بررسی سیستم های آبیاری گلخانه ای



موضوع
بررسی سیستم های آبیاری گلخانه ای
Greenhouse irrigation systems review

نام استاد :

نام محقق :

آب و آبیاری در گلخانه ها
چکیده :
آب به عنوان یکی از نعمت های خدادادی و به عنوان یکی از اساسی ترین نهاده ها در بخش کشاورزی مهم ترین جایگاه را داشته و علاوه بر تلاش در جهت شناسائی پتانسیل های بهره برداری و استحصال منابع آبی جدید باید در حداکثر استفاده از منابع آب، هرگونه تمهیدات مناسب را به کار گرفت. افزایش تولیدات کشاورزی به منظور خودکفا شدن در تامین غذای مورد نیاز جمعیت کشورمان یکی از مهمترین اهداف توسعه اقتصادی کشور می باشد.

مقدمه :
با توجه به محوریت بخش کشاورزی در توسعه اقتصادی کشور، دستیابی به حداکثر تولید با صرف حداقل انرژی و منابع ملی برای استفاده بهینه از توانائی های آب و خاک امری اجتناب ناپذیر است. بررسی توانائی های ذکر شده حاکی از این است که با توجه به میزان آب در دسترس، محدودیت زمین وجود نداشته و با توسعه منابع آب موجود و یا صرفه جوئی در آب مصرفی، می توان سطح اراضی زیر کشت آبی و نهایتاً میزان تولیدات کشاورزی را افزایش داد. در این ارتباط تامین نهاده های مورد نیاز و استفاده بهینه از آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
آب به عنوان یکی از نعمت های خدادادی و به عنوان یکی از اساسی ترین نهاده ها در بخش کشاورزی مهم ترین جایگاه را داشته و علاوه بر تلاش در جهت شناسائی پتانسیل های بهره برداری و استحصال منابع آبی جدید باید در حداکثر استفاده از منابع آب، هرگونه تمهیدات مناسب را به کار گرفت.
در این راستا احداث شبکه های آبیاری، پوشش انهار سنتی، استفاده از لوله و سایر راه حل های معمولی منجر به کاهش تلفات آب در سیستم انتقال و توزیع خواهد شد. ولی در خصوص میزان آب مصرفی در سطح مزرعه چاره ای جز مدرن کردن سیستم آبیاری و حتی الامکان کنترل آب گیاهان کشت شده در واحد زراعی نمی باشد.
در این راستا تجهیز و نوسازی محیط های کشت گیاهان اعم از مزارع و گلخانه ها و تلاش در راستای افزایش راندمان سیستم های آبیاری ثقلی از یک سو و استفاده از سیستم های آبیاری تحت فشار متناسب با شرایط موجود از سوی دیگر، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در این ارتباط توسعه سیستم های آبیاری تحت فشار مورد توجه مسئولین قرار گرفته و امکانات و پتانسیل های مختلف کشور در جهت اولویت دادن به توسعه سیستم های مذکور به کار گرفته شده است. همچنین تلاش های کارشناسی گسترده ای در رابطه با ابعاد فنی، اقتصادی و اجتماعی امر صورت پذیرفته است.

سیستم های کشت گلخانه ای
با توجه به میزان سرمایه گذاری اولیه، اهداف موردنظر از احداث گلخانه و نوع محصول انواع سیستم های کشت گلخانه ای توسط متخصصین پیشنهاد، طراحی و اجراء می گردند که این سیستم ها از نظر نوع بستر کشت به دو گروه عمده کشت خاکی و کشت بدون خاک تقسیم می شوند.
در کشت خاکی، معمولی یا سنتی، از خاک به عنوان بستر گیاه و از سیستم های آبیاری ثقلی (کرتی و شیاری) یا تحت فشار (بارانی و قطره ای) برای برطرف کردن نیاز آبی گیاه استفاده می شود.
روش کشت بدون خاک نیز به دو گروه عمده هیدروپونیک و ایروپونیک تقسیم می شود.
در روش های هیدروپونیک از مواد مصنوعی (شن، قلوه سنگ، ورمیکولیت، پرلیت، خرده های پوست و میوه کاج، فرم های پلاستیکی) به عنوان بستر کشت و دربرگیرنده ریشه گیاهان استفاده می شود و محلول غذائی، مواد ضدعفونی کننده و گاهاً هورمون های گیاهی مورد نیاز توسط نازل های تعبیه شده روی لوله های توزیع در اختیار گیاه قرار می گیرد. در روش ایروپونیک نیز آب و محلول غذائی تحت فشار زیاد و به صورت پودر شده در محیط ریشه و برگ اسپری می شود.
با توجه به اینکه طراحی و اجراء سیستم های هیدروپونیک و ایروپونیک نیاز به نیروی متخصص و هزینه اولیه بالائی دارند. در ایران اکثر سرمایه گذاران و کشاورزان سیستم های کشت معمولی را ترجیح داده و با توجه به اینکه مساحت زیر کشت سنتی بسیار بیشتر از سیستم های بدون خاک بوده و میانگین راندمان کاربرد آب در این سیستم ها پائین است. همچنین با توجه به لزوم افزایش راندمان کاربرد آب در مزارع و گلخانه ها (با توجه به روند رو به رشد قیمت واحد آب آبیاری) معرفی سیستم های نوین آبیاری (در روش کشت خاکی) به کشاورزان و سرمایه گذاران این بخش امری ضروری می باشد.

آبیاری در کشت گلخانه ای معمولی
(خاک کشت)
در این روش کشت، با توجه به ارزش محصول، مشخصات فیزیولوژیکی گیاه، میزان سرمایه گذاری اولیه و نوع خاک، انواع سیستم های آبیاری و سطحی یا تحت فشار توصیه، طراحی و اجراء می گردند.

آبیاری سطحی (ثقلی)
سیستم های آبیاری سطحی عموماً به دلیل طراحی غیرکارشناسانه و مدیریت ضعیف، راندمان پائینی داشته و باعث اتلاف مقادیر قابل توجهی آب به شکل نفوذ یا رواناب می گردند. در عین حال شستشوی خاک از املاح مفید، افزایش رشد علف های هرز، ماندابی شدن خاک و بروز انواع عفونت ها، قارچ ها و انگل ها، همچنین پوسیدگی ساقه و ریشه گیاه از مضرات کاربرد غیراصولی سیستم های آبیاری سطحی می باشد. این سیستم ها در گلخانه ها به دو صورت آبیاری کرتی و نواری اجراء می گردند و در صورتی که نفوذپذیری خاک کم باشد و گیاه کاشته شده نیز تست به محیط اشباع از آب حساسیت شدید نداشته باشد، کارشناس آبیاری می تواند راندمان کاربرد آب را تا حد معقولی افزایش دهد که در این صورت اگر مقدار آب در دسترس برای آبیاری گلخانه کافی باشد با توجه به پائین بودن هزینه اولیه سیستم آبیاری سطحی، استفاده از این روش آبیاری قابل توجیه می باشد.

آبیاری تحت فشار
با توجه به محدودیت های سیستم های آبیاری سطحی از نظر نیل به راندمان مطلوب و همچنین مضراتی که از استفاده نادرست آنها متوجه گیاه می شود، انواع سیستم های آبیاری تحت فشار در گلخانه ها توسعه یافته اند که این سیستم ها با توجه به اهداف سرمایه گذار برای اجراء سیستم و راندمان موردنظر طراحی و اجراء می گردند. این سیستم ها در دو گروه بارانی و قطره ای معرفی می شوند.

آبیاری بارانی
سیستم های آبیاری بارانی در گلخانه هائی اجراء می شوند که هدف از آبیاری در آنها نه تنها تامین نیاز آبی گیاه بلکه کاهش دمای محیط و یا افزایش درصد رطوبت گلخانه نیز می باشد.
سیستم های آبیاری بارانی با توجه به مساحت و ارتفاع کم گلخانه ها عموماً توسط لوله های روزنه دار که با فشار پائین کار می کنند و قطر پراکنش کمتری ایجاد می نمایند، اجراء می گردند.
افزایش راندمان کاربرد آب به بیش از ۷۵ درصد، امکان افزایش درصد رطوبت گلخانه و در نتیجه کاهش تبخیر و تعوق از سطوح گیاه (که این قابلیت در مورد پرورش گیاهان زینتی موجب افزایش طراوت گیاه می گردد) و امکان کاهش دمای گلخانه متناسب با نیاز حرارتی گیاه با توجه به دوره رویش آن از مزایای اجراء سیستم آبیاری بارانی در گلخانه ها می باشد.
البته از میان پارامترهائی که برای طراحی این سیستم مورد نیاز است، دقت در مورد کیفیت آب آبیاری از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد، چرا که با توجه به پاشش مستقیم آب به سطح سبزینه گیاه، در صورت بالا بودن EC با سایر عناصر محلول در آب، احتمال سوختگی و مسمومیت گیاه وجود خواهد داشت. همچنین عدم توانائی در کنترل علف های هرز و عدم امکان رفت وآمد در داخل گلخانه هنگام کارکرد سیستم از دیگر محدودیت ها و معایب این سیستم به شمار می روند.

آبیاری قطره ای
با توجه به محدودیت های سیستم آبیاری بارانی و قابلیت های سیستم آبیاری قطره ای، این سیستم با اقبال بیشتری از جانب سرمایه گذاران این بخش روبه رو است و اکنون در اکثر گلخانه های معمولی اجراء می گردد.
در این روش آب، کودهای شیمیائی و سایر مواد مورد نیاز گیاه به صورت محلول توسط قطره چکان های نصب شده روی لوله های جانبی در اختیار گیاه قرار می گیرد.
با دقت در طراحی و اجراء این سیستم می توان دقیقاً مقدار آب مورد نیاز گیاه را در اختیار آن قرار داده و راندمان کاربر آب را به بیش از ۹۰ درصد افزایش داد و نظر به اینکه قطره چکان ها در کنار بوته یا ساقه گیاه قرار می گیرند، امکان رشد و توسعه علف های هرز از بین می رود. همچنین با توجه به اینکه آبیاری با این روش مزاحمتی برای انجام سایر فعالیت ها در داخل گلخانه ایجاد نمی کند، طراح می تواند با افزایش ساعات آبیاری و کاهش قطر لوله ها و قدرت پمپ، هزینه اولیه سیستم را کاهش دهد. در این سیستم با توجه به درصد رطوبت بالای محیط ریشه می توان (برخلاف سیستم آبیاری بارانی) از آب لب شور نیز برای آبیاری گیاه استفاده کرد و در صورت کاشت گیاهان گران قیمت و احتمال انتقال و سرایت بیماری ها، قارچ ها و انگل ها از محیط خارج گلخانه و خطر صدمه دیدن محصولات با نصب سنسور یا برنامه ریزی کامپیوتری، سیستم را کاملاً اتوماتیک کرده و از رفت و آمد بی مورد به داخل گلخانه جلوگیری کرد.

آبیاری :
ر یک کشور خشک و نیمه خشک مانند ایران، آبیارى به قدرى از عملیات بدیهى و ضرورى کشاورزى به شمار مى رود که ارائه یک تعریف متعارف براى آن بسیار مشکل است. اما اگر بخواهیم آبیارى را به لحاظ علمى تعریف کنیم مى توان گفت آبیارى را به لحاظ علمى تعریف کنیم مى توان گفت آبیارى کوشش است که انسان به عمل مى آورد تا چرخه هیدرولوژى را در مزرعه تغییر داده و شرایط را از نظر آب به گونه اى فراهم سازد که رشد مطلوب گیاه و در نتیجه تولید بیشتر محصولات کشاورزى امکان پذیر گردد. آبیارى را مى توان یکى از قدیمى ترین فن آورى هاى کشاورزى دانست که از حدود ۶۰۰۰ سال پیش وجود داشته و تاکنون نیز ادامه دارد. سوابق تاریخى آبیارى در بین النهرین به ۴۰۰۰ سال قبل از میلاد و در هندوستان و پاکستان به ۲۵۰۰ سال قبل از میلاد مسیح مى رسد. طى این مدت، فنون آبیارى تکامل پیدا کرده و در آینده نیز به دلیل رقابت شدید بر سر آب این فن آورى ها بیشتر خواهد شد.

غالباً تصوّر مى شود که قدمت آبیارى تنها مربوط به آفریقا و آسیا و به خصوص خاورمیانه است، حال آن که این چنین نبوده و همزمان در سایر نقاط دنیا و به خصوص در چین و آمریکاى لاتین نیز فعالیت هاى آبیارى وجود داشته است، به طورى که قدمت سازه هاى آبیارى در چین مربوط به ۲۶۰۰ سال قبل از میلاد بوده و در آمریکاى لاتین به بیش از ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح مى رسد. اما نوع فن آورى ها در هر یک از این مناطق بسته به شرایط محیطى متفاوت بوده است. مثلاً اگر در مصر سیستم هاى آبرسانى و توزیع آب با کانال پیشرفت داشته است، بهره بردارى از آب هاى زیرزمینى و حفر قنات و چاه از فن آورى ایرانیان بوده است و یا روش هاى استفاده از چاه هاى کم عمق از ابداعات مردم هندوستان و پاکستان بوده است.

هر چند در قدیم از آبیارى به عنوان عاملى جهت اسکان و یک جانشینى قبایل استفاده گردید که در نهایت به شکوفایى تمدن ها انجامید ، اما امروزه هدف از آبیارى عمدتاً تامین غذا و پوشاک براى جمعیت رو به افزایش دنیا است.

در دنیا فقط ۱۶ درصد اراضى کشورزى آبیارى مى شوند و بقیه هنوز به صورت دیم مورد استفاده قرار مى گیرند، ولى بیش از ۳۴ درصد کل تولیدات کشاورزى جهان و به خصوص محصولات ارزشمند غذایى از همین اراضى تحت آبیارى حاصل مى شود.

بنابراین شاید بتوان گفت که بدون آبیارى تامین غذاى کافى براى جمعیّت کنونى جهان امکان پذیر نمى باشد.
تا به حال دو عامل در گسترش وسعت اراضى تحت آبیارى در دنیا موثر بوده اند که یکى اقلیم و کمبود آب براى رشد طبیعى زراعت ها و دیگرى بالا بودن جمعیت و نیاز فراوان به غذا مى باشد. به همین دلیل وضعیت خاص کشورهاى آسیایى در جهان چه از نظر جمعیت و چه از نظر آب و هوایى باعث شده است که بالاترین درصد اراضى آبى (نسبت به اراضى تحت کشت) در این قاره وجود داشته باشد. مثلاً در حالى که در اورپا فقط ۵/۸ درصد، در آمریکاى جنوبى ۸ درصد، در روسیه ۵ درصد و در آمریکا ۱۰ درصد اراضى کشاورزى به صورت آبى زیر کشت قرار دارند، در آسیا ۳۶ درصد زمین هاى کشاورزى با آبیارى زراعت مى شوند و این نشان دهندهٔ نقش آبیارى و اهمیت آن در تولیدات غذایى این کشورها مى باشد. در ایران زراعت هاى آبى رکن اساسى کشاورزى کشور را تشکیل مى دهند. تقریباً ۹۸ درصد محصولات غذایى تولید شده در ایران از اراضى آبى بدست مى آید. علاوه بر این ۲۳ درصد مشاغل و ۲۷ درصد تولید ناخالص ملى مربوط به بخش کشاورزى روى این اراضى است. در بسیارى از نقاط کشور تقریباً تمام آب مورد نیاز زراعت ها با آبیارى تامین مى شود و همین امر سبب شده است که منابع آبى کشور و به خصوص آب هاى زیرزمینى به سرعت تخلیه و به مرحله بحرانى رسیده باشند و چون تامین آب بیشتر براى کشاورزى معمولاً مشکل یا امکان پذیر نمى باشد ، مناسب ترین راه آن است که با فن آورى هاى مناسب در زمینه آبیارى حداکثر استفاده از منابع آب موجود برده شود و این امر میسر نخواهد شد مگر با اجراء شیوه هاى کارآمد و موثّر در توزیع آب و آبیارى.

اهداف
امروزه آبیارى به قدرى از عملیّات عادى کشاورزى به حساب مى آید که حتى براى متخصّصان نیز مجال طرح این سوال که اصولاً با اجراء طرح هاى آبیارى چه اهدافى را مى توان برآورده ساخت پیش نمى آید. در صورتى که ممکن است اجراء یک طرح آبیارى صرفاً به منظور تولید مواد غذایى نبوده و در مقیاس کلان اهداف دیگرى دنبال گردد. مثلاً اولین طرح هاى آبیارى که در غرب آمریکا به کمک فدرال اجراء مى شد بیشتر براى انتقال جمعیت از شرق آمریکا و اسکان آنها در نواحى غربى آن کشور بود تا تولید مواد غذایی. حتى ممکن است اهداف سیاسى و نظامى نیز در اجراء طرح هاى آبیارى وجود داشته باشد.

تولید محصول
اصلاح محیط
تامین امنیت ملی
اصلاح زمین
ایجاد شغل
مبارزه با خشکسالی

تولید محصول
تولید محصول، اصلاح زمین، اصلاح محیط، ایجاد شغل، تامین امنیت ملی، مبارزه با خشکسالى مهمترین وظیفه آبیارى کمک به تولید بیشتر مواد غذایى است. در حال حاضر در سطح دنیا حدود ۲۳۶ میلیون هکتار زمین به صورت آبى کشت مى شود. گرچه مقدار این نسبت به کل اراضى تحت کشت که بیش از ۵/۱میلیارد هکتار مى باشد نسبتاً ناچیز است اما همان طور که گفته شد حدود ۳۴ درصد از کل تولیدات زراعى دنیا از اراضى آبى حاصل مى شود. عواملى که موجب کاهش محصول شده و باعث مى شوند که ما نتوایم به طور کامل از پتانسیل گیاهان استفاده کنیم بسیار زیاد مى باشد اما عمده ترین آنها آب است. مثلاً بر اساس مطالعات انجام شده در آمریکا پتانسیل گندم براى تولید در آن کشور حدود ۱۴ تن در هکتار است ولى عملاً متوسط مقدار محصول تولیدى بیش از ۵/۳ تن در هکتار نمى باشد و عواملى مانند کم آبی، سیلاب، آفات و بیمارى ها، علف هاى هرز خشکی، سرما، تگرگ و غیره باعث کاهش محصول مى گردند. اما بیشترین سهم در کاهش تولیدات کشاورزى مربوط به آب مى باشد. به طورى که ۴۰ درصد کاهش توان تولید در گیاهان زراعى مربوط به آب است. حتیّ اعمال روش هاى مناسب کشاورزى مانند تهیه زمین و کاشت و یا استفاده از کود و سم و بذور اصلاح شده نیز در گرو آبیارى و استفاده بیشتر از آب است. زیرا اگر همین روش ها و یا نهاده ها را در دیم کارى ها به کار ببریم افزایش محصول همانند زراعت هاى آبى نخواهد بود.

اصلاح زمین
تبخیر آب از سطح خاک باعث تجمّع نمک در لایه بالایى خاک شده و ممکن است مقدار نمک در این لایه به حدّى افزایش یابد که امکان رشد براى گیاه وجود نداشته باشد. در چنین وضعیتى باید نمک ها را از منطقه توسعه ریشه ها خارج ساخت.

ساده ترین و عملى ترین روش براى خارج کردن نمک ها این است که زمین را آبیارى کنیم تا نمک در آب حل شده و به اعماق زمین که خارج از دسترس گیاه باشد انتقال پیدا نماید و یا این که از طریق زهکشى از زمین خارج گردد. به عبارت دیگر از آب به عنوان عاملى براى حمل و خارج کردن نمک استفاده نمائیم. به مجموعه این عملیات ، زه کشى و اصلاح اراضى گفته مى شود. بنابراین شستشو و اصلاح اراضى نیز خود نوعى آبیارى به شمار مى رود. در حال حاضر در طرح هاى آبیارى که در جنوب کشور براى کشت نیشکر در دست اجرا مى باشد به دلیل شور بودن اراضى لازم است شستشوى خاک چندین ماه قبل از کشت صورت گیرد تا غلظت نمک در خاک تقلیل پیدا کرده و محیط براى رشد ریشه گیاه آماده گردد که این کار از طریق آبیارى و زهکشى خاک صورت مى گیرد. اگر بخواهیم از شورشدن تدریجى خاک در اثر آبیارى جلوگیرى شود لازم است همواره در هنگام آبیارى علاوه بر نیاز آبى گیاه مقدارى آب اضافى به زمین داده شود تا نمک ها را شسته و از محیط رشد ریشه خارج نماید. این مقدار آب که مازاد بر احتیاج آبى گیاه است نیاز آب شویى نام دارد و مقدار آن بستگى به شورى آب و خاک و نوع گیاه دارد.
اصلاح محیط
در بعضى موارد، از آبیارى به منظور تغییر محیط رشد گیاه نیز استفاده مى شود. مثلاً در هنگامى که خطر سرمازدگى براى گیاه وجود دارد با انجام آبیارى بارانى و پاشیدن آب روى شاخ و برگ مى توان گیاه را از خطر یخ زدگى نجات داد. زیرا با این عمل سرما باعث مى شود که آب روى شاخ و برگ گیاه یخ زده و ادامه سرما فقط قطر لایه یخ روى گیاه را افزایش دهد. بدون آنکه دماى شاخ و برگ از صفر درجه پائین تر رود. آنچه در این مورد اهمیت دارد این است که تا زمانى آبیارى قطع شود که دماى هوا از صفر بالاتر شده و تمام یخ هاى روى گیاه نیز دوب شده باشد. آبیارى در اکثر موارد باعث بالا رفتن رطوبت در محیط اطراف گیاه شده و همین امر ممکن است براى برخى محصولات به بهبود کیفیت آنها کمک نماید. از جمله مى توان به برخى ارقام انگور اشاره کرد که در آن با انجام عملیات آبیارى بارانى و مرطوب نمودن محیط بر کیفیّت میوه هاى تولید افزوده مى شود.

ایجاد شغل
توسعه شبکه هاى آبیارى باعث ایجاد شغل در زمینه هاى مختلف مى گردد. این امر حتى در بسیارى از کشورها به عنوان وسیله اى براى جلوگیرى از مهاجرت و یا تعدیل و جابجایى جمعیت از یک نقطه به نقطه دیگر نیز مورد استفاده قرار مى گیرد.

تامین امنیت ملى
بسیارى از کشورهایى که به دلیل توسعه شبکه هاى آبیارى بر تولیدات کشاورزى خود افزوده اند از نظر غذا به کشورهاى ثروتمند و یا همسایگان خود متّکى نبودن و لذا در صحنه بین المللى از قدرت عمل بیشترى برخوردار هستند. تحریم غذایى کشورها امروزه به عنوان وسیله اى در دست برخى کشورها قرار گرفته و تجربه نشان داده است که از این وسیله به دفعات استفاده نموده اند. لذا آبیارى از این جهت که بر تولیدات مواد غذایى مى افزاید در تامین امنیّت ملّى و خودکفایى غذایى کشورها نقش زیادى دارد.

مبارزه با خشکسالى
خشکسالى هایى که در سال هاى دهه ۱۹۸۰ میلادى در آفریقا اتفّاق افتاد ثابت نمود که کشورهایى قادر به سپردى کردن چنین بلایایى هستند که از شبکه هاى آبیارى وسیع برخوردار هستند. حتى در کشورهایى که بارندگى زیاد و آبیارى چندان اهمیتى ندارد ممکن است کمبود بارندگى در یک سال خسارات زیادى ببار آورد. زیرا در چنین وضعى اکثر گیاهان چند ساله مانند درختان میوه صدمه خواهند دید.

حال آن که با یک آبیارى ممکن است درختان در آن سال زنده بمانند. در این کشورها وجود شبکه هاى آبیارى مى تواند در مواقع ضرورى براى آبیارى تکمیلى وارد عمل شده و محصول را از خطر نابودى برهاند.

اجزاء سیستم های آبیارى
یک سیستم آبیارى از اجزاء مختلفى تشکیل شده است که باید به صورت هماهنگ کار کنند تا هدف از اجراء سیستم را تامین نمایند. در کارهاى کشاورزى سیستم هاى آبیارى براى این طراحى و اجراء مى شوند که آب مورد نیاز زراعت را در زمان معین در اختیار گیاه قرار دهند.

هر سیستم با شبکه آبیارى از ۴ قسمت عمده تشکیل شده است که عبارتند از:
۱. منبع آب (Water Source)
۲. سیستم انتقال آب به مزرعه (Delivery System to Field)
۳. سیستم توزیع آب در مزرعه (Distribution System in the Field)
۴. سیستم کاربرد آب در مزرعه (Application System)

منبع آب ممکن است قنات یا چاه باشد. در قنات آب با دِبى ثابت در تمام ایام سال از آن خارج مى شود ولى در چاه هر چند دبى ثابت است اما زمان استخراج در اختیار زارع مى باشد، در چنین شرایطى حداکثر ظرفیت سیستم آبیارى از نظر مصرف آب نباید از دبى قنات یا چاه بیشتر باشد در پاره اى موارد منبع آب ممکن است رودخانه اى باشد که آب از آن منحرف و وارد کانال هاى انتقال مى گردد. در این مورد دبى در ایام مختلف سال متغیر بوده و لازم است تغییرات فصلى دبى نیز در نظر گرفته شود تا کمبود آب در برخى مواقع سال باعث کاهش و یا از بین رفتن محصول نشود. در جاهایى که سد احداث شده باشد و آب مورد نیاز سیستم آبیارى از مخازن این گونه سدها تامین مى شود ممکن است بنا به تقاضاى زارع هر مقدار آب و در هر زمان که بخواهد در اختیار وى قرار گیرد. در این وضعیت ایده آل سیستم آبیارى از قابلیت انعطاف زیادى برخوردار خواهد بود.
در پاره اى موارد ممکن است آب به طور موقت در مخازنى ذخیره و سپس مورد استفاده قرار گیرد. مخازن کوچک داخل مزرعه نقش مهمى را در طرح هاى آبیارى ایفاء مى کنند. بعضى از این مخازن براى ذخیره آب برگشتى از مزارع ساخته مى شوند تا در اراضى پائین دست مورد استفاده قرار گیرد. در وضعیتى که شرایط طبیعى ایجاب کند آب رودخانه در هنگام پرآبى در مخازن داخل رودخانه اى (On-stream reservoirs) و یا با انحراف آب در مخان خارج رودخانه اى (Off-stream reservoirs) ذخیره شده و سپس در هنگام کم آبى مورد استفاده قرار مى گیرد. بررسى مقدار آب، زمان جریان آب و حجم مفید از اقداماتى است که باید در طراحى سیستم آبیارى در نظر گرفته شود.

سیستم انتقال آب از منابع مختلف به مزرعه ممکن است به وسیله کانال روباز و یا لوله هاى تحت فشار باشد. کانال به آبراهه اى گفته مى شود که مصنوعاً براى انتقال آب ساخته شده باشد. کانال ها ممکن است با مصالح ساختمانى پوشش شده و یا آنکه بدون پوشش باشند.
علاوه براین جریان آب در کانال ممکن است تنظیم شده (Requlated) یا تنظیم نشده (Unrequlated) باشد. مزیت لوله هاى تحت فشار نسبت به آبراهه هاى روباز در این است که علاوه بر جلوگیرى از تلفات شت و تبخیر در صورتى که اختلاف فشار بین منبع تا مزرعه کافى باشد این امکان وجود دارد که از اختلاف پتانسیل ثقلى استفاده نموده و سیستم هاى آبیارى تحت فشار را در مزرعه پیاده کرد. سیستم انتقال چه از نوع لوله و چه از نوع آبراهه هاى روباز باید از چنان ظرفیتى برخوردار باشند تا در مواقعى که به حداکثر آب نیاز است آن را به مزرعه منتقل نماید. در اکثر سیستم هاى آبیارى که در آنها از چاه استفاده مى شود چون این چاه ها در مزرعه و در کنار اراضى حفر مى شوند آب مستقیماً و بدون نیاز به انتقال مورد استفاده قرار مى گیرد و لذا به سیستم هاى انتقال نیاز نمى باشد.

سیستم توزیع آب در مزرعه شامل کانال هاى کوچکتر درجه ۳ و ۴ و سازه هاى تقسیم آب و نهرهایى است که در بالاى قطعات اراضى قرار مى گیرند. این سیستم ها نیز ممکن است لوله هاى تحت فشار باشند که آب را تا بالاى هر قطعه زمین انتقال مى دهند. ابعاد کانال هاى درجه ۳ و ۴ معمولاً کوچ است اما با توجه به تناوب زراعى و تغییر نوع کشت در قسمت ها مختلف مزرعه باید ظرفیت لازم را داشته باشند تا بر حسب الگوى کشت آب مورد نیاز قطعات را در زمان حداکثر نیاز تامین نمایند.

سیستم کاربرد آب در مزرعه به مجموعه روش ها و فن آورى هایى گفته مى شود که آب را براى استفاده گیاه درمزرعه پخش مى کند. از نظر کلى سیستم هاى کاربرد آب در مزرعه که به سیستم هاى آبیارى معروف هستند به سه گروه تقسیم مى شوند:
۱. سیستم هاى آبیارى سطحی
۲.سیستم هاى آبیارى تحت فشار
۳. سیستم هاى آبیارى زیرزمینی

روش هاى سطحى شامل انواع آبیارى هایى است که در آنها براى پخش آب در مزرعه از نیروى طبیعى ثقل استفاده مى شود مانند روش هاى آبیارى جوى پشته ای، نواری، کرتی، سیلابى و غیره. حال آنکه در روش هاى آبیارى تحت فشار عامل توزیع آب در مزرعه نیروى خارجى است که به آب وارد مى شود. از این روش ها مى توان انواع آبیارى هاى بارانى و قطره اى را نام برد.

روش هاى آبیارى زیرزمینى شامل عملیاتى است که در آن ها سطح ایستابى (سطح آب زیرزمینی) در عمق معینى از سطح زمین کنترل مى شود تا صعود مویینه اى آب بتواند نیاز آبى گیاه را تامین نماید این نوع روش ها در مناطقى کاربرد دارند که لایه هاى غیر قابل نفوذ در مجاورت سطح زمین وجود داشته و یا اصولاً سطح ایستابى در منطقه بالا باشد. آبیارى هاى زیرزمینى را نباید با آبیارى هاى زیر سطحى که براى جلوگیرى از تبخیر، آب مستقیماً وارد منطقه توسعه ریشه ها مى شود اشتباه کرد.

طراحى سیستم های آبیارى
طراحى یک سیستم آبیارى به مجموعه عملیاتى گفته مى شود که در سطح مزرعه انجام مى شود تا آب به صورت موثر توزیع و در اختیار گیاه قرار گیرد.
شرح مساله
جمع آوری اطلاعات
انتخاب سیستم
خلّاقیّت
درجه اعتماد

شرح مساله
اولین موضوعى که براى مهندس باید روشن شود توصیف مساله است. یک نفر مهندس آبیارى خود باید بداند طراحى براى چه منظورى صورت مى گیرد و با احداث سیستم آبیارى چه مرادى حاصل خواه شد؟ هدف هاى فیزیکى که قرار است سیستم به آن برسد کدام است؟ با احداث سیستم چه منافع اقتصادى باید کسب شود؟ و یا هدف هاى سیاسى و اجتماعى سیستم کدام هستند؟ و سرانجام اینکه با چه معیارى باید مشخص کرد که سیستم به طور فیزیکى به اهداف خود رسیده است یا نه. تنها زمانى که جواب این سوالات براى مهندس روشن باشد باید قدم بعدى برداشته شود.

جمع آورى اطلاعات
براى یک مهندس با تجربه وقت گیرترین قسمت طراحى سیستم آبیارى جمع آورى داده ها و اطلاعات است. دلیل این موضوع آن است که سیستم آبیارى در هنگام کاربرى شرایط محیطى را تغییر مى دهد و لذا براى آنکه طراحى به نحو صحیحى انجام شود مى بایست در مورد خصوصیات فیزیکى و شیمیایى خاک، خصوصیات کیفى آب، پارامترهاى آب و هوایی، عکس العمل زراعت نسبت به آبیاری، هزینه ها و درآمدهاى اقتصادى بخش هاى مختلف سیستم آبیاری، مسائل اجتماعى و موانعى که در راه اجراى طرح آبیارى وجود خواهد داشت اطلاعات کافى در اختیار باشد. باید توجه داشت که هیچ وقت دو طرح آبیارى مشابه همدیگر نیستند، بلکه حداقل از نظر خاک و شرایط آب و هوایى و پستى و بلندى متفاوت هستند. بنابر این نمى توان طرح ها را از روى یکدیگر اقتباس کرد بلکه در هر مورد باید مطالعات جداگانه اى انجام شود. بعضى داده ها قبلاً اندازه گیری، جمع آورى و ثبت شده اند (مانند داده هاى هواشناسی) اما براى برخى نیاز به اندازه گیرى هاى صحرایى است (مانند نفوذپذیری) و بعضى دیگر مى بایست در آزمایشگاه سنجیده شوند. توصیه مى شود مهندس طراح حتى الامکان شخصاً داده هاى مورد نیاز را جمع آورى یا اندازه گیرى نماید تا اولاً خصوصیات فیزیکى طرح را لمس کرده باشد و ثانیاً به درجه صحت آنها پى برده و در کاربرد آنها از نظر دقت بعضاً وسواس نشان ندهد.
انتخاب سیستم
پس از آنکه داده هاى هواشناسی، خاک، آب، شرایط فیزیکى و غیره جمع آورى شده مى بایست یک سیستم مناسب براى طرح انتخاب شود. گاهى اوقات شرایط به نحوى است که باید فقط یک سیستم مناسب براى طرح انتخاب شود. گاهى اوقات شرایط به نحوى است که باید فقط یک سیستم خاص را انتخاب کرد. مثلاً مهیا بودن وسایل و ابزار کار ممکن است باعث شود که فقط نوع خاص سیستم آبیارى مطرح باشد. اما غالباً چند سیستم آبیارى را مى توان در مقایسه با یکدیکر تحلیل و سرانجام سیستمى را انتخاب نمود که بالاترین سوددهى را داشته باشد. توجه داشته باشید که هیچ سیستم آبیارى را نمى توان یافت که تمام شرایط موجود منطبق بر آن باشد اما سیستمى را باید انتخاب نمود که از روش هاى دیگر مناسب تر باشد. در انتخاب سیستم آبیارى شرایط اجتماعى و اقتصادى و بخصوص درجه پذیرش یا آشنایى زارعین با آن را در نظر بگیرید و سیستمى را انتخاب نکنید که فقط براى مدت کوتاهى قابل دوام باشد. مثلاً سیستم آبیارى موجى یا سرج
(Surge) که در آن جریان ورودى به داخل شیارها طبق برنامه همزمانى مشخصى قطع و وصل مى شود اگر چه از نظر راندمان و صرفه جویى در آب و یکنواختى توزیع رطوبت روش مفیدى است اما نیاز به تجهیزات و سیستم هاى کنترل خاصى دارد که فراهم کردن آن براى اکثر زارعین میسر نمى باشد بنابر این بجز در بعضى کشورها امکان پیاده کردن آن در تمام نقاط وجود ندارد. باید توجه داشت که انتخاب یک سیستم آبیارى از بین گزینه هاى مختلف بصورت مطلق نبوده و در واقع سیستمى که نسبت به سایر گزینه ها ارجحیت دارد انتخاب مى گردد.

خلّاقیّت
خلّاقیّت موضوعى است سواى آنچه در کتاب هاى درسى به مهندسان آموخته مى شود. دو نفر مهندس با سطح معلومات مساوى طرح هاى متفاوتى را طراحى خواهند نمود که یکى از آنها بیشتر مقبول واقع مى شود زیرا خلّاقیّت بیشترى در آن بکار برده شده است. خلّاقیّت را نمى توان با آموزش کسب کرد بلکه تجربه، دیدن سایر طرح ها، گفتگو با مدیران طرح هاى قبلى زارعین و صاحبان صنایع و امثال آن موضوعاتى را به مهندس القاء مى کند که کاربرد آنها در طرح هاى آبیارى راه گشاى بسیارى از مسائل است. در هر حال مهندس طراح باید از خلاقیت کافى برخوردار باشد.

درجه اعتماد
امروزه با در اختیار داشتن ماشین هاى محاسب سریع و بکارگیرى آنها در طراحى مى توان به راه حل هاى دقیق، البته نه الزاماً صحیح، دست یافت. دستیابى به هر راه حل مى بایست با دو معیار سنجیده شود:

۱. دقت داده هاى مورد استفاده در طرح چقدر بوده است؟
۲. نتایج به دست آمده تا چه اندازه قابل قبول است. در مورد اول دقت امرى نسبى است و نباید آن را با وسواس یکى دانست.
هر پارامترى که در طراحى بکار مى برید درجه دقت مخصوص بخود را دارد. مثلاً ممکن است بتوانید افت اصطکاک را در لوله دقیق محاسبه کنید اما سطح پمپاژ را که داراى تغییرات فصلى و ماهیانه است نمى توانید دقیق حساب نمایید در صورتى که هر دوى این داده ها در محاسبه قدرت پمپ مورد نیاز است.

در مورد اینکه نتایج به دست آمده از طراحى یک سیستم آبیارى تا چقدر قابل قبول است فقط تجربه و اطلاعات مهندس است که تشخیص مى دهد پیشنهاد یا راه حل بدست آمده قابل قبول خواهد بود یا نه. مثلاً اگر زمان تعویض لوله هاى سیستم بارانى براى ساعت ۲ بعد از نیمه شب طراحى شده باشد، هر چند این زمان بهترین زمان هم تشخیص داده شده باشد اما از نظر عملى عاقلانه و قابل قبول نخواهد بود که از کارگران بخواهیم در ان ساعت شب از خواب بیدار شده و این کار را انجام دهند و یا اگر سیستم کامپیوترى راه اندازى دستگاه آبیارى بارانى دوار مرکزى (سنترپیوت) بهترین روش هم باشد براى زارعینى که سطح اطلاعات آنها اندک است این روش مقبول نخواهد بود. در این موارد در نظر گرفتن عرف و عادات و سنت هاى اجتماعى و فرهنگى و حتى اعتقادات مذهبى زارعین نیز باید در نظر گرفته شود.

عوامل محیطی- اجتماعى
انجام عملیات آبیارى باعث مى شود که چرخه هیدرولوژى به صورت موضعى در حوضه آبریز تغییر پیدا کرده و بعضاً در تعارض با دیگر استفاده کنندگان از حوضه و یا محیط زیست قرار گیرد. این امر علاوه بر مشکلات محیطى باعث بروز اختلافات محلی، منطقه اى و بین المللى مى گردد. جنگ بر سر آب و یا مسائلى را که آبیارى ببار مى آورد سابقه اى بسیار طولانى داشته و هنوز هم به کرات مشاهده مى شود. سرتاسر تاریخ کشورهاى خاورمیانه و آفریقا مملو از حوادثى است که در اثر آب بوجود آمده بود. به طورى که اگر تاریخ آبیارى را در این کشورها بررسى کنیم حتى بسیارى از سازه ها و بناهاى تاریخى و نوآورى ها ریشه در آب و آبیارى دارند. امروزه نیز بر هیچکس پوشیده نیست که مهمترین موضوع مناقضه بین اکثر دولت ها بر سر منابع آب است و عده زیادى پیش بینى مى کنند جنگ هاى آینده در خاورمیانه بر سر آب صورت خواهد گرفت و نه خاک یا منابع دیگر.

به لحاض محیطى نیز باید توجه داشته باشیم که بر اساس قانون بقاى جرم آب هیچ وقت از بین نمى رود مازاد آبى که به مصرف گیاه مى رسد با کیفیت بدتر بصورت رواناب و نفوذ عمقى بعنوان آب برگشتى (Return Flow) در طرح هاى آبیارى الزامى است. منظور از تملک آب این نیست که یک نفر بتواند بدون محدودیت و به هر مقدار که بخواهد از منابع آب استفاده نموده و یا کیفیت آن را تغییر دهد. این تملک شامل سه جزء است:

۱. طول مدت بهره برداری
۲. حداکثر مجاز برداشت
۳. حداکثر مساحتى که مى تواند با مقدار آب برداشتى زیر کشت قرار گیرد.

رعایت این محدودیت ها باعث مى شود تا از تخریب مناعب آب جلوگیرى به عمل آید. مثلاً در حال حاضر در برخى از مناطق غرب آمریکا در کالیفرنیا حتى به زارعین اجازه داده نمى شود که با بهبود سیستم آبیارى خود باعث بالا رفتن راندمان آبیارى شده و از آب حداکثر استفاده بعمل آورند. زیرا چنین تصور مى شود که انجام این عمل باعث مى شود تا آب برگشتى از مزرعه کاهش یافته و مقدار کمترى آب برگشتى به مزارع پائین دست ول مثلاً در ۱۰۰۰ کیلومترى برسد. در ایران نیز این موضوع بین کارشناسان مطرح است که اگر بخشى از پائین بودن راندمان آبیارى به دلیل نفوذ عمقى آب باشد این آب یا به صورت برگشتى به مزارع دیگر مى رسد و یا وارد آب هاى زیرزمینى مى شود که سرانجام باعث تغذیه و استفاده مجدد مى گردد و لذا ممکن است بالا رفتن راندمان آبیارى و افزایش سطح زیر کشت منجر به تخریب زودتر منابع آب گردد. معمولاً برآورد مى شود که از آب آبیارى حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد آن به صورت نفوذ عمقى وارد آب هاى زیرزمینى شده و نباید آن را تلف شده به حساب آورد. بنابراین نباید در تمام شرایط راندمان آبیارى را در سطح یک مزرعه تحلیل کرد. زیرا اگر در سطح حوضه و یا منطقه و حتى کشور به مساله نگاه کنیم درآن صروت راندمان آبیارى مفهوم دیگرى پیدا خواهد کرد.

اثراث محیطى طرح هاى آبیارى امروزه یکى از مسائل مورد بحث متخصصان است. شورشدن اراضى در اثر آبیارى هاى بى رویه یکى از مشکلات بشمار مى رود. تخمین زده مى شود که ۱۵ میلیون هکتار از اراضى چین، هندوستان، ایران، عراق و پاکستان به دلیل تجمع نمک در اثر آبیارى توان تولید را از دست داده اند. در ایران وضعیت اراضى مبتلا به مسائل زه کشى در اثر آبیارى بى رویه از ۱۶،۰۰۰ هکتار در سال ۱۳۵۶ به ۷۰۰،۰۰۰ هکتار در سال ۱۳۸۰ رسیده است. این رقم براى کل جهان ۲۵ میلیون هکتار یعنى ۱۰ درصد از کل است. مشکلات ناشى از تخریب محیط زیست در اثر اجراء طرح هاى آبیارى بقدرى زیاد است که امروزه بانک جهانى از دادن وام به این طرح ها خوددارى مى کند، مگر آنکه دلایل روشنى براى عدم تعارض با مسائل زیست محیطى وجود داشته باشد. بنابراین پرداختن به رعایت قوانین آب و حقابه ها و در نظر گرفتن مسائل زیست محیطى از ملزومات عمده در هنگام طراحى پروژه هاى آبیارى مى باشد.

هدایت هیدرولیکی
نفوذ
موجودیت آب در خاک
در عملیات طراحى سیستم هاى آبیارى به دست آوردن مقدار و زمان آبیارى بستگى به عوامل متعددى دارد که از جمله مى توان خصوصیات فیزیکى و شیمیایى خاک، نوع گیاه و شرایط اقلیمى را ذکر کرد. مهندس آبیارى باید سیستمى را از نظر آبیارى انتخاب کند که با نوع خاک سازگار باشد. مثلاً اگر خاک رسى باشد و در آن سیستم آبیارى بارانى تفنگى را پیاده کرده باشیم ممکن است به دلیل شدت زیاد پخش آب در این سیستم مقدار زیادى روان آب سطحى به وجود آید که باعث فرسایش گردد. خاک علاوه بر اینکه حاوى هوا براى تنفس ریشه ها و مواد غذایى براى تغذیه گیاه است به عنوان منبع ذخیره رطوبت نیز در نظر گرفته مى شود. به همین دلیل خاک به عنوان یک مخزن ذخیره آب باعث مى شود که آبیارى به فواصل نسبتاً طولانى صورت گرفته و گیاه در این فاصله بدون اینکه تحت تنش آبى قرار گیرد رطوبت مورد نیاز خود را به تدریج از آن دریافت نماید. در واقع آبیارى برقرار کردن نوعى ارتباط بین آب و خاک و گیاه است.

بنابراین اطلاع از خصوصیات فیزیکى خاک در طراحى سیستم هاى آبیارى الزامى بوده و طراح باید وضعیت خاک را از نظر فیزیکى بداند.

مفاهیم سیستم هاى آبیارى قطره اى
مزایای آبیاری قطره ای
معایب آبیاری قطره ای
آبیارى قطره اى با دیگر سیستم هایى که تا به حال بحث شده تفاوت فاحش دارد، زیرا در این سیستم فقط یک نقطه یا مساحت بسیار محدودى از مزرعه ابیارى مى شود. هر چند در یک سیستم دیگر به نام آبیارى میکرو نیز تنها قسمت کوچکى از سطح زمین آبیارى مى شود اما آبیارى قطره اى نباید با آبیارى میکرو یکى دانست. در آبیارى میکرو فواره هاى کوچک و یا وسایل دیگرى مانند میکروجت در نزدیکى سطح خاک قرار مى گیرد تا آب در فضاى کوچکى پخش شود. اصول طراحى آبیارى میکرو و آبیارى قطره اى تا اندازه اى مشابه یکدیگر هستند ولى آنچه در این فصل مورد بحث قرار گرفته است فقط آبیارى قطره اى است.

در سیستم آبیارى قطره اى آب در نزدیکى منطقه توسعه ریشه ها به زمین داده مى شود تا مساحت کوچکى از سطح خاک خیس شود. این سیستم در ابتدا براى وضعیتى مانند مانند باغ هاى میوه که در آن فاصله درخت ها زیاد است طراحى شد. در شکل (سیستم آبیارى قطره اى در یک باغ) تصویرى نزدیک از یک درخت که با روش قطره اى آبیارى مى شود نشان داده شده است. پس از اینکه آبیارى قطره اى موفقیت خود را در درخت هاى میوه به اثبات رساند سپس در زراعت هاى ردیفى هم به کار گرفته شد.

سیستم آبیارى قطره اى در یک باغ

مهمترین تفاوت آبیارى قطره اى با سایر روش هاى آبیارى در این است که بین تبخیر- تعرق و مقدرا آبى که به زمین داده مى شود در یک دوره محدود ۲۴ تا ۷۲ ساعته توازن برقرار است. این امر باعث مى شود تا با توجه به محدود بودن ظرفیت سیستم هاى قطره اى نیاز آبى گیاه در این دوره به دقت تخمین زده شود. در شکل(تانسیومترهاى نصب شده در عمق هاى مختلف خاک در نزدیک خط لوله آبیارى قطره اى به منظور تعیین وضعیت رطوبتى خاک)مشاهده مى شود که براى تعیین وضعیت رطوبت خاک در عمق هاى مختلف از تانسیومتر استفاده شده است.

مزایاى آبیارى قطره اى
ابیارى قطره اى مانند روش هاى دیگر آبیارى داراى محاسن و معایبى است. از مزایاى آبیارى قطره اى این است که به دلیل برقرار شدن توازن بین تبخیر-تعرق و مقدار آبیارى از هدر رفتن آب به صورت رواناب سطحى یا نفوذ عمقى جلوگیرى مى شود و چون فقط محدوده کوچکى از خاک آبیارى مى شود از رشد علف هاى هرز در نقاطى که آبیارى نمى شود جلوگیرى بعمل مى آید.

مطالعات نشان داده است که نسبت تولید به ازاء هر واحد آب مصرفى در آبیارى قطره اى نسبت به سایر روش ها بیشتر است. دلایل زیادى براى این موضوع مى توان برشمرد. یکى اینکه در روش قطره اى چون آبیارى به طور مداوم و یا به دفعات زیاد صورت مى گیرد، رطوبت خاک همواره بالا است و گیاه تحت تنش آبى قرار نمى گیرد دو اینک به دلیل محدود بودن سطح آبیارى رشد علف هاى هرز که معمولاً در رقابت با گیاه قرار مى گیرند صورت نمى پذیرد. البته باید توجه داشت که تمام مطالعات نشان دهنده افزایش محصول به ازاء هر واحد آب مصرفى نیست بلکه برخى مطالعات نیز نشان داده اند که در این رابطه تفاوتى بین آبیارى قطره اى و سایر روش ها وجود نداذد. ار مزایاى دیگر آبیارى قطره اى این است که این روش مى تواند در زمین هایى که براى سایر روش ها امکان پیاده شدن نیست به کار گرفته شود نمونه اى از این نوع زمین ها در شکل (دریک زمین پست و بلند و سنگلاخى آبیارى قطره اى پیاده شده و درخت هاى میوه آبیارى مى شوند. آبیارى این زمین با سایر روش ها به سادگى امکان پذیر نمى باشد) نشان داده شده است.

دریک زمین پست و بلند و سنگلاخى آبیارى قطره اى پیاده شده و درخت هاى میوه آبیارى مى شوند. آبیارى این زمین با سایر روش ها به سادگى امکان پذیر نمى باشد.

تانسیومترهاى نصب شده در عمق هاى مختلف خاک در نزدیک خط لوله آبیارى قطره اى به منظور تعیین وضعیت رطوبتى خاک

معایب آبیارى قطره اى
در طراحى سیستم هاى آبیارى قطره اى و به خصوص در هنگام مقایسه این روش با سایر روش هاى آبیارى مى بایست به بعضى نکات توجه شود. به طور کلى هزینه هاى سرمایه گذارى اولیه در آبیارى قطره اى به مراتب بیشتر از سایر روش ها است. هنوز آمار و اطلاعات دقیقى از اینک هزینه هاى سرمایه گذارى درآبیارى قطره اى به چه میزان نسبت به سایر روش ها فزونى دارد در اختیار نمى باشد، زیرا در اکثر کشورها روش هاى آبیارى قطره اى با یارانه دولت ها طراحى و اجرا مى شود و لذا بخش زیادى از هزینه ها در نظر گرفته نمى شود، حال آنکه اگر یک نفر در بخش خصوصى بخواهد به چنین کاى دست بزند مى بایست این هزینه ها را پرداخت نماید.

چون درآبیارى قطره اى آب به مقدار مشخص و به اندازهٔ نیاز گیاه به زمین داده مى شود مى بایست در برآورد نیاز آبیارى دقت شده و سیستم طورى طراحى شود که شار در قطره چکان ها فقط در دامنه بسیار محدودى تغییر کند. این امر نیاز به تکنولوژى پیچیده اى دارد که تامین و راهبرى آن در حال حاضر مشکل است. بنابراین کاربرد این سیستم تنها در جاهایى توصیه مى شود که هزینه هاى تسطیح زیا بوده و یا آنکه مقدرا آب بسیار محدود باشد.

اجزاء سیستم هاى آبیاى قطره اى

خط اصلی
لاترال ها
نیمه اصلی

اجزاء سیستم آبیارى قطره اى با آنچه تا به حال در مورد سایر روش ها دیدیم تفاوت دارد. زیرا در این روش مى بایست آب تصفیه شده و سپس در یک شبکه مخصوص توزیع گردد درشکل (اجزاء مختلف سیستم آبیارى قطره ای) اجزاء این سیستم به صورت کلّى نشان داده دشه است. به طورى کهمشاهده مى شود سیستم شامل سه قسمت عمده است:

اجزاء مختلف سیستم آبیارى قطره اى
خط اصلى
خط اصلى مشمل است بر پمپ براى تامین فشار در سیستم، انژکتور کودهاى شیمیایى براى تزریق مواد به داخل سیستم و فیلتر اولیه براى جدا کردن مواد معلق درشت از آب. در دو طرف فیلتر دو عدد فشارسنج نصب مى شود تا از روى افت فشار درفیلتر زمان شستشوى آن مشخص گردد. آخرین جزء خط اصلی، شیر کنترل جریان و دبیظسنج است.

لاترال ها
لاترال ها لوله هایى هستند که از قسمت نیمه اصلى منشعب شده و آب را توسط قطره ظچکان ها در سطح زمین پخش مى کنند. قطره چکان ها انواع گوناگونى دارد که در بخش هاى بعدى درباره آن بحث خواهد شد. تعداد قطره چکان ها بستگى به شرایط گیاه دارد. در جدول (تخمین کلى نیازهاى سیستم آبیارى قطره اى براى زراعت هاى مختلف) کلیاتى در مورد تعداد آنها براى زراعت هاى مختلف داده شده است. ارقام این جداول فقط جنبه راهنما داشته و مى تواند در تخمین هاى اولیه طراحى مورد استفاده قرار گیرد.

نیمه اصلى
در قسمت نیمه اصلى یک فیلتر ثانوى براى جدا کردن مواد معلق ریز و شیرهى برقى (Solenoid) از نظرکمک به خودکار کردن سیستم تعبیه شده است. در این قسمت از سیستم مى بایست یک تنظیم کننده فشار (رگولاتور) نیز نصب شود تا فشارفقط در دامنه اى که دبى را در حدّ نیاز ثابت نگه دارد تغییر دهد. براى مشخص کردن فشار وجود یک فشارسنج نیز الزامى است. در انتهاى قسمت نیمه اصلى شیر تخلیه نصب است تا هر چند وقت یک بار مواد جمع شده در لوله تخلیه شود.

قطره چکان ها
هیدرولیک قطره چکان ها
یکنواختی قطره چکان ها

قطره چکان ها به دو گروه کلى تقسیم مى شوند یکی قطره چکان هاى نقطه اى (Point Source) و دیگری قطره چکان هاى خطى (Line Source) که هر دو درسیستم هیاآبیارى قطره اى با موفقیت مورد استفاده قرار مى گیرند.

قطره چکان ها صرف نظر از اینکه چه نوعى باشند مى بایست از ویژگى هاى معینى برخوردار باشند. جریان خروجى از آن نباید زیاد باشد، یعنى از یک یا چند لیتر در ساعت تجاوز نکند. از طرف دیگر دبى نباید آنقدر کوچک باشد که مواد معلقى که از صافى ها گذشته اند در داخل لوله ها رسوب کنند. دبى خروجى از قطره چکان ها نباید در طول زمان تغییر کند . به عبرات دیگر از یکنواختى جریان در طى کار قطره چکان اطمینان حاصل باشد. قطره چکان ها باید در مقابل تابش آفتاب، تغییرات دما و سایر عوامل محیطى مقاوم باشند. از همه مهمتر اینکه کار کردن با آنها ساده و به ارزانى در اختیار قرار گیرند.

یکى از انواع مشهور قطره چکان ها نوع لانگ پت (Long Path) یا طولانى مسیر است. در این قطره چکان ها فشار آب در لوله لاترال از طریق عبور از مسیر طولانى و پرپیچ و خم قطره چکان تقلیل پیدا کرده به طورى که در هنگام خروج از روزنه قطره چکان قسمت اعظم انرژى فشار آب مستهلک شده است.

نوعى دیگر از قطره چکان ها به شورت پت(Short Path) یا کوتاه- مسیر معروف هستند که نمونه اى از آنها در شکل (مقطع یک قطره چکان روزنه اى نصب شده روى لوله لاترال) و شکل (مقطع قطره چکان نوع روزنه مارپیچى نصب شده روى لوله لاترال) نشان داده شده است.

مقطع یک قطره چکان روزنه اى نصب شده روى لوله لاترال

مقطع قطره چکان نوع روزنه مارپیچى نصب شده روى لوله لاترال

این قطره چکان ها از نوع تنظیم کننده فشار و یا به عبارت صحیح تر جبران کننده فشار مى باشند که در شکل (مقطع یک قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار) نشان داده شده اند. در این قطره چکان ها على رغم تغییرات غیرقابل اجتناب فشار مقدار دبى خروجى از روزنه قطره چکان ثابت باقى مى ماند. اینکار از طریق یک غشاء یا دیافراگم لاستیکى که نسبت به تغییرات فشار جابه جا مى شود صورت مى گیرد.

مقطع یک قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار

در شکل (قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار در حال کار روى لاترال) نمونه اى از این قطره چکان ها را که روى لوله لاترال نصب شده است مشاهده مى کنید. از انواع دیگر قطره چکان ها لوله هاى دو محفظه اى است، که نمونه معمولى قطره چکان هاى خطى به شمار مى روند. بدین ترتیب که دو لوله روى همدیگر قرار گرفته اند که آب در لوله اصلى جریان دارد و سپس از طریق روزنه هایى از محل اتصال دو لوله وارد لوله دوم مى شود که روى آن ینز تعداد روزنه براى خروج آب تعبیه شده است. موقعیت روزنه ها طورى است که مقابل همدیگر قرار نمى گیرند.

قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار در حال کار روى لاترال

معمولاً قطره چکان هاى نقطه اى براى گیاهانى به کار برده مى شود که نسبت به هم فاصله نسبتاً زیادى دارند مانند درختان میوه و قطره چکان هاى خطى مخصوص گیاهان ردیفى است که با فاصله کم کاشت مى شوند. البته این قانون عمومیت نداشته و همان طور که در شکل (کاربرد قطره چکان ها نوع نقطه اى و خطى در انواع مختلف زراعت ها) مشاهده مى شود از هر دو نوع قطره چکان ها براى انواع مختلف گیاهان استفاده مى شود.

کاربرد قطره چکان ها نوع نقطه اى و خطى در انواع مختلف زراعت ها.

هیدرولیک لاترال ها
هیدرولیک سیستم هاى توزیع آب در آبیارى قطره اى در لوله هاى اصلى و لاترال مشابه سایر سیستم ها است. بدین صورت که افت اصطکاک با همان روشى که در مورد آبیارى بارانى گفته شد محاسبه مى شود. پمپ باید بار فشار لازم را طورى تامین کند که جوابگوى افت اصطکاک در لوله هاى توزیع، فیلترها و وسایل کنترل بوده علاوه بر این درصروت اختلاف ارتفاع، آن را نیز جبران نماید و سرانجام در قطره چکان ها به اندازه طراحى شده فشار موجود باشد.

در محاسبه افت اصطکاک در لاترال ابتدا مقدار افت در لوله با این فرض که هیچگونه دبى از امى رها خارج نشود محاسبه شده (hf) سپس مقدار واقعى افت اصطکاک با در نظر گرفتن این واقعیت که دبى لاترال از ابتدا تا انتها به دلیل خروج آب از قطره چکان ها به تدریج کاهش مى یابد با ضرب کردن hf درضریبى به نام اصطکاک کریستیان سن (F) بدست مى آید. افت اصطکاک hf با استفاده از فرمول دارسی- ویسباخ به شرح زیر محاسبه مى شود:
(معادله ۹): hf = 6.377 f L Q2 / D5
که در آن:
hf = افت اصطکاک در طول لاترال (متر،m)
L = طول لاترال (متر،m)
Q = مقدار کل دبى که در لاترال در جریان است (لیتر در ساعت، L/h)
D = قطر لوله لاترال (میلى متر، mm)
ضریب اصطکاک (hac) با در نظر گرفتن کاهش دبى در طول لاترال عبارت است از:
(معادله ۱۰): hac = F(hf)
که در آن:
hac = افت واقعى اصطکاک (متر،m)
F = ضریب اصطکاک کریستیان سن

براى محاسبه بار کل فشار در مدخل لاترال درصورتیکه لاترال در طول مسیر خود افزایش ارتفاع داشته باشد مى بایست اختلاف ارتفاع به مقدار واقعى افت اصطکاک افزوده شود.

صافى ها و سیستم هاى تصفیه آب
جدول ترکیبات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که در مسدود شدن قطره چکان ها موثر است
جدى ترین مساله در نگهدارى سیستم هاى آبیارى قطره اى مسدود شدن قطره چکان ها است. روزنه هاى قطره چکان در مقایسه با نازل آبپاش ها بسیار کوچک و خطر مسدود شدن آن توسط مواد معلق آب و حتى باکترى هاى موجود در آب بسیار زیاد است. مسدود شدن قطره چکان ها باعث مى شود که آب به اندازه کافى به گیاه نرسد و از این بابت خسارات زیادى به محصول وارد مى شود. موادى که موجب مسدود شدن قطره چکان ها مى شوند به سه دسته مهم تقسیم مى شوند:

۱. مواد فیزیکى به صورت معلق
۲. مواد شیمیایی
۳. مواد بیولوژیکى مانند جلبک ها و باکترى ها

در جدول (ترکیبات فیزیکی، شیمیایى و بیولوژیکى که در مسدود شدن قطره چکان ها موثر است) مواد مختلفى که باعث انسداد قطره چکان ها مى شوند نوشته شده است. برخى از این مواد را به راحتى مى توان در آب تشخیص داد مانند رس و ماسه هاى معلق که درصورت وجود این مواد درآب صاف کردن را امرى اجتناب ناپذیر مى سازد. حال آنکه تشخیص مواد شیمیایى در آب به سادگى میسر نمى باشد.

معیارهاى مختلفى در مورد درجه تناسب آب براى آبیارى قطره اى توسط محققین ارائه شده است. در جدول (معیارهاى کیفى آب از نظر استفاده درآبیارى قطره ای) معیارهاى کیفیث آب از نظر استفاده در این سیستم ها نشان داده شده است.این معیارها به مهندسان طراح کمک مى کند تا ضمن تشخیص درجه تناسب آب روش تصفیه مناسب را اتخاذ نمایند.

سیستم هاى تزریق کود

سیستم هاى آبیارى قطره اى که آب را مستقیماً در اختیار ریشه گیاه قرار مى دهند از نظر پخش کودهاى شیمیایى بسیار مناسب هستند. به طورى که اگر کود را در آب حل کنیم، بدون صرف هزینه و انرژى اضافی، کودد در مزرعه پخش مى شود. البته باید در نظر داشت که غلظت و نوع کود باعث خوردگى جدار لوله ها نشود. در جدول (خطر خوردگى فلزات توسط کودهاى مختلف) توانایى فلزات مختلف از لحاظ قابلیت خورده شدن توسط محلول هاى مختلف کودى نشان داده شده است. ضمناً باید توجه داشت که با افزایش کود به آب رشد جلبک ها و باکترى ها در آب نیز افزایش مى یابد که خود عاملى در انسداد لوله ها و قطره چکان ها مى باشد.

تجهیزات تزریق کود
وسایل تزریق کود مشابه تجهیزاتى است که براى وارد کردن مواد کنترل کننده باکترى ها و یا تنظیم pH به کار مى رود. البته تزریق گاز کلر با اینها متفاوت بوده و مى بایست توسط تانک هاى تحت فشار انجام شود. وسایل تزریق کود مشتمل بر دستاه هاى تفاضل فشار، ونتورى هاى تزریق کود و پمپ هاى پیستونى است. کود را مى توان در قسمت مکش پمپ به حالت محلول در آورد تا وارد سیستم شود، اما در این وضعیت نباید خطر خوردگى فلزات تشکیل دهنده پمپ را از یاد برد.

شاید معمول ترین دستگاه تزریق کود پمپ هایى باشد که محلول کود را فشار وارد سیستم مى کند. نوع دیگر سیستم تزریق کود از نوع تفاضل فشارى است که نمونه اى از آن در شکل (تصویر یک دستگاه تزریق کود که بر اساس تفاضل فشار کار مى کند) نشان داده شده است. یک دستگاه کم کننده فشار روى لوله نصب مى شود تا اختلاف فشار در دو طرف دستگاه باعث شود که آب به داخل تانک کود مکیده شود. عیب این دستگاه آن است که غلظت کود مرتب در حال تغییر است.

تصویر یک دستگاه تزریق کود که بر اساس تفاضل فشار کار مى کند

نتیجه گیری و پیشنهادات
نظر به اینکه با برآورد دقیق نیاز آبی گیاه و تلفیق این اطلاعات با طراحی و محاسبات هیدرولیکی، نیل به راندمان مطلوب با حداقل سرمایه گذاری امکان پذیر است و با توجه به اینکه تنها کارشناسان آبیاری قادر هستند ارتباطی منطقی و صحیح بین پارامترهای گیاهی خاک و روابط فنی و هیدرولیکی برقرار کنند، مشاوره و راهنمائی جهت برنامه ریزی آبیاری، خالی از فایده نبوده و در بسیاری از موارد راهگشا خواد بود.
در پایان به همه اشخاصی که در زمینه تولید محصولات کشاورزی به صورت گلخانه ای فعالیت می کنند (جهت حفظ منابع ملی و افزایش منافع مالی خود در درازمدت) پیشنهاد می شود نسبت به تغییر سیستم های آبیاری سطحی به تحت فشار که تنها یکی از مزیت های آن امکان کاشت گیاه در دو تا سه برابر مساحت قبل از تغییر سیستم به آبیاری بارانی و یا قطره ای است، اقدام کنند.
امید است که با توسعه این سیستم ها، ارتقاء تکنولوژی گلخانه ای با کاهش مصرف آب و نهایتاً کاهش هزینه های تولید، بتوانیم در آینده ای نزدیک حضوری چشمگیر و موفق در عرصه بین المللی داشته باشیم.

منابع و ماخذ :
مرکز آمار و اطلاعات دانشگاههای برتر ایران
مرکز تحقیقات علمی دانشگاه تهران
پرتال رسمی گروه کشاورزان ایران
پرتال رسمی وزارت جهاد کشاورزی جمهوری اسلامی ایران
ماهنامه گیاهان شماره 21 ص 84 گردآورنده : سید سلیمان حکمی گیلانی
ماهنامه کشاورز شماره 54 ص 98 گردآورنده : محمدرضا سالک تبریزی
www.science.org/persian/article
www.tikan.com/farsi-article

فهرست مطالب :
مقدمه :
سیستم های کشت گلخانه ای
آبیاری در کشت گلخانه ای معمولی
(خاک کشت)
آبیاری سطحی (ثقلی)
آبیاری تحت فشار
آبیاری بارانی
آبیاری قطره ای
آبیاری
اهداف
تولید محصول
اصلاح زمین
اصلاح محیط
ایجاد شغل
تامین امنیت ملى
مبارزه با خشکسالى
اجزاء سیستم های آبیارى
هر سیستم با شبکه آبیارى از ۴ قسمت عمده تشکیل شده است که عبارتند از:
۱. منبع آب (Water Source)
۲. سیستم انتقال آب به مزرعه (Delivery System to Field)
۳. سیستم توزیع آب در مزرعه (Distribution System in the Field)
۴. سیستم کاربرد آب در مزرعه (Application System)
سیستم های آبیاری :
۱. سیستم هاى آبیارى سطحی
۲.سیستم هاى آبیارى تحت فشار
۳. سیستم هاى آبیارى زیرزمینی
طراحى سیستم های آبیارى
شرح مساله
جمع آورى اطلاعات
انتخاب سیستم
خلّاقیّت
درجه اعتماد
عوامل محیطی- اجتماعى
هدایت هیدرولیکی
نفوذ
موجودیت آب در خاک
مفاهیم سیستم هاى آبیارى قطره اى
مزایای آبیاری قطره ای
معایب آبیاری قطره ای
مزایاى آبیارى قطره اى
معایب آبیارى قطره اى
اجزاء سیستم هاى آبیاى قطره اى
اجزاء مختلف سیستم آبیارى قطره اى
خط اصلى
لاترال ها
جدول تخمین کلی نیازهای سیستم آبیاری قطره ای برای زراعت های مختلف
نیمه اصلى
مقطع یک قطره چکان روزنه اى نصب شده روى لوله لاترال
مقطع قطره چکان نوع روزنه مارپیچى نصب شده روى لوله لاترال
مقطع یک قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار
قطره چکان نوع تنظیم کننده فشار در حال کار روى لاترال
کاربرد قطره چکان ها نوع نقطه اى و خطى در انواع مختلف زراعت ها.
هیدرولیک لاترال ها
صافى ها و سیستم هاى تصفیه آب
سیستم هاى تزریق کود
تجهیزات تزریق کود
تصویر یک دستگاه تزریق کود که بر اساس تفاضل فشار کار مى کند
نتیجه گیری و پیشنهادات
منابع و ماخذ

26