پژوهش نظری جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته
مهندسی آبیاری و زهکشی
ارزیابی و مقایسه دو مدل آبپاش سیستم آبیاری
سنترپیوت با رهیافت اتوماسیون سیستم آبیاری
استاد راهنما:
دکتر مهدی ذاکری‌نیا
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده
با در نظر داشتن محدودیت منابع آب در عصر حاضر، آن چیز که که از سیستم‌های مکانیزه آبیاری نسبت به روش‌های سنتی انتظار می‌رود کاهش مصرف آب به شرط کاهش نیافتن سطح بهره‌وری می باشد. دستگاه‌های آبیاری آبفشان دوار که یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های آبیاری بارانی میباشد، اخیراً در ایران کاربرد زیادی پیدا کرده می باشد. با در نظر داشتن این امر لزوم پژوهش در مورد سازگاری این سیستم با شرایط فرهنگی، اقتصادی، اقلیمی ایران و بهینه کردن کارایی سیستم امری ضروری می باشد. با در نظر داشتن موردها 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 اشکال 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 معضلات کمبود آب و هزینه‌های انرژی گردد. پس در این راستا کوشش شده تا با مقایسه آبپاشهای چرخشی[2]، اسپریر[3] که از انواع رایج مورد بهره گیری در کشور می‌باشند، تا حدودی جزئیات و مبانی طراحی و انتخاب این آبپاش‌ها ذکر گردد. 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 پژوهش امکان اتوماسیون آبیاری در تمامی روش‌های به‌کار برده شده در داخل و خارج کشور مورد مطالعه قرار گرفت و مزایا و معایب هریک به صورت کامل ارائه گردید.
واژه‌های کلیدی: چرخشی، اسپریر، سنتر پیوت، تلفات بادبردگی، اتوماسیون آبیاری
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2- دستگاه آبفشان دوار……………………………………………………………………………………………………… 3
1-3- هدف از انجام پژوهش…………………………………………………………………………………………………… 4
فصل دوم: مطالعه 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 بهره گیری 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
فهرست مطالب
عنوان صفحه
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 جدید و هوشمند مدیریت آبیاری……………………………………………………………………… 54
2-7- اتوماسیون و تأثیر آن در سیستم‌های جدید 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- چگونگی‌ی 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
فهرست مطالب
عنوان صفحه
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
– مقدمه
شکی نیست که در سال‌های اخیر به‌علت کمبود آب و نیاز به تولیدات کشاورزی روزافزون، بهره گیری بهینه از آب به‌عنوان منشا اصلی تولیدات کشاورزی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته می باشد. در کشور ما نیز به‌دلیل قرار گرفتن در اقلیم خشک و نیمه‌خشک و کمبود منابع آبی این نیاز به‌شدت احساس گشته و سبب توسعه بهره گیری از سیستم‌های آبیاری تحت فشار گردیده می باشد. اما نکته تأمل‌برانگیز این می باشد که چرا با وجود گذشت چند دهه از بهره گیری 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 مطالعه 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 می باشد که ضرورت مطالعه 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 گردید و در این بخش رشد چشمگیری داشت. اما در بخش کشاورزی و خدمات مربوطه تنها در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته می باشد. یکی از علت های تأخیر در پرداختن به مسئله ارزیابی و بهبود عملکرد در طرح‌های آبیاری این می باشد که تنها در دهه‌های اخیر می باشد که محدودیت‌های منابع در احداث و بهره‌برداری طرح‌های آبیاری و توسعه روش‌های آبیاری و حساسیت تبعات اجتماعی- اقتصادی و زیست‌محیطی آنها احساس شده می باشد.
ارزیابی مقوله‌ای می باشد که اکثر سازمان‌ها مبتلا به آن هستند. به‌خصوص تشکیلات بهره‌بردار از سیستم‌های آبیاری با در نظر داشتن سرمایه‌گذاری‌های عظیمی که انجام شده می باشد، بایستی به آن بیشتر توجه گردد. پس به‌کارگیری آن در عملکرد سیستم‌های آبیاری نیز لازم می باشد براساس چارچوب‌های تئوریک، ارزیابی انجام گردد.
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- 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 گردید. سیستم مذکور برای آبیاری دایره‌‌هایی با شعاع خیلی زیاد، بدون بهره گیری 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 می باشد. در حال حاضر 20 درصد از اراضی زراعی و نیمی از زمین‌های تحت آبیاری بارانی ایالات متحده با این دستگاه آبیاری می گردد. همچنین تا سال 1980 میلادی در جمهوری اوکراین 2000 دستگاه برای آبیاری حدود 100000 هکتار نصب گردیده می باشد (وفایی، 1372).
دستگاه‌های آبفشان دوار آغاز در در ایالات غربی آمریکا که کمبود کارگر محسوس بود ابداع گردید. هزینه این سیستم‌ها در واحد سطح آبیاری نسبت به سایر سیستم‌ها زیاد می باشد. پس 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 می باشد. اما 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 می باشد. تجربه نشان داده می باشد که سیستم‌هایی که سطح آبیاری در آنها 50 تا 65 هکتار می باشد 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. اما در کشورهای اروپای غربی به‌دلیل محدود بودن اراضی و نداشتن شکل منظم اینگونه سیستم‌ها توسعه چندانی نیافته می باشد. فرانسه و اسپانیا که خود از سازندگان این دستگاه می‌باشند در ده‌ها هزار هکتار از اراضی خود از آن بهره گیری می‌کنند (وفایی، 1372).
با در نظر داشتن مطالب فوق الذکر، در کشور ما این سیستم کمتر مورد بهره گیری قرار گرفته و نظر به اینکه ساخت این دستگاه در داخل کشور آغاز شده می باشد، امید می‌رود که در آینده از آن بیشتر بهره گیری گردد. اهمیت این موضوع از یک طرف و کمبود اطلاعات از طرف دیگر، ضرورت انجام تحقیقات در این زمینه را روشن می‌سازد.
1-3- هدف از انجام پژوهش
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 ارتباط با مزرعه و مشخصات آن هم‌زیرا محصول، خاک و نقشه‌های نیاز کودی بدست آمد. کشاورزان اکنون داده‌هایی شامل گوناگونی‌های سطح مزرعه دارند که تنها گمانه‌زنی شده اما اثبات نشده می باشد. چالش پیش‌رو این می باشد که چگونه از این داده‌ها بهره گیری کنیم و چگونه تغییرات لازم برای تأثیرگذاری بر نواحی گوناگون مزرعه را اعمال کنیم. ادوات کاربردی کود و مواد شیمیایی همانند دستگاه‌های کاشت، به شکلی تجهیز شده‌اند تا به‌اندازه و اندازه‌های متفاوت در سطح مزرعه کار کنند. تحقیقات برای آبیاری با اندازه متغیر یا همان «مکان مشخص» در مکان‌های متفاوت در سرتاسـر آمریکا هم توسط دانشگاه‌ها و هم USDA-ARS انجام شده می باشد (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 تصریح به این نکته نماید که می‌توان سیستم را بهبود بخشید و همچنین ارائه علت های منطقی در انتخاب اصلاحاتی که می‌تواند عملی و اقتصادی باشد. مسأله افزایش جمعیت در جهان و ضرورت تأمین غذا برای این جمعیت از بحث‌هایی می باشد که همواره مطرح بوده می باشد 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 می گردد. این امر مستلزم یافتن چاره‌ای برای این بحران میباشد. در چهار دهه اخیر سرمایه‌گذاری‌های عظیمی در زمینه توسعه آبیاری به‌مقصود افزایش تولیدات مواد غذایی صورت پذیرفته می باشد 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 می باشد. با در نظر داشتن 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 به شمار می رود. 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 می باشد که این بارندگی ناچیز که معمولاً از اواخر پاییز تا اوایل بهار اتفاق می‌افتد، با در نظر داشتن 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 می باشد 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. پس با این وضعیت دیری نخواهد پایید که ایران به مرحله کم‌آبی رسیده و در زمره کشورهای درگیر بحران آب قرار گیرد. با در نظر داشتن آمار و ارقام موجود و مطالعات انجام گرفته در ایران به جرات می‌توان گفت که آب کمیاب‌ترین عامل تولید محصول کشاورزی می باشد (خلیلیان و موسوی، 1384).
با مطالعه امکانات بالقوه آب و خاک، ناچیز بودن بارش باران و محدودیت منابع آب در اغلب نقاط کشور ملاحظه می گردد، پس ضرورت بهره گیری 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 مانند 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 بهره گیری بهینه از منابع آب وافزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی از مهمترین اهداف کشورهاست. مهمترین بحث مدیریت آبیاری بحث تصمیم شروع آبیاری و مدت زمان آبیاری میباشد. با در نظر داشتن اینکه این تصمیم بستگی به شرایط متفاوتی از قبیل محصول، مرحله رشد محصول، شرایط آب و هوایی و غیره دارد، امکان تصمیم‌گیری ساده و سریع جهت آبیاری مزرعه از طرف کشاورز به سادگی امکان‌پذیر نمی‌باشد. به همین جهت کشاورز نیاز مبرم به ابزار و وسایلی دارد تا بتواند تصمیم به آبیاری را بگیرد و آبیاری مزرعه را عملی سازد. در مزارع کوچک کشاورز می‌تواند با باز و بسته کردن شیر آبیاری، آبیاری را انجام دهد. در مزارع بزرگ امکان باز و بسته کردن شیرهای زیاد و آبیاری مزارع با مقدار کم و دفعات بالا بدون آتوماسیون امکان پذیر نمی‌باشد.
در شرایط کنونی و با در نظر داشتن وضعیت کنونی کشاورزی ایران، توسعه روش‌های آبیاری تحت فشار در اراضی مستعد این نوع آبیاری راهی مناسب‌تر و کاراتر از روش‌های آبیاری سطحی خواهد بود و در سال‌های اخیر دولت توجه خاصی به این موضوع داشته، ترویج و توسعه روش‌های آبیاری تحت فشار را در دستور کار خود قرار داده می باشد.
پس بعد از اینکه لزوم تغییر روش‌های موجود احساس گردید، بایستی به توسعه و ترویج روش‌های جدید در یک حد مشخص پرداخته و علاوه بر ادامه ترویج کمی به بالا بردن کیفیت نیز پرداخته گردد. با گذشت چند سال از اجرای سیستم‌های آبیاری تحت فشار و مقبول واقع شدن آن در بین کشاورزان بجا خواهد بود که به مطالعه و ارزیابی عملکرد این سیستم‌ها در هر منطقه و امکان توسعه و بروزرسانی آنها مانند اتوماسیون آنها پرداخته گردد و نکات مثبت و منفی هر طرح عیان و از این نکات برای طراحی و اجرای طرح‌های آینده بهره گیری گردد و هر سیستم با یکسری اعمال مدیریت‌های مناسب بهینه شده و راندمان آبیاری بالا رود.
تعداد صفحه :114
قیمت : 14700 تومان
