سیستم کنترل در کانال های آبیاری

کانال های آبیاری براساس حداکثر آب موردنیاز آبیاری طراحی می شوند ولی در بیشتر مواقع دبی جاری کمتر از آن می باشد

● چکیده

کانال‌های آبیاری براساس حداکثر آب موردنیاز آبیاری طراحی می‌شوند ولی در بیشتر مواقع دبی جاری کمتر از آن می‌باشد. لذا لازم است که سطح آب به‌وسیله سازه‌های آب بند و یا تنظیم‌کننده‌های عرضی کنترل گردد به‌طوری که عمق آب در محل آبگیرها تأمین شده و امکان آبگیری در حد ظرفیت طراحی همواره وجود داشته باشد.

با توجه به گسترش روش‌ها و سیستم‌های کنترل و تأثیر متقابلی که بر نوع سازه‌های کنترل دارند لازم است مباحث طبقه‌بندی سیستم‌های کنترل مبتنی بر مفاهیم اساسی سیستم‌های کنترل و عوامل کنترل ارائه گردد. لذا در این مبحث به تشریح مبانی مختلف سیستم‌های کنترل پرداخته شده است.

● مقدمه

هر سازه که در مسیر جریان قرار گیرد و روابط دبی و عمق جریان را در اطراف خود تثبیت نماید یک سازه کنترل‌کننده جریان نامیده می‌شود. سازه‌های کنترل و تنظیم‌کننده جریان نقش مهمی در توزیع آب در شبکه‌های آبیاری دارند و میزان موفقیت شبکه بستگی به چگونگی عملکرد این سازه‌ها دارد، از طرفی نحوه عمل سازه‌های کنترل تحت سیستم‌های مختلف کنترل متفاوت است.

به‌طوری که سازه‌های مختلف با توجه به شرایط فیزیکی خاص روابط متفاوتی را بین دبی و عمق جریان ایجاد کرده و لذا هرکدام برای اهداف معینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

وظیفه سیستم‌های کنترل با بهره‌گیری از سازه‌های کنترل تأمین و تنظیم آب آبیاری در سرتاسر شبکه با حداکثر راندمان ممکن و قابل اطمینان می‌باشد به‌نحوی که به‌طور کارآمد جهت استفاده زارعین برای تولید محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

● سیستم‌های کنترل و تنظیم براساس مبانی مختلف به‌صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شود:

الف) گرایش کنترل

براساس گرایش کنترل به سیستم تابع منبع و سیستم تابع مصرف تقسیم‌بندی می‌شود.

▪ سیستم تابع منبع: در این سیستم مقدار آبی معینی از منبع تحویل گرفته می‌شود و در سطح شبکه آبیاری براساس جداول معین و از قبل تعیین شده توزیع می‌گردد.

▪ سیستم تابع مصرف یا برحسب تقاضا

عبارت است از پاسخگوئی به‌طور انفورماتیک به نیازهای مصرف‌کننده، مصرف‌کنندگان در سطح واحدهای زراعی درجه سه تحت پوشش کانال‌های فرعی آبگیرهای مربوط به واحدهای درجه سه را می‌توانند در هر مرحله زمانی باز کنند (انعطاف‌پذیری بالا) و دبی مورد نیاز را با کمی تغییرات جزئی دریافت نمایند.

ب) روش هماهنگی کنترل

براساس روش هماهنگی کنترل به سه نوع سیستم کنترل محلی، کنترل منطقه‌ای و کنترل مرکزی یا تله متری تقسیم‌بندی می‌شود.

▪ سیستم کنترل محلی

در این سیستم تمامی عوامل مربوط به کنترل در محل سازه صورت می‌گیرد و به‌صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شود.

۱) دریچه‌های دستی

۲) دریچه‌های هیدرومکانیکی (آمیل و آویس و آویو)

۳) دریچه‌های الکترومکانیکی

۴) کنترل انوماتیک ثابت بدون قسمت‌های متحرک (سرریز نوک اردکی)

▪ سیستم کنترل منطقه‌ای

در این سیستم عوامل مربوط به کنترل با اطلاع از وضعیت هیدرولیکی در امتداد یک یا تعدادی از کانال‌ها صورت می‌گیرد. این نوع کنترل براساس وضعیت سیستم کانال در همان محل دریچه را تنظیم می‌کند. علائم الکتریکی از دستگاه حساس به‌وسیله خطوط برق به دریچه موردنظر انتقال می‌یابد که دریچه به‌صورت الکترومکانیکی حرکت می‌کند.

▪ سیستم کنترل مرکزی یا تله‌متری:

در این سیستم عوامل مربوط به کنترل با اطلاع از وضعیت هیدرولیکی سرتاسر شبکه به‌صورت مرکزی صورت می‌گیرد. در این حالت تمام دریچه‌ها دارای قسمت‌های الکترومکانیکی بوده و از یک محل کنترل می‌گردند. و برای نمونه یک برنامه کامپیوتری حرکت دریچه‌ها را کنترل می‌کند. در این حالت دستگاه‌های حساس در سطح آب و دیگر نقاط ثابت بوده و یک کنترل مرکزی ارتفاع آب را در محل هر دریچه آبگیر با توجه به میزان مصرف آب و میزان جریان در کانال تغذیه‌کننده تنظیم می‌کند.

ج) براساس نحوه عمل کنترل

سیستم کنترل خودکار: این نوع سیستم‌های کنترل به‌صورت خودکار بوده و کار بهره‌برداری را آسان نموده و جابجائی بهره‌بردار را کاهش می‌دهد.

د) سیستم کنترل براساس میزان دبی یا سطح آب

▪ سیستم کنترل براساس میزان دبی:

در این حالت کنترل براساس دبی مشخصی کار می‌کند. هدف اولیه از این ساختمان مشخص کردن دبی انتقالی به پائین دست می‌باشد. کنترل میزان دبی در سرتاسر شبکه ممکن است به‌صورت مسئله اساسی باشد و یا اینکه این مسئله ممکن است در سطح آبگیرهای درجه سه مطرح باشد. به هر حال کنترل براساس میزان جریان ممکن است نیاز به سطح آب بسیار دقیق داشته باشد.

▪ سیستم کنترل براساس سطح آب

این سیستم برای فراهم نمودن انعطاف‌پذیری در انحراف و میزان دبی موردنیاز به سمت آبگیرها بدون اطلاع دقیق از مقدار دبی واقعی در کانال‌های انتقال به‌کار می‌رود. این سیستم کنترل، سطح آب را در محل آبگیرهای درجه سه به‌صورت ثابت نگه می‌دارد.

د) طبقه‌بندی از لحاظ جهت کنترل

سیستم‌های کنترل از لحاظ جهت کنترل به دو نوع سیستم کنترل از بالادست و کنترل از پائین‌دست تقسیم می‌شوند.

▪ کنترل از بالادست

کنترل از بالادست براساس یک سیستم منبع کار می‌کند که بهره‌برداری براساس یک برنامه‌ریزی مشخص به ترتیب کار انحراف و توزیع آب را انجام می‌دهد. بر این اساس میزان دبی موردنیاز در آبگیرهای درجه سه باید از قبل مشخص باشد تا اینکه میزان جریان در کانال‌های درجه یک و دو بر این اساس تنظیم گردد و میزان دبی موردنیاز در ابتدای شبکه مشخص شود.

دخالت مستقیم مصرف‌کنندگان آب یک تهدیدی در سیستم بهره‌برداری می‌باشد و سیستم کنترل از بالا دست به صورت خودکار در مورد آبیاری مزارع نمی‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. مصرف‌کنندگان آب باید در امور بهره‌برداری با میرآب در تماس باشند و از قبل میزان تغیر دبی را تقاضا بکنند.

تمام این مراحل برای کانال‌های درجه دو نیز مطرح می‌باشد تا اینکه این اطمینان حاصل شود که میزان تقاضای آب در سطح کانال درجه دو بیشتر از حد طراحی نمی‌باشد و سپس آب موردنیاز از منبع اصلی تأمین می‌گردد. به‌طور کلی کار تطبیق و تظیم دبی در سیستم بهره‌برداری دستی کار بر مشقتی می‌باشد.

▪ ارتباطات در سیستم کنترل از بالادست

سیستم کنترل از بالادست احتیاج به ارتباط منظم بین مصرف‌کنندگان و سرویس‌دهندگان در امور بهره‌برداری دارد. اگر تغییرات دبی و مصرف براساس جدول و فهرست مشخص از قبل تعیین شده باشد، نیاز به ارتباطات به حداقل خواهد رسید.

▪ سازه آب‌بند:

سازه آب‌بند در سیستم کنترل از بالا دست یک سطح ثابتی را بلافاصله در بالادست ایجاد می‌کند. بنابراین یک ارتفاع برای آبگیرها در همان محل حاصل می‌شود. میزان جریان در ورودی کانال و در محل انشعاب کانال در محل آبگیرها اندازه‌گیری می‌شود.

▪ محل آب‌بند:

فاصله بین تنظیم‌کننده‌ها بستگی به شیب کانال در بالادست، تعداد، اندازه و موقعیت آبگیرهای موجود در طول آن دارد. ساختمان‌های آب‌بند باید به اندازه کافی به‌هم نزدیک باشند تا اینکه در خلال کاهش دبی، سطح آب در جوار آبگیرها به اندازه کافی در سطح بالائی قرار بگیرد و تمام آبگیرهای موجود در بالا دست بتوانند آب موردنیاز خود را دریافت نمایند.

کاهش فاصله آب‌بندها موجب کاهش تغییرات ارتفاع آب در محل آبگیرها در قسمت ابتدائی و انتهائی هر بازه کانال می‌گردد و بدین‌ترتیب تغییرات دبی عبوری از آبگیرها کاهش پیدا می‌کند.

▪ آبگیرها در سیستم کنترل از بالا دست:

حالت مناسب این است که آبگیرها بلافاصله در بالادست و در نزدیکی سازه‌های آب بند قرار گیرند. زیرا که تغییرات سطح آب در این نقاط در حالت مابین جریان حداکثر و جریان صفر در حداقل مقدار می‌باشد. معمولاً آبگیرها هرکدام روشی برای اندازه‌گیری دبی دارند و بهره‌برداری از آنها به‌صورت دستی انجام می‌گیرد.

▪ منشور ذخیره در سیستم کنترل از بالادست

یک ساختمان آب بند موجب ایجاد پروفایل برگشت آب می‌شود و تا نزدیکی محل دریچه آب‌بندی بعدی کشیده می‌شود. قبلا اینکه شرایط جریان ماندگار در پائین‌دست ایجاد شود، افزایش دبی در سراب کانال، ابتدا باید حجم قسمت اولیه کانال را پر کند.

بدین‌ترتیب زمان حرکت موج به خاطر پر کردن منشور ذخیره افزایش پیدا می‌کنند. همین‌طور کاهش فاصله دریچه‌ها موجب کاهش طول کانال بین دو دریچه شده و زمان انتقال موج را کاهش می‌دهد.

● انواع دریچه‌ها در سیستم کنترل از بالادست

▪ دریچه‌های کشوئی:

دریچه کشوئی ساده‌ترین نوع سازه می‌باشند که به‌عنوان تنظیم‌کننده در مسیر کانال مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌عنوان ساختمان کنترل از بالادست به کار می‌رود. در جریان‌های با دبی نیاز بسیار کم، دریچه تقریباً بسته می‌باشد و در جریان‌های با دبی حداکثر، دریچه ممکن است به بالاتر از سطح آب کشیده شود. افت این دریچه تا حد (۱۰% - %۰۵) محدود می‌گردد.

نویسندگان:

امیر مرادی‌نژاد: کارشناس ارشد تأسیسات آبیاری

محمدجواد منعم: استادیار گروه تأسیسات آبیاری دانشگاه تربیت مدرس

منابع:

۱) رضوی نبوی، م (۱۳۷۳)، ضرایب تجربی در دریچه‌های نیرپیک. پایان‌نامه کارشناسی ارشد تأسیسات آبیاری، دانشگاه تربیت مدرس.

۲) Mallater, P.O.(۱۹۹۵) Rigulation of Irrigation Canals: Characterisation and Classification.

۳) Waterman industries.INC.(۱۹۹۵). http:// www.frabimor.com/amil.htm

---