فرمت ورد: پایان­ نامه ارشد آبیاری و زهکشی:ارزیابی و بررسی امکان اتوماسیون سیستم آبیاري عقربه‌ای با داده‌هاي هواشناسی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

دانشکده کشاورزی، گروه مهندسی آب

 

پژوهش نظری جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی آبیاری و زهکشی

 

ارزیابی و مطالعه امکان اتوماسیون سیستم آبیاري عقربه‌ای با داده‌هاي هواشناسی

 

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

 

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

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. سیستم‌های مکانیزه شدیداً به راهبری نیروی انسانی متکی هستند که خطر ناشی از خطای انسانی و تعلل و تأخیر در انجام اقدامات را به همراه دارد. 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 کاربرد و عنایت به این مسئله که دستگاه آبیاری آبفشان دوار تا حدودی در داخل کشور ساخته می گردد، 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 موارد فوق هدف از این ارزیابی، شناخت وضع موجود دستگاه آبفشان دوار می‌باشد که بر اساس 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. لذا در این راستا ارزیابی سنترپیوت در دو سرعت 10 و 60 درصد بصورت شعاعی و عمودی صورت گرفت که در آن ضریب یکنواختی در عبور دستگاه در سرعت­های 10 و 60 درصد به صورت شعاعی به‌ترتیب برابر 3/80 و 4/76 درصد و یکنواختی توزیع آب برابر به‌ترتیب 6/72 و 5/65 درصد به­دست آمد. همچنین مقدار ضریب یکنواختی در جهت عمودی در دو سرعت مذکور به ترتیب 1/61 و 3/59 درصد به‌دست آمد. با در نظر داشتن ارقام به‌دست آمده در هر دو حالت عمودی و شعاعی، ضریب یکنواختی در سرعت 10 درصد مقدار بالاتری را نشان داد که نمایانگر توزیع بهتر آب در حالت آبیاری دستگاه با سرعت پایین می باشد. همچنین در این پژوهش امکان اتوماسیون آبیاری در تمامی روش‌های به‌کاربرده شده در داخل و خارج کشور مورد مطالعه قرار گرفت و مزایا و معایب هریک به صورت کامل ارائه گردید.

 

واژگان كليدي: سنترپیوت، ضریب یکنواختی، اتوماسیون آبیاری

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه 2

1-1- مقدمه 2

1-2- تاریخچه دستگاه آبفشان دوار (سنترپیوت) 3

1-3- هدف 4

فصل دوم: مطالعه منابع 7

2-1- آبیاری 7

2-1-1- کلیات 7

2-2- آبیاری تحت فشار 8

2-2-1- سیستم آبیاری بارانی 8

2-2-2- معرفی دستگاه آبفشان دوار (سنترپیوت) 12

2-2-2-1- اجزای دستگاه 16

2-2-2-2- تنظیم سرعت دستگاه 23

2-2-3- مزایای بهره گیری از دستگاه آبفشان دوار 23

2-2-4- محدودیت‌های کاربرد دستگاه آبفشان دوار 25

2-3- آبیاری دقیق (آبیاری با شدت متغیر)………….. 25

2-4- بهره گیری از داده­های هواشناسی……………….. 42

2-3- اتوماسیون سیستم‌های آبیاری 46

2-6- روش‌های مختلف اتوماسیون آبیاری……………… 51

2-7- ارزیابی سیستم‌های آبیاری 59

2-7-1- مفاهیم و تعاریف مورد نیاز در ارزیابی سیستم‌های آبیاری 62

2-7-2- کمبود رطوبت خاک (SMD) 62

2-7-3- کمبود مجاز مدیریتی (MAD) 63

2-7-4- یکنواختی توزیع آب در مزرعه (DU) 63

2-7-4-1- عوامل مؤثر بر یکنواختی توزیع (DU) در سیستم آبفشان دوار مرکزی 64

2-7-5- ضریب یکنواختی (CU) 67

2-7-5-1- ضریب یکنواختی کریستیانسن 67

2-7-5-2- ضریب یکنواختی هیرمن و هین 68

2-7-5-3- میانگین وزنی نمونه ها 69

2-7-5-4- ضریب تغییرات نمونه های وزنی Cuv 69

2-7-5-5- ضریب یکنواختی ویلکوکس- اسوالز CUw 70

2-7-5-6- ضریب یکنواختی هارت و رینولدز CUh 71

2-7-5-7- ضریب یکنواختی کارملی CUcr 71

2-7-5-8- ضریب یکنواختی پیشنهاد شده توسط مولی و برموند 72

2-7-6- راندمان واقعی آبیاری (AELQ) 72

2-7-7- راندمان پتانسیل آبیاری (PELQ) 73

فصل سوم: مواد و روش‌ها 74

3-1- مقدمه 75

3-2- مشخصات محل اجرای آزمایش 75

3-3- اقلیم و هواشناسی 76

3-4- توپوگرافی 76

3-5- مشخصات خاک 76

3-6- منابع آب آبیاری 77

3-7- مشخصات آب آبیاری 77

3-8- مشخصات سیستم آبیاری 78

3-8-1- مشخصات آبپاش موجود در دستگاه 80

3-8-2- مشخصات پمپ 81

3-9- مراحل اجرای طرح در مزرعه 81

3-9-1- اندازه‌گیری ضریب یکنواختی 82

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

3-10- محاسبات 87

فصل چهارم: نتایج و بحث 88

4-1- مقدمه 89

4-2- برآورد ضریب یکنواختی 89

4-3- یکنواختی توزیع آب (DU) 99

4-3- برآورد ضریب یکنواختی در جهت عمودی 100

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 105

5-1- نتیجه‌گیری 106

5-2- پیشنهادات 107

فهرست منابع 109

 

فهرست شکل­ها

شکل (2-1) نمونه‌ای از اولین دستگاه آبفشان دوار 12

شکل (2-2) شمای کلی از مزرعه تحت پوشش سنترپیوت 14

شکل(2-3) دستگاه سنترپیوت در حال آبیاری 15

شکل(2-4) نمایی از اراضی تحت پوشش دستگاههای سنترپیوت 16

شکل(2-5) نمایی از پیوت 17

شکل(2-6) نمایی از اسپن و تاور 18

شکل(2-7) نمایی از چرخها و الکتروگیربکس 19

شکل(2-8) نمایی از تابلوی اصلی دستگاه سنترپیوت 20

شکل(2-9) نمایی از نحوه آبیاری دستگاه 21

شکل (2-10) نمونه ای از تفنگ انتهایی کاربردی در دستگاه سنترپیوت 22

شکل(2-11) بخش های تشکیل دهنده بسته کنترلی منطقه ای ناحیه VRI 27

شکل(2-12) تفاوت‌های رویت شده در EC در مناطق گوناگون مزرعه 28

شکل(2-13) نسخه اولیه بهره گیری شده 29

شکل(2-14) مجموعه داده‌های یک دوره زمانی نمونه 31

شکل(2-15) مجموعه‌ای از عکس‌های مادون قرمز در طول فصل رشد 32

شکل(2-16) شمای کلی سنترپیوت با شدت متغیر 36

شکل(2-17) نمونه‌ای از ظروف نمونه گیری 37

شکل(2-18) الگوی چیدمان ظروف اندازه‌گیری در زیر سنترپیوت سه‌تکه‌ای 37

شکل(2-19) درصد ضریب یکنواختی برای هر شدت جریان در آزمایش7 42

شکل(2-20) نمایی از دستگاه خودکار هواشناسی………. 43

شکل (2-21) نمایی از صفحه ورودی دستگاه خودکار در اینترنت 44

شکل(2-22) نمایی از خروجی دستگاه i-metose 45

شکل(2-23) نمایی از گراف خروجی دستگاه i-metose 46

شکل(2-24) قابلیت اتوماسیون سیستم‌های آّبیاری مختلف 48

شکل(2-25) قابلیت چرخش و تغییر جهت سیستم خودکار آبیاری بارانی سنترپیوت 49

شکل(2-26) طرح کرت آزمایش آبیاری آبفشان دوار خودکار 51

شکل(2-27) تنظیمات کنترلی آبفشان دوار خودکار 52

شکل (3-1) نمونه‌ای از آبپاش به‌کاربرده شده در سنترپیوت مورد ارزیابی 80

شکل(3-2) نحوه جانمایی ظروف جمع آوری آب جهت ارزیابی سنترپیوت 83

شکل(3-3) نحوه چیدمان ظروف جمع آوری آب جهت ارزیابی سنترپیوت 83

شکل(3-4) نحوه قرائت حجم آب داخل ظروف 84

شکل(3-5) نمایی از نحوه پاشش آب در ظروف جمع‌آوری 86

شکل(3-6) نمایی از نحوه ارزیابی یکنواختی پخش سیستم سنترپیوت 87

شکل(4-1) میزان پاشش در طول دستگاه سنترپیوت در دوردیف شعاعی و در دو سرعت 10 و 60 درصد 97

شکل(4-2) نمودار ضریب یکنواختی در دو سرعت 10 و 60 درصد 98

شکل (4-3) مقادیر یکنواختی توزیع آب در دو سرعت 10 و 60 درصد 100

شکل (4-4) عمق پاشش آب در قوطی‌ها در جهت عمود بر سنترپیوت در سرعت 10 درصد 102

شکل(4-5) عمق پاشش آب در قوطی‌ها در جهت عمود بر سنترپیوت در سرعت 60 درصد 103

شکل (4-6) مقادیر ضریب یکنواختی در جهت عمودی و در دو سرعت 10 و 60 درصد 104

 

 

فهرست جدول­ها

جدول (2-1) اجزاء و عوامل مؤثر بر یکنواختی توزیع در سیستم آبفشان دوار مرکزی 65

جدول (3-1) نتایج حاصل از آزمایش خاک 77

جدول (3-2) خصوصیات شيميايي آب آبياري 78

جدول (3-3) میزان پاشش سیستم سنترپیوت در سرعت‌های مختلف 79

جدول (3-4) مشخصات پمپ انتخابی جهت بهره گیری از سیستم سنترپیوت 81

جدول (4-1) حجم آب در ظروف جمع‌آوری در سرعت 10 درصد 90

جدول (4-2) حجم آب در ظروف جمع‌آوری در سرعت 60 درصد 94

جدول (4-3) حجم آب در ظروف جمع‌آوری آب در جهت عمودی و سرعت 10 درصد 101

جدول (4-4) حجم آب در ظروف جمع‌آوری آب در جهت عمودی و سرعت 60 درصد 102


 

 

فصل اول

مقدمه

 

1-1- مقدمه

بشر از ابتدای آشنایی با امر آبیاری و کاربرد آن به مسئله ارزیابی و بهبود آن پرداخته می باشد. بدون شک در تمدنهای کهن ایران، مصر، بین النهرین، هند و چین که فن آبیاری تأثیر تعیین کننده‌ای در استقرار تمدن‌ها داشته می باشد، ارزیابی طرح‌های مختلف آبیاری صورت می‌گرفته می باشد. ابداع فن‌آوری‌های قابل توجه در تمامی مراحل عمر طرح‌های آبیاری از طراحی تا احداث تا مدیریت بهره برداری در دوران‌های گذشته، گواه بر این مدعاست. تدوین برنامه‌های دقیق توزیع آب، ساخت سازه‌ها و ابداع روش‌های مناسب برای اندازه‌گیری آب آبیاری در دور افتاده ترین مناطق کشور، در زمان‌های گذشته نتیجه ارزیابی طرح‌های آبیاری و ارائه راه‌کارهایی برای بهبود آن‌ها بوده می باشد.

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 زیست محیطی آنها احساس شده می باشد.

ارزیابی مقوله‌ای می باشد که اکثر سازمان‌ها مبتلا به آن هستند. بخصوص تشکیلات بهره‌بردار از سیستم‌های آبیاری با در نظر داشتن سرمایه‌گذاری‌های عظیمی که انجام شده می باشد، بایستی به آن بیشتر توجه گردد. پس بکارگیری آن در عملکرد سیستم‌های آبیاری نیز لازم می باشد بر اساس چارچوب‌های تئوریک، ارزیابی انجام گردد.

سیستم سنترپیوت 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 سنترپیوت به صورت قابل توجهی با افزایش طول دستگاه افزایش می یابد.

 

1-2- تاریخچه دستگاه آبفشان دوار (سنترپیوت)

اولین دستگاه آبیاری بارانی آبفشان دوار در سال 1949 میلادی در ایالات متحده آمریکا (ایالت نبراسکا) ساخته گردید. سیستم مذکور برای آبیاری دایره‌‌هایی با شعاع خیلی زیاد، بدون بهره گیری از نیروی انسانی و با بکارگیری تنها قسمت ناچیزی از نیروی هیدرولیکی تأمین شده توسط مکانیزم پمپاژ جهت جابجایی آن طراحی شده بود. دستگاه آبیاری آبفشان دوار از آن هنگام تا کنون 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).

دستگاه های سنترپیوت 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 بر500 تا600 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 سنتر پیوت هستند (علیزاده، 1386).

در عربستان سعودی که دارای آب و هوای خشک صحرایی می‌باشد، بدلیل اینکه این سیستم آبیاری دارای انعطاف کافی بوده و مقدار آب کاربردی بخوبی قابل کنترل می‌باشد. بهره گیری از آن توسعه زیادی داشته می باشد. حدوداً بیشتر از 80 درصد از اراضی قابل کشت آن با این سیستم آبیاری می گردد و تا سال 1991 بیشتر از 20000 دستگاه در حال بهره‌برداری بوده می باشد. 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 به دلیل محدود بودن اراضی و نداشتن شکل منظم اینگونه سیستم‌ها توسعه چندانی نیافته می باشد. فرانسه و اسپانیا که خود از سازندگان این دستگاه می باشند 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

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 بهره برداری 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 به مقصود 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 جایگاه کشورمان که بین مدار‌های 30 و 60 درجه شمالی و واقع گردیده، با متوسط بارندگی 240 میلیمتر در سال، یکی از مناطق نسبتأ کم باران جهان به شمار می رود. ضمناً این بارندگی نیز تحت تأثیر 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. لذا با این وضعیت دیری نخواهد پایید که ایران به مرحله کم ­آبی رسیده و در زمره کشورهای درگیر بحران آب قرار گیرد. باتوجه به آمار وارقام موجودومطالعات انجام گرفته درایران به جرات می توان گفت که آب کمیاب ترین عامل تولید محصول کشاورزی می باشد (خلیلیان و موسوی، 1384).

منابع آبی کشور که اکثراً حاصل بارندگی می‌باشد به میزان 130 میلیارد متر مکعب، شامل 85 میلیارد متر مکعب آبهای سطحی، 10میلیارد متر مکعب آب چشمه‌های پراکنده و 35 میلیارد متر مکعب آب‌های زیرزمینی می باشد. از 164 میلیون هکتار اراضی کشور 5/18 میلیون هکتار اراضی زیر کشت آبی، دیم و آیش، 5/32 میلیون هکتار اراضی قابل کشت و مابقی (13 میلیون هکتار) اراضی جنگلی و سایر اراضی را شامل می گردد (امیدوار، 1378).

با مطالعه منابع عوامل و امکانات بالقوه آب و خاک، ناچیز بودن بارش باران و محدودیت منابع آب در اغلب نقاط کشور ملاحظه می گردد، لذا ضرورت بهره گیری بهینه از آب در طرح‌های توسعه منابع آب، توسعه سیستم‌های آبیاری با راندمان بالا، امری محرز و بهره‌گیری از راه‌کارهای عملی و علمی در این خصوص مانند ارزیابی مداوم از عملکرد سیستم‌های آبیاری مورد توصیه و تأکید می‌باشد.

***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 و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :125