بخشی از مقاله
سیستم آبیاري هوشمند و مقایسه این روش با روش سنتی
چکیده
با توجه به اینکه آبیاري یکی از مهمترین پارامترها در رشد و باردهی محصولات می باشد و هرچه این پارامتر دقیق تر و به موقع تر انجام شود این باردهی و رشد بهتر اتفاق خواهد افتاد.عدم وجود یک سیستم جامع کنترلی براي تنظیم دقیق آبیاري یکی از کمبودهایی است که در این زمینه وجود دارد،در سیستم آبیاري فعلی که به دو صورت سنتی و صنعتی می باشد زمان آبیاري به صورت دوره اي بسته به نوع محصول انجام می شود و این در حالی است که ممکن است بخشی از زمین هنوز نیاز به آبیاري ندارد و یا بخشی دیگر به طور کامل آبیاري نشود.این مسئله بسته به نوع زمین ،شیب زمین،رطوبت و جهت آفتاب و ... متغییر می باشد و این عدم هماهنگی در باردهی و رشد محصولات تاثیر مستقیم و بسزایی دارد.در این مقاله قصد داریم سیستم آبیاري هوشمند را معرفی کرده و نحوه ي عملکرد آن را بررسی نماییم و با روش سنتی مقایسه کنیم.
کلید واژه- آبیاري هوشمند ،تبخیر ،تبخیر آب ،کنترل کننده آبیاري ،نفوذ آب
-1مقدمه
آب یکی از منابع حیاتی و اصلی و جزء جداناشدنی از زندگی می باشد.براي زندگی و همچنین براي تولید ما یحتاج زندگی به آب نیاز داریم. با توجه به منابع محدود آب و همچنین پایین آمدن میانگین بارش و روش آبیاري سنتی و متعاقب آن هدر رفت زیاد آب و عدم توجه به پارامترهاي مهم در هدر رفت آب که شامل مواردي همچون تبخیر، نفوذ در زمین،زمان آبیاري ،دماي هوا،فرسودگی سیستم آبیاري و ... موجب هدر رفت زیاد آب می شود.یکی از بهترین و بهینه ترین سیستم ها براي جلوگیري از هدر رفت آب سیستم آبیاري هوشمند می باشد که مقدار قابل توجهی از هدر رفت آب را در این سیستم نخواهیم داشت.این سیستم با اندازه گیري مقدار رطوبت خاك آبیاري را تنظیم و از هدر رفت آب و از به تاخیر افتادن آبیاري جلوگیري می کند که حاصل این آبیاري به موقع محصولی خوب و با کیفیت خواهد بود.
-2آبیاري
-1-2 سیستم کنترلی حلقه باز(بدون فیدبک)
در بیشتر کنترل کننده هاي ساده ي بدون فیدبک به این صورت است که مقدار،زمان شروع ،زمان اتمام و مدت آبیاري از پیش مشخص است و آبیاري انجام می شود[3]و این فعالیت تکرار می گردد.
شکل (١)
این فعالیت که در چارت بالا نشان داده شده است آنقدر تکرار می گردد که به برداشت محصول برسیم.
در این سیستم نیاز محصول به آب و همچنین میزان آبی که به محصول رسیده و اینکه آیا محصول سیراب شده و یا از حالت اشباع نیز گذشته و میزان آبی که در هر آبیاري مصرف می شود در نظر گرفته نمی شود.هیچ کنترلی بر میزان مصرف آب وجود ندارد و متاسفانه تنها فاکتور مد نظر در این روش آبیاري ، فاکتور زمان می باشد و کنترل این آبیاري توسط کشاورز انجام می گردد که کاري سخت و زمان بر می باشد.
-2-2 سیستم کنترلی حلقه بسته(فیدبک دار)
این سیستم یک ترکیبی از سیستم هاي کنترلی می باشد که یک فیدبک از پروسه ي کنترلی می گیرد و رفتار خود را مطابق خواسته ي مورد نظر در جهت بهبود عملکرد خود تغییر می دهد.[3]
در سیستم مورد نظر چندین پارامتر اصلی براي آبیاري و میزان آبیاري وجود دارد.بعضی از این پارامترها از جمله جنس خاك ،مراحل رشد،نوع و ریشه ي گیاه ،پوشش سطح خاك،وزش باد و ... ثابت می باشند و برخی پارامترهاي دیگر از جمله رطوبت خاك،دما،تابش خورشید و... متغییر می باشند.[3]
در آبیاري وضعیت نوع محصول ،رشد محصول ،پوشش گیاهی خاك،نوع خاك و هزینه ي آب بررسی می شود و ما در این سیستم رطوبت خاك،دما،رطوبت هوا،وزش باد ،تابش خورشید را در نظر می گیریم و سیستم خروجی هاي زیر را براي ما تولید خواهد کرد:[5]
- آبیاري کردن محصول
- مدت زمان آبیاري
- زمان اتمام آبیاري
- در صورت استفاده از این سیستم در گلخانه روشن وخاموش شدن سیستم تهویه و سیستم گرم کننده.
شایان ذکر است که بسته به منطقه اي که این سیستم پیاده سازي می شود جنس خاك، رطوبت خاك، دماي هواي منطقه ، وزش باد ،تابش خورشید و رطوبت هوا متفاوت است و باید قبل از اینکه این سیستم پیاده سازي شود همه ي این پارامترها اندازه گیري شود و در سیستم به طور دقیق لحاظ شوند.
-3-2 سیستم کنترل کننده ي آبیاري
سیستم آبیاري هوشمند متشکل از سنسورهاي رطوبت ،فرستنده،واحد کنترل و ولو هاي کنترلی می باشد که ما به عنوان نمونه آنها را سلونویید ولو در نظر می گیریم.4]،[9مقدار رطوبت در هر لحظه به سمت گیرنده ارسال می شود و مقدار رطوبتی که از سنسور دریافت می شود در واحد کنترل با مقدار رطوبت ایده آل مقایسه می گردد در صورتی که مقدار تا %45 کمتر از مقدار ایده آل بود فرمان باز شدن سلونویید ولو به ولوهاي کنترلی ارسال می گردد و تا زمانی که رطوبت به %55 مقدار ایده آل برسد آبیاري ادامه خواهد داشت.[4]این کار براي جلوگیري از هدر رفت آب بسیار مناسب است چون ما سنسورهاي رطوبت را زیر خاك در عمق 20 سانیمتري در نظر می گیریم[2]و زمانی که آب روي زمین قرار دارد مدتی طول می کشد که در زمین نفوذ پیدا کند و به همین علت ما آبیاري را تا %55 مقدار ایده آل ادامه می دهیم ولی هنگامی که سیستم آبرسانی قطع شود آبی که روي زمین است پس از نفوذ مقدار رطوبت خاك را بالاتر خواهد برد .قرار گیري سنسور در سطح 20 سانتیمتري در این مقاله به عنوان نمونه در نظر گرفته شده وبراي محصولاتی است که عمق ریشه ي آنها زیاد نیست[2] در صورتی که ما بخواهیم این سیستم را براي آبیاري درختان استفاده کنیم باید سنسورها متناسب با عمق نفوذ ریشه ي درختان در زمین کار گذاشته شوند.توجه به نوع زمین و میزان نفوذ آب در زمین نیز یکی از پارامترهاي مهم در آبیاري می باشد به عنوان مثال زمین هاي شن زار معمولا آب را کمتر نگه می دارند و آن را سریعتر به لایه هاي زیرین منتقل می کنند [6]و همچنین کیفیت آب در سرعت نفوذ آب در زمین تاثیر بسزایی دارد [1] که البته نکات اخیر در این مقاله مد نظر گرفته نمی شوند ویک شرایط یکسانی را براي همه ي نمونه ها در نظر می گیریم.
شکل بالا شمایی از یک آبیاري هوشمند می باشد که زمین کشاورزي براي آبیاري دقیق تر به سه قسمت تقسیم شده و هر قسمت به طور جداگانه آبیاري می شود که البته در این تقسیم بندي باید جنس خاك و یکسان بودن آن در هر قسمت مد نظر قرار گیرد[4]، که آبیاري به طور یکسان انجام شود و نفوذ آب و نیاز محصول به آب در هر قسمت یکسان باشد و به این صورت ما آبیاري دقیق و به موقع و با هدر رفت بسیار کم خواهیم داشت . براي آبیاري ما نیاز به پمپ هاي متعدد الکتریکی نداریم و تنها با استفاده از یک پمپ جهت تامین آب داخل مخزن می توانیم فشار مورد نظر خود را تامین کنیم و زمانی که فرمان باز شدن ولوها ارسال می گردد آبیاري انجام خواهد شد.[9]
-4-2شبیه سازي سیستم آبیاري هوشمند و مقایسه ي آن با آبیاري سنتی
در ابتدا رطوبت خاك و تغییرات آن با آبیاري سنتی را رسم می کنیم
