نظام الري الذكي
نظام الري الذكي
SMART IRRIGATION SYSTEM
الدكتور المهندس كنعان عبد الجبار أبو كلل _ مهندس استشاري
عضو لجنة الزراعة والري ، المنتدى العراقي للنخب والكفاءات
المقدمة :
كما هو معلوم ان طريقة الري بالغمر يرافقها ضائعات مائية كثيرة , لذلك فأن مشكلة التناقص في الموارد المائية والفقر المائي وقلت تساقط المطر , قد تدفعنا للبحث عن البدائل لسد العجز المائي ويتطلب ذلك استبدال منظومات الري بالغمر الحالية الى انظمة مرشدة للمياه مثل الري بالرش والري بالتنقيط وغيرها ولكن في الوقت نفسه تمثل الأنظمة الحديثة للري او ما نطلق عليه “الري الذكي” انقاذا للتربة من مساوئ الري بالغمر المتمثلة بإجهاد التربة ولا يعطي لها الفرصة للتنفس وأيضا انقاذ للمحاصيل حيث سيتم التركيز عليها وليس على التربة نفسها فيتم توزيع الأسمدة عليها بالتساوي من خلال ذوبانها في الماء .
لذلك كان لابد من الاستغلال الأمثل للموارد المائية والوصول الى اعلى إنتاجية وإعادة تدوير المياه من مياه الصرف الصحي والزراعي وإعادة استغلالها مرة أخرى , ان ذلك لن يحدث الا باستخدام الطرق النمطية سواء في الزراعة او استخدام محاصيل ذات إمكانية وراثية عالية الإنتاج واعطائها المقنن المائي المطلوب , وهذا يتطلب استخدام نظم الزراعة الذكية الحديثة , من خلال تكنولوجيا الري المطور واستخدام أجهزة المجسات (sensors ) الحديثة للتربة التي ستوفر 20 الى 25 % من المياه المستخدمة في الزراعة لأنها السبيل الوحيد الآن لاستغلال المساحة والمياه المحدودة عبر التقنيات للوصول الى اعلى إنتاجية .
نظام الري الذكي :
” الري الذكي smart irrigation ” وهو نظام يقوم على اعتماد نظام الجدولة الآلية لنظام تشغيل الكتروني اوتوماتيكي لعملية الري بواسطة أجهزة استشعار رطوبة التربة Sensors ( مجسات لاسلكية تعمل عن طريق الأقمار الصناعية ) , اذ يتيح معرفة نسبة المياه التي تحتاج اليها التربة استنادا الى نسبة رطوبتها , كما يمكن أيضا استخدامه لمعرفة احتياجات الري للمحاصيل الزراعية , بحسب المواسم الزراعية ونوع المحاصيل .
مكونات النظام :
يتكون النظام من أربعة أجزاء رئيسية وهي :
أولا – وحدة قياس المحتوى الرطوبي : وهي عبارة عن مجسات الكترونية حقلية يتم وضعها بالتربة لقياس محتواها من المياه كل 15 سنتمتر من عمق التربة ,ويتم تجميع البيانات الخاصة برطوبة طبقات التربة بالإضافة الى كميات الأمطار من خلال وحدة قياس الأمطار Rain gauge المخصصة لقياس كمية الأمطار بجهاز ارسال ذو شريحة هاتفية يعمل بالطاقة الشمسية ثم تتدفق البيانات عبر الأقمار الصناعية .
ثانيا – ” المستقبل ” : وهو يستقبل البيانات من جميع وحدات قياس الرطوبة الحقلية والتي تنتقل بدورها الى برنامج حاسوب يعمل على تحليلها وترجمتها حسب كميات المياه وفترات الري التي يجب استخدامها .
ثالثا – البرنامج التشغيلي : هو الجزء الرئيسي من النظام لاستقبال البيانات الخاصة بجميع الأجهزة ويتم من خلال الرسومات البيانية تقدير الاحتياجات المائية للمحاصيل الزراعية المختلفة .
رابعا – محطة الأرصاد الجوية : المرتبطة بجهاز حاسوب أيضا لتمدنا ببيانات الحرارة , الرطوبة , اتجاه الرياح , سرعة الرياح وكمية الأمطار .
نظام الري الذكي هو نظام قليل التكلفة فهو يعتمد على أجهزة أسعارها معقولة وتشير بعض التقديرات وخاصة في مصر بان كلفة الهكتار الواحد لنظام الري الذكي هي اقل من 1000 دولار , كما ان المزارع يمكنه استخدام هاتف ذكي او حاسوب , للاطلاع على اخر المعلومات بخصوص التربة والمحصول .
وعلى عكس طرق الري التقليدية فان النظام يعمل وفقا لجدول زمني مبرمج مسبقا ومؤقت زمنيا, تراقب أدوات التحكم الذكية ظروف الطقس وظروف التربة والتبخر واستخدام المياه من قبل النبات , لضبط جدولة الري تلقائيا وفقا للظروف الفعلية للموقع , على سبيل المثال , مع زيادة درجات الحرارة في الهواء الطلق او انخفاض هطول الأمطار , يأخذ المتحكمون في الري بنظر الاعتبار المتغيرات الخاصة بالموقع , مثل نوع التربة , ومعدل إعطاء المياه للحقل من قبل نظام الري المستعمل ( الرش او التنقيط وغيرها ) . ولضبط أوقات تشغيل الري او الجداول الزمنية هناك عدة خيارات لوحدات تحكم الري الذكية .
الفرق بين المستشعرات المعتمدة على الطقس ورطوبة التربة :
هناك نوعان من أجهزة التحكم الذكية في الري : 1) أجهزة استشعار تعتمد على الطقس و 2 ) مستشعرات رطوبة التربة في الموقع .
ويعتمد الحل الصحيح على الموقع الجغرافي وبيئة المنطقة وهي :
أولا – وحدات تحكم الري الذكية القائم على الطقس :
يشار الى أجهزة التحكم المعتمدة على الطقس أيضا باسم التبخر نتح ( ET ) .
ما هو التبخر نتح الذي تعتمد عليه ضبط جداول الري ؟
التبخر نتح هو مزيج من التبخر من سطح التربة والتعرق من اسطح النباتات , تقوم أجهزة التحكم هذه بجمع معلومات الطقس المحلية وتحدد وقت الري ومتى يتلقى النبات كمية مناسبة من المياه .
وبيانات الطقس هي الرياح , الإشعاع الشمسي والرطوبة وغيرها . وهذه الطريقة هي الأكثر دقة لحساب احتياجات المياه للأراضي الزراعية
هناك ثلاثة اشكال أساسية لوحدات التحكم القائمة على الطقس وهي :
- وحدات تحكم تعتمد على الإشارة : تستخدم أجهزة التحكم القائمة على الإشارة بيانات الأرصاد الجوية من مصدر متاح , ويتم حساب قيمة (ET ) لسطح العشب في الموقع .ثم يتم ارسال بيانات(ET) الى وحدة التحكم عن طريق اتصال لاسلكي .
- الضوابط التاريخية لتحكم (ET ) : يستخدم منحني استخدام المياه المبرمج مسبقا استنادا الى الاستخدام التاريخي للمياه في مناطق مختلفة . ويمكن تعديل المنحني المنحني لدرجة الحرارة والإشعاع الشمسي .
- أجهزة قياس الطقس في الموقع : تستخدم بيانات الطقس التي تجمع في الموقع لحساب القياسات المستمرة والماء وفقا لذلك .
ثانيا – أجهزة استشعار رطوبة التربة المستخدمة مع أجهزة التحكم الذكية في الري:
تستخدم أجهزة التحكم في الري الذكية القائمة على مستشعر رطوبة التربة العديد من التقنيات الراسخة لقياس محتوى رطوبة التربة عند دفنها في منطقة جذور النباتات , وتحدد المستشعرات بدقة مستوى الرطوبة في التربة ونقل قراءات المحتوى الرطوبي الى وحدة التحكم .
هناك نوعان مختلفان من أنظمة استشعار التربة المتاحة وهي :
- أنظمة الري ذات الدورة المعلقة : والتي يتم ضبطها ,مثل أجهزة التحكم المؤقتة التقليدية , مع جداول الري واوقات البدء بالري ومدة الري , والفرق هو ان النظام سوف يوقف الري المجدول التالي عندما تكون هناك رطوبة كافية في التربة .
- المياه عند الطلب ( on-Demand ) : لا يتطلب الري عند الطلب أي برمجة لمدة الري ( فقط أوقات البدأ وايام الأسبوع للري) . يحتوي على عتبة لتوقيت اعلى وادنى كمية من المياه للمستخدم ,والتي تبدأ الري عندما تفشل مستوى رطوبة التربة في تلبية مستويات الرطوبة المطلوبة .
تحكم الري الذكي يوفر المياه والمال :
يتفق الخبراء على ان أنظمة الري الذكية ووحدات التحكم مقارنة بوحدات التحكم التقليدية , تحافظ على المياه عبر مجموعة من السيناريوهات . كما تشير الدراسات البحثية الى ان نظام التحكم للسيطرة على المياه الري الذكي قد يوفر ما نسبته 30 – 50 % من المياه مقارنة بالري بالغمر اذا استعمل مع نظم ري حديثة .
مميزات أنظمة الري :
اهم مميزات أنظمة الري الذكية هي ما يأتي :
- تواكب هذه الأنظمة احدث التكنولوجيات في الاتصالات ونظم المعلومات وانترنيت الأشياء .
- تسهم أنظمة الري الذكي في تحسين جودة المزروعات ووقايتها من الأمراض المحتملة .
- تساعد على تعظيم الاستفادة من وحدة المياه من خلال خفض تكاليف الري ورفع كفاءة الأعمال الزراعية , بما ينعكس إيجابيا على المزارع وتحسين الأمن الغذائي .
- تساعد هذه الأنظمة على تجنب الممارسات الزراعية الخاطئة والمتابعة المستمرة لكفاءة العمالة وتحديد المشاكل والتحديات في الوقت المناسب , واتخاذ القرارات الوقتية للحد من الأضرار التي يمكن ان تلحق بالنبات .
- تبين مدى احتياج المزروعات للمياه من خلال مؤشر يبين درجة رطوبة التربة ومدى احتياجها للري من عدمه .
- يساهم في تنظيم عملية الري وترشيد استهلاك المياه , بالإضافة لزيادة إنتاجية المحاصيل ورفع مستوى جودتها .
- يتيح نقل بيانات مقياس الرطوبة الى المزارع من خلال جهاز يقوم بإرسال رسالة عن حالة المياه في التربة على جهاز الهاتف المحمول الخاص بالمزارع , بما يمكنه من اتخاذ القرار المناسب فيما يخص كمية وموعد الري .
- تم انتاج وحدات للتحكم الذكي في عملية الري تعمل بالطاقة الشمسية , بحيث تشتمل الى جانب قياس درجة رطوبة التربة على قياس درجة حرارة التربة, وارسال هذه القياسات في رسائل نصية على هاتف المزارع .
- يمكن التحكم في مكائن الري اوتوماتيكيا او يدويا بناء على البيانات المقاسة, والفحص الذاتي لوحدة التحكم لبيان حالة البطارية , وذلك بإرسال رسالة تحذيرية في حالة انخفاض كفاءة البطارية لضمان استمرارية عمل الجهاز بعيدا عن تدخل العنصر البشري.
