Review of Water Conveyance and Distribution Efficiency in Irrigation Networks in Iran and its Estimation Methods
Subject Areas : Environmental sustainability
zeynab sojoodi
1
,
Seyyed Mehdi Hashemy Shahedany
2
1 - University of Tehran
2 - Faculty member of Tehran University
Keywords: Canal, Conveyance, Distribution, Irrigation, Losses,
Abstract :
Irrigation networks are responsible for the distribution and delivery of agricultural water, so improving their performance reduces losses and increases the efficiency of water distribution, and thus leads to improved water efficiency. Investigating the operation of irrigation networks is essential for planning and improving irrigation networks and systems. The first purpose of the assessment is to determine the amount of losses that occur in the process of distribution and delivery of agricultural water in the network of irrigation canals. Losses in agricultural water conveyance and distribution systems occur for two main reasons: leakage and improper performance of canal structures that cause operating losses. Various factors such as weed growth in canals, accumulation of sediment in canals, accumulation of garbage in canals, cracking of canal cover, crushing or moving of concrete parts in canals, destruction due to poor quality of materials and lack of sufficient knowledge of total operation and the wisdom of the country's water decision-makers is increasing losses in agricultural distribution and delivery systems. Factors influencing the operation of networks include regular annual maintenance process and the operation of network operators to timely and correctly adjust the catchment structures to prevent unstable hydraulic conditions in the main and secondary channels, which can be invested in training operators and teams. Management and operation in irrigation networks significantly reduced the volume of operation losses. In this study, the results of studies on the determination of conveyance and distribution efficiencies in irrigation networks have been reviewed and summarized.
بهراملو، رضا؛ عباسی، نادر؛ مامن پوش، علیرضا؛ اخوان، کرامت؛ ریاحی، حمید (1396). ارزیابی راندمان انتقال و تلفات آب در کانالهای انتقال آب با پوشش ژئوممبران HDPE در شبکه‌های آبیاری زاینده رود، مغان و کرمان. تحقیقات آب و خاک ایران، 48 (4) ، 725-735.
جمالی، رضا؛ بشارت، سینا؛ یاسی، مهدی؛ امین پور، افشین (1397). ارزیابی راندمان‌هاي آبیاري، کارآیی مصرف و بهره‌وري آب در حوضه دریاچه ارومیه. علوم آب و خاك، 22 (3)، 117-130.
حسینی‌جلفان، محسن؛ هاشمی‌شاهدانی، سیدمهدی؛ جوادی، سامان (1399). ارزیابی میزان تأثیرگذاری سامانه کنترل خودکار توضیع آب سطحی کشاورزی به منظور کاهش برداشت و تعادل بخشی آبخوان در شرایط کم آبی (مطالعه موردی: کانال اصلی شبکه آبیاری قزوین). مدیریت آب و آبیاری، 10 (2)، 299- 281. 10.22059/JWIM.2020.301641.791
ریاحی، حمید؛ عباسی، نادر؛ ملایی، عباس (1399). ارزيابي عملكرد فني و وضعيت بهره برداري از كانالهاي انتقال آب استان كرمان. آبیاری و زهکشی ایران، 7 (2) ، 167-177.
سلامتی، نادر؛ ورجاوند، پیمان؛ آبسالان، شکراله؛ عزیزی، آذرخش؛ گوشه، محی الدین؛ حبیبی، جعفر (1397). ارزیابی راندمان توزیع آب در کانالهای بتنی و کانالت‌ها در شبکه‌های آبیاری استان خوزستان. تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی، 19 (72) ،149-164.
سهرابی، تیمور؛ پوربروجنی، احمدجواد (1384). بازده های انتقال و توزیع در سبکه آبیاری دشت قزوین. پژوهش آب، خاک و گیاه، 5 (2)، 53-64.
شاهرخ نیا، محمدعلی؛ علیان غیاثی، عبدالمطلب (1396). روش‌های برآورد نشت در کانال‌ها و بررسی نشت و راندمان توزیع در شبکه آبیاری درودزن. مدیریت آب در کشاورزی، 4 (2)، 27-36.
شفیعی، بهروز؛ شاهرخ نیا، محمدعلی (1397). بررسی شاخص هاي ارزیابی عملکرد تحویل آب در نهر ادامه ي سمت چپ شبکه ي آبیاري درودزن. مهندسی منابع آب، 11 (39) ،73-86
شینی، علی؛ مینایی، سهراب؛ نوری، منصور (1394). بررسی تلفات آب و ارائه راهکارهایی جهت کاهش آن در شبکه آبیاری دز. فصلنامه علمی وتخصصی مهندسی آب،3 (2) ، 87-98
عباسی، فریبرز؛ سهراب، فرحناز؛ عباسی، نادر (1395). ارزیابی وضعیت راندمان آب آبیاری در ایران. تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی،17 (67) ، 113-128
کریمی، حبیب؛ هاشمی‌شاهدانی، سیدمهدی؛ هاشمی گرمدره، سیدابراهیم؛ لیاقت، عبدالمجید (1399). برآورد میزان تلفات ناشی از انتقال، توزیع و تحویل آب کشاورزی. مطالعه موردی شبکه آبیاری روددشت اصفهان. مدیریت آب و آبیاری، 10 (1)،156- 143. 10.22059/JWIM.2020.297869.762
معروفی، صفر؛ سلطانی، حمزه (1385). برآورد راندمان هاي انتقال و توزيع آب در شبكه آبياري و زهكشي شاوور با استفاده از يك رابطه نمايي. پژوهش كشاورزی، 6 (1)، 36-47
نحوی نیا، محمدجواد؛ لیاقت، عبدالمجید؛ عباسی، فریبرز (1398). ارزيابی شبکه آبياری با مفاهيم کلاسيک و جديد راندمان آبياری. تحقيقات آب و خاک ايران، 50 (3)، 567-579. 10.22059/IJSWR.2018.125311.667237
Abu Khashaba, M.I. (2013). INNOVATING IMPERMEABLE CONCRETE APPROPRIATE FOR CANAL LINING USING A SPECIFIC MIXING RATIO AND APPLYING IT TO A PILOT REACH. journal of engineering sciences, 41 (3), 900 – 918.
Afrasiabikia, P., Parvaresh Rizi, A., Javan, M. (2017). Scenarios for improvement of water distribution in Doroodzan irrigation network based on hydraulic simulation. Computers and Electronics in Agriculture, 1 (135), 312-320. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.02.011
Alebachew, S., Ing Pratap, S. J. (2018). Evaluation of canal water conveyance and on-farm water application for a small-scale irrigation scheme in Ethiopia. International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, 10 (8), 100 – 110.
Amol, K., Nagarajan, R. (2018). Conveyance Loss Modelling and Conservation Planning for Irrigation Canals – A Geo-Spatial Approach. International Journal of Engineering and Technical Research, 8 (1), 384-393
Agide, Z., Haileslassie, A., Sally, H., Erkossa, T., Schmitter, P.S., Langan, S.J. Hoekstra, D. (2016). Analysis of water delivery performance of smallholder irrigation schemes in Ethiopia: Diversity and lessons across schemes. typologies and reaches.
Barkhordari, S., Shahadany, S.H., Taghvaeian, S., Firoozfar, A.R., Maestre, J.M. (2020). Reducing losses in earthen agricultural water conveyance and distribution systems by employing automatic control systems. Computers and Electronics in Agriculture, 1(168), 105-122. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.105122
Bakry, M.F., Awad, A.A. (1997). Practical estimation of seepage losses along earthen canals in Egypt. Water Resources Management, 1(11),197-206
Birara, H., Halefom, A. (2017). Evaluation of seepage loss in Gorezen irrigation canals, dabatworeda, north Gondar, Ethiopia. Engineering Science and Technology: An International Journal (ESTIJ), 7(1).
Bos, M.G., Nugteren, J. (1990). On irrigation efficiencies. [1974]. International Institute for land reclamation and improvement/ILRI Publication:19
Brouwer, C., Prins, K., Heibloem, M. (1989). Irrigation water management: irrigation scheduling. Training manual, 4.
Brinkley, A., McAuley, C., Lush, G., Parsons, S., Stanley, I., Jackson, P., Aseervatham, E., Devlin, K., Mapson, J. (2004). Management, measurement and remediation of seepage from open channels. In Engineering Salinity Solutions: 1st National Salinity Engineering Conference 2004 (p. 164). Engineers Australia.
Chow, V. Te. (1959). Open Channel Hydraulics. Mc Graw-Hill Book Company, Inc, New York.
Contor, B.A. (2004). Irrigation Conveyance Loss. Idaho Water Resources Research Institute Technical Report, 1 (2), 4 -8.
Cantoni, M., Weyer, E., Li, Y., Ooi, S.K., Mareels, I., Ryan, M. (2007). Control of large-scale irrigation networks. Proceedings of the IEEE, 95(1),75-91.
Eckert, S., Franke, S., Gundrum, T., Gerbeth, G., Willemetz, J.C. (2015). Applications of Ultrasonic Doppler Velocimetry to flow measurements in hot liquid metals. In: 8th International Conference on Electromagnetic Processing of Materials.
Figueiredo, J., Botto, M.A., Rijo, M. (2013). SCADA system with predictive controller applied to irrigation canals. Control Engineering Practice, 21(6), 870-886. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2013.01.008
Ghazaw, Y.M. (2011). Design and analysis of a canal section for minimum water loss. Alexandria Engineering Journal, 50 (4),337-344. https://doi.org/10.1016/j.aej.2011.12.002
Howell, T.A. (2003). Irrigation efficiency. Encyclopedia of water science. Marcel Dekker, New York. 1 (1), 467-472.
Hashemy Shahdany, S.M., Adib Majd, E., Firoozfar, A., Maestre, j. m. (2016). Improving Operation of a Main Irrigation Canal Suffering from Inflow Fluctuation within a Centralized Model Predictive Control System: Case Study of Roodasht Canal, Iran. Journal of Irrigation and Drainage Engineerin, 142 (11), 1-9.
Israelsen, O.W. (1932). Irrigation principles and practices. Irrigation principles and practices.
Kinzli, K.D., Martinez, M., Oad, R., Prior, A., Gensler, D. (2010). Using an ADCP to determine canal seepage loss in an irrigation district. Agricultural Water Management, 97 (6),801 – 810. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2009.12.014
Kraatz, D.B. 1977. Irrigation canal lining. FAO.
Lei, L., Yi, L., Chansheng, H., Jianbin, L., Xiubin, L. (2010). Roles of the combined irrigation, drainage, and storage of the canal network in improving water reuse in the irrigation districts along the lower Yellow River, China. Journal of Hydrology, 391(2), 157 – 174. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2010.07.015
Mohammadi, A., Parvaresh Rizi, A., Abbasi, N. (2019). Field measurement and analysis of water losses at the main and tertiary levels of irrigation canals: Varamin Irrigation Scheme, Iran. Global Ecology and Conservation, 1(18), e00646. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2019.e00646
Martin, C.A. Gates, T.K. (2014). Uncertainty of canal seepage losses estimated using flowing water balance with acoustic Doppler devices. Journal of Hydrology, 517 (19), 746-761. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.05.074
Pere, S., Luca, S., Enric, Q., Cristian, P., Oscar, G. (2016). Estimating Water Consumption and Irrigation Requirements in a Long‐Established Mediterranean Rural Community by Remote Sensing and Field Data. Journal of Irrigation and Drainage, 65 (5), 578 – 588. https://doi.org/10.1002/ird.1978
Robinson, A.R., Rohwer, C. (1959). Measuring seepage from irrigation channels (No. 1203). US Dept. of Agriculture.
Shahdany, S.H., Firoozfar, A.R. (2017). Providing a reliable water level control in main canals under significant inflow fluctuations at drought periods within canal automation. Water resources management, 31(11), 3343-3354. https://doi.org/10.1007/s11269-017-1671-0
Shahverdi, K., Monem, M.J. (2015). Application of reinforcement learning algorithm for automation of canal structures. Irrigation and drainage, 64(1), 77-84. https://doi.org/10.1002/ird.1876
Sarki, A., Memon, S.Q., Leghari, M. (2008). Comparison of different methods for computing seepage losses in an earthen watercourse. Agricultura Tropica et Subtropica, 41(4),197-205.
Singh, B., Singh, K. K. (2014). Comparison of seepage and evaporation losses of field data analysis with analytical approach analysis - a Study of Narwana branch canal, Kurukshetra. International Journal of Enhanced Research in Science Technology & Engineering, 3(7), 204-209.
Wang, H., Liu, C., Zhang, L. (2002). Water-saving agriculture in China: an overview.
Yao, L., Feng, S., Maoa, X., Huo, Z., Kang, S., Barry, D.A. (2012). Coupled effects of canal lining and multi-layered soil structure on canal seepage and soil water dynamics. Journal of Hydrology, 2 (430), 91-102. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.02.004
Zamani, S., Parvaresh Rizi, A., Isapoor, S. (2015). The effect of design parameters of an irrigation canal on tuning of coefficients and performance of a PI controller. Irrigation and drainage, 64 (4), 519-534.
پژوهش و فناوری محیط زیست،1400 6(9)، 75-87
| ||||
مروری بر راندمان انتقال و توزیع آب در شبکه‌های آبیاری ایران و روش‌های برآورد آن | ||||
زینب سجوی11، سید مهدی هاشمی شاهدانی2
| ||||
1- دانش آموخته کارشناسی ارشد – علوم و مهندسی آب – دانشگاه تهران 2- دانشیار- دانشکده مهندسی آب دانشگاه تهران- پردیس ابوریحان، تهران | ||||
چکیده | ||||
شبکه‌هاي آبیاري وظیفه توزیع و تحویل آب کشاورزي را به عهده دارند لذا بهبود عملکرد آن‌ها کاهش تلفات و افزایش راندمان توزیع آب را به همراه داشته و در نتیجه بهبود بهره‌وری آب را منجر می‌شود. بررسی عملکرد بهرهبرداری شبکه‌های آبیاری به‌منظور انجام برنامه‌ریزی و بهبود شبکه‌ها و سامانههای آبیاری امری ضروری می‌باشد. اولین هدف از ارزیابی تعیین میزان تلفاتی است که در فرآیند توزیع و تحویل آب کشاورزی در شبکه کانالهای آبیاری رخ می‌دهد. تلفات در سیستم‌های انتقال و توزیع آب کشاورزی به دو دلیل اصلی رخ می‌دهد: نشت و عملکرد نامناسب سازه‌های کانال که باعث ایجاد تلفات بهرهبرداری می‌شود. عوامل مختلفی از جمله رشد علف‌هاي هرز در كانال‌ها، تجمع رسوب در كانال‌ها، تجمع زباله در كانال‌ها، ترک‌خوردن پوشش کانال، خرد شدن يا جابه‌جايي قطعات بتن در كانال‌ها، تخريب به دلیل كيفيت نامناسب مصالح و عدم وجود دانش کافی بهرهبرداری در سطح کلان و خرد تصمیمگیران آب کشور سبب افزایش تلفات در سامانههای توزیع و تحویل کشاورزی هستند. عوامل تاثیر گذار در بهرهبرداری شبکه‌ها شامل انجام منظم فرایند نگهداری سالانه و نحوه عملکرد اپراتور‌های مستقر در شبکه برای تنظیم به موقع و صحیح سازه‌های آبگیر به منظور جلوگیری از شرایط هیدرولیکی ناپایدار در کانالهای اصلی و فرعی هستند که می‌توان با سرمایه‌گذاری لازم برای آموزش اپراتورها و تیم‌های مدیریتی و بهرهبرداری در شبکه‌های آبیاری، حجم قابل توجهی از تلفات بهرهبرداری را کاهش داد. در این مطالعه به بررسی و جمع‌بندی نتایج مطالعات انجام شده در رابطه با تعیین راندمانهای انتقال و توزیع در شبکه‌های آبیاری پرداخته شده است. | ||||
كليد واژه‌ها: آبیاری، انتقال، تلفات، توزیع، کانال | ||||
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: z.sojoodi@ut.ac.ir
Journal of Environmental Research and Technology, 6(9)2021. 75-87
|
Review of Water Conveyance and Distribution Efficiency in Irrigation Networks in Iran and its Estimation Methods Zeynab Sojoodi1*1, Mehdi Hasheemi Shahedani1 1- M.Sc. Graduate - Water Science and Engineering - University of Tehran, Iran 2- Associate Professor - Faculty of Water Engineering, University of Tehran - Abu Reihan Campus, Tehran, Iran |
Abstract Irrigation networks are responsible for the distribution and delivery of agricultural water, so improving their performance reduces losses and increases the efficiency of water distribution, and thus leads to improved water efficiency. Investigating the operation of irrigation networks is essential for planning and improving irrigation networks and systems. The first purpose of the assessment is to determine the amount of losses that occur in the process of distribution and delivery of agricultural water in the network of irrigation canals. Losses in agricultural water conveyance and distribution systems occur for two main reasons: leakage and improper performance of canal structures that cause operating losses. Various factors such as weed growth in canals, accumulation of sediment in canals, accumulation of garbage in canals, cracking of canal cover, crushing or moving of concrete parts in canals, destruction due to poor quality of materials and lack of sufficient knowledge of total operation and the wisdom of the country's water decision-makers is increasing losses in agricultural distribution and delivery systems. Factors influencing the operation of networks include regular annual maintenance process and the operation of network operators to timely and correctly adjust the catchment structures to prevent unstable hydraulic conditions in the main and secondary channels, which can be invested in training operators and teams. Management and operation in irrigation networks significantly reduced the volume of operation losses. In this study, the results of studies on the determination of conveyance and distribution efficiencies in irrigation networks have been reviewed and summarized. |
Keywords: Canal, Conveyance, Distribution, Irrigation, Losses |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: z.sojoodi@ut.ac.ir
مقدمه
ایران کشوری است که بیشتر نقاط آن دارای اقلیم خشک و نیمه خشک و با کمبود آب رو به رو است. با توجه به محدودیت منابع آبی در کشور استفاده بهینه از آب موجود در بخش‌هاي مختلف و به ویژه بخش کشاورزي به‌عنوان عمده‌ترین مصرف کننده آب بسیار دارای اهمییت می‌باشد. با توجه به محدودیتهای موجود در تامین آب کشاورزی برای اراضی فاریاب، لذا مدیریت مصرف آب به منظور کاهش تلفات آب اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. خشکسالی و کم‌آبی در ایران یک واقعیت اقلیمی است و با توجه به افزایش نیاز بخش‌های مختلف به آب، در سال‌های آینده حادتر نیز خواهد شد بر اساس گزارش موسسه بین‌المللی مدیریت آب1، ایران برای حفظ وضعیت فعلی باید تا سال 2025 بتواند 112 درصد به منابع آب قابل استحصال خود اضافه کند (عباسی، 1395). در این شرایط، باید به استفاده درست و بهینه، مدیریت مصرف آب و صرفه‌جویی در مصرف آب، برنامه‌ریزی‌های مصرف بهینه آب در بخش‌های مختلف از جمله بخش کشاورزی، جلوگیری از تلفات آب در شبکه‌های آبیاری و در نتیجه افزایش راندمانهای انتقال و توزیع توجه شود.
بررسی مطالعات صورت‌گرفته حاکی از آن است که بخش کشاورزی، به‌عنوان بزرگترین مصرف کننده آب در کشور، عملکرد ضعیفی در استفاده بهینه از آب داشته است. به طوریکه ارزیابی راندمان کاربرد آب آبیاری در برخی از استان‌های کشور در سال1382 نشان می‌دهد که متوسط راندمان کاربرد آب آبیاری، با احتساب شیوه مدیریت کشاورزان، روش آبیاری و نوع محصول، از حداقل 7/24 درصد تا حداکثر 7/55 درصد با میانگین 9/50 درصد درصد است (عباسی، 1395). با افزایش راندمان آب می‌توان مصرف آب در بخش‌های کشاورزی، صنعت و مصرف شهری را به ترتیب 10 تا 50، 40 تا 90 و 30 تا 32 درصد کاهش داد بدون آن‌که راندمان اقتصادی یا کیفیت زندگی کاهش یابد. همچنین تحقیق جامع‌تری از کل شبکه‌های آبیاری کشور که در سال 1395 انجام گرفت حاکی از آن است که با فرض راندمان انتقال و توزیع 60 درصدی، راندمان کل آبیاری در این شبکه‌ها بین 15 تا 36 درصد در نوسان است (عباسی، 1395). لازم به ذکر است که در تحقیق مذکور، مقدار راندمان گزارش شده به ترتیب با فرض 65 درصد برای راندمان انتقال و توزیع در شبکه سنتی و 5/82 درصد در شبکه مدرن است (عباسی، 1395).
(ریاحی و همکاران، 1392) تحقیقی برای بررسي وضعيت بهره‌برداري كانالهاي پوشش شده در سطح استان كرمان انجام دادند. نتايج حاصل از مجموعه بررسي‌ها و آزمايش‌هاي انجام شده نشان دادند مشكلات موجود در شبکه‌های مورد بررسي بسيار متنوع بوده كه از عمده‌ترین موارد آن‌ها می‌توان به تخريب پوشش كانال، تجمع رسوب در داخل كانال و نهايتا پايين بودن راندمان شبكه‌ها اشاره نمود. بيشترين مقدار تلفات آب در كانال، در اثر تخريب بستر و شكسته شدن بتن مشخص شد و ميزان راندمان انتقال آب در كانالهاي بتني استان كرمان بين 57 تا 81 درصد به‌دست آمد. ميزان زيادي از آب درطول زمان انتقال به دليل استفاده زارعين از كانالهاي پوشش نشده (سنتي) تلف می‌شود. بنابراين می‌توان با استفاده از پوشش مناسب در كانال راندمان انتقال را تا حد ممكن افزايش داد. در این مطالعه بررسی کانال سيرچ در استان کرمان تلفات تبخير و نشت به ترتيب 0048/0 و 503/0 متر مكعب بر متر در روز و تلفات ناشي از ريزش از لبه مقسم ها و تبديل ها كه به دليل طراحي نامناسب بود، 26/0 مترمكعب درروز به‌دست آمد. ريزش عمدتاً از لبه مقسم و تبديل‌ها به دليل طراحي نامناسب بود. به عبارت ديگر حدود 71 درصد از تلفات مربوط به نشت، 1 درصد در اثر تبخیر و 28 درصد به علت ریزش می‌باشد. در اين كانال علاوه بر وجود ترك‌هاي ريز، عدم لايروبي و تبخير از سطح آزاد، به دليل تخريب سازه در بعضي از قسمت‌هاي كانال سبب افزايش تلفات گرديده است. راندمان انتقال آب در كانال مذكور 57 درصد تعيين شد كه حاكي از تلفات زياد آب است. تبخیر از سطح آب و نشت از دیواره و کف کانال مهم‌ترین منابع تلفات در مسیر کانال‌ها هستند و معمولا تلفات ناشی از تبخیر نسبت به تلفات ناشی از نشت کمتر است و اهمیت کمتری دارد (عسکر و اریک2، 2009).
(شینی و همکاران، 1394) به بررسی تلفات آب و ارائه راهکارهایی جهت کاهش آن در شبکه آبیاری دز پرداختند. در این شبکه بيشترين سهم تلفات آب، به شکستگي‌هاي بدنه کانال ناشي از شرايط نامناسب درزهاي انبساط، نشت از سازه‌هاي تحويل آب، رشد علف‌هاي هرز و بخشي از آن نيز مربوط به تلفات اجتناب ناپذير تبخير سطحي است. به‌طور متوسط راندمان انتقال در کانال‌هاي اصلي و فرعي انتخابي حدود 61 درصد مي‌باشد، يعني حدود 39 درصد تلفات نشت و تبخير در اين کانال‌ها وجود داشته که سهم متوسط تلفات تبخير حدود 9/2 درصد و تلفات نشت حدود 1/36 درصد مي‌باشد و اين بدان معناست که بيش از 92 درصد تلفات در نتيجه بیشتر تلفات در کانال‌هاي انتخابي مربوط به تلفات نشت از جداره و بدنه کانال مي‌باشد. بنابراين لازم است به تعمير اساسي و بازسازي کانال و بازنگري در روش‌هاي بهره‌برداري پرداخت. با توجه به نتايج به‌دست آمده، براي افزايش راندمان آبياري و کاهش تلفات آب، راهکارهايي از قبيل پوشش و تعمير و بازسازي قسمت‌هاي تخريبي کانال‌ها، استفاده از ظرفيت کامل شبکه موجود، کاليبره و اصلاح سازه‌هاي اندازه‌گيري موجود در شبکه، از بين بردن گياهان کناره‌هاي کانال، آموزش زارعين و بهره‌برداري شبانه‌روزي از شبکه، تغيير نحوه آرايش شبکه و بهره‌برداري از آن، اجراي برنامه‌هاي پايشي و بازبيني‌هاي دوره‌اي و تغيير و اصلاح مقاطع کانال‌ها پيشنهاد شد (شاهرخ‌نیا و همکاران، 1396). روش‌های برآورد نشت در کانال‌ها و بررسی نشت و راندمان توزیع در شبکه آبیاری درودزن را بررسی کردند. میزان تلفات نشت و تبخیر در شبکه درودزن با و بدون احتساب ادامه کانالهای سمت چپ و سمت راست به ترتیب حدود 488500 و 335900 مترمکعب بر روز بود. راندمان توزیع آب در کانالهای درجه 3 و4 حدود 81 درصد برآورد گردید. به‌طور متوسط حدود 15 درصد از آب رهاسازی شده در اثر نشت و تبخیر در کانالهای درجه 3 و 4 تلف گردیده است. بنابراین آن‌ها توصیه کردند به‌منظور بهبود مدیریت شبکه درودزن، میزان تحویل آب در نقاط مختلف با توجه به مقادیر نشت و راندمانهای برآورد شده تعیین شود.
(سهرابی و همکاران، 1384) به بررسی بازده‌های انتقال و توزیع در شبکه آبیاری دشت قزوین پرداختند. نتایج تحقیق نشان داد که متوسط راندمانهای انتقال و توزیع در کانالهای درجه 1 تا 4 به ترتیب 2/95، 5/90، 1/86 و 1/77 درصد است. (عباسی و همکاران، 1395) به بررسی وضعیت راندمان آبیاری در ایران پرداختند. در این تحقیق بررسي‌ها نشان مي‌دهد که راندمان انتقال و توزيع نيز در دهه‌های 71 تا 80 و 81 تا 90 و در فاصله سال‌های 91 تا 94 به‌ترتيب 67، 5/68 و2/74 درصد بوده است.
(سلامتی و همکاران، 1395) به ارزیابی راندمان توزیع آب در کانالهای بتنی و کانالت‌ها از سال 1395 تا 1397 در شبکه‌های آبیاری استان خوزستان پرداختند. تعداد 26 كانال بتني ذوزنقه‌اي و 17 كانال هر دو از درجه 3 و 4، در مجموع 43 كانال در شهرستان‌هاي اميديه، انديمشک، گتوند، بهبهان، حميديه، دزفول، شوش، شوشتر، رامشير، اهواز، یاوی و شادگان در استان خوزستان ارزيابي شدند. دامنۀ تغییرات راندمان توزيع آب در كانال‌ها و كانالت‌هاي درجه 3 و 4 از 9/38 درصد در شهرستان رامشير تا 7/99 درصد در شهرستان شوشتر در نوسان بود. مقدار تلفات آب در هر كيلومتر طول كانال از 92/20 تا 10/12454 متر مكعب در روز به‌ترتيب در شهرستان شوشتر و رامشير تغيير مي‌كرد. در كانالهاي بتني ذوزنقه‌اي شاخص تلفات آب نسبت به دبی ورودي در هر كيلومتر كانال از 35/0 درصد در شهرستان شوشتر تا 76/61 درصد در شهرستان اهواز در نوسان بود. در كانالت‌ها، ميانگين بازه‌های مورد بررسي، راندمان توزيع آب، مقدار تلفات آب در هر كيلومتر طول كانال و تلفات آب نسب به دبي ورودي در هر كيلومتر كانالت‌ها به‌ترتيب 978 متر، 3/84 درصد، 11/2133 متر مكعب در روز و 18/17 درصد محاسبه شد.
(نحوی‌نیا و همکاران، 1398) به بررسی شبکه آبیاری حمودی استان خوزستان پرداختند. نتایج نشان داد که در شبکه آبیاری حمودی به دلیل جریان‌های زیرزمینی جانبی از اراضی مجاور و نشت از کانال‌ها، آب های خروجی به طور متوسط سالانه 16 درصد بیشتر از آب های ورودی می‌باشد. راندمان توزیع، کاربرد و کل شبکه به ترتیب 68 ، 53 و 44 درصد برآورد شد که بیانگر عملکرد آبیاری پایین در شبکه آبیاری حمودی می‌باشد.
(جمالی و همکاران، 1397) به ارزیابی راندمانهای آبیاری در حوضه دریاچه ارومیه و در شبکه آبیاری و زهکشی زرینه‌رود پرداختند. نتایج تحقیق نشان داد که متوسط راندمان انتقال در کانال‌هاي با پوشش بتنی شبکه حدود 79 درصد است و راندمان توزیع آب در شبکه، به‌طور متوسط 76درصد است. (شفیعی و همکاران، 1397) شاخص‌های ارزیابی عملکرد تحویل آب در نهر ادامه سمت چپ شبکه آبیاری درودزن را مورد بررسی قرار دادند و راندمان توزیع را 75 درصد گزارش کردند.
در مطالعه ای توسط (هاشمی‌شاهدانی و همکاران، 2016) میزان تلفات در کانال اصلی شبکه آبیاری و زهکشی رود دشت اصفهان 45 درصد به‌دست آمد. (معروفی و همکاران، 1385) با استفاده از اندازه‌گیری‌های صحرايي، راندمانهای انتقال و توزيع آب در شبكه آبياري پنج هزار هكتاري شاوور واقع در استان خوزستان را برآورد کردند. نتايج به دست آمده نشان می‌دهد كه راندمان انتقال در کانالهای اين شبكه بين ٣٤ تا ٨٣ درصد متغير بوده و بطور متوسط در حدود ٦٠ درصد برآورد شد. همچنين در خصوص شبكه توزيع نيز راندمان بين ٤٥ تا 5/86 درصد تغيير نموده و بطور متوسط حدود ۷۱ درصد برآورد گردید. اين مقادير كم راندمان شبكه آبياري شاوور بسيار بحراني و نگران‌كننده بوده و با توجه به ضرورت بهرهبرداری بهينه از منابع آب و خاك، باید با اعمال روش‌هاي مديريتي صحيح، افزايش يابد. با توجه به نتايج اين تحقيق، اصلاح سطح مقطع هندسي کانال‌ها و احداث پوشش مناسب براي آن‌ها از جمله مواردي هستند كه براي افزايش راندمان آبياري اين شبكه باید مورد توجه قرار گيرد.
(محمدی و همکاران، 2019) در مطالعه‌ای در شبکه آبیاری و زهکشی ورامین به بررسی عملکرد انتقال آب کانال پرداختند. در این تحقیق، داده های ثبت شده در بیش از 40 نقطه انتخاب شده از کانالهای اصلی، درجه دوم و درجه سوم مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. استفاده از جریان سنج فوق صوتی در این مطالعه دقت مناسبی را برای تعیین تلفات نشت و بازده انتقال آب فراهم کرده است. جریان سنج مافوق صوت3 برای افزایش دقت اندازه‌گیری می‌تواند استفاده شود. این فناوری به‌طور گسترده در تجهیزات اندازه‌گیری جریان آب استفاده می‌شود (اکرت و همکاران4، 2015). کالیبراسیون‌های متعدد صحت آن را تأیید کرده‌اند. نتایج این مطالعه نشان داد که راندمان انتقال برای کانالهای اصلی، درجه دوم و سوم در 1000 متر به ترتیب 95، 5/91 و 3/89 درصد است (محمدی و همکاران، 2019).
تلفات در شبکه‌های آبیاری به سه گروه تقسیم می شوند: (1) تلفات ناشی از نشت، (2) تلفات از طریق عملکرد تنظیم کننده‌های سطح آب و آبگیر‌ها و (3) تلفات ناشی از تبخیر از مجرای کانال (Cantoni et al., 2007 & Wang et al., 2002). مقدار تبخیر از سطح آزاد آب در کانال‌ها در مقایسه با دو مورد دیگر به طور قابل توجهی کمتر است. از این رو، معمولاً نادیده گرفته می‌شود و تصور می‌شود که تلفات رخ داده در بخش‌های کانال از نشت و تلفات بهره‌بردای باشد (Kenzli et al., 2010 & Mohammadi et al., 2019).
با توجه به مطالعات انجام شده تلفات نشت در شبکه‌های آبیاری بالا می‌باشد که می‌تواند به دلیل وجود ترك‌هاي ريز، عدم لايروبي و تبخير از سطح آزاد، تخريب سازه در بعضي از قسمت‌هاي كانال، نشت از سازه‌هاي تحويل آب و رشد علف‌هاي هرز باشد. تلفات ناشی از نشت می‌تواند قسمت قابل توجهی از آب را که به شبکه‌های آبیاری هدایت می‌شود، به ویژه در مورد کانالهای خاکی یا کانالهای دارای شرایط نگهداری ضعیف تشکیل دهد. این تلفات مشکلات مختلفی از جمله کاهش انتقال آب به مزارع و مسائل مربوط به ماندابی شدن آب را که نیاز به نصب سیستم‌های زهکشی پرهزینه دارد ایجاد می‌کند (مارتین و گاتز5، 2014).
اصلاح سطح مقطع هندسي کانال‌ها و پوشش مناسب براي آن‌ها از جمله مواردي هستند كه براي کاهش تلفات نشت در شبكه‌ها باید مورد توجه قرار گيرد. کانالهای پوششی با مواد دارای نفوذپذیری کم به عنوان یک روش پذیرفته شده برای کاهش نشت شناخته شده است. با این حال، این روش به هزینه های نسبتاً بالایی نیاز دارد و ممکن است در دستیابی به بازده پیش بینی شده شکست بخورد، به خصوص اگر کانال دارای نگهداری ضعیف باشد (گازا6، 2011). یافته‌های مطالعات قبلی نشان می‌دهد که میزان تلفات نشت دامنه وسیعی را شامل می‌شود.
در مطالعاتی که توسط (کینزلی و همکاران7، 2010) انجام شد، نتایج نشان داد که، تلفات نشت بیش از 40 درصد از آب تحویل داده شده در منطقه حفاظت از میانه ریو گراند در ایالات متحده بود. همچنین نتایج نشان داد که بازده انتقال در کانالهای خاکی این منطقه حدود 70 درصد است. ( برینکلی و همکاران8، 2004) میزان تلفات نشت را برای کانالهای خاکی استرالیا 90 درصد برآورد نمودند. (سینگ و سینگ9، 2014) در مقایسه تلفات نشت و تبخیر از کانال ناروانا هند، گزارش کردند که میزان تلفات آب حدود 2/47 مترمکعب در روز است و 99 درصد تلفات مربوط به نشت و 1 درصد به علت تبخیر است. تلفات بهرهبرداری هنگام انتقال، توزیع و تحویل آب از منبع اصلی به مزارع به دلیل عملکرد ضعیف تنظیم کننده‌های سطح آب و سازه‌های آبگیر رخ می‌دهد. تلفات آب ناشی از سرریز یا تحویل بیش از حد به عوامل مختلفی از جمله دانش و تجربه اپراتورها و مدیران کانال بستگی دارد. تعمیر و نگهداری منظم سازه‌های انتقال ، اندازه‌گیری و کنترل سازه‌ها، شناسایی به موقع تلفات توسط پرسنل ماهر و عملکرد روش بهرهبرداری اجرا شده بستگی دارد. در مطالعه ای که در اسپانیا انجام شد، مشخص شد که به دلیل خرابی زیرساخت ها و عملکرد و نگهداری نامناسب شبکه کانال فقط 45 درصد از آب تأمین شده به مزارع رسیده است. یعنی بازده انتقال حدود 45 درصد می‌باشد، که دلیل مقدار زیاد تلفات را مدیریت ضعیف بهرهبرداری و نگهداری شبکه انتقال و نیز از کار افتادگی زیرساخت‌های مربوط به آن عنوان کردند (پرسرا و همکاران10، 2016).
در مطالعه دیگری در اتیوپی، به طور متوسط نسبت تلفات بیش از حد آب تأمین شده در سیستم‌های انتقال و توزیع به ترتیب 26، 100 و 100 درصد از آب تحویل داده شده به آبگیر برای یک طرح آبیاری مدرن، نیمه مدرن و سنتی بود (آجید و همکاران11، 2016). آن‌ها نتیجه گرفتند که سازه‌های هیدرولیکی آسیب دیده و عملکرد ضعیف دلیل اصلی توزیع ناکارآمد و متعاقب آن ناعادلانه آب است. تلفات بالقوه بهرهبرداری در سیستم‌های توزیع و تحویل آب، مدیران را به اجرای پروژه‌های نوسازی ترغیب کرده است.
مدیریت بهرهبرداری هوشمند تنظیم کننده‌ها از طریق سیستم‌های کنترل خودکار یکی از اقدامات متداول برای کاهش موثر تلفات بهرهبرداری است (شاهدانی و فیروزفر، 2017). برای این منظور، مدل های شبیه سازی جریان هیدرولیکی همراه با روش‌های مهندسی کنترل در مطالعات مختلف برای بهبود عملکرد کانال و خودکار کردن سیستم‌های انتقال و توزیع آب در کانالهای آبیاری استفاده شده است. به عنوان مثال، در مطالعه‌ای توسط (Figueiredo et al., 2013)، یک سیستم کنترل نظارت و دستیابی به داده (SCADA) برای بهبود عملکرد تنظیم کننده‌های سطح آب و آبگیر‌ها در کانالهای آبیاری ایجاد شد.
سامانههای کنترل خودکار خود شامل سامانه کنترل متمرکز و سامانه کنترل غیرمتمرکز هستند. همگام با به کارگیری سامانههای کنترل خودکار غیر متمرکز، سامانههای خودکار متمرکز نیز توسعه یافته‌اند. با این حال، مطالعات نشان داده است که کنترل‌گر موضعی به علت سهولت استفاده در کانالهای آبیاری از محبوبیت بیشتری برخوردار است. مطالعات مختلفی در مورد بهبود شیوه بهرهبرداری با استفاده از سیستم‌های کنترل در کانالهای آبیاری انجام شده است. در تحقیقی، (زمانی و همکاران، 2015) با استفاده از مدل هیدرودینامیک SOBEK و نرم افزار MATLAB طراحی و ارزیابی سامانه کنترل سراسری پایین دست 12PI (تناسبی- انتگرالی) را برای یک کانال اصلی مورد بررسی قرار داد و نتایج نشان داد که شیب کف کانال به عنوان یک عامل بیشترین تاثیر را روی رفتار جریان و تنظیم کنترل‌گر مدنظر دارد. در پژوهشی دیگر (شاهوردی و همکاران، 2015) یک مدل ریاضی برای کنترل عمق آب در بالادست سازه‌های چک توسعه دادند. سناریوهای مختلف افزایش و کاهش جریان ورودی شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که حداکثر مقادیر، حداکثر خطای مطلق13 و خطای مطلق تجمعی14 به ترتیب 07/30 درصد و 152/0 درصد به دست آمد.
با توجه به آنچه که بیان شد، لازم است عملکرد سیستم‌های انتقال و توزیع آب در کانالهای آبیاری تا حد امکان بهبود داده شود. از این رو، مدیریت هوشمند انتقال و توزیع آب با خودکارسازی سازه های تنظیم سطح آب، یکی از اقدام‌های جدی در کاهش موثر تلفات بهرهبرداری کانالهای آبیاری است. همچنین به سبب توانایی بالای سیستم‌های کنترل در بهرهبرداری سازه‌های کنترل و تنظیم سطح آب، امکان اعمال سناریوهای مختلف مدیریتی در فرایند بهرهبرداری کانال امکان‌پذیر خواهد بود (حسینی‌جلفان و همکاران، 1399). در سیستم کانالهای توزیع آب کشاورزی صرفا تلفات نشت در نظر گرفته می‌شود و از تلفات بهرهبرداری ( قسمتی از آب که طبق برنامه و نیاز کشاورزی وارد کانال می‌شود اما به واسطه زمان‌بندی نامناسب باز و بسته شدن دریچه‌های تنظیم و سازه‌های آبگیر و کالیبراسیون نادرست سازه‌ها) از دسترس خارج می‌شود غفلت می‌شود. در نتیجه راندمان انتقال و توزیع آب در شبکه‌های آبیاری ایران صرفاً مفروضاتی هستند که تقریباً هیچ پشتوانه علمی (بر اساس اندازه‌گیری‌های میدانی یا مدل‌سازی هیدرولیکی) قابل قبولی ندارند، لذا می‌توان گفت که ارقام فرض شده تخمین‌های بیش از اندازه می‌باشند.
مواد و روش‌ها
· راندمانهای شبکه آبیاری و زهکشی
حرکت آب در یک شبکه آبیاری از منبع تا مزرعه به سه بخش انتقال، توزیع و کاربرد آب در سطح مزرعه تقسیم می‌شود. انتقال، حرکت آب از منبع به وسیله کانالهای اصلی و درجه 1 و 2 تا آبگیر کانالهای درجه 3 می‌باشد. توزیع، حرکت آب در کانالهای درجه 3 (کانالهای توزیع) و کانال درجه 4 یا مجاری بسته تا محل تغذیه مزرعه است. کاربرد آب در مزرعه، حرکت آب از محل آبگیر مزرعه تا محل مصرف آب توسط گیاه است (سهرابی و همکاران، 1384).
· راندمان انتقال
برای جبران تلفات آب در مسیر انتقال، لازم است مقدار دقیق بازده انتقال تعیین شود. راندمان انتقال، نسبت مقادیر آب تحویلی به مزرعه به مقادیر آب هدایت شده از منبع برای همان مزرعه است (ایسرایلسن15، 1932). در تعریف دیگری توسط (باس و ناگترم، 1990) بازده انتقال عبارت است از بازده شبکه کانال‌ها و مجاری آب از محل مخزن و محل انحراف از رودخانه تا آبگیر‌های شبکه توزیع که به صورت رابطه 1 ارائه شده است (هاول16، 2003). راندمان انتقال آب به عوامل مختلفی مانند طول کانال، نوع خاک و مواد پوشش کانال بستگی دارد (محمدی و همکاران، 2019). بر اساس جداول ارائه شده توسط FAO، مقدار مورد انتظار برای کارایی انتقال در کانالهای پوشش شده با طول‌های مختلف 95 درصد است (برونر و همکاران17، 1989).
(1) | Ec = |
(2) | Ed = |
(3) | S= |
[1] IWMI
[2] Askar & Eric
[3] Ultrasonic Flowmeter
[4] Eckert
[5] Martin & Gates
[6] Ghazaw
[7] Kinzli
[8] Brinkley
[9] Singh & Singh
[10] Pere Serra Agide
[11] Agide
[12] Proportional Integral Controller
[13] Maximum Absolute Error (MAE)
[14] Integral of Absolute Magnitude of Error (IAE)
[15] Israelsen
[16] Howell
[17] Brouwer
[18] Bakry and Awad
[19] Contor
[20] Robinson
[21] Chow
[22] Birara and Halefom
[23] Sarki
[24] Yao
[25] Amol Kulkarni
[26] Lei Liu
[27] Abu-Khashaba
[28] Alebachew Shumye
[29] Afrasiabikia
[30] Barkhordari
