سیستم آبیاری هوشمند

بحث کمبود آب و کاهش آن، یکی از بزرگ‌ترین مشکلات کنونی بشر است. این مساله در کشورهایی که در مناطق گرم و خشک قرار دارند بیشتر قابل لمس و درک است. این در حالی است که ما همه‌ روزه شاهد استفاده بیش از نیاز و غیر اصولی آب و انرژی هستیم. بخش زیادی از مصرف آب در تمام کشورها مربوط به بخش کشاورزی است.

در هر روش آبیاری چه نوین و چه سنتی زمان آبیاری مزارع از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بسیاری از محصولات کشاورزی به دلیل کم آبی یا بی‌آبی از بین می‌روند و دلیل عمده این مشکل کاهش رطوبت خاک و نرسیدن آب به موقع به محصول است. هر ساله به دلیل کم آبی یا آبیاری زیاد که هر دو ناشی از غفلت کشاورزان و ناآگاهی آنها از میزان رطوبت مورد نیاز برای رشد گیاه است بسیاری از محصولات از بین می‌رود و منابع آبی و انسانی زیادی به هدر می‌رود.

اولین قدم جهت مقابله با بحران، بهینه سازی مصرف آب در این بخش است. با توجه به راندمان کم آبیاری در ایران اصلاح مدیریت آب در این بخش اجتناب ناپذیر می باشد. متخصصین آب در تلاشند تا راندمان آبیاری را با کاهش تلفات آب در قسمتهای مختلف کاهش دهند و این تلاش باعث شده روش های آبیاری و روش های انتقال و ذخیره بهبود پیدا کند ولی این دستاوردها در کشورمان که متوسط بارندگی آن ٢۵٠ میلیمتر در سال است بسیار کم است.

یکی از روش هایی که در افزایش راندمان مصرف آب در بخش کشاورزی اهمیت دارد استفاده از سیستم های هوشمند در مزرعه است که به‌ طور دقیق رطوبت خاک مزارع و وضعیت آب و هوا را تخمین می زند. گیاه نیز همانند انسان می تواند، تشنگی خود را با آب مشخصی برطرف نماید یعنی زمانی که گیاه احساس تشنگی نمود خودش تصمیمات لازم را جهت سیراب کردن خودش اعمال نماید و این کار با هوشمندسازی مزرعه با تجهیزات پیشرفته به راحتی امکان پذیر است.

مشکلات آبیاری‌های قطره‌ای و بارانی

روش قطره‌ای از نظر اقتصادی مناسب نیست؛ زیرا اگر قرار باشد یک هکتار زمین کشاورزی را به سیستم آبیاری قطره‌ای مجهز کنیم، به هزاران متر کابل و چند مخزن آب نیاز داریم. با وجود این، در صورت آسیب دیدن شبکه خسارات زیادی به بار می‌آید و اگر کابل مسدود شود، این سیستم کارایی خود را از دست می‌دهد. از سوی دیگر هنگام شخم زدن زمین باید شبکه جمع‌آوری و دوباره نصب شود که مستلزم هزینه بالایی است. هنگام انتقال آب در شبکه کابلی دمای آن بالا می‌رود و هنگام خروج، آب تبخیر شده و هدر می‌رود.

نوع دیگر آبیاری، آبیاری بارانی است. مهم‌ترین مشکل این روش این است که هنگام پخش شدن آب در هوا، سطح آزاد آب افزایش می‌یابد و در نتیجه قسمت قابل توجه آن تبخیر می‌شود. همچنین یک قطعه زمین به مساحت بالغ بر یک هکتار به چند صد فواره و چند نفر نیاز است تا فواره‌های آب را جابه‌جا کنند که همین مساله به نیروی انسانی زیاد و زمان قابل توجهی نیاز دارد. مشکل سوم مصرف انرژی زیاد برای پخش آب در سطح وسیع است.

طراحی سیستم آبیاری هوشمند

در طرح سیستم آبیاری هوشمند، با کمک گرفتن از حسگرهای رطوبت‌سنج و بررسی وضعیت آب و هوا از طریق هواشناسی، رطوبت خاک و احتمال بارش باران تخمین زده می شود و با حل مشکلات پیش آمده آبیاری هوشمند مزارع امکان‌پذیر می شود. با قابلیت برنامه‌پذیر بودن این طرح، هر کشاورز می‌تواند ضمن تعیین زمان دقیق و میزان رطوبت مورد نیاز برای هر گیاه، آبیاری مزارع خود را در ساعت مشخص و در صورت کمبود رطوبت انجام دهد و حتی می‌تواند با استفاده از اطلاعات هواشناسی محاسبه احتمال بارش باران، آبیاری را به تاخیر بیندازد که این باعث به هدر نرفتن آب می‌شود و کشاورزان می‌توانند شرایط مطلوب را جهت به ثمر رسیدن محصولات خود فراهم کنند.

نحوه عملکرد سیستم آبیاری هوشمند

پس از نصب کامل دستگاه کاربرد آن به ۲ شیوه صورت می‌گیرد. 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 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 30 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. ( مشخصات فني سيستمي كه توسط يكي از سازندگان ايراني طراحي و توليد شده است )

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 35 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.

در سیستم اتوماسیون آبیاری کشاورزی می‌توان ضمن آبیاری محل دقیق مورد نیاز از طریق پیامک و اینترنت با بررسی شرایط جوی، عملیات کودرسانی و سم‌پاشی را نیز انجام داد. در دنیا تنها 10 کشور دارنده این فناوری هستند.

اجزای سیستم

کنترل مرکزی دارای ۲ بخش عمده سخت افزاری و نرم‌افزاری است و اجزای آن شامل بخش مرکزی، ایستگاه پمپاژ، ایستگاه هواشناسی، شبکه رطوبت و دماسنجی، مدار محافظتی و مدار ارتباطی است. که اجزای اصلی آن به شرح زیر است :

کامپیوتر مرکزی

در سیستم آبیاری هوشمند مهمترین وظیفه را کامپیوتر مرکزی انجام می دهد. از طریق کامپیوتر مرکزی می توان کنترل کننده ها را بر اساس نیازی که گیاه و یا گیاهان  مورد نظر به آب و مواد غذایی دارند، برنامه ریزی کرد و بر عملکرد صحیح سیستم نظارت داشت. در این نوع آبیاری تمامی اطلاعات به دست آمده از اجزای مختلف سیستم (ایستگاه هواشناسی ، کنترل کننده ، عوامل مربوط به خاک و ...) با ذکر تاریخ و ساعت در کامپیوتر مرکزی ذخیره می شود.

دستگاه کنترل کننده

این دستگاه بسیار هوشمند بوده و می تواند با توجه به برنامه ای که از طریق کامپیوتر مرکزی به آن داده شده است، اطلاعات را از اجزای مختلف سیستم گرفته و بعد از آنالیز کردن آنها به آبیاری زمین بپردازد. لازم به ذکر است که در این مورد وسعت زمین به هیچ وجه مهم نبوده واین کار بدون دخالت انسان انجام می گیرد .

از دیگر قابلیت های  آبیاری هوشمند این است که در مواقع اضطراری و زمانی که کامپیوتر مرکزی در دسترس نمی باشد می توان از طریق موبایل وشبکه اینترنت برای تغییر برنامه کنترل کننده استفاده کرد.

حسگرها

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 دایم با کامپیوتر مرکزی و دستگاه کنترل کننده در ارتباط هستند و اطلاعات را ارسال می کنند.

ایستگاه هوا شناسی

این ایستگاه از نوع اتوماتیک می باشد و تمامی اطلاعات مربوط به جو را ارسال می کند. این ایستگاه مجهز به سیستم اعلام خطر می باشد و با هرگونه تغییر در جو اعلام خطر می کند و کنترل کننده آبیاری را به طور موقت قطع می کند.

____________________________________________________

گردآوري و تدوين توسط :

كميته صنعت ، معدن و تجارت

كانون مهندسين دانشكده فني دانشگاه تهران

مرداد ١٤٠٠