مسئله کمبود منابع آب و کاهش آن، از مهم ترین مشکلات کنونی بشر است. این مورد در کشورهایی که در مناطق گرم و خشک واقع هستند بیشتر لمس می شود. این در حالی است که بخش زیادی از مصرف آب در تمامی کشورها مربوط به مصارف کشاورزی می باشد. از نکات مهم در آبیاری سنتی و نوین زمان آبیاری مزارع است. بسیاری از محصولات کشاورزی به دلیل کم آبی یا بی‌آبی از بین می‌روند و دلیل عمده آن کاهش رطوبت خاک و نرسیدن آب به موقع به محصولات است. اولین قدم در جهت مقابله با بحران کم آبی ، بهینه سازی مصرف می باشد. با توجه به راندمان پایین آبیاری در ایران اصلاح الگوی مصرف در این بخش می تواند راهگشا باشد. بهیود روش های آبیاری و روش های انتقال و ذخیره آب در کشورمان که متوسط بارندگی آن ٢۵٠ میلیمتر در سال است می تواند به رونق صنعت کشاورزی و حل معضل خشکسالی کمک بسزایی کند. استفاده از سیستم های هوشمند که با اندازه گیری رطوبت خاک مزارع و بررسی وضعیت آب و هوا با حداقل مصرف آب به صورت خودکار اقدام به آبیاری می کند از روش های نوین ارائه شده می باشد . این سیستم با بررسی پارامترهای لازم به میزان نیاز گیاهان اقدام به آبیاری کرده و آن ها را سیراب می کند و از هدر رفت بیشتر آب جلوگیری به عمل می آورد . امروزه این کار با هوشمندسازی مزرع با تجهیزات پیشرفته به راحتی امکان پذیر می باشد.

مشکلات آبیاری‌های قطره‌ای و بارانی

گلخانه هوشمند
روش آبیاری قطره‌ای به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد؛ زیرا اگر بخواهیم یک هکتار زمین کشاورزی را به سیستم آبیاری قطره‌ای مجهز کنیم، به هزاران متر کابل و چند مخزن نیازمندیم . که در صورت آسیب دیدن شبکه آبرسانی نیز خسارات زیادی به بار می‌آید و اگر کابلی مسدود شود، سیستم کارایی خود را از دست خواهد داد . هنگام شخم زدن زمین نیز باید شبکه جمع‌آوری و دوباره نصب شود که مستلزم هزینه بالایی است.
کشاورزی و آبیاری هوشمند
روش دیگر آبیاری بارانی است. مهم‌ترین مشکل این روش آبیاری این است که به هنگام پخش شدن آب در هوا، سطح آزاد آب افزایش یافته و به موجب آن شاهد تبخیر بیشتر آب و هدر رفت آن هستیم . همچنین برای زمینی به مساحت بالغ بر یک هکتار به چند صد فواره و چند نفر پرسنل نیاز داریم تا فواره‌های آب را جابه‌جا کنند. مسئله سوم مصرف انرژی زیاد برای پخش آب در سطح وسیع است.
 

سیستم آبیاری هوشمند چیست؟

سیستم آبرسانی و آبیاری هوشمند سیستمی است که میتواند با برنامه های از پیش تعریف شده توسط کاربر ، گیاه یا گیاهانی را در هر نوع توپوگرافی زمین متناسب با نوع نیاز آن گیاه آبیاری کند . از مزیت هایی که باعث میشود تا این سیستم در آبیاری انواع زمین ها و گلخانه ها ، باغات ، فضای سبز و ... مورد استفاده قرار گیرد اولاً صرفه جویی بالای آب و ثانیاً انعطاف پذیری این نوع سیستمها با شرایط گوناگون زمین و منطبق شدن با نوع نیاز گیاه در مصرف آب است . همچنین با نصب سیستم در فضاهای سبز میتوان پخش کننده های آب نصب شده در محیط (سیستم قطره ای ، بارانی و ….) را نیز کنترل نمود. در بخش فضای سبز و باغداری میتوان با مجهز کردن زمین ها به تجهیزات آبیاری تحت فشار و نصب سیستم هوشمند آبیاری بر روی تجهیزات آبیاری تحت فشار فرآیند هوشمند سازی و مکانیزه کردن آبیاری را انجام داد . با نصب ایستگاههای سیستم هوشمند آبیاری و تقسیم زمین مورد نظر به چندین واحد آبیاری، میتوان فرآیند آبیاری را حتی با سرانه کم آب (حق آبه) انجام داد . بوسیله سامانه بیسیم سیستم هوشمند آبیاری و برقراری ارتباط بیسیم ایمن و بدون نویز هیچگونه محدودیتی در مساحت و هکتار زمین یا باغ تحت پوشش سیستم هوشمند آبیاری وجود نخواهد داشت. این سیستم ها کاربر را قادر کی سازد تا به راحتی فضای سبز یا زمین مورد نظر را در هر زمانی که تمایل داشتند آبیاری کرده و از آسیب دیدن گیاهان بر اثر بی آبی یا کم آبی ممانعت به عمل آورند . بدلیل آبیاری منظمی که سیستم در اختیار میگذارد با کمترین آب بیشترین بهره وری را خواهید داشت. با توجه به وضعیت فعلی آب کشور و این نکته که تقریبا 80 درصد از هدر رفت آب در بخش کشاورزی است، استفاده از راه حل های هوشمندسازی می تواند یک راه حل مطمئن و مطلوب برای برون رفت از بحران آب و مدیریت مناسب آن باشد.
 

سناریوهای پیشنهادی در سیستم آبیاری هوشمند

• اندازه گیری رطوبت خاک توسط سنسورها و سیستم هوشمند و تشخيص زمان آبياري در نتیجه امکان کنترل آبیاری فضای سبز • زمانبندي انجام آبياري براي ساعات خنك تر جهت صرفه جويي در مصرف آب • تنظیم دبی و فشار آب مناطق مختلف • قطع و وصل جریان آب در مواقع مختلف به صورت خودکار و برنامه ریزی شده
 
 
 
 

ویژگی های آبیاری هوشمند

• برآورد نیاز آبی محصول کشاورزی با حد اقل مصرف آب • مجهز به سنسورهای هواشناسی - دما و رطوبت خاک، پارامترهای جوی . .. • محاسبه خودکار نیاز آبی محصول کشاورزی براساس پارامترهای اندازه گیری شده و نوع گیاه • کنترل شبکه آبیاری براساس نیاز آبی به دست آمده

مزایای هوشمندسازی سیستم آبیاری

• کاهش مشکلات کشاورزان در زمینه آبیاری • هوشمند کردن آبیاری، • استفاده بهینه از باران و هدر نرفتن آب • کاهش هزینه‌های مربوط به آبیاری و کشاورزی • افزایش بازده محصول • صرفه‌جویی در انرژی (تا ۳۵ درصد) و منابع و نیروی انسانی • حذف نظارت برای اندازه‌ گیری و تشخیص میزان رطوبت خاک • آبیاری به موقع محصولات و کاهش ضررهای ناشی از عدم آبیاری به موقع • تامین آب کافی برای ادامه زندگی گیاه در مواقع نیاز گیاه • حذف آبیاری زودهنگام مزارع کشاورزی • تنظیم ارتفاع مناسب برای جلوگیری از تبخیر سطح و صدمه زدن به گیاهان • کاهش مصرف انرژی • نظارت از راه دور • استفاده از فناوری بی‌سیم • استفاده از زرورق در لوله پخش آب برای جلوگیری از گرم شدن لوله انتقال آب • حذف مشکلات مربوط به سیستم آبیاری قطره‌ای و بارانی از جمله این مزایا به شمار می‌روند.
 
 

امکانات سیستم آبیاری هوشمند

  • 1. قابلیت اتصال به انواع سنسورها:

  • سنسور رطوبت: با نصب این سنسور سیستم این قابلیت را داراست که با تنظیم مقدار رطوبت خاک توسط اپراتور آبیاری را آغاز کرده و هنگامی که رطوبت خاک به میزان کافی رسید سیستم آبیاری غیر فعال شود.
    سنسور باران: با نصب این سنسور در هنگام بارندگی سیستم آبیاری را غیر فعال می کند تا از آب باران نیز حد اکثر استفاده انجام شود و در مصرف منابع آب صرفه جویی شود .

  • 2. بر اساس نیاز هر گیاه مقدار آب لازم و روزهای آبیاری در دستگاه تعریف شده که کار آبیاری به صورت خودکار و بر اساس تنظیمات از پیش تعریف شده انجام می گیرد.

  • 3. بدلیل نصب سوییچ فشار در سیستم های سنتی آبیاری ، پمپ تعبیه شده در سیستم با افت فشار آب حتی در مواقعی که نیاز به آبیاری نیست روشن شده و مصرف بی دلیل برق را در پی دارد ، که در سیستم آبیاری هوشمند با ایجاد قابلیت کنترل پمپ توسط دستگاه در مصرف جریان برق بطور چشمگیری صرفه جویی خواهد شد .

  • 4. همچنین مورد دیگر آنکه امکان کنترل سیستم توسط ریموت کنترل و نرم افزار از راه دور نیز وجود دارد

  • 5. امکان کنترل دستی سیستم در مواردی که آبیاری بیشتر بعضی قسمت ها نیاز باشد.

  • 6. امکان نصب و کنترل (master valve) جهت کنترل ورودی اصلی آب به کل شبکه و قطع جریان آب در مواقعی که سیستم غیر فعال میباشد.

  • 8. امکان خارج کردن روزهای مختلف از مدار آبیاری برای زمین هایی که در روزهایی خاصی آب به طرق دیگری وارد سیستم باغ یا فضای سبز می شود.

  • 9. کلیه شیر برقی ها ضد آب بوده و به دلیل کارکرد دستگاه و کل سیستم با برق 24 ولت هیچ گونه خطر جانی ناشی از برق گرفتگی وجود نداشته و سیستم کاملا ایمن می باشد.

  • 10. قابلیت تعریف سناریو های مختلف آبیاری برای فصلهای مختلف سال که با توجه به مقدار ریزش آب درفصول مختلف آبیاری انجام و در مصرف آب صرفه جویی می شود.

  • 11. در مواقعی که در عملکرد سیستم و تجهیزات مشکلی به وجود بیاید از طریق دستگاه و نرم افزار به کاربر اطلاع داده می شود

تجهیزات و اجزای سیستم

کنترل مرکزی به دو قسمت سخت افزاری و نرم‌افزاری تقسیم می شود و اجزای آن شامل بخش مرکزی ، ایستگاه پمپاژ ، ایستگاه هواشناسی ، شبکه رطوبت و دماسنجی ، مدار محافظتی و مدار ارتباطی است .
در سیستم آبیاری هوشمند مهمترین وظیفه بر عهده کامپیوتر مرکزی است . تمامی عملگرها از طریق کامپیوتر مرکزی قابل کنترل و برنامه ریزی می باشند و تمامی اطلاعات مربوط به عملکرد آن ها با ذکر تاریخ و ساعت در کامپیوتر مرکزی ذخیره می شوند.
این دستگاه بسیار هوشمند با توجه برنامه ریزی انجام شده توسط کامپیوتر مرکزی و اطلاعاتی که از سنسورها دریافت میکند ، بعد از آنالیز کردن آن ها در صورت لزوم اقدام به آبیاری زمین می کند. لازم به ذکر است که در این مورد وسعت زمین به هیچ وجه مهم نبوده واین کار بدون دخالت انسان انجام می گیرد .همچنین در زمانی که کامپیوتر مرکزی در دسترس نمی باشد به کمک همین دستگاه سیستم آبیاری هوشمند از طریق موبایل وشبکه اینترنت نیز قابل کنترل است.
از مهمترین این حسگرها می توان حسگرهای رطوبتی خاک، حسگر انجماد، رطوبت هوا، باران، حرارتی و تبخیر و تعرق و … را نام برد. این حسگرها به طور دائم با کامپیوتر مرکزی و دستگاه کنترل کننده در ارتباط بوده و اطلاعات را برای تجزیه و تحلیل به دستگاه کنترل کننده ارسال می کنند.
این ایستگاه از نوع اتوماتیک بوده و تمامی اطلاعات مربوط به جو را ارسال می کند. این ایستگاه مجهز به سیستم اعلام خطر می باشد و با هرگونه تغییر در وضعیت جوی به کاربر اعلام خطر می کند و کنترل کننده آبیاری را به طور موقت قطع می کند.
پس از نصب کامل سیستم

آبیاری هوشمند

به دو روش می توان از آن استفاده کرد. اولین روش می‌توان با استفاده از رایانه داده‌های مربوط به قسمت‌های مختلف مزرعه را به صورت دستی به واحد مرکزی کنترل وارد کرد و زمان‌های مشخص را برای آبیاری انتخاب کرد و سیستم براساس زمان‌های تعیین شده، موتور را به حرکت درمی‌آورد و آبی که از طریق واتر پمپ پمپاژ می‌شود، با میله افقی متحرک سوراخ‌ دار روی زمین زراعی ریخته می‌شود و سیستم با استفاده از داده‌های موجود می‌تواند دور موتور را تنظیم کند و به این وسیله می‌توان قسمت‌های مختلف را به اندازه مورد نیاز آبیاری کرد. روش دوم که بسیار راحت‌تر از روش قبل است، اطلاعات به ‌وسیله حسگرها و ایستگاه‌های هواشناسی جمع‌آوری و با استفاده از شبکه ارتباطی داده‌ها به واحد کنترل مرکزی ارسال می‌شود و این واحد به صورت هوشمند داده‌ها را پردازش می‌کند و زمان و دور موتور را برای آبیاری انتخاب کرده و در زمان مقرر، سیستم به صورت خودکار و بدون دخالت نیروی انسانی به شکل روش اول شروع به آبیاری می‌کند. این سیستم دارای یک تایمر قابل برنامه ریزی با حداکثر ۳۰ برنامه مختلف در طول روز و هفته بر اساس ساعات مشخص شده سیستم آبیاری را کنترل، روشن و خاموش خواهد نمود. همچنین این سیستم مجهز به سیستم مدیریت در بستر GSM بوده که قابلیت کنترل سیستم آبیاری با تلفن همراه را میسر می سازد. در این سیستم با نصب یک عدد سیم کارت که بعنوان شماره ارتباط با سیستم شناخته خواهد شد و معرفی شماره تلفن های موبایل افراد مجاز به سیستم امکان مدیریت سیستم آبیاری در بستر موبایل فراهم خواهد شد. افرادی که شماره تلفن همراه آنها برای سیستم معرفی گردیده اند، با یک SMS یا (misscall با متن ON یا OFF) قادر خواهند بود، ازهر مکان (حتی کیلومتر ها دورتر) سیستم آبیاری را روشن یا خاموش نمایند. در این سیستم misscall اول به منزله استارت سیستم آبیاری و misscall دوم به منزله توقف آبیاری می باشد. همچنین سامانه هوشمند در هر مرحله پیام تاییدی مبنی بر روشن شدن یا خاموش شدن سیستم آبیاری به شماره های مجاز تعریف شده ارسال خواهد کرد که اپراتور را در جریان وضعیت پمپ قرار خواهد داد.

پارامترهای موثر در سیستم آبیاری هوشمند و تحلیل آن ها

  • بررسی داده ها و آمارهای اقلیمی در آبیاری هوشمند در آمار چندین ساله هواشناسی مانند دما ، بارندگی ، رطوبت ، سرعت باد،تابش آفتاب برای محاسبه نیاز روزانه آبیاری هر محصولی مورد استفاده قرار می گیرد.
  • داده های زراعی در آبیاری هوشمند

  • الگو و تراکم کشت مورد نظر و مناسب بودن گیاهان انتخاب شده برای طرح از نظر اقلیمی

  • بررسی خاک عملیات زراعی وآبیاری اتوماتیک

  • اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه ضریب گیاهی Kc در هر محصول آبیاری اتوماتیک

  • خصوصیات فنولوژیکی و مرفولوژیکی گیاه بذر کاری شده

  • ارتفاع گیاه و مراحل حساس به تنش آبی. ضرایب حساسیت به شوری و کم آبی ، حساسیت به کاتیون ها وآنیون های مختلف

  • دادهای مربوط به خاک آبیاری هوشمند

  • بافت و ساختمان خاک،عمق خاک،نقاط پتانسیلی خاک

  • ظرفیت زراعی، وزن مخصوص منحنی رطوبت خاک در آبیاری هوشمند نقطه پژمردگی و حد اشباع قابل استخراج توسط گیاه ، شوری و سدیمی بودن خاک

  • ظرفیت نگهداری آب در خاک، نفوذپذیری و شماره منحنی نفوذ و محل خروجی زه آب ها

  • آبیاری هوشمند، دادهای مربوط به آب منحل اصلی برداشت آب .مقدار حجمی آب در طول سالی که آبیاری هوشمند انجام شده است

  • دبی جریان آب و تغییرات احتمالی آن شوری آب ارتفاع منبع آب نسبت به زمین فاصله منبع آب تا زمین درجه تناسب آب با گیاهانی که در طرح وجود دارند . حقابه ها و مسایل قانونی و حقوقی آب

  • نقشه های توپوگرافی زمین .نقشه های موقعیت .راهها موارد ترجیحی زراع و وضعیت مالی او .سایر عوامل فیزیکی که به نحوه ای در اجرا آبیاری هوشمند موثر است

0