آبیاری قطره ای

مقدمه
هرچند روش آبياري سطحي از قديمي‌ترين روش‌هاي آبياري بوده و هم‌اكنون نيز در بسياري از كشورهاي جهان حتي در كشورهاي پيشرفته نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد. ولي به دليل تلفات چشم‌گير در سطح انتقال و هنگام توزيع در سطح مزرعه و در نتيجه پايين‌بودن راندمان در بسياري از موارد روش‌هاي آبياري با پتانسيل بالا نظير آبياري قطره‌اي مدنظر قرار مي‌گيرد.

آبياري قطره‌اي عبارت است از استعمال آهسته و آرام آب بر روي خاك يا زير آن. ذرات آب معمولاً به صورت قطرات گسسته از يكديگر يا به صورت قطره پيوسته، جريان باريك آب و يا به صورت پاشش آب با آبپاش‌هاي كوچك از طريق وسيله‌اي كه به آن قطره‌چكان، چكاننده و يا آبففشان گفته مي‌شود، صورت مي‌گيرد.

آبياري قطره‌اي اگرچه داراي مزايايي از لحاظ استفاده بهتر از آب، عكس‌العمل گياه، عمليات زراعي، نگهداري، مهندسي و اقتصادي مي‌باشد، چنانچه اصول كلي و مباني علمي در طراحي درنظر گرفته نشود، اين روش نه تنها مفيد نخواهد بود، بلكه موجب هدررفتن سرمايه نيز مي‌گردد. يكي از اصول كلي و مباني كلي طراحي سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي مسئله كيفيت آب آبياري، خصوصيات و تركيبات فيزيكوشيميايي آن مي‌باشد كه در صورت نامناسب بودن كيفيت آب آبياري، عوامل

ر زيان‌هاي وارده به محصول به دليل تامين‌نكردن آب مورد نياز آن، بسياري از پارامترهاي طراحي يك سيستم آبياري قطره‌اي را تحت‌الشعاع خود قرار مي‌دهد.

تاريخچه آبياري قطره‌اي
آبياري قطره‌اي از اواخر قرن نوزدهم و اوايل قرن بيستن در كشورهايي چون فرانسه، آلمان، آمريكا و شوروي متداول گرديد. در آن موقع بيشتر از لوله‌هاي سفالي جهت انتقال و توزيع آب در سيستم قطره‌اي استفاده مي‌شد كه به علت هزينه زياد توسعه چنداني پيدا نكرد. از اواسط قرن بيستم به بعد با توسعه صنايع پلاستيك به خصوص انواع پلي‌اتيلن و امكان ساخت قطره‌چكان‌ها با كيفيت و كارايي قابل قبول اين سيستم آبياري گسترش روزافزوني پيدا كرده است. در حال حاضر كشورهاي آمريكا، اسپانيا، استراليا، اسرائيل و آفريقاي جنوبي بيشترين ميزان زمين‌هاي زيركشت را با سيستم آبياري قطره‌اي دارا مي‌باشند.

اجزاء سيستم آبياري قطره‌اي
اجزاء اين سيستم شماتيك در شكل ۱ نشان داده شده است. بطوري كه مشاهده مي‌شود، سيستم شامل ۱۰ قسمت اصلي است كه بطور مختصر قسمت‌هاي مختلف آن تشريح مي‌گردد.

۱٫ موتور پمپ و ايستگاه پمپاژ
ايستگاه پمپاژ شامل موتور، پمپ، فونداسيون و استخر پمپاژ مي‌باشد. در اين ايستگاه آب با فشار لازم از منبع به داخل شبكه جريان مي‌يابد. مشخصات پمپ با توجه به دبي مورد نياز و فشار لازم براي بهره‌برداري از شبكه و راندمان پمپ تعيين مي‌شود.
۲٫ فيلترهاي هيدروسيكلون
جهت عبور به منظور تصفيه فيزيكي و ته‌نشست مواد معلق موجود در آب با استفاده از استوانه‌هاي مخروطي ناقص، به نيروي گريزاز مركز استفاده مي‌گردد.
۳٫ فيلترهاي شن
به منظور تصفيه آب از مواد آلي و جلبك‌ها و شن‌ريزه‌ها استفاده مي‌گردد.
۴٫ تانك كود
جهت تزريق كودهاي شيميايي مورد نياز گياه به درون آب داخل سيستم قطره‌اي استفاده مي‌شود.
۵٫ مركز كنترل
واحد كنترل اصلي سيستم آبياري قطره‌اي كه عمليات آبياري كاملاً اتوماتيك را عملي مي‌سازد، خود شامل قسمتهاي زير مي‌باشد:

• شيرهاي كنترل
اين شيرها در ابتداي لوله آبده نصب و عمليات كنترل آ به لوله‌هاي مورد نظر را امكان‌پذير مي‌سازد.
• وسايل تنظيم‌كننده فشار
تنظيم‌كننده‌ها با توجه به خصوصيات شبكه در نقاط مختلف نصب مي‌گردند.
• وسايل اندازه‌گيري
كنتور آبي، دبي‌سنج، فشارسنج و ديگر ضمائم اندازه‌گيري معمولاً در ايستگاه پمپاژ نصب مي‌گردند.
• كليد اتوماتيك
كه خاموش‌شدن موتور را هنگام افزايش فشار سبب مي‌شود.

• اتصال شناور
عمل خاموش‌شدن موتور را هنگام كاهش سطح آب در استخر پمپاژ انجام مي‌دهد.
۶٫ فيلتر توري
لوله آب از توري با منافذ مشخص تا اندازه ۱۶۰ مش صورت مي‌گيرد.
۷٫ لوله اصلي
اين لوله‌ها آب را از منبع به لوله‌هاي فرعي منتقل مي‌نمايند و مانند لوله‌هاي فرعي در عمق كافي از سطح خاك نصب مي‌شوند. لوله‌ها از جنس پلي‌اتيلن و گاهاً چدن ساخته مي‌شدند.
۸٫ لوله‌هاي آبرسان
اين لوله‌ها وظيفه تغذيه لوله‌هاي آبده را به عهده دارند. لوله‌هاي آبده با توجه به فواصل رديف‌هاي كشت به لوله فرعي متصل مي‌شوند و از آن تغذيه مي‌گردند.
۹٫ لوله آبديده
لوله‌هايي هستند كه از قسمت نيمه اصلي منشعب شده و آب را توسط قطره‌چكان‌ها در سطح زمين پخش مي‌كنند.
۱۰٫ قطره‌چكان‌ها
قطره‌چكان‌ها آخرين اتصالات آبياري قطره‌اي به شمار مي‌روند كه آب را به يكي از شكل‌هاي: قطره، جت يا فوران كوچك پيوسته و فوران ناپيوسته از خود خارج مي‌كنند و در اختيار گياه قرار مي‌دهند.

مزاياي عمده آبياري قطره‌اي
آبياري قطره‌اي داراي مزايا و محاسن عمده‌اي است كه مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:
• افزايش راندمان آبيار و صرفه‌جويي در ميزان آب
در اين سيستم چون آب مورد نياز گياه فقط در اطراف ريشه گياه به زمين داده مي‌شود، بنابراين قسمتي از زمين كه ريشه‌هاي فعال در آن قرار ندارد، خشك باقي مي‌ماند و مصرف آب در واحد سطح به ميزان قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌يابد. در اين روش آبياري به دليل برقرارشدن توازن بين تبخير و تعرق و مقدار آبياري از هدررفتن آب به صورت رواناب سطحي يا نفوذ عمقي جلوگيري مي‌شود.
در آبياري قطره‌اي تلفات مستقيم آب از طريق تبخير خيلي كم است. چون هيچ قطره آبي در هوا منتشر نمي‌شود، شاخ و برگ گياهان خيس نمي‌شود و از سطح خاكي كه خارج از منطقه مرطوب شده قرار دارد، هيچ تبخيري صورت نمي‌گيرد. رهبر، فيلي و دانش‌نيا به منظور مقايسه روش‌هاي آبياري قطره‌اي، باراني و سطحي بر روي درخت سيب و پرتقال محلي جهرم، آزمايشاتي انجام دادند و به اين نتيجه رسيدند كه ميزان آب مصرفي در روش قطره‌اي نسبت به سطحي ۲۵% كمتر است.

 

• عكس‌العمل گياه و عملكرد محصول
عكس‌العمل گياه به آبياري قطره‌اي نسبت به سيستم‌هاي ديگر آبياري به نظر مي‌رسد كه تا حدودي بهتر باشد. در آزمايشات آبياري قطره‌اي بعضي مواقع محصول بيشتر با كيفيت و يكنواختي بهتر به دست آمده است. در اين روش‌ها، ميزان رشد محصول، عملكرد و كيفيت نسبي محصول بيشتر از ساير روش‌هاي آبياري است. در آبياري قطره‌اي، به دليل خشك نگه داشته شدن، قسمتي از زمين، كيفيت ميوه‌ها افزايش پيدا مي‌كند.

در اسرائيل، با استفاده از روش آبياري قطره‌اي بر روي گوجه‌فرنگي، ميزان محصول در بعضي مناطق به ۱۲۰ تن در هكتار رسيده است. همچنين توليد محصول سيب تا ۱۳۰ تن در هكتار گزارش شده است. كاربرد روش آبياري قطره‌اي سبب ازدياد محصولاتي نظير سبزيجات و صيفي‌جات گرديده است. عمدتاً محصول گران قيمت چون سبزي‌ها، انگور، مركبات، گوجه‌فرنگي، نيشكر و محصولات هسته‌دار همچون گردو، بادام، فندق، ميوه‌ها، نهالستان‌ها، توت‌فرنگي و آناناس در اين گونه سيستم‌ها عملكرد بيشتر و كيفيت بهتري دارند.
• كاهش رشد علف‌هاي هرز و ممانعت از تجمع آفات بالقوه
در روش آبياري قطره‌اي تنها قسمت‌هايي از مزرعه آبياري مي‌گردد كه ريشه‌ها قرار دارند و لذا آبياري در تمام سطح انجام نگرفته و بدين‌ترتيب محيط مناسب جهت رشد علف‌هاي هرز بوجود نخواهد آمد.
به سب موضعي بودن رطوبت خاك، رويش علف‌هاي هرز پراكنده و كنترل آنها آسان است. موقعيت محيطي در زير سايبان گياه براي رشد قارچ‌ها مناسب نخواهد بود. در صورت بروز آفات و بيماري‌ها، امكان حركت ماشين‌آلات سمپاشي از بين رديف‌هاي گياه به سادگي امكان‌پذير است.

• زودرس نمودن محصولات
علت زودرس‌شدن محصولات را مي‌توان به اين صورت توجيه نمود كه در روش‌هاي ديگر آبياري، چون سطح زمين براي چند روز پس از هر نوبت آبياري مي‌شود، در اين مدت تبخير سطحي زياد مي‌باشد، عمل تبخير شدن آب موجب كاهش درجه حرارت محيط شده و زمان رسيدن محصول را به تعويق مي‌اندازد. در صورتي كه سيستم قطره‌اي تبخير ناچيز بوده و نمي‌تواند درجه حرارت را تقليل دهد. بنابراين محصول زودرس مي‌شود.
• عمليات زراعي
همزمان با آبياري مي‌توان عمليات‌هاي ديگر كشاورزي مانند سمپاشي، تنك‌كردن، هرس كردن و ميوه‌چيني را انجام داد. زيرا در اين سيستم فاصله بين رديف‌ها هميشه خشك مانده و عبور تراك

تور و ماشين‌آلات ديگر در زمين تحت آبياري به سادگي انجام مي‌گيرد.

• فوائد مهندسي و اقتصادي
براي آبياري گياهاني كه فاصله آنها زياد است (مثل درختان ميوه)، هزينه يك سيستم آبياري خوب، طرح شده در مقايسه با سيستم‌هاي ثابت يا دائم ديگر نسبتاً كمتر است.
• شوري
وقتي كه مجبور باشيم از آب شور استفاده كنيم، استفاده از آبياري قطره‌اي براي بالا نگه‌داشن مداوم رطوبت خاك، امكان‌پذير است. در صورتي كه آب، شور باشد و گياه با روش قطره‌اي آبياري شود، ضرر كمتري متوجه گياه است. از مزاياي ديگر آبياري قطره‌اي، مي‌توان صرفه‌جويي در ميزان كارگر و انرژي را نام برد.

معايب عمده آبياري قطره‌اي
محدوديت‌هاي بالقوه آبياري قطره‌اي در مقايسه با ساير روش‌هاي آبياري به قرار زير است:
 گرفتگي قطره‌چكان‌ها
گرفتگي منافذ كوچك عبور آب در قطره‌چكان‌ها جدي‌ترين مسئله‌اي است كه ممكن است آبياري قطره‌اي با آن روبرو شود. اكسيد آهن، كربنات كلسيم و بقاياي جلبك‌ها و اسلايم‌ها، موجب گرفتگي منافذ ريز قطره‌چكان‌ها مي‌گردد. گرفتگي در طول زمان مي‌تواند به خاطر رسوب مواد شيميايي، رس و يا تجمع لاي در محل عبور آب قطره‌چكان‌ها باشد. اين امر باعث توزيع نامناسب آب در طول لوله فرعي مي‌شود.
 ازدياد شوري
تمام آبهاي آبياري داراي مقدار نمك محلول هستند. با جذب آب توسط گياهان، قسمت بيشتر اين نمك‌ها در خاك باقي مي‌ماند. د رخلال آبياري قطره‌اي، نمك‌ها در زير سطح خاك و پيرامون محيط خيس شده، خاك تجمع پيدا مي‌كند. خشك شدن خاك بين آبياري‌ها موجب حركت معكوس آب خاك و انتقال نمك از پيرامون ناحيه خيس شده به طرف قطره‌چكان‌ها مي‌گردد.

 شرايط خاك
بعضي خاك‌ها داراي سرعت نفوذ كافي براي دريافت دبي تخليه قطره‌چكان‌ها نبوده و توليد رواناب با شرايط ماندابي مي‌نمايد. معمولاً خاك‌هاي شني با لايه‌بندي افقي اندك، براي آبياري قطره‌اي بسيار مناسب مي‌باشند.
 خطرات
جوندگان لوله‌هاي پلي‌اتيلن را مي‌جوند، براي رفع اين مشكل و كنترل بايد از لوله‌هاي فرعي از جنس پي ـ وي ـ سي استفاده كرد. با شكستن خطوط لوله انتقال آب اصلي، يا درست كارنكردن سيستم تصفيه، مقداري مواد زائد وارد آب مي‌شود.

گرفتگي خروجي‌ها و كنترل آن در سيستم‌هاي آبياري قطره‌اي

مطالعاتي كه كميته بين‌المللي آبياري و زه‌كشي در زمينه آبياري قطره‌اي انجام داده، حاكي از آن است كه در تمام كشورهاي جهان كه از اين روش استفاده مي‌كنند، گرفتگي خروجي‌ها، بزرگترين مشكل اين سيستم‌ها محسوب مي‌شود. البته در تعدادي از اين كشورها سعي شده است تا اندازه‌اي بر اين مشكل فائق آيد.
بر اساس گزارش كميته بين‌المللي آبياري و زهكشي، عواملي كه موجب گرفتگي و انسداد خروجي‌ها مي‌شوند، به سه دسته تقسيم مي‌شوند:
فيزيكي شيميايي بيولوژيكي

عوامل موثر بر گرفتگي قطره‌چكان‌ها
بطور كلي مي‌توان گفت عواملي كه موجب مسدودشدت قطره‌چكان‌ها مي‌شوند، شامل سه دسته اصلي مي‌شوند. مواد فيزيكي به صورت معلق، مواد شيميايي و مواد بيولوژيكي. در جدول (۱)، عوامل مختلفي را كه مي‌توانند باعث انسداد قطره‌چكان‌ها گردند، آوده شده است. در مطالعات جامعي كه توسط ناكاياما، گيلبرت و باكز (۱۹۷۸)، بر روي استفاده از آب رودخانه كلرادو در سيستم‌هاي قطره‌اي انجام گرفت، نتايج حاصله نشان داد كه مهمترين قسمت مديريت يك سيستم قطره‌اي، سيستم تصفيه آب آن مي‌باشد.

سيستم‌هاي تصفيه بايد قادر باشند حداكثر ذرات معلق موجود در منبع آب را تصفيه نمايند. براي عملكرد طولاني مدت سيستم‌هاي قطره‌اي، عمل شستشو و تميزكردن لوله‌هاي اصلي، لوله‌هاي فرعي و همچنين تصفيه شيميايي آب جهت كنترل افزايش رسوبات، ته‌نشيني مواد معلق و تجمع جبلك‌ها و مواد ميكروبيولوژي لازم است. همچنين بايد از مقاومت قطره‌چكان‌ها، مواد خطوط لوله و ديگر تجهيزات در برابر مواد شيمياي نظير كودها، باكتري‌ها و آفت‌كش‌هايي كه به درون سيستم قطره‌اي تزريق مي‌گردند، اطمينان حاصل كرد.

جدول ۱: عوامل موثر بر گرفتگي قطره‌چكان‌ها

فيزيكي (مواد جامد معلق) شيميايي بيولوژيكي
۱- شن
۲- سيلت
۳- رس ۱- كربنات كلسيم
۲- سولفات كلسيم
۳- هيدروكسيد فلزات سنگين، كربنات‌ها، سيليكات‌ها، سولفيدها، روغن و مواد مشابه
۴- كودها
(a) فسفات‌ها
(b) آمونياك و ازت
(c) آهن، مس، روي و منگنز ۱- فيلامان‌ها
۲- لجن‌ها
۳- نهشته‌هاي ميكروبي
(a) آهن
(b) سولفور
(c) منگنز

تاثير عوامل فيزيكي بر گرفتگي قطره‌چكان‌ها
يكي از عوامل اصلي گرفتگي قطره‌چكان‌ها، ذرات معلق موجود در آب، شامل شن ريزه‌ها، سيلت، رس و ذرات آلي مي‌باشد. براي جلوگيري از ورود اين مواد به داخل سيستم لازم است تا تصفيه فيزيكي كافي بر روي آب صورت پذيرد. اندازه ذراتي كه وجود آنها در سيستم قابل تحمل است، به ساختمان خروجي قطره‌چكان‌ها بستگي دارد و معمولاً توسط كارخانه‌هاي سازنده عرضه مي‌شود. بديهي است ذراتي كه اندازه آنها از قطر روزنه خروجي قطره‌چكان‌ها بيشتر باشد، بايستي از سيستم خارج گردند. جداسازي ذرات معلق جامد از آب با استفاده از حوضچه‌هاي آرامش، جداكننده‌هاي دوراني شن، صافي‌هاي شني و صافي‌هاي توري صورت مي‌گيرد.

حوضچه‌هاي آرامش
به منظور خارج ساختن و ته‌نشين كردن مقادير خيلي زياد شن و سيلن از حوضچه‌هاي آرامش استفاده مي‌شود. حوضچه‌هاي آرامش بايستي به اندازه كافي بزرگ بوده و سرعت جريان به اندازه‌اي كم باشد كه آب وارده به حوضچه حداقل به مدت ۱۵ دقيقه در حوضچه مانده و سپس به ورودي سيستم برسد.

در اين فاصله زماني، حداكثر ذرات معدني به قطر بيش از ۸۰ ميكرون رسوب مي‌نمايند. معمولاً حوضچه‌اي به عمق ۲/۱، عرض ۳/۳ و طول ۱۵ متر براي جريان معادل ۶۶ ليتر در ثانيه داراي زمان تاخيري معادل ۱۵ دقيقه است.
حوضچه‌هاي آرامش بايستي كم عرض و نسبتاً طويل باشند تا تقريباً همه آب، زمان تاخير مناسب را در داخل آن طي كند. كف ديواره‌هاي حوضچه بايستي به‌ها به خوبي از رشد جلبك‌ها مراقبت و كنترل گردد.

جداكننده دوراني شن
جداكننده‌هاي دوراني (گريز از مركز) شن قادر به جداسازي تا ۹۸% ذرات شني هستند كه در روي الك ۲۰۰ مش باقي مي‌مانند. اين جداكننده‌ها بر اساس نيروي گريز از مركز كار كرده و مي‌توانند ذرات با وزن مخصوص زياد را جدا ساخته و خارج سازن

د و در نتيجه قادر به جداسازي مواد آلي نمي‌باشند.

گرچه جداكننده‌هاي دوراني نمي‌توانند كليه ذرات لازم را جدا سازند، ليكن وسيله‌اي كارا براي خارج ساختن مقادير زياد شن خيلي ريز به شمار مي‌روند و به عنوان مثال مي‌توانند در چاه‌هايي كه با خود مقاديري شن به بالا مي‌آورند، به خوبي مورد استفاده قرار گيرند.

صافي‌هاي شني
فيلترهاي شن دانه‌بندي شده از سنگريزه‌هاي ريز و شن، با اندازه‌هاي معين تشكيل يافته كه در داخل مخزني استوانه‌اي شكل قرار داده شده‌اند. با عبور آب از مخزن، ذرات سنگريزه و شن عمل تصفيه را انجام مي‌دهند. اين صافي‌ها اساساً به منظور تصفيه مقادير زياد شن خيلي ريز و مواد آلي بكار مي‌روند

و غالباً طوري ساخته مي‌شوند كه در مواقع لزوم بتوان آنها را بطور اتوماتيك شستشو داد.
صافي‌هاي شني براي جذب مواد آلي بيشترين كارايي را دارند و قادرند مواد آلوده كننده را در عمق بستر شن جمع كنند. هرگاه بيشتر مواد آلوده‌كننده از مواد دراز و باريك نظير جلبك‌ها يا دياتومه‌ها تشكيل شده باشند، احتمال گرفتن اين مواد بوسيله صافي‌هاي شني با چند بستر شن از يك سطح فيلتر توري بيشتر است.

عواملي كه در خصوصيات و طرز كار فيلترهاي شني دخالت دارند، عبارتند از: كيفيت آب، نوع و اندازه فيلترهاي شني، دبي آب و افت بار مجاز. فيلترهاي شني در مقايسه با صافي‌هاي توري مي‌توانند مقادير بيشتري از مواد زائد را با دفعات شستشو و افت بار كمتر از آب جدا سازنند.

صافي‌هاي توري
ساختمان اين صافي‌ها ساده بوده و در مواردي كه قابل استفاده باشند، داراي بيشترين راندمان تصفيه هستند. در اين صافي‌ها اندازه سوراخ‌ها و همچنين كل سطح مقطع سوراخ‌ها، تعيين كننده كارايي و محدوديت‌هاي كاربرد آن مي‌باشند. صافي‌هاي توري براي جداسازي شن خيلي ريز و مقادير كم جلبك بكاربرده مي‌شودند. مقادير متوسط جلبك‌ها، توري‌ها را به سرعت مسدود مي‌نمايند، مگراينكه اين صافي‌ها طوري طراحي شده باشند كه مواد آلوده‌كننده آلي را در خود نگه‌دارند. صافي‌هاي توري را مي‌توان به چند گروه تقسيم كرد:
۱٫ صافي‌هاي با فولاد ضدزنگ
۳٫ صافي‌هاي با شستشوي در جهت معكوس
۴٫ صافي‌هايي كه به روش ثقلي شستشو مي‌شوند.
گرفتگي شيميايي و كنترل آن
گرفتگي شيميايي قطره‌چكان‌ها نتيجه رسوب املاح محلول در آب به خاطر تغيير دما و يا PH مي‌باشد.
اكثر رسوباتي كه منشاء بروز مشكلات در سيستم

آبياري قطره‌اي مي‌شوند، عبارتند از:
الف) كربنات كلسيم و كربنات منيزيم
ب‌) سولفيد آهن و سولفيد منگنز
ت‌) اكسيد آهن و اكسيد منگنز