با توجه به محدودیت منابع آب در عصر حاضر، آنچه که از سیستم‌های مکانیزه آبیاری نسبت به روش‌های سنتی انتظار می‌رود کاهش مصرف آب به شرط کاهش نیافتن سطح بهره‌وری است. 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 است. با توجه به کاربرد و عنایت به این مسئله که دستگاه آبیاری آبفشان دوار تا حدودی در داخل کشور ساخته می‌شود، لزوم تحقیق در مورد سازگاری این سیستم‌ با شرایط فرهنگی، اقتصادی، اقلیمی ایران و بهینه نمودن کارایی سیستم امری ضروری است. با توجه به 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 توجه به 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 است. همچنین در این تحقیق امکان اتوماسیون آبیاری در تمامی روش‌های به‌کاربرده شده در داخل و خارج کشور مورد بررسی قرار گرفت و مزایا و معایب هریک به تفصیل ارائه گردید.   واژگان كلیدی: 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: بررسی 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 استفاده 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- استفاده 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 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 نواحی مختلف مزرعه 28 شکل(2-13) نسخه اولیه استفاده 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 اتوماتیک 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 شیمیایی آب آبیاری 78 جدول (3-3) میزان پاشش سیستم سنترپیوت در سرعت‌های مختلف 79 جدول (3-4) مشخصات پمپ انتخابی جهت استفاده 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 است. بدون شک در تمدنهای کهن ایران، مصر، بین النهرین، هند و چین که فن آبیاری نقش تعیین کننده‌ای در استقرار تمدن‌ها داشته است، ارزیابی طرح‌های مختلف آبیاری صورت می‌گرفته است. 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 اقصی نقاط کشور، در زمان‌های گذشته نتیجه ارزیابی طرح‌های آبیاری و ارائه راه‌کارهایی برای بهبود آن‌ها بوده است. مسئله ارزیابی و بهبود عملکرد به‌صورت امروزی پس از انقلاب صنعتی در واحدهای تولیدی صنعتی شروع شد و در این بخش رشد چشمگیری داشت. اما در بخش کشاورزی و خدمات مربوطه تنها در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. یکی از دلایل تأخیر در پرداختن به مسئله ارزیابی و بهبود عملکرد در طرح‌های آبیاری این است که تنها در ‌دهه‌های اخیر است که محدودیت‌های منابع در احداث و بهره‌برداری طرح‌های آبیاری و توسعه روش‌های آبیاری و حساسیت تبعات اجتماعی-اقتصادی و زیست محیطی آنها احساس شده است. ارزیابی مقوله‌ای است که اکثر سازمان‌ها مبتلا به آن هستند. بخصوص تشکیلات بهره‌بردار از سیستم‌های آبیاری با توجه به سرمایه‌گذاری‌های عظیمی که انجام شده است، باید به آن بیشتر توجه شود. بنابراین بکارگیری آن در عملکرد سیستم‌های آبیاری نیز لازم است بر اساس چارچوب‌های تئوریک، ارزیابی انجام شود. 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 شد. سیستم مذکور برای آبیاری دایره‌‌هایی با شعاع خیلی زیاد، بدون استفاده 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 است. در حال حاضر 20 درصد از اراضی زراعی و نیمی از زمین‌های تحت آبیاری بارانی ایالات متحده با این دستگاه آبیاری می‌شود. همچنین تا سال 1980 میلادی در جمهوری اوکراین 2000 دستگاه برای آبیاری حدود 100000 هکتار نصب گردیده است (وفایی، 1372). دستگاه های سنترپیوت ابتدا در در ایالات غربی آمریکا که کمبود کارگر محسوس بود ابداع گردید. هزینه این سیستم‌ها در واحد سطح آبیاری نسبت به سایر سیستم‌ها زیاد است. بنابراین 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 است. ولی 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 است. تجربه نشان داده است که سیستم‌هایی که سطح آبیاری در آنها 50 تا 65 هکتار است 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. استفاده از آن توسعه زیادی داشته است. حدوداً بیشتر از 80 درصد از اراضی قابل کشت آن با این سیستم آبیاری می‌گردد و تا سال 1991 بیشتر از 20000 دستگاه در حال بهره‌برداری بوده است. 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. ولی در کشور‌های اروپای غربی به دلیل محدود بودن اراضی و نداشتن شکل منظم اینگونه سیستم‌ها توسعه چندانی نیافته است. فرانسه و اسپانیا که خود از سازندگان این دستگاه می باشند در ده‌ها هزار هکتار از اراضی خود از آن استفاده می‌کنند (وفایی، 1372). با توجه به مطالب فوق الذکر، در کشور ما این سیستم کمتر مورد استفاده قرار گرفته و نظر به اینکه ساخت این دستگاه در داخل کشور آغاز شده است، امید می‌رود که در آینده از آن بیشتر استفاده 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 اشاره به این نکته نماید که می‌توان سیستم را بهبود بخشید و همچنین ارائه دلایل منطقی در انتخاب اصلاحاتی که می‌تواند عملی و اقتصادی باشد. مسأله افزایش جمعیت در جهان و ضرورت تأمین غذا برای این جمعیت از بحث‌هایی است که همواره مطرح بوده است 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 می‌گردد. این امر مستلزم پیدا کردن چاره‌ای برای این بحران می‌باشد. در چهار دهه اخیر سرمایه‌گذاری‌های عظیمی در زمینه توسعه آبیاری به منظور افزایش تولیدات مواد غذایی صورت پذیرفته است 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 است. با توجه به موقعیت 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 محسوب می‌گردد. 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 است که این بارندگی ناچیز که معمولاً از اواخر پاییز تا اوایل بهار اتفاق می‌افتد، با توجه به نوع کشت معمول در ایران در فصول مناسب کشاورزی ریزش نمی‌‌نماید.