选定重叠比的影响。这里提出的指南和方法的修订,补充了滴灌下土壤水动态的其他实验结果和模型,

更新日期:2023-11-29
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