آبیاری قطره ای

آبیاری قطره ای
مقدمه:
از دیرباز مهمترین عامل توسعه در جهان بوده است. با توجه به کمبود آب در جهان و وابستگی کشاورزی به مابع آبی متخصصان کشاورزی سعی بر این دارند که با استفاده بهینه از اب کیفیت وکمیت محصولات کشاورزی را به نحو مطلوب حفظ کنند تا با مشکل آب و غذا مواجه نشوند. بهره گیری از روش های نوین کشاورزی و استفاده بهینه از آب، عوامل حیاتی برای نیل به هدف تأمین غذای جمعیت درحال افزایش دنیا است. اگر تنها 10 درصد بازده آبیاری افزایش یابد بدون سرمایه گذاری در توسعه منابع جدید آب قادر خواهیم بود تمام اب مورد نیاز شرب و صنعت دنیا را تامین کنیم. نگاهی به تاریخ آب آبیاری در تاریخ جهان نشان میدهد که در سالهای اخیر روشهای متعددی در زمینه ابیاری کشاورزی ابداع شده است. کمبود آب،وضعیت نامناسب آب وهوا، پستی وبلندی زمین، کیفیت نامطلوب آب و عدم دسترسی به نیروی کارگر از جمله عواملی هستند که در پیدایش این روشها موثر بوده اند. از روشهای جدید ابیاری که به سرعت در کشورهای مختلف رو به گسترش است روش آبیاری قطره ای است. آبیاری قطره ای شیوه ایست که در آن آب مورد نیاز بجای انکه برای سطح زیر کشت تامین گردد برای هر بوته یا درخت بطور جداکانه محاسبه و در اختیار قرارداده میشود. مقاله حاضر توسط تیم تحقیقات و پژوهش مرکز توسعه اموزش مجازی پارس تهیه و تدوین شده است

آبیاری
آبیاری از نظر علمی تعابیر مختلفی دارد اما به معنای واقعی کلمه ، پخش آب روی زمین جهت نفوذ در خاک برای استفاده گیاه و تولید محصول می‌باشد. هر چند فقط 15 درصد از زمینهای کشاورزی دنیا تحت آبیاری قرار دارند و 85 درصد بقیه به صورت دیم و بدون آبیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند اما نیمی از تولیدات کشاورزی و غذای مردم جهان از همین زمینهای آبی حاصل می‌شود. که این خود نشان دهنده اهمیت و نقش آبیاری در بخش کشاورزی است.
منابع آب آبیاری عبارتند از:
• بارش‌های آسمانی شامل برف و باران.
• آبهای سطحی شامل رودخانه‌ها - سدها - مخازن آب - دریا - برکه‌های آب شیرین - یخچالها و …
• آبهای زیرزمینی شامل چاه - قنات - چشمه.

آب برف و باران به تنهایی برای محصولات کشاورزی کافی نیست به ناچار باید با ابیاری این نیاز برطرف شوداز اهداف ابیاری میتوان به موارد زیررا ذکر کرد:
-تأمین رطوبت لازم برای رشد گیاه
-کم کردن خطر یخبندان
-از بین بردن و یا کم کردن نمک موجود در گیاه
- حاصل خیز کردن و اصلاح اراضی کم قوت و شنی به کمک آبهایی که دارای املاح معدنی هستند.
- ایجاد سهولت و امکان اجرای عملیات زراعی
- کنترل درجه حرارت برای رشد بهتر گیاه

آبیاری تحت فشار
بطور کلی سیستم‌های آبیاری تحت فشار به روشهایی گفته می‌شود که آب را توسط لوله و تحت فشاری بیش از فشار اتمسفر در سطح مزرعه توزیع می‌کنند. آبیاری تحت فشار به دو روش آبیاری بارانی و آبیاری موضعی انجام می‌شود. راندمان آبیاری بارانی تا 70 درصد و آبیاری قطره‌ای تا 95 درصد است ، یعنی در سیستم آبیاری بارانی تا 20 درصد و در سیستم آبیاری قطره ای تا 5 درصد آب تلف می‌شود ، در حالیكه در آبیاری مزارع به روش سطحی حتی با انجام هزینه‌های گزاف و تسطیح اراضی راندمان آبیاری از 50 درصد تجاوز نمی‌كند و در وضعیت سنتی كه اكثر اراضی كشور ما به همین ترتیب آبیاری می‌شوند این میزان حتی كمتر از 35 درصد می‌باشد

اجزا تشكیل دهنده سیستم آبیاری قطره ای:
اجزا تشكیل دهنده یك سیستم آبیاری قطره ای از نقطه ای كه آب از چاه استخراج یا از محل دیگری تامین می شود تا نقطه ورود به مزرعه همانند سایر روشهای آبیاری است. نهرهای آبگیر، كانال، ناوها، لوله ها و سایر تاسیسات دیگر مستقل از سیستم آبیاری در این روش نیز ممكن است وجود داشته باشد. مقدار جریان برای هر هكتار ممكن است مشابه روش بارانی بوده یا بسته به بازده آبیاری و مساحتی از زمین كه مرطوب نخواهد شد كمتر از آن باشد. نوع گیاه و فاصله بین گیاهان از عواملی است كه مقدار جریان را در سیستم قطره ای مشخص میكند. اما در روش قطره ای از نقطه ای كه آب قرار است وارد مزرعه شود تاسیسات دیگری بكار گرفته می شود كه در سایر روشهای آبیاری نیازی به آن نیست.
چون روش قطره ای یك سیستم آبیاری تحت فشار است لذا در وهله نخست باید یك پمپ آب را از منبع دریافت و آن را با فشار لازم وارد سیستم لوله های آبیاری قطره ای نماید. در بعضی شرایط ممكن است آب از منبع اصلی تا مزرعه با لوله هدایت شده و اختلاف ارتفاع انرژی لازم برای فشار آب را تامین نماید. در این وضعیت نیازی به پمپ نخواهد بود. اما در اكثر سیستم های معمول آبیاری قطره ای وجود پمپ برای تامین فشار الزامی است.
آب با فشاری كه توسط پمپ تامین می شود وارد یك لوله اصلی شده و این لوله تا ابتدای هر قطعه آبیاری ادامه پیدا می كند. هر قطعه از اراضی آبیاری به تعدادی زیر واحد (sub unit) تقسیم می شود كه آب مورد نیاز آنها از یك لوله نیمه اصلی كه به آن مانیفلد نیز گفته می شود تامین می گردد. لوله نیمه اصلی كه طول آن مساوی عرض قطعه زیر واحد آبیاری می باشد از لوله اصلی منشعب می گردد. بدین ترتیب كه لوله اصلی در مسیر خود تعدادی لوله نیمه اصلی را كه از آن منشعب می شوند تغذیه می كند. از لوله نیمه اصلی بسته به فاصله ردیفهای گیاهی تعدادی لوله های فرعی یا لاترال منشعب می شود كه طول هر یك از این لوله ها متناسب با ابعاد زیر واحد آبیاری یا برابر طول ردیف ها می باشند. لوله اصلی و نیمه اصلی می توانند از جنس فولاد، سیمان آزبست، پی وی سی و یا پلی اتیلن باشد اما لوله های فرعی معمولا از جنس پلاستیك پلی اتیلن انتخاب می شوند.
لوله های فرعی كه از كنار ردیف های گیاه عبور می كنند مجهز به قطره چكان یا خروجیهای می باشند كه جریان آب توسط آنها با فشار بسیار كم به خارج گسیل شده و روی زمین پخش می شود. یكی از وظایف اصلی قطره چكان كاهش فشار آب در هنگام خروج از آن است. بدین ترتیب پمپ، لوله اصلی، لوله نیمه اصلی، لوله فرعی و قطره چكان اجزا پنجگانه اصلی یك سیستم آبیاری قطره ای را تشكیل می دهند. اما برای این كه اجزا به درستی كار خود را انجام دهند و یا به لحاظ مدیریتی بتوان حدا كثر بهره برداری را از یك سیستم قطره ای برد وسایل جانبی ( auxiliary components) دیگری نیز به آن اضافه می شود كه نه تنها نمی توان از وجود آنها صرف نظر كرد بلكه در بسیاری موارد از ملزومات اصلی سیستم به شمار می روند. این اجزا عبارتند از:
- شیر یكطرفه كه بلافاصله پس از پمپ نصب می شود تا در صورت خاموش شدن موتور از برگشت مجدد آب به داخل پمپ جلوگیری نماید.
- دستگاههای تزریق كود و سم كه با روشهای مختلف؛ كود محلول را وارد سیستم می كنند.
- جدا كننده های شن كه در اثر چرخش آب در داخل آن و نیروی گریز از مركز ذرات جامد درشت و معلق آب را از آن جدا می كند، به این وسایل سیكلون نیز گفته می شود.
- صافیهای شنی یا توری برای جدا كردن ذرات معلق ریز موجود در آب
- دستگاههای كلرزنی و یا تزریق اسید
- وسایل اندازه گیری آب، فشارسنجها، شیرهای مختلف، پمپهای فشار و دیگر تجهیزاتی كه بسته به ضرورت هر طرح ممكن است وجود داشته باشد.
- در بعضی سیستم ها ممكن است برای تصفیه اولیه آب نیاز به وجود حوضچه های ته نشینی نیز باشد.
به مجموعه این وسایل كه قبل از ورود آب به لوله اصلی قرار گرفته و مجموعا در یك محل متمركزند كنترل مركزی (head control ) گفته می شود.

ملاحظات طراحی و نصب لوله ها:
اولین هدف در طراحی سیستم آبیاری قطره یا آن است. كه آب یا كود تا حد قابل قبولی در تمام مزرعه بطور یكنواخت توزیع شود. برای این منظور لازم است طراح عوامل موثر در آن را در نظر گرفته و نكاتی چند را لحاظ نماید. از عوامل موثر در طراحی آبیاری قطره ای نوع قطره چكانها، یكنواختی قطره چكانها، پستی و بلندی زمین، هیدرولیك توزیع آب، مقدار قابل انتظار یكنواختی توزیع آب، درجه مقاومت گیاه به شوری، نیاز آبی گیاه، كیفیت آب، نیاز یا عدم نیاز به دستگاههای تزریق كود شیمیای، دمای هوا، شوری خاك، عملیات زراعی و دیگر خصوصیات ویژه منطقه یا دستگاههای مورد استفاده را می توان نام برد. مثلا طراحی باید رعایت كند كه:
- لوله های فرعی بصورت مسطح بوده یا در جهت شیب رو به پایین و یا در امتداد خطوط تراز قرار گیرند.
- طول لوله های فرعی معمولی كه قطر داخلی آنها بین 14 تا 16 میلی متر است حتی المقدور از 150 متر كمتر باشد.
- طول لوله های نیمه اصلی بجز در موارد خاص از 100 متر تجاوز نكند. هر چند كه در پاره ای موارد تا 200 متنر هم ممكن است برسد.
- ظرفیت سیستم طوری باشد كه نیاز آبیاری در زمان نیاز حداكثر (peak) كه تبخیر تعرق در آن روزها به بالاترین مقدار خود می رسد تامین شود.
- صافیها طوری انتخاب شوند كه جوابگوی كیفیت آب و ظرفیت نهایی سیستم باشند.
- درانتهای لوله اصلی، نیمه اصلی و لوله های فرعی شیرهای تخلیه تعبیه شود تا بتوان در هنگام ضروری و شستشو از آن استفاده كرد.
- قطره چكانها طوری روی لوله فرعی قرار گیرند كهم رو به بالا بوده و بتوان به آسانی آنها را مشاهده و بازرسی كرد.
- روی لوله خروجی از پمپ و قبل از نصب اتصالات در آن شیر یكطرفه جریان نصب شده باشد تا آب نتواند در هنگام خاموش شدن پمپ به داخل آن برگشت كند.
- در جاهای مورد لزوم برای خروج هوای محبوس شده و یا از بین بردن خلا ایجاد شده در داخل لوله ها و اتصالات تمهیدات لازم در نظر گرفته شده باشد.
- برای تزریق كودهای شیمیایی محلول در قبل و بعد از صافی اصلی نقاط مشخصی در نظر گرفته شده باشد.
- دستگاههای دبی سنج، اندازه گیری فشار، تنظیم كننده فشار یا شیرهای یكطرفه در سیستم كنترل مركزی نصب شود.
هیدرولیک قطره‌چکان‌ها
رابطه بین فشار و دبى قطره‌چکان‌ها تابعى از رژیم جریان آب است. رژیم جریان نیز خود با مشخصه‌اى به نام عدد رینولد تعیین مى‌گردد. عدد رینولد از فرمول (۱) محاسبه مى‌شود:
(معادله ۱): RN = VD / 1000ν
که در آن:
RN = عدد رینولد (بدون بعد)
V = سرعت جریان (m/s)
D = قطر قطره‌چکان (mm)
ν = لزجت سینماتیک آب (m2/s)
سطح خیس شده خاك:
در آبیاری قطره ای معمولا فقط قسمتی از خاك خیس می شود. درصد مساحت خیس شده در سطح زمین (percentage wetted area) معمولا نسبت به كل سطح مزرعه سنجیده می شود. مثلا اگر گفته شود كه در یك سیستم آبیاری قطره ای درصد مساحت خیس شده 65 باشد به این معنی است كه از هر هكتار (10000 متر مربع) سطح مزرعه تنها 6500 متر مربع آن توسط قطره چكانها آبیاری شده و بقیه زمین خشك باقی می ماند. درصد مساحت خیس شده در سیستم آبیاری قطره ای به عوامل زیادی بستگی دارد كه از ان جمله عبارتند از:
- دبی هر قطره چكان یا هر متر از لوله روزنه دار
- فاصله بین قطره چكان ها
- فاصله لوله های فرعی از یكدیگر
- نوع خاك
- شیب زمین
- زمان آبیاری یا حجم آبی كه در هر آبیاری از قطره چكان خارج می شود.
قسمت خیس شده در اطراف هر قطره چكان معمولا كوچك بوده و در عمق خاك نیز مانند یك پیاز وارونه شده امتداد پیدا می كند. بطوریكه در زیر هر قطره چكان حجمی از خاك كه به آن پیاز رطوبتی گفته می شود مرطوب می شود. با توجه به این كه تغییرات مقطع پیاز رطوبتی از سطح زمین تا حداكثر عمق خیس شده خاك طوری است كه ابتدا كمی افزایش و سپس بتدریج كاهش پیدا می كند، برای محاسبه درصد سطح خیس شده زمین معمولا مقطع خیس شده و خاك در عمق 15 تا 30 سانتی متری از سطح زمین در زیر هر قطره چكان ملاك بوده و ابتدا باید مقدار آن تخمین زده شود سپس این مقدار بر كل مساحت زیر كشت تقسیم گردد. مثلا فرض كنید در یك هكتار مزرعه تعداد 3000 قطره چكان وجود دارد كه سطح خیس شده خاك در عمق 30 سانتی متری در زیر هر كدام از آنها پس از آبیاری 850/0 متر مربع است. در این صورت مساحت خیس شده خاك برابر 5/25 خواهد بود زیرا:
0.850m2= مساحت خیس شده توسط هر قطره چكان
0.850*3000=2550m2= كل مساحت خیس شده مزرعه
یكنواختی پخش آب در قطره چكانها (EU):
در طراحی سیستم آبیاری قطره ای لازم است بازده سیستم در نظر گرفته شود. بعبارت دیگر باید رابطه بین مقدار آب مورد نیاز گیاه و مقدار آبی كه به گیاه داده می شود، مشخص باشد. یكنواختی پخش آب یكی از دو جز مهم موثر بر بازده آبیاری است. یكنواختی پخش آب را می توان از معادله محاسبه كرد كه در آن EU یكنواختی پخش ( بر حسب درصد)، qa متوسط دبی كاركرد در قطره چكان هایی كه مورد آزمایش قرار گرفته اند و q'n متوسط دبی در یك چهارم قطره چكان هایی كه مورد آزمایش قرار گرفته و پایین ترین دبیها را دارا می باشند.

• كنترل شوری در آبیاری قطره ای:
تمام آبهایی كه در سیستم آبیاری قطره ای مورد استفاده قرار می گیرند كم و بیش حاوی نمك های محلول هستند كه به تدریج در جبهه رطوبت و در اطراف پیاز رطوبتی و یا سطح خاك تجمع پیدا می كنند. یكی از راههای جلوگیری از تجمع نمك آن است كه در هر آبیاری بیش از نیاز گیاه به زمین آب داده شود تا نمك ها همراه با آب شسته و به اعماق خاك نفوذ یابند. اما با اعمال این روش نیز نمی توان از تجمع نمك در لایه سطحی خاك و زیان های حاصله از آن جلوگیری كرد. بحرانی ترین جا از نظر تجمع نمك حاشیه خارجی پیاز رطوبتی در لایه سطحی خاك می باشد. چنین وضعیتی باعث می شود كه با اندكی باران نمك ها شسته شده و دوباره به منطقه توسعه ریشه ها وارد شوند. بهمین دلیل بود كه قبلا تذكر داده شد كه در سیستم قطره ای لازم است در هنگام نزول باران و پس از بارندگی نیز همچنان ادامه داشته باشد تا نمكها به خارج از نیمرخ خاك شسته شوند. چون مساله تجمع نمك در لایه سطحی خاك در سیستم قطره ای در مناطقی كه مقدار بارندگی سالانه از حدود 250 میلی متر كمتر
می باشد حادتر از سایر مناطق است توصیه می شود در سیستم های قطره ای سالانه با یكی دو بار آبیاری سطحی یا بارانی تجمع نمك را كنترل كرد. در آبیاری قطره ای محل استقرار قطره چكان از نظر كنترل بسیار با اهمیت است.

ثبت نام دوره آموزشی آشنایی با روشهای آبیاری قطره ای