An evaluation of the performance of the sprinkler irrigation systems in Derince Tahtalı Pond’s irrigation area

Bu çalışmanın amacı, Derince Tahtalı Göleti sulama alanındaki yağmurlama sulama sistemlerinin etkinliğinin belirlenmesi ve ne kadar etkin kullanılabileceğinin araştırılmasıdır. Çalışmada Kocaeli ili Derince ve Körfez ilçelerine bağlı altı mahallenin her birinden iki üretici seçilmiş, 2012-2018 yılları arasında toplam 24 sulama faaliyeti gözlenmiştir. Arazi çalışmalarında; her bir yağmurlama sulama sistemindeki sistem altyapısı tespit edilmiş, toprak ve sulama suyu örnekleri alınmış, basınç ve debi ölçümleri, sulama suyu tarla yüzeyinde dağılım ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bir sulama sistemi altyapısı, üretici koşullarını benzeştirecek şekilde yeniden oluşturulmuş ve bu amaçla yeni borular ve yağmurlama başlıkları kullanılarak debi ölçümleri için kabul edilebilir sınır değerlere ulaşılmaya çalışılmıştır. Bununla birlikte bir sulama sisteminin altyapısı, bilgisayarda simülasyon yazılımları ile yeniden oluşturulmuş ve debi değerleri üç farklı basınç değeri için incelenmiştir. Akışkanlar mekaniği biliminde kullanılan debi ve yük kayıp denklemleri de kullanılarak teorik hesaplamalar yapılmış ve debi değerleri yine teorik olarak üç farklı basınç değeri için hesaplanmıştır. Simulasyon çalışmaları ve teorik hesaplamalardan elde edilen debi değerleri ile arazi üzerinde yapılan deneysel çalışmadan elde edilen değerler karşılaştırılmıştır. Ayrıca, üreticilerin demografik yapısını ortaya çıkarmak için 10 soruluk bir anket çalışması yapılmıştır. Araştırma alanında üreticilerin yapmış olduğu sulamaların tümünde, yağmurlama başlıkları arasındaki debi farklılığının izin verilen sınırın üzerinde olduğu gözlenmiştir. 17 sulamada işletme basıncı değeri, izin verilen basınç farklılığı değerini sağlamıştır. 7 sulamada ise bu değer sağlanamamıştır. Sulama suyu eş dağılımı için belirlenen iki katsayıdan biri olan Christiansen eş dağılım katsayısı (CU), %53.16 ile %88.44 arasında değişmiştir. Bir diğer katsayı olan dağılım türdeşliği (DU) ise, %48.35 ile %85.56 arasında değişmiştir. Tüm sulamalar için CU değeri 2 sulamada, DU değeri ise 3 sulamada istenen kriteri sağlamıştır. Tasarlanan sulama sistemi üzerinde üç farklı çalışma basıncı altında deneysel ve simülasyon çalışmasından elde edilen debi değerleri karşılaştırılmıştır. Simülasyon çalışma sonuçlarından elde edilen debi değerlerinin deneysel çalışma sonuçlarından elde edilen debi değerleri ile %99 oranında tutarlı olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak efektif bir sulama sistemi tasarımı için simülasyon çalışmasının önemli ölçüde faydalı olduğu bu çalışma ile ortaya çıkarılmıştır.The purpose of this study is to determine the efficiency of the sprinkler irrigation systems in Derince Tahtalı Pond’s irrigation area and to decide how efficiently they can be used. In the study, two farmers were chosen from each of the six neighborhoods of both Derince and Körfez districts of Kocaeli province, and a total of 24 irrigation activities were observed between 2012-2018 years. As part of fieldwork, the system infrastructure of each sprinkler irrigation system was identified, soil and irrigation water samples were taken, and pressure and flow rate as well as the distribution of irrigation water on the field surface were measured. An irrigation system infrastructure was recreated to simulate farmer’s conditions. To this end, using new pipes and sprinkler heads, acceptable limit values were reached for flow rate measurements. Besides, an irrigation system infrastructure was regenerated by means of simulation software on computer, and flow rate values were analyzed for three different pressures. Theoretical calculations were made using the flow rate and head loss equations used in fluid mechanics, and flow rate values were analyzed for three different pressures. The flow rate values from simulation studies and theoretical calculations were compared to the real values obtained from the field. Also a survey made up of ten questions was conducted to find out farmers demographic structure. In all of the irrigations performed by farmers in the field of research, flow rate differences between sprinkler heads were found to be above the permissible limit. In 17 irrigations, operating pressure value provided the permissible pressure difference value. However, in 7 irrigations, this value was not provided. Christiansen Coefficient of Uniformity (CU) – one of the two coefficients for irrigation water uniformity – ranged from 53.16% to 88.44%. Another coefficient distribution uniformity (DU), on the other hand, varied between 48.35% and 85.56%. Given all irrigations, CU value met the desired criteria in 2 irrigations and DU value in 3 irrigations. The flow rate values obtained from the experimental and simulation studies at three different operating pressures on the designed irrigation system were compared. It was determined that the flow rate values obtained from the simulation study agree well about %99 percent with the flow rate values obtained from the experimental study. As a result, it has been revealed with this study that simulation study was significantly beneficial for designing an effective irrigation system