در مقاله ای (فریبرز عباسی، فرحناز سهراب و نادر عباسی) خواندم: بررسی وضعیت اجرای سامانه های آبیاری نشان دهنده آن است که 15% از اراضی به روش آبیاری تحت فشار (شامل آبیاری قطره ای و بارانی) آبیاری می شود. همچنین در مجامع علمی و نظریه های کارشناسی موجود در کشور، راندمان قابل حصول یا پتانسیل، در سامانه های آبیاری تحت فشار برای آبیاری بارانی (Sprinkler Irrigation) حدود 85% است. بعد از چند سطری آمار، می توان اهمیت وجود راندمان در سیستم های آبیاری در کشورمان را درک کرد. بنابراین در این مقاله به این موضوع مهم می پردازیم.
به طور کلی راندمان استفاده از آب عبارت است از رابطه حجم واقعی آب مورد استفاده برای یک مصرف خاص و حجم آب انتقال داده شده یا برداشت شده از منبع آب. همچنین، نیاز خالص آبیاری عبارت است از مقدار آبی که گیاه از هنگام آبیاری قبل مصرف کرده است منهای بارندگی موثر. از طرفی دیگر بدیهی است که پخش آب در سیستم بارانی هیچ وقت یکنواخت نیست یعنی بعضی از قسمت های مزرعه با آبیاری بیشتر همراه است و برخی کمتر. مفهوم کفایت این سوال را ایجاد می کند که در هر قسمت از سطح مزرعه حداقل چه میزان از نیاز خالص آبیاری را دریافت کرده است. بنابراین به آن بخش از مزرعه که به اندازه نیاز خالص آبیاری و یا بیشتر از آن آب دریافت کرده باشد، گویند که آبیاری در حد کفایت بوده است و بقیه قسمت های مزرعه کمتر آبیاری شده. به صورت دیگر در آبیاری بارانی مشاهده می شود که بعضی نقاط مزرعه بالاترین مقدار آب را دریافت می کند. در این نقاط مازاد بر نیاز خالص آبیاری به صورت نفوذ عمقی تلف می شود. به عنوان مثال چنان چه 25% سطح مزرعه حداقل به اندازه نیاز خالص، آب دریافت دارند گویند آبیاری در سطح کفایت 25% انجام شده است. از رابطه بین کفایت و یکنواختی پخش آب می توان مقدار نفوذ عمقی را در سیستم آبیاری بارانی بدست آورد.
رابطه بین ضریب یکنواختی توزیع، نفوذ عمقی و کفایت آبیاری بارانی
اگر پس از آبیاری در 10 نقطه از مزرعه که هر نقطه نماینده 10% مساحت باشد مقدار آبیاری را اندازه گیری کرده و سپس نمودار ستونی فراوانی مقدار آبیاری را بر حسب درصد مساحت رسم کنیم شکلی مشابه شکل زیر پدید می آید. رابطه بین کفایت آبیاری، یکنواختی و نفوذ عمقی را می توان با توجه به شکل زیر به خوبی درک کرد. این شکل برای وضعیتی رسم شده است که مقدار آبیاری مورد نیاز یک سانتی متر بوده و بنابراین در آن کفایت آبیاری 50 درصد است. خط پلکانی نشان می دهد که چه درصدی از زمین به اندازه مشخص شده روی محور عمودی و یا بیشتر از آن آب دریافت داشته است. چنان چه نیاز خالص آبیاری یک سانتی متر باشد به موجب این شکل 91 درصد مقدار آب داده شده به زمین در منطقه توسعه ریشه ها در خاک ذخیره شده و 9 درصد آن نفوذ عمقی پیدا کرده. چون کفایت آبیاری 50 درصد است لذا 50 درصد وسعت زمین کمتر از نیاز (که یک سانتی متر است) آب دریافت داشته است. به عنوان مثال در این شکل 10 درصد زمین حداقل 1.4 سانتی متر و 20 درصد از سطح زمین حداقل 1.25 سانتی متر آب دریافت داشته اند.
اما در شکل زیر یک رابطه نموداری الگوی توزیع آب در منطقه توسعه ریشه را برای کفایت آبیاری 95 درصد و ضریب یکنواختی 84 درصد نشان می دهد. در این شکل مقدار نیاز خالص آبیاری 2 سانتی متر فرض شده است که با علامت G نشان داده شده است. مقدار آبی که در بالای خط قرمز قرار می گیرد و با علامت A مشخص است در منطقه توسعه ریشه ها ذخیره می شود و مقدار آبی که زیر این خط قرار گرفته و با علامت B مشخص است نفوذ عمقی می باشد. قسمت C نماینده بخشی از زمین است که در آن دریافت آب به حد کفایت نبوده است. این منحنی بر این اساس رسم شده است که فرض شود پخش آب توسط سیستم آبیاری بارانی از توزیع احتمالاتی نرمال تبعیت می کند.
ضریب ذخیره آب عبارت است از یک منهای نفوذ عمقی. به عنوان مثال اگر نفوذ عمقی 9 درصد باشد ضریب ذخیره آب 91 درصد خواهد بود (0.09-1). ضریب توزیع H درصدی از متوسط عمق آبیاری است که بر روی سطحی که به حد کفایت آب خورده است، ریخته می شود. مثلا چنان چه ضریب ذخیره 0.69 باشد به این معنی است که اگر متوسط عمق آبیاری 100 میلی متر باشد، قسمتی از مزرعه که در حد کفایت آبیاری می شود 69 میلی متر آب دریافت کرده است. هر چند در جدولی که حاصل پارامترهای شکل فوق می باشد، ضریب یکنواختی بر اساس قرمول انجمن نیشکر هاوایی محاسبه شده است اما تجربه نشان داده است که چنان چه میزان پخش آب در قوطی های اندازه گیری یکنواختی پخش از توزیع نرمال تبعیت کند، محاسبه ضریب یکنواختی با فرمول کریستین سن نیز در این مورد کارآمد خواهد بود.
ترکیب مناسب یکنواختی و کفایت در آبیاری بارانی
در سیستم های آبیاری بارانی بین یکنواختی توزیع آب و کفایت آبیاری باید توازن معقول و منطقی برقرار باشد. این توازن در مرحله اول بستگی به هزینه تاسیسات آبیاری، ارزش اقتصادی محصول و هزینه های کلی سیستم از نظر قیمت آب و راهبری آن دارد. اگر بخواهیم ضریب یکنواختی افزایش یابد، می بایست فاصله لوله های اصلی و فرعی را کمتر گرفت که همین قضیه باعث افزایش تعداد خطوط لوله فرعی، شیر آلات و آبپاش ها می شود. چون برخی گیاهان نسبت به کم آبی حساس نیستند بنابراین لزومی نخواهد داشت که ضریب یکنواختی بالا باشد. در مورد گیاهان کم ارزش نیز، بالا بودن ضریب یکنواختی چندان ضروری نیست.
در هر حال مهندسین طراح باید بر اساس روابط بین ضرایب یکنواختی، کفایت آبیاری، ارزش محصول و هزینه های سیستم، وضعیتی را انتخاب کنند که در آن تجزیه و تحلیل های اقتصادی لحاظ شده باشد. در غیر این صورت از تجارب خود و دیگران استفاده و ارقامی را برای این منظور انتخاب کنند. تجربه نشان داده است که مناسب ترین مقدار ضریب یکنواختی (UC) و کفایت آبیاری (a) برای زراعت های مختلف به شرح زیر است:
گیاهان زراعتی UC=80% و a=75%
درختان میوه UC=70% و a=50%
گیاهان با ارزش خاص UC=85% و a=90%
دلیل آن که ضریب یکنواختی و مقدار کفایت در درختان میوه کمتر از گیاهان زراعتی است، توسعه ریشه در درختان و زیاد بودن عمق ذخیره آب است.
