مقایسه فنی شیرهای اتوماتیک مورد استفاده در آبیاری بارانی در ایران

با توجه به طرح توسعه سیستمهای آبیاری تحت فشار جهت افزایش راندمان مصرف آب ، توجه به کیفیت لوازم و تجهیزات مورد استفاده در این بخش و ارزیابی آنها یکی از راههای افزایش راندمان و جلوگیری از ضرر اقتصادی می باشد .

---

با توجه به طرح توسعه سیستمهای آبیاری تحت فشار جهت افزایش راندمان مصرف آب ، توجه به کیفیت لوازم و تجهیزات مورد استفاده در این بخش و ارزیابی آنها یکی از راههای افزایش راندمان و جلوگیری از ضرر اقتصادی می باشد . در این راستا ۴ نوع شیر اتوماتیک معمول مورد استفاده در آبیار ی بارانی که عبارتند از : اراک مقصود - تکنوژاله - آبیاران دشت و آب آرا از لحاظ مشخصات فنی ساخت ، مواد سازنده ، نحوه کاربرد و عملکرد در شرایط مزرعه مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است که در نهایت نتایج زیر حاصل گردید . شیر اتوماتیک اراک مقصود نسبت به ارقام د یگر دارای کیفیت مطلوبتر می باشد و به طور کلی معایب سه نمونه دیگر شیرهای اتوماتیک عبارت بودند از : عدم استفاده طولانی مدت به دلیل خوردگی در قسمت آب بندی شیر در مورد آب های شور و آهکی ، استفاده از بوشن آلومینیومی به دلیل نرزوه بودن شیر در زمان نصب و افزایش هزینه ، عدم امکان استفاده از بوشن فلزی به دلیل خطر زنگ زدگی ، استفاده از تبدیل فلزی به هنگام نصب روی لوله های ۶۳ میلی متری به دلیل یک سایز بودن وخطر زنگ زدگی تبدیل فلزی ، برداشت دنده رزوه قطعه سخت ( آهن ) از قطعه نرم ( آلومینیوم ) ، هرزشدگی و خوردگی در قسمت تحتانی ، نازک بودن پکینگ آب بندی ، استفاده از پیچ به صورت مجزا جهت اتصال دو قطعه فوقانی و تحتانی و عدم مقاومت پیچ در مقابل زنگ زدگی ، جدا شدن توپک آب بندی از قطعه برنجی به دلیل فشار متعدد رایزر ، عدم مقاومت قطعات پلیمری در زمان آتش زدن زمین ، قرار دادن قطعات پلیمری در داخل بتن به دلیل امکان جدا شدن از رایزر در اثر لرزش ، عدم امکان دسترسی به قطعات داخلی شیر به دلیل قرار گرفتن در بتن ، آسیب دیدن دنده رزوه به علت باز و بسته کردن قطعه پلیمری از روی رایزر .
آبیاری کوزه ای
آب در طبیعت، چرخه وسیعی را از گاز، مایع تا جامد طی می کند و در هر مرحله رفتار آن از دیدگاه مهندسی پیچیدگی های خاص خود را دارد. شرایط اقلیمی، ناهمواریهای توپوگرافی، وسعت منطقه و دوری از آبهای آزاد از دیر باز ایرانیان را به اندیشیدن در مورد نگه داری، تنظیم و
هدایت آب این مایه حیاتی واداشته، تا جایی که آب در فرهنگ این سرزمین علاوه بر حرمت مادی، دارای شان معنوی نیز گردیده است. مفاهیم علوم آبی در این سه دهه اخیر پیشرفت های چشمگیری نموده است، با این حال هنوز آبیاری و مدیریت منابع آب در بسیاری از نقاط ایران براساس روشهای سنتی (که محتاج اصلاحات فراوان است) صورت می گیرد، با توجه به منابع محدود آب و خاک در ایران و توزیع غیر یکنواخت آن در سطح کشور باید سعی کرد با برنامه ریزی دقیق از منابع آب فصلی و سایر منابع به نحو صحیح استفاده نمود و از تکنیک ها و تجارب علمی نوین در گسترش سطح کشت آبی بهره جست
یکی از راههای استفاده بهینه از منابع آب به کار گیری روشهای مدرن آبیاری است و با توجه به اینکه اکثر آب مورد استفاده در ایران در زمینه کشاورزی است مدیریت صحیح در این زمینه بسیار حائز اهمیت است.
افزایش کارایی مصرف آب با برنامه ریزی صحیح و به کار گیری روش های مناسب آبیاری دو راهکار استفاده بهینه از آب است. از طرفی ارزیابی کارایی یک روش آبیاری مستلزم بررسی آن در شرایط مزرعه است که نتیجه این ارزیابی موجب افزایش کارایی مصرف آب در آن روش خواهد شد. روش آبیاری زیر سطحی در ایران در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته و تحقیقاتی در این زمینه انجام شده است. ولی این روش (آبیاری زیر سطحی به کمک لوله های سفالی) در مقیاس صنعتی هنوز صورت نگرفته و امید است در سالهای آتی بتوانیم از این روش آبیاری استفاده کنیم.
آبیاری کوزه ای سنتی که زنده می شود
در اقلیم خشک یا نیمه خشک ایران ، انتخاب روش های آبیاری بهینه، نه تنها یک فن، بلکه یک هنر است. روش های سنتی آبیاری، همراه با نوآوری های جدید، هنوز هم می توانند کاربرد داشته باشند. یکی از آنها آبیاری کوزه ای است.
آبیاری کوزه ای در واقع یکی از روشهای سنتی آبیاری در مناطق خشک است که تا همین پنجاه سال پیش هم در حاشیه کویر لوت و اطراف یزد و اردکان رایج بود. در این روش گودالی را در زمین حفر می کردند و کوزه بزرگی را در آن قرار می دادند. آنگاه اطراف کوزه را با مخلوطی از خاک و کود حیوانی پر می کردند و بعد بذر سبزی و صیفی جات را در اطراف آن می کاشتند که محصول خوبی هم می داد و برای رفع نیاز مردم آن سامان خشک و بی آب بسنده بود.
متاسفانه این روش سنتی آبیاری (که ثمره قرنها تجربه مردم ما بود) تقریبا از پنجاه سال پیش منسوخ شد . علت آن بود که کارگذاری و پر کردن کوزه های سفالین به نیروی کار زیادی نیاز داشت، و نیز عملیات شخم زدن با ماشین آلات کشاورزی را دشوار می کرد زیرا کوزه ها بر اثر وزن و فشار این ماشین ها می شکستند. همچنین بر اثر احداث راههای جدید و رواج وسائط نقلیه نو مثل کامیون این امکان به وجود آمده بود که سبزی و میوه و صیفی جات را از مناطق دیگر به نواحی کم آب و خشک منتقل کنند. و بالاخره ورود موتور پمپ و امکان حفر چاه های عمیق آخرین ضربه را بر روش آبیاری کوزه ای وارد کرد و این سنت هم مثل خود کوزه ها زیر بار و فشار ماشین شکست. اما خیلی زود معلوم شد که ماشین در همه جا نمی تواند جای روش های سنتی را بگیرد.(همچنان که چاههای عمیق و موتور پمپ هم نتوانستند مثل قناتها زمینه بهره برداری پایدار از منابع آب زیرزمینی را فراهم سازند و خانه های به اصطلاح مدرن هم در گرمای کویر با آن در و پنجره های آهنی شان! نتوانستند جای خانه های کاه گلی را بگیرند.)
آبیاری کوزه ای روش بسیار کم مصرفی است که خاصیت \"خود تنظیمی\" دارد و از هدر رفتن آب گرانبها جلوگیری می کند. با آبیاری کوزه ای حتی می توان از آبهایی که میزان شوری آنها بیش از حد معمول است، در کشاورزی استفاده کرد. حالا مدتی است که مزایای آبیاری کوزه ای در سطح جهانی باز شناخته شده و عده ای تلاش میکنند که آن را به اصطلاح مدرنیزه کنند.
واقعیت این است که ایران در منطقه ای نیمه خشک و حتی خشک واقع شده و مردمان این سرزمین از عهد باستان با مشکل کمبود آب در بسیاری از نقاط ایران رودررو بوده اند. اما برخی از کارشناسان می گویند که بخش کشاورزی ایران می تواند چند برابر نفت درآمد داشته باشد و دلیلی که برای مدعای خود می آورند این است که ایران به خاطر اقلیم ویژه که دارد می تواند در هر چهار فصل در مناطقی از این سرزمین پهناور محصولات متنوع کشاورزی تولید کند. حتی اگر این ادعا را هم بپذیریم، مشکل بزرگ در راه تحقق آن تامین آب شیرین است کیمیایی که همیشه بر سر آن جنگ و دعوا بوده است. منابع آب تجدید پذیر در کشور ما قابل افزایش نیست و گاهی هم خشکسالی های ویرانگر داریم. با این همه ، گرچه منابع آب کشورمان محدود است، اما با استفاده از همین منابع و جلوگیری از به هدر رفتن آب می توانیم بر میزان تولیدات کشاورز بیافزاییم. در واقع مشکل اصلی در نادرست بودن شیوه آبیاری ماست به طوری که تنها بخشی از منابع آب نصیب گیاهان می شود و بخش بزرگتر به هدر می رود .
آبیاری زیر سطحی
روش دیگر برای استفاده بهینه از آب \"آبیاری زیر سطحی\" است. در این روش ، شبکه ای از لوله های لاستیکی استفاده می شود که در عمق حدود ۳۰تا ۴۰سانتی متری زمین کار گذاشته می شوند. اگر این کار به درستی صورت بگیرد ، سطح خاک خشک می ماند و کل آب به مصرف رشد گیاه می رسد. در روش زیر سطحی امکان استفاده از ماشین آلات سنگین کشاورزی وجود دارد اما چند مشکل عمده راه را بر استفاده از این روش تنگ کرده اند: یکی اینکه هزینه استفاده از این روش بسیار زیاد است. در این روش برای آبیاری محصولات عمده زراعی باید بین هر دو خط لوله کشی۷۰ سانتی متر فاصله باشد. در نتیجه برای تجهیز هر هکتار زمین به حدود ۱۴کیلومتر لوله نیاز است.
مشکل دوم این است که گیاه به تدریج به درون قطره چکانها و یا منافذ لوله های متخلخل ریشه می دواند، و سرانجام لوله ها به طور کامل مسدود می شوند. مشکل سوم این است که برخی لوله های متخلخل همچون لوله های لاستیکی ، از مواد بازیافتی مانند تایر اتومبیل درست می شوند که حاوی مقداری کاد میم است. کاد میم هم یک عنصر فلزی سنگین است که خاک و غذا را آلوده و مسموم می کند. یک مشکل دیگر توزیع نا همگون آب از منافذ این لوله ها است : منافذ به طور یکنواخت باز نمی شوند ، در نتیجه آب در بعضی قسمتها تلف می شود و رطوبت ان به سطح خاک می رسد و سطح خاک شوره می بندد . همچنین ریشه گیاهان می توانند به داخل منافذ بزرگتر نفوذ و رشد کنند .
توزیع رطوبت در بهترین حالت ، در منطقه ریشه گیاه در روش آبیاری زیر سطحی است . در این حالت سطح خاک خشک می ماند و نشت تدریجی آب از لوله متخلخل به گونه ای صورت می گیرد که تلفات به سمت عمق وجود نداشته باشد .
آبیاری کوزه ای
در مورد آبیاری کوزه ای قبلا هم اشاراتی داشتیم ، و اکنون اضافه می کنیم که تراوش آب از جداره کوزه های سفالی کاربردهای مختلفی را سبب شده است. مهمترین این کاربردها نگهداری و خنک کردن آب است . آبی که از جداره کوزه تراوش می کند ، بر اثر مکش مولکولی هوا به بخار تبدیل می گردد و به ازای هر میلی لیتر ، ۵۳۰کالری انرژی به صورت گرما از جداره کوزه خارج می شود. این فرایند آب داخل کوزه را خنک می کند .
کاربرد دیگر کوزه ، تصفیه فیزیکی آب در مناطقی است که در تهیه آب آشامیدنی مشکل دارند. در این مناطق ، آب را پس از ته نشین شدن مواد معلق آن ، درون کوزه ای می ریزند.
به تدریج آب زلالی از جداره کوزه تراوش می کند و در ظرفی که زیر کوزه قرار دارد ذخیره می شود .
کاربرد مهمتر کوزه در آبیاری بوده است. ساده تر ین مثال برای این روش آبیاری کوزه های سبزی هستند که در مراسم نوروز مورد استفاده قرار می گیرند .
جداره کوزه سفالی ، بر خلاف جداره لوله های متخلخل لاستیکی ، دارای خصوصیاتی است که آن را با خاک هماهنگ می کند. بنابراین هدایت هیدرولیکی میان جداره کوزه و خاک قطع نمی شود و نوعی اثر متقابل میان آنها به وجود می آید که می توان آن را خاصیت\" خود تنظیمی\" نامید. تنظیم خود کار میزان آب دهی به خاک فقط در روش های پیشرفته و پر هزینه آبیاری که مجهز به ساز و کار های کنترل و هدایت خودکار مصنوعی هستند وجود دارد(برای مثال تانسیومتری را در خاک قرار داده و هر وقت پتانسیل آن کمتر از حد تعریف شده برای دستگاه شد آبیاری شروع می شود و به مجرد اینکه پتانسیل خاک به حد مطلوب که برای دستگاه تعریف می شود رسید دستگاه آبیاری به طور اتوماتیک قطع می شود.) و حال آنکه کوزه قدیمی خودمان هم همین کار را انجام می دهد. پس از کارگذاری کوزه در خاک ، جداره کوزه تحت تاثیر مکش خاک خشک ، آب بیشتری به خاک می دهد. اما یکی دو روز بعد که خاک اطراف کوزه به حد کافی مرطوب شد، آب دهی کوزه به خاک کاهش می یابد. سپس با رشد گیاهان در منطقه مرطوب اطراف کوزه و کاهش رطوبت خاک، کوزه آب دهی خود را از سر می گیرد این ساز و کار از نفوذ آب به اعماق بیشتر ممانعت می کند و سطح خاک نیز چندان خیس نمی شود . در نتیجه کارایی آب (یعنی وزن محصول تولیدی به کیلو گرم به ازای هر متر مکعب آب مصرف شده ) به حداکثر ممکن می رسد .
در حال حاضر سیستم های سفالی مختلفی ابداع شده اند که یا به صورت تحت فشار (با استفاده از پمپ آب ) یا به صورت ثقلی (با استفاده از فشار اندک ناشی از اختلاف سطح)کار می کنند. این روش ها را \"کپسول سفالی\" می نامند و وجه مشترک میان آنها این است که قطعات سفالی با استفاده ا لوله های رابط به یکدیگر متصل می شوند . دو مشکل عمده در استفاده از این روش ها وجود دارد که یکی هزینه زیاد و دیگری قرار گرفتن قطعات آنها در سطح یا عمق کم خاک است که مانع استفاده از ماشین آلات برای انجام عملیات کاشت ، داشت و برداشت می شود.
آبیاری به روش زیر سطحی با لوله های سفالی
به دلیل اشکالات نامبرده در آبیاری کوزه ای کشاورزان در استفاده از این روش محرومند. به این دلیل از روش زیر سطحی استفاده می شود.
این روش که ترکیبی از روشهای کوزه ای و زیر سطحی است مبتنی بر استفاده از لوله هایی است که به روش زیر سطحی در عمق خاک کاشته می شوند اما جنس آنها به جای لاستیک سفال است و از ساز و کار اختلاف سطح برای هدایت آب در آنها استفاده می شود.
سفال در خاک تجزیه نمی شود و خاک را آلوده نمی کند. نمونه هایی از لوله های سفالی غیر متخلخل که از آنها برای انتقال آب استفاده می شده در خرابه های باستانی کشور سوریه یافت شده که با آنکه بیش از پنج هزار سال از عمر آنها می گذرد هنوز هم سالم باقی مانده اند، از آن جالبتر شبکه انتقال آب با لوله های سفالی است که در حفریات باستان شناختی \"شهر سوخته\" در سیستان و بلوچستان یافت شده است.
لوله های سفالی که پس از سالها تحقیق و آزمایش تولید شده خاصیت آب دهی و مقاومت زیادی دارند این لوله ها با طول حدود ۳۳و قطر خارجی۲تا ۳سانتی متر تولید و با اتصالاتی از جنس مواد پلاستیکی به هم متصل می شوند. بدین ترتیب خطوط لوله متخلخل و انعطاف پذیری به وجود می آید که به صورت یک شبکه زیر سطحی در عمق مناسب خاک نصب می شوند (بسته به اینکه کشت زراعی ،باغی ،بوته کاری یا فضای سبز باشد، عمق کار گذاری لوله ها کار می کند).
آب با فشار کمی که از اختلاف سطح زمین و عمق کار گذاری لوله ها ناشی می شود ، در لوله ها جریان می یابد و به تدریج به خاک نشت می کند. مکش خاک خشک به بیرون آمدن آب از لوله های سفالی کمک می کند . با مرطوب شدن خاک اطراف لوله ها مکش و آب دهی به خاک کاهش می یابد. این همان فرآیندی است که پیشتر با اصطلاح \"خود تنظیمی\" از آن یاد کردیم. استفاده از سفال مزایای دیگری نیز نسبت به لوله های لاستیکی دارد. یکی اینکه هزینه تولید آن بسیار کمتر از لوله های لاستیکی است دیگر اینکه آب دهی لوله های سفالی بر خلاف لوله های لاستیکی یکنواخت است. این مزیت مانع اتلاف آب در اعماق بیشتر یا خیس شدن سطح خاک می شود یعنی تبخیر سطحی حذف می شود و از آب بدون تجمع نمک در سطح خاک و شوره بستن حداکثر استفاده می شود.
مزیت دیگر این است که خاک و انرژی مورد نیاز برای تولید لوله های سفالی در کشور نامحدود است و همین مزیت سبب می شود که هزینه تولید این لوله ها نسبت به لوله های لاستیکی و پلی اتیلن به یک چهارم تقلیل می یابد.
دکتر باستانی بررسی میزان عملی بودن نظریه خود از سال ۱۳۷۰به بررسی عملکرد روش آبیاری زیر سطحی در منطقه ای واقع در کرج پرداخت . این روش آبیاری با لوله های سفالی جمعاِ در ۲۰قطعه مورد آزمایش قرار گرفت. به تدریج بخشی از تحقیقات نیز در زمینه بازدهی کود شیمیایی و استفاده از آب شور در آبیاری درختان پسته توسط دو تن از همکاران او به اجرا در آمد که به صورت دانشنامه دکتری از سوی آنان ارائه شد. دکتر باستانی برای مقایسه بازده روش های مختلف آبیاری یکی از قطعات تحقیقاتی را چهار قسمت نمود و در هر چهار قطعه ذرت دانه ای کاشت اما در یکی از قطعات از روش آبیاری شیاری، در دومی از روش آبیاری بارانی ، در سومی از روش آبیاری قطره ای و در چهارمی از روش آبیاری زیر سطحی ابداعی خود استفاده کرد.
جدول زیر نتایج مقایسه ای روش های مختلف آبیاری در چهار مزرعه ذرت دانه ای را نشان می دهد:


 داده های جدول نشان می دهند که نسبت کارایی آب در\" روش زیر سطحی با لوله های سفالی\" در مقایسه با آبیاری شیاری ۳.۲برابر است. به علاوه در قطعات آزمایشی آبیاری شیاری بازده بسیار خوبی داشته در حالی که در زمین های کشاورزی بازده واقعی نیمی از این مقدار است در نتیجه نسبت کارایی آب در تولید محصول به روش زیر سطحی در عمل به حدود ۴برابر میرسد. در آزمایش های انجام شده معلوم شد که عملیات شخم یا رفت و آمد ماشین آلات بسیار سنگین هیچ صدمه ای به این شبکه لوله کشی وارد نمی سازد.

فرانک برادران هزاوه ، حبیب موسوی جهرمی

گروه آبیاری فاطر  www.fater-co.com