Sprinkler Irrigation - Can its efficiency be improved?

  • Article
  • Sprinklers

ByNaanDanJain – Kobi Shilo 

This article presents further options for more efficient irrigation

Use of a computer and software to analyze the water distribution allows anyone to examine and analyze the sprinkler data in an optimum manner

Analysis of different indices presented by the CU, DU and Scheduling Coefficientand flexible execution of changes in sprinkler positioningspacing and location 

will reveal to us the full picture of the optimal water distribution. 

  • Are our considerations correct when planning sprinkler systems 
  • When last was the sprinkler system’s efficiency checked 
  • Can we get more out of our sprinkler system 

Up to nowwhen planning and applying the sprinkler systemnumerous compromises are made inconvenience of operationspacing positionpipe diameterworking pressure and more. 

Opening a window 
Water is nature’s treasure and it must be protected. A magnifying glass must be used when applying the sprinkler systemThe message of more intelligent and cautious use of water is accepted in certain regions and it must also be penetrated into and accepted by regions that are blessed with an abundance of water. 
This article will open a small window onto understanding water distributionIt will examine where the designer and user can make decisions that will contribute to irrigation efficiency. 

Conventional basic assumptions 
The basic assumptions for efficient application is presented in briefand they will not be discussed here. 

  • Operation within the recommended pressure range  
  • Irrigation without wind (at worstwind up to 1.5 m/sec 
  • Selection of the sprinkler positioning according to recommendations and/or distribution tests (positioning = spacing on and between the lines and the way they are arranged in the field 
  • Perpendicularity of the riser and the sprinkler  
  • Maintenance of nozzles (replacement of worn nozzles that cause deviations in the discharge and distribution). 

Methods for evaluating water distribution 

The conventional method for examining the sprinkler’s water distribution is based on Christiansen’s distribution coefficientThis is a statistical formula that examines the deviations from the average over the entire field and provides an evaluation in percentage. 

Conventional values: 

  • Minimum required: CU = 84% 
  • Recommended level: 88% and above.

A second methodwhich is called DU,  

examines the ratio between the average of 25% of the low readings and the general average of all readings. 

Conventional values: 

  • Minimum required: C.U.=75% 
  • Recommended level: C.U.= 80% and above. 

This method enables location of dry area problems and planning of an irrigation water portion that will be taken into account in the required application. 

Leaching of salts 
 

  • Penetration and activation of chemicals 
  • Wetting the required soil profile  

Example 

  • Spacing of sprinklers: 12 x 18 m (216 m) 
  • Average application rate: 8.0 mm/h 

When the DU = 75%, then 25% of the area (with random distributionreceived an average minimal value of only 6 mm/h. 

Analysis of the implications of distribution uniformity. 
It has been said that a person can drown in a lake that is only an average of one meter deep. A mere statistical analysis does not always show the “dips”. The plant whose growing area falls into the “dip” will receive less water and fertilizerunless it receives extra irrigation. 

In the computer eraexaminationanalysis and evaluation of the statistical analysis can be conducted and accurate decisions can be made. 

The points that we wish to examine and define are: 

  • What are the gaps between minimummaximum and average 
  • Are there focused areas with water surplus or shortage 
  • What is the economic significance in each situation 

The data of CU distribution uniformity alone cannot provide us with a full answer

For this reasonwe must conduct an additional data analysis using DU and/or Scheduling Coefficientswhich relate to gaps between minimum and average and to their position in the field. 

In the endthe picture will be completed by physical observation of the water distribution grid provided by the softwarein values of mm/h. 

Example: 

  • DataSprinkler field with square positioning of 12 x 16 m 
  • Working pressure: 3.5 – 4.0 bar 
  • Average sprinkler rate: 8.5 mm/h 
  • Distribution uniformity according to CU: 85% 
  • Distribution uniformity according to DU: 79% 

Implications 

According to the DU definitionthe ratio of the lowest 25% of the readings and the average precipitation rate is 0.79. This means that if the average is 8.5 mm/h, we will receive readings of 6.7 mm/h in 25% of the field. 

A third methodSc (Scheduling Coefficient) 

This method enables specific observation of the water distribution map and location of the field that receives the minimal water portionWe can define the size of the required area as a percentage of the spacing area. 
The Sc measurement enables planning of the irrigation portion and the required extra irrigationbased on the field that receives the minimal portion. 
The Sc coefficient can help us to select a better solution than the CU values for different sprinklers or spacing. 

Example 

Scheduling Coefficient 1.3 means that the minimal area receives 30% less than the averageThe computer software shows us the ratio between the average of this defined unit and the general average. 

  • 1 = ScNo deviationthe entire field is uniform 
  • 1-1.5 = ScScope of results is reasonable 
  • Sc > 2.0: Bad resultsnot recommended 

For sensitive cropswe can define an area of 5 to 10%. For less sensitive cropswe can define a larger area – 15 to 25%. The larger the definition of the area sizethe lower the Sc value. 

Table: Example of calculation of the water portion required for completion for Sc values and different field percentages. 

  

Calculated field % 

Defined unit size 
Sq.m/h 

Calculated Sc 

Water volume 
relative to 
average appli 
cation rate % 

Water volume 
required to 
complement 
mm/ha/h 

5 

10.8 
 

1.43 
 

70 

25.5 
 

10 

21.6 

1.40 

71 
 

25 
 

15 
 

32.4 
 

1.34 

75 

21 
 

20 

43.2 

1.30 

77 
 

19 

25 

54.0 
 

1.21 

83 

14.4 

 
 

  • Sprinkler positioning: 12 x 18 m (216 sq. m) 
  • Irrigation rate: 8.5 mm/h 

Conclusions: 

In compiling such a tablewe can analyze the implications of the required extra watercompared with the percentage of the area that we wish to defineWith high economic sensitivity to the cropwe can focus the decision on a basis of 5 to 10% of the areaIn less sensitive situationsthe field can be defined as 15 to 25%. 

General view 

We currently hold more precise tools for efficient irrigation analysisBased on water and energy prices (irrigation/pumping durationon the one handand income forecast from yields on the otherwe will consider the feasibility of improving distribution uniformity. 

Sometimes a small change in the sprinkler positioning and/or spacing will contribute to significant change in the distribution uniformity and the scheduling coefficient. 

Example 

Situation A: A sprinkler system with distribution uniformity of CU = 86% 

Sc = 1.6, 9 x 10 m spacing in a rectangular positioning 

Situation B: (ImprovedChanging the positioning to triangularwith 9 x 10 m spacing 

CU = 89% 

Sc = 1.3 

Result 

Possible average savings in water for the growing season 
Water portion in Situation A (6,000 cu.m/ha) 
Water portion in Situation B (4,870 cu.m/ha 
 

Did you found this page useful?

Accessibility

  • Font size

Accessibility Legend

For full compatibility, use Chrome and Firefox browsers.                 

In this accessibility tool, several things can be done

                
                        
  • - Replace website color in the color department
  •                     
  • - Increase and decrease fonts without design breaks
  •                     
  • - Emphasize headlines and links in the outline
  •                     
  • - You can also only work on a keyboard and browse the site
  •                     
  • - You can play a document without any formatting
  •                     
  • - Everything can be reset to the default
  •                 
                

Main places can be easily reached by the above key combinations

                
                        
  • ESC resets the index of the document and places it in the Quick Navigation menu
  •                     
  • ALT + i - Turn off and turn on this information
  •                     
  • ALT + m - Quick access to the accessibility menu
  •                     
  • ALT + s - Go to the Quick Navigation menu
  •                     
  • ALT + 1 - Back to home page
  •                     
  • ALT + 2 - go to the main menu
  •                     
  • ALT + 3 - Go to main content on page
  •                     
  • ALT + 4 - beyond general search
  •                     
  • ALT + 5 - go to the contact page
  •                 
                

If pages are moved through the site information about our choices is saved and continues with the user to the next page