سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

آشنایی با سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

در سال ۱۹۴۹ و با وجود کمبود نیروی انسانی در کشورهای صنعتی، سیستمی بنام آبیاری بارانی دوار مرکزی (center pivot) جهت آبیاری ابداع شد که در آبیاری مزارع بزرگ و یکپارچه تاثیر بسزایی داشت. در سیستم های آبیاری بارانی دوار مرکزی (آبفشان دوار) یک نقطه مرکزی وجود دارد که آب از منبع تامین آب به وسیله یک خط لوله به آن می رسد، یک لوله لترال بزرگ به آن متصل می باشد. لترال بر روی چند برج (Tower) چرخدار حول یک نقطه مرکزی در یک مسیر دایره ای با سرعت مشخص حرکت می کند و آبپاش ها بر روی آن قرار دارند. در نتیجه با این سیستم دایره ای به شعاع تقریبی لترال(با توجه به برد آبپاش های انتهایی) آبیاری می شود. دستگاه طوری ساخته می شود که قابلیت کاربرد در زمین های هموار و یا نسبتا نا هموار را به طور یکنواخت داشته باشد.

دلیل اینکه خاک های شنی بهترین نوع خاک برای استفاده از این روش هستند، این است که سرعت زیاد نفوذ آب در این خاک ها از مشکلات رواناب جلوگیری می کند.

اجزای سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

برج مرکزی، دهانه ها، برج ها، پاشنده ها و در بعضی سیستم ها بال معلق یا گان نیز در صورت نیاز به سیستم اضافه می گردد. در طرح زیر یک نمای شماتیکی از یک سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی و اجزای آن نمایش داده شده است و در ادامه به معرفی هر یک از اجزا پرداخته شده است.

برج مرکزی

این برج به صورت چهار پایه ای بدون چرخ است که در محل برداشت آب نصب می گردد. در واقع این برج ثابت است و کل سیستم به دور این برج می چرخد. تجهیزات موجود در برج مرکزی شامل لوله مرکزی، پایه ها، کلکتور، تجهیزات مکانیکی مانند کنتور، شیرفلکه، صافی، محل تزریق کود و سم و تجهیزات برقی مانند تابلوی کنترل می باشد.

به وسیله تابلوی کنترلی که در برج مرکزی قرار گرفته می توان مقدار آب آبیاری، سرعت حرکت دستگاه و ولتاژ برق را تنظیم و کنترل کرد.

دهانه ها

دهانه ها همان بال آبیاری یا بازوی دستگاه هستند. تعداد و طول هر یک از دهانه ها از مشخصه های اصلی دستگاه می باشد که هر دهانه شامل چندین لوله گالوانیزه ۶ یا ۱۲ متری است که با فلنج و پیچ و مهره به هم متصل شده اند. دهانه ها در محل هر برج توسط اتصالات انعطاف پذیر به هم متصل شده اند. بر روی بال ها و به فواصل معین محل هایی برای نصب آب پاش ها پیش بینی شده است. طول دهانه ها با توجه به شرایط بین ۳۰ تا ۷۰ متر می باشد. ولی عموما حدود ۵۰ متر بیشتر عمومیت دارد. بر روی برج آخر معمولا یک بالچه به طول ۶ تا ۱۸ متر نصب شده و در انتهای آن یک یا دو آب پاش بزرگ یا تعدادی آب پاش هم اندازه و هم شکل سایر آب پاش های دستگاه قرار می دهند و برای تامین فشار مورد نیاز این آبپاش های انتهایی از بوستر پمپ یا پمپ کمکی استفاده می شود.

برج ها

 در محل اتصال هر دو دهانه برج ها قرار دارند و از میله های فولادی و نبشی ها تشکیل شده اند و توسط دو چرخ با زمین در تماس هستند. در واقع برج ها وظیفه تحمل وزن دهانه ها، حفظ تعادل و امکان حرکت دستگاه را بر عهده دارند. میکروسوییچ یا فرمان دهنده الکتریکی، الکتروگیربکس و گیربکس قسمت های مهم هر برج هستند.

پاشنده ها

 آﺑﭙﺎش های ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده در سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی اﻏﻠﺐ از ﻧﻮع آﺑﭙﺎش های ﺿﺮﺑﻪ ای، اﻓﺸﺎن و در ﻣﻮارد ﺧﺎص از ﻧﻮع ﻧﺦ پاش ها و آﺑﭙﺎش های ﭼﺮﺧﺎن ﻣﻲ باشند. آﺑﭙﺎش اﻧﺘﻬﺎﻳﻲ ﻧﻴﺰ ﻛﻪ ﺑﺮای آﺑﻴﺎری ﮔﻮﺷﻪ ﻫﺎی زﻣﻴﻦ در ﺑﻌﻀﻲ از سیستم های  آﺑﻔﺸﺎن دوار ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﻣﻲﮔﻴﺮد اﻏﻠﺐ از ﻧﻮع آﺑﭙﺎش های ﺗﻔﻨﮕﻲ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.

تجهیزات جانبی سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

در سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی (سنترپیوت) از دستگاه های جانبی دیگری هم استفاده می شود که در سایر سامانه های بارانی به آن ها نیازی نیست:

• تنظیم کننده فشار

گاهی برای هر یک از آبپاش ها به تنظیم کننده فشار نیاز است تا در طول لترال فشار لازم تأمین شود. وجود تنظیم کننده های فشار موجب یکنواختی پاشش می شود، اما هزینه سامانه را نسبت به سایر سامانه ها بالا می برد.

• تجهیزات گوشه گیر مانند تنفنگ انتهایی

کشاورزان تمایل دارند گوشه هایی از زمین که بدون استفاده می ماند(سیستم عقربه ای سطح دایره ای را آبیاری می کند)، آبیاری شود.

• پمپ تقویت کننده برای آبپاش انتهایی

در انتهای خط لترال برای آبپاش تفنگی به یک دستگاه پمپ بوستر نیاز است تا فشار کاری این آبپاش تأمین شود. امروزه تقریبا در همه سامانه های سنترپیوت از آبپاش های بزرگ در انتهای لوله لترال استفاده می شود.

چگونگی کارکرد سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی از یک بال آبیاری طویل تشکیل شده است که حول یک محور ثابت گردش می کند. در این روش آب توسط پمپ با فشار وارد لوله عمودی واقع در برج مرکزی شده و از آنجا به بال سنترپیوت وارد می شود و در نهایت وارد پاشنده ها می شود تا عملیات آبیاری انجام گیرد. به طور هم زمان بال آبیاری توسط موتور برقی یا هیدرولیکی حول محور اصلی در گردش است تا با این عمل سطح دایره شکلی با شعاعی معادل طول بال، آبیاری شود. در اﻳﻦ روش اراﺿﻲ ﺑﻪ ﺻﻮرت داﻳﺮه ای آﺑﻴﺎری ﻣﻲﮔﺮدد. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر آﺑﻴﺎری ﮔﻮﺷﻪ ﻫﺎی زﻣﻴﻦ ﻛﻪ در ﺣﺪود ۲۰ درﺻﺪ از ﻣﺴﺎﺣﺖ اراﺿﻲ را ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻣﻲدﻫﻨﺪ، ﻣﻲﺗﻮان از سیستم های ﮔﻮﺷﻪ ﭘﺎش (ﺑﺎل آﺑﻴﺎری اﺿﺎﻓﻲ ﻳﺎ آﺑﭙﺎش ﺗﻔﻨﮕﻲ اﻧﺘﻬﺎﻳﻲ) اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد ﻛﻪ ۵ درﺻﺪ از ﺳﻄﺢ آﺑﭙﺎﺷﻲ ﻧﺸﺪه را ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲدﻫﺪ و یا ﻣﻲ ﺗﻮان از ﺳﻴﺴﺘﻢ آبیاری بارانی دوار مرکزی ﺑﺎ اﻧﺪازهﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد و ﻳﺎ اﻳﻨﻜﻪ سیستم های آﺑﻔﺸﺎن دوار را ﺑﻪ ﻧﺤﻮی ﻛﻨﺎر ﻫﻢ ﭼﻴﺪ ﻛﻪ ﻣﺴﺎﺣﺖ آﺑﻴﺎری ﻧﺸﺪه ﺑﻪ ﻛﻤﺘﺮﻳﻦ ﺣﺪ ﻣﻤﻜﻦ ﺑﺮﺳﺪ.

به طور کلی آبپاش های دور تر از برج مرکزی دارای آبدهی بیشتری نسبت به آبپاش های نزدیک برج هستند زیرا آبپاش های دور تر مساحت بیشتری را پوشش می دهند.

به طور کلی در سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی برای ایجاد یکنواختی و جلوگیری از ایجاد رواناب آرایش آبپاش ها به سه شکل امکان پذیر است:

• در اولین حالت فواصل آبپاش ها یکسان در نظر گرفته می شود ولی اندازه روزنه آنها از ابتدا تا انتها بزرگتر می شود.
• در حالت دوم اندازه روزنه یکسان اما فاصله آنها تا انتها کمتر می شود.
•  حالت سوم ترکیبی از دو حالت قبل می باشد.

طراح باید بهترین آرایش ممکن را برای ایجاد یکنواختی حداکثری انتخاب کند.

مزایا و خصوصیات سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

سنترپیوت ها در دامنه وسیعی از اقلیم ها و توپوگرافی های مختلف استفاده می گردند و در اراضی تا شیب ۱۵ درصد قابل استفاده می باشند.

•  ارتفاع آبپاش ها تنظیم می شود.
• تلفات بادبردگی کاهش می یابد.
• به کانال کشی، زهکشی و کرت بندی زمین زراعی نیازی ندارد.
• امکان تزریق کود و سم با استفاده از تجهیزات جانبی را می دهد.

این سیستم قابلیت آبیاری دامنه ی وسیعی از خاک ها، از خاک های بشدت شنی تا خاک های رسی ریز بافت را دارا می باشد. این سیستم را می توان بر اساس منابع مختلف آب اعم از آب سطحی، آب زیرزمینی، آب شور و فاضلاب طراحی نمود.

هزینه سرمایه گذاری اولیه این روش نسبت به روش های دیگر بیشتر ولی هزینه بهره برداری و نگهداری آن بسیار کمتر از سایر سیستم هاست.

امروزه، سنترپیوت ها در بیشتر موارد جایگزین آبیاری سطحی در اراضی مسطح شده اند. این مزارع به دلایل گوناگون به آبیاری مکانیزه تجهیز گشته اند. در آبیاری مکانیزه مقدار ۲۵% تا ۵۰% آب کمتری نسبت به آبیاری سطحی مورد نیاز است و نیروی کاری لازم تا ۷۵% کاهش می یابد. همچنین آبیاری مکانیزه کشاورزان را به مدیریت موفق مزرعه قادر می سازد.

به علاوه، این تکنولوژی در آن دسته از نواحی که کشاورزی بر پایه آب باران است، استفاده می گردد. در جاهایی که بارندگی سالانه اغلب به ۱۲۰۰ تا ۱۵۰۰ میلی متر می رسد، ممکن است مقدار باران نیازهای گیاه را برطرف ننماید. اگر بارندگی به شدت تغییر کرد، پیوت ها از محصول در طی سال های خشک محافظت خواهند کرد.

تغییرات رطوبت در طول فصل رشد یکی از ریسک های بزرگ کشاورزان است. با ریسک کمتری که از آبیاری مکانیزه حاصل می شود، کشاورزان می توانند درآمد بیشتری از کشت و کار خود کسب کنند.

این سیستم نیز مانند سایر سیستم ها علاوه بر مزایا، دارای معایبی نیز می باشد.

معایب و خصوصیات سیستم آبیاری بارانی دوار مرکزی

از جمله مشکلات این سیستم می توان به عدم آبیاری گوشه های زمین، ایجاد رواناب در انتها و عمیق شدن مسیر چرخ ها به ویژه در خاک های سنگین اشاره کرد.

برای جلوگیری از مشکلات فوق بایستی در طراحی دستگاه تمهیدات لازم در نظر گرفته شود و در صورت امکان عملیات داشت و برداشت به صورت دایره ای انجام گیرد. همچنین برای رفع عدم آبیاری گوشه های زمین، از تجهیزات گوشه گیر مانند تفنگ انتهایی استفاده می گردد که باعث افزایش سطح آبیاری در انتها می شوند، از دستگاه های کوچکتر (Mini-Center) در بعضی قسمت ها استفاده می گردد و یا آرایش های مختلف سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.