وبلاگ

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 2

1-2- دستگاه آبفشان دوار……………………………………………………………………………………………………… 3

1-3- هدف از انجام تحقیق…………………………………………………………………………………………………… 4

فصل دوم: بررسی منابع

2-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 8

2-2- آبیاری تحت فشار……………………………………………………………………………………………………….. 8

2-2-1- سیستم آبیاری بارانی…………………………………………………………………………………………………. 9

2-2-2- معرفی دستگاه آبفشان دوار………………………………………………………………………………………… 10

2-2-2-1- اجزای دستگاه……………………………………………………………………………………………………… 12

2-2-2-2- تنظیم سرعت دستگاه…………………………………………………………………………………………….. 16

2-2-3- مزایای استفاده از دستگاه آبفشان دوار…………………………………………………………………………… 16

2-2-4- محدودیت‌های کاربرد دستگاه آبفشان دوار……………………………………………………………………. 17

2-3- اتوماسیون سیستم‌های آبیاری…………………………………………………………………………………………. 17

2-3-1- روش‌های مختلف اتوماسیون آبیاری……………………………………………………………………………. 20

2-4- معرفی آبپاش‌ها در سیستم آبفشان دوار…………………………………………………………………………….. 26

2-4-1- آبپاش­های پرفشار……………………………………………………………………………………………………. 31

2-4-2- اسپریر­های کم­فشار…………………………………………………………………………………………………… 31

2-4-3- الگوی پاشش آبپاش­های کم­فشار………………………………………………………………………………… 32

2-4-4- فشار و سایز نازل……………………………………………………………………………………………………. 33

2-4-5- سطح خیس­شده و شدت­پخش……………………………………………………………………………………. 35

2-4-6- صفحات انعکاس جریان…………………………………………………………………………………………… 37

2-4-7- ارتفاع آبپاش…………………………………………………………………………………………………………… 40

2-4-8- سرعت باد……………………………………………………………………………………………………………….

 

41

2-4-9- انرژی جنبشی قطرات آبپاش………………………………………………………………………………………. 42

2-4-10- مسیر جریان………………………………………………………………………………………………………….. 45

2-4-11- انتخاب و نصب بهینه پکیج آبپاش…………………………………………………………………………….. 46

2-5- مروری یر تحقیقات انجام شده………………………………………………………………………………………. 51

2-6- سیستم‌های نوین و هوشمند مدیریت آبیاری……………………………………………………………………… 54

2-7- اتوماسیون و نقش آن در سیستم‌های نوین مدیریت آبیاری…………………………………………………… 55

2-8- انواع سیستم‌های اتوماسیون……………………………………………………………………………………………. 56

2-8-1- سیستم اتوماسیون از طریق دستگاه‌هایی با باطری 9 ولت………………………………………………….. 56

2-8-2- سیستم اتوماسیون با برق 230 ولت………………………………………………………………………………. 56

2-8-3- سیستم اتوماسیون بوس یا دو رشته‌ای…………………………………………………………………………… 56

2-8-4- سیستم اتوماسیون با دستگاه‌های بی‌سیم…………………………………………………………………………. 57

2-8-4-1- ساختار سیستم‌های کنترل بی‌سیم……………………………………………………………………………… 57

2-8-4-2- نحوه‌ی کار با دستگاه‌های بی‌سیم از طریق اینترنت و خط موبایل………………………………….. 59

2-8-4-3- ابزار و روش‌های مدیریت سیستم‌های آبیاری…………………………………………………………….. 64

2-8-4-4- سنسورهای سنجش رطوبت خاک…………………………………………………………………………… 64

فصل سوم: مواد و روش‌ها

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 68

3-2- مشخصات محل اجرای آزمایش…………………………………………………………………………………….. 68

3-3- اقلیم و هواشناسی………………………………………………………………………………………………………… 68

3-4- توپوگرافی………………………………………………………………………………………………………………….. 68

3-5- مشخصات خاک………………………………………………………………………………………………………….. 69

3-6- منابع آب آبیاری………………………………………………………………………………………………………….. 69

3-7- مشخصات آب آبیاری………………………………………………………………………………………………….. 69

3-8- مشخصات سیستم آبیاری………………………………………………………………………………………………. 70

3-8-1- مشخصات پمپ………………………………………………………………………………………………………. 70

3-9- مراحل اجرای طرح در مزرعه………………………………………………………………………………………… 71

3-9-1- معرفی آبپاش‌های مورد مطالعه…………………………………………………………………………………… 71

3-10- آزمایش یکنواختی پخش آبپاش­های چرخشی، اسپریر به­صورت منفرد…………………………………. 74

3-11- محاسبات…………………………………………………………………………………………………………………. 76

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 78

4-2- ارزیابی آبپاش‌ها به‌صورت منفرد…………………………………………………………………………………….. 78

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

5-1- نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………. 88

5-2- پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………….. 89

فهرست منابع………………………………………………………………………………………………………………………. 92

چکیده:

با توجه به محدودیت منابع آب در عصر حاضر، آنچه که از سیستم‌های مکانیزه آبیاری نسبت به روش‌های سنتی انتظار می‌رود کاهش مصرف آب به شرط کاهش نیافتن سطح بهره‌وری است. دستگاه‌های آبیاری آبفشان دوار که یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های آبیاری بارانی می‌باشد، اخیراً در ایران کاربرد زیادی پیدا کرده است. با توجه به این امر لزوم تحقیق در مورد سازگاری این سیستم با شرایط فرهنگی، اقتصادی، اقلیمی ایران و بهینه نمودن کارایی سیستم امری ضروری است. با توجه به موارد فوق هدف از این ارزیابی، شناخت وضع موجود دستگاه آبفشان دوار[1] می‌باشد که براساس آن بتوان در جهت بهبود وضعیت دستگاه و رفع نقاط ضعف آن تصمیم‌گیری نمود. اهمیت این موضوع از یک طرف و کمبود اطلاعات از طرف دیگر، ضرورت انجام تحقیقات در این زمینه را روشن می‌سازد. آبپاش‌ها به‌عنوان یکی از اجزای اصلی این دستگاه در کانون توجه تولیدکنندگان و کارشناسان قرار گرفت تا با بهینه کردن بازده آبیاری و انرژی مصرفی راه‌گشای نسبی مشکلات کمبود آب و هزینه‌های انرژی گردد. لذا در این راستا سعی شده تا با مقایسه آبپاش‌های چرخشی[2]، اسپریر[3] که از انواع رایج مورد استفاده در کشور می‌باشند، تا حدودی جزئیات و مبانی طراحی و انتخاب این آبپاش‌ها ذکر شود. در یک نگاه کلی، آبپاش اسپریر از طریق مه‌پاش کردن قطرات خروجی باعث کاهش صدمات وارده به خاک و گیاه به‌خصوص در دوره جوانه‌زنی و آبپاش چرخشی به‌دلیل چرخش صفحه انکسار جریان باعث ایجاد قطر پاشش بیشتر و مزایای حاصله می­گردد. تلفات بادبردگی در شرایط بدون باد به‌صورت منفرد برای آبپاش‌های چرخشی، اسپریر برابر 85/5، 9/5 درصد و در شرایط وزش باد با سرعت 3 تا 4 متر بر ثانیه به‌ترتیب به 63/10، 37/13 درصد افزایش می‌یابد. همچنین در این تحقیق امکان اتوماسیون آبیاری در تمامی روش‌های به‌کار برده شده در داخل و خارج کشور مورد بررسی قرار گرفت و مزایا و معایب هریک به تفصیل ارائه گردید.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

شکی نیست که در سال‌های اخیر به‌علت کمبود آب و نیاز به تولیدات کشاورزی روزافزون، استفاده بهینه از آب به‌عنوان منشا اصلی تولیدات کشاورزی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در کشور ما نیز به‌دلیل قرار گرفتن در اقلیم خشک و نیمه‌خشک و کمبود منابع آبی این نیاز به‌شدت احساس گشته و سبب توسعه استفاده از سیستم‌های آبیاری تحت فشار گردیده است. اما نکته تأمل‌برانگیز این است که چرا با وجود گذشت چند دهه از استفاده این سیستم‌ها، رشد و توسعه علمی با گسترش اجرایی آن هماهنگی نداشته و شاهد کمبودهای بسیاری در بخش اجرای سیستم‌های آبیاری تحت فشار هستیم. با کمی درنگ و بررسی سیستم‌های اجراشده در کشور می‌توان به این مطلب رسید که عدم وجود نظارت پس از اجرای سیستم‌های آبیاری تحت فشار باعث شکست تعداد زیادی از طرح‌های این چنینی گشته است که ضرورت بررسی و ارزیابی سیستم‌ها را پس از اجرا نمایان می‌سازد. مسئله ارزیابی و بهبود عملکرد به‌صورت امروزی پس از انقلاب صنعتی در واحدهای تولیدی صنعتی شروع شد و در این بخش رشد چشمگیری داشت. اما در بخش کشاورزی و خدمات مربوطه تنها در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از دلایل تأخیر در پرداختن به مسئله ارزیابی و بهبود عملکرد در طرح‌های آبیاری این است که تنها در دهه‌های اخیر است که محدودیت‌های منابع در احداث و بهره‌برداری طرح‌های آبیاری و توسعه روش‌های آبیاری و حساسیت تبعات اجتماعی- اقتصادی و زیست‌محیطی آنها احساس شده است.

ارزیابی مقوله‌ای است که اکثر سازمان‌ها مبتلا به آن هستند. به‌خصوص تشکیلات بهره‌بردار از سیستم‌های آبیاری با توجه به سرمایه‌گذاری‌های عظیمی که انجام شده است، باید به آن بیشتر توجه شود. بنابراین به‌کارگیری آن در عملکرد سیستم‌های آبیاری نیز لازم است براساس چارچوب‌های تئوریک، ارزیابی انجام شود.

سیستم آبفشان دوار با اتوماسیون بالا و قابلیت کار در توپوگرافی­های نسبتاً ناهموار در حال جایگزین شدن سیستم‌های آبیاری سطحی، متحرک دستی و متحرک چرخدار هستند. سطح آبیاری آبفشان دوار به‌صورت قابل توجهی با افزایش طول دستگاه افزایش می‌یابد.

2-1- دستگاه آبفشان دوار

از زمان معرفی آبفشان دوار در اواسط دهه 1950 صنعت مکانیک همواره برای تولید و توسعه محصولات بهتر بوده تا با نیازهای تولیدی کشاورزی بیشتر همخوانی داشته باشد. هدف کلی، انجام یک آبیاری یکنواخت و کم هزینه با یک عمق کاربردی خاص در سطح مزرعه می‌باشد.

اولین دستگاه آبیاری بارانی آبفشان دوار در ایالات متحده آمریکا ساخته شد. سیستم مذکور برای آبیاری دایره‌‌هایی با شعاع خیلی زیاد، بدون استفاده از نیروی انسانی و با به‌کارگیری تنها قسمت ناچیزی از نیروی هیدرولیکی تأمین شده توسط مکانیزم پمپاژ جهت جابجایی آن طراحی شده بود. دستگاه آبیاری آبفشان دوار از آن هنگام تاکنون در حال پیشرفت بوده و نیروی محرکه آن از هیدرولیکی به الکتریکی تغییر نموده است. در حال حاضر 20 درصد از اراضی زراعی و نیمی از زمین‌های تحت آبیاری بارانی ایالات متحده با این دستگاه آبیاری می‌شود. همچنین تا سال 1980 میلادی در جمهوری اوکراین 2000 دستگاه برای آبیاری حدود 100000 هکتار نصب گردیده است (وفایی، 1372).

دستگاه‌های آبفشان دوار ابتدا در در ایالات غربی آمریکا که کمبود کارگر محسوس بود ابداع گردید. هزینه این سیستم‌ها در واحد سطح آبیاری  نسبت به سایر سیستم‌ها زیاد است. بنابراین هرچه دستگاه بزرگتر و سطح پاشش افزایش یابد این سیستم‌ها کاراتر خواهند بود به طوری که در بعضی سیستم‌ها سطح آبیاری شده بالغ بر 500 تا 600 هکتار است. ولی بالا رفتن سطح آبیاری سطح راهبری سیستم را با مشکل مواجه می‌سازد و اگر خللی در دستگاه پدید آید زیان حاصله از آن بسیار زیاد است. تجربه نشان داده است که سیستم‌هایی که سطح آبیاری در آنها 50 تا 65 هکتار است موثرترین نوع سیستم آبفشان دوار هستند (علیزاده، 1386). بسیاری از کشور‌ها نظیر مصر، لیبی، مکزیک، اسپانیا، فرانسه، برزیل و کانادا از این سیستم جهت آبیاری انواع محصولات زراعی در سطح وسیع بهره جسته‌اند. ولی در کشور‌های اروپای غربی به‌دلیل محدود بودن اراضی و نداشتن شکل منظم اینگونه سیستم‌ها توسعه چندانی نیافته است. فرانسه و اسپانیا که خود از سازندگان این دستگاه می‌باشند در ده‌ها هزار هکتار از اراضی خود از آن استفاده می‌کنند (وفایی، 1372).

با توجه به مطالب فوق الذکر، در کشور ما این سیستم کمتر مورد استفاده قرار گرفته و نظر به اینکه ساخت این دستگاه در داخل کشور آغاز شده است، امید می‌رود که در آینده از آن بیشتر استفاده گردد. اهمیت این موضوع از یک طرف و کمبود اطلاعات از طرف دیگر، ضرورت انجام تحقیقات در این زمینه را روشن می‌سازد.

3-1- هدف از انجام تحقیق

از زمان معرفی آبفشان دوار در اواسط دهه 1950 صنعت مکانیک همواره برای تولید و توسعه محصولات بهتر بوده تا با نیازهای تولیدی کشاورزی بیشتر همخوانی داشته باشد. هدف کلی، انجام یک آبیاری یکنواخت و کم هزینه با یک عمق کاربردی خاص در سطح مزرعه می‌باشد.

با معرفی و پذیرش کشاورزی دقیق، ناگهان اطلاعات بیشتری در رابطه با مزرعه و مشخصات آن هم‌چون محصول، خاک و نقشه‌های نیاز کودی بدست آمد. کشاورزان اکنون داده‌هایی شامل گوناگونی‌های سطح مزرعه دارند که تنها گمانه‌زنی شده ولی اثبات نشده است. چالش پیش‌رو این است که چگونه از این داده‌ها استفاده کنیم و چگونه تغییرات لازم برای تأثیرگذاری بر مناطق مختلف مزرعه را اعمال کنیم. ادوات کاربردی کود و مواد شیمیایی همانند دستگاه‌های کاشت، به شکلی تجهیز شده‌اند تا به‌میزان و اندازه‌های متفاوت در سطح مزرعه کار کنند. تحقیقات برای آبیاری با میزان متغیر یا همان «مکان مشخص» در مکان‌های متفاوت در سرتاسـر آمریکا هم توسط دانشگاه‌ها و هم USDA-ARS انجام شده است (لئورا و نبرسکا، 2011).

هدف از ارزیابی بهبود بخشیدن یک سیستم در حال کار و مدیریت آن و ارائه پتانسیل واقعی سیستم برای رسیدن به بازدهی بیشتر می‌باشد. ارزیابی می‌تواند با فراهم آوردن داده‌های پیوسته، مدیریت را در اقدام اصلاحی به‌موقع در مراحل مختلف طرح‌های در دست اجرا و در حال بهره‌برداری یاری دهد و همچنین قادر می‌سازد تا در برابر تحولات اوضاع در محل واکنش مناسب نشان داده و سیستم را در راستای اهداف مورد نظر نگه دارد و مدیریت را در بهبود عملکرد و آینده خود یاری رساند. ارزیابی دقیق سیستم می‌تواند اشاره به این نکته نماید که می‌توان سیستم را بهبود بخشید و همچنین ارائه دلایل منطقی در انتخاب اصلاحاتی که می‌تواند عملی و اقتصادی باشد. مسأله افزایش جمعیت در جهان و ضرورت تأمین غذا برای این جمعیت از بحث‌هایی است که همواره مطرح بوده است و در این ارتباط علاوه بر تمهیدات لازم در جهت کاهش نرخ رشد جمعیت، بر صرفه‌جویی در مصرف غذا، آب و افزایش تولیدات در بخش کشاورزی تأکید می‌گردد. این امر مستلزم پیدا کردن چاره‌ای برای این بحران می‌باشد. در چهار دهه اخیر سرمایه‌گذاری‌های عظیمی در زمینه توسعه آبیاری به‌منظور افزایش تولیدات مواد غذایی صورت پذیرفته است و در دنیای امروز تأمین غذا بدون اجرای این پروژه‌ها قابل تصور نمی‌باشد و یکی از راه‌های توصیه شده تغییر در نظام مدیریت آبیاری و نهایتاً افزایش راندمان آبیاری است. با توجه به موقعیت کشورمان که بین مدار‌های 30 و 60 درجه شمالی و واقع گردیده، با متوسط بارندگی 240 میلی‌متر در سال، یکی از مناطق نسبتاً کم باران جهان محسوب می‌گردد. ضمناً این بارندگی نیز تحت‌تأثیر رشته کوه‌های متعدد در دامنه تغییرات زیاد (کمتر از 100 میلی‌متر تا بیش از 1000 میلی‌متر در سال) ریزش می‌نماید (امیدوار، 1378). لازم به یاد‌آوری است که این بارندگی ناچیز که معمولاً از اواخر پاییز تا اوایل بهار اتفاق می‌افتد، با توجه به نوع کشت معمول در ایران در فصول مناسب کشاورزی ریزش نمی‌‌نماید.

سازمان ملل متحد در برنامه جمعیت و محیط زیست خود، ایران را در ردیف 100 کشوری قرار داده است که پیش­بینی می­گردد در سال 2015 سرانه آب شیرین آن نزدیک به 816 مترمکعب برسد که حدود 20 درصد کم­تر از سرانه آب در خط فقر (1000 مترمکعب) می­باشد. لذا با این وضعیت دیری نخواهد پایید که ایران به مرحله کم‌آبی رسیده و در زمره کشورهای درگیر بحران آب قرار گیرد. با توجه به آمار و ارقام موجود و مطالعات انجام گرفته در ایران به جرات می‌توان گفت که آب کمیاب‌ترین عامل تولید محصول کشاورزی است (خلیلیان و موسوی، 1384).

با بررسی امکانات بالقوه آب و خاک، ناچیز بودن بارش باران و محدودیت منابع آب در اغلب نقاط کشور ملاحظه می‌گردد، لذا ضرورت استفاده بهینه از آب در طرح‌های توسعه منابع آب، توسعه سیستم‌های آبیاری با راندمان بالا، امری ضروری و بهره‌گیری از راه‌کارهای عملی و علمی در این خصوص از جمله ارزیابی مداوم از عملکرد سیستم‌های آبیاری مورد توصیه و تأکید می‌باشد.

جهان در سال‌های آینده با بحران غذا و آب روبروست و در همین راستا کشاورزی و استفاده بهینه از منابع آب وافزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی از مهمترین اهداف کشورهاست. مهمترین