المملكة العربية السعودية

جامعة الملك سعود

كلية علوم األغذية والزراعة

قسم الهندسة الزراعية

دراسة ميدانية لتقييم أداء نظام الريالمحوري بمزارع منطقة الرياض

إعداد: الطالب/ محمد محمود عبد القادر

435107912

إشراف:أ. د حسين بن محمد الغباري

-1 مشروع تخرج -/اسم المقررهزر(491)

١٤٣٩/١٤٤٠الفصل الدراسي األول للعام

١-

مقدمة:

1

التسلسل

الصفحةالموضوع

3-2المقدمة1

4أهداف البحث2

المسح األدبي3- نظام الري بالرش المحوري3.1- مكونات نظام الري المحوري3.2- مميزات نظام الري المحوري3.3

- عيوب نظام الري المحوري3.4- كيف يتم تقييم النظام3.5

5-10

12-11الدراسات السابقة4

13المراجع 5

الزراع==ة هي عنص==ر أساس==ي في األمن الغ==ذائي والنم==و االقتص==ادي في البل==دان النامية. ومع ذلك، فإن إنتاج الغذاء يتطلب كميات كب==يرة من الم=اء. ل=ذلك، ينبغي تطبيق مياه الري بشكل مناسب على المحاصيل لتجنب إه==دار المي==اه. وبالت==الي، يجب زيادة كفاءة استخدام المياه في الزراعة بطريقة مستدامة. كما يعد الطلب على المياه في الزراعة أحد الضغوط الخطيرة على قطاع المياه في الس==عودية،

٪ من إجمالي مي==اه المملك==ة في الزراع==ة، ه==ذا إلى ج==انب٨٨حيث يتم استهالك سوء إدارة الري. ندرة المياه هي مشكلة تواجه السعودية ه=ذه األي==ام. ل=ذا، ف==إن التقييم الميداني ألنظم==ة ال==ري ب==الرش وخاص==ة أنظم==ة ال==ري ب==الرش المح==وريمطلوب بشكل أساسي من أجل الوقوف على كفاءة وأداء النظام أثناء التشغيل. ومن جهةٍ أخرى، فلق==د حق==ق القط==اع ال==زراعي في المملك==ة العربي==ة الس==عودية خالل السنوات الماضية تقدما ملحوظا حيث بلغ مس==تويات عالي==ة من اإلنت==اج في جميع المجاالت وصلت إلى حد االكتفاء ال==ذاتي لبعض المحاص==يل، وه==ذا أدى الى زيادة كبيرة في مس==احات األراض==ي المروي==ة ال==تي ك==انت أراض==ي ص==حراوية. إن القطاع الزراعي يعتبر من أكبر القطاعات استهالكًـا للمياه، والتوس==ع في الرقع==ة الزراعي==ة أدى الى زي==ادة الطلب على المي==اه. ه==ذا التوس==ع ك==ان على حس==اب انخف==اض المخ==زون الج==وفي للمي==اه، حيث ازداد الطلب على المي==اه الجوفي==ة بمعدالت مرتفعة خالل السنوات األخيرة. مما أدى الى اإلخالل الحاد بالتوازن بين الطلب على المياه والمعروض منها، األمر الذي قد يؤثر بشكل سلبي على الدور المتم==يز للزراع==ة على الم==دى البعي==د، حيث تعت==بر الزراع==ة نشاطًـا النهائيًـا م==ع التجديد المستمر في أنماط المحاصيل. وقد أدى هذا التوسع ال==زراعي الى تب==ني نظم الري الحديثة مثل نظام الري المحوري ونظ==ام ال==ري بالتنقي==ط. وق==د أص==بح نظام ال==ري المح==وري ذو الض==غط المنخفض من أك==ثر نظم ال==ري اس==تخداماً في المملكة العربية السعودية يروي مس==احات شاس==عة في معظم من==اطق المملك==ة

الزراعية. أص==بح نظ==ام ال==ري ب==الرش المح==وري واس==ع االس==تخدام في معظم المس==احات

% من المس==احات المروي==ة80المستزرعة بالمملكة العربي==ة الس==عودية، ح==والي جهاز. لذا فإن تط==وير20000حيث وصل عدد نظم الري المحوري الى اكثر من

إدارة مياه الري أصبحت ضرورية لزيادة كفاءة استخدام مياه الري وتقليل فواقد المياه من هذه النظم. ل==ذلك أص==بح من المتطلب==ات الض==رورية تق==ييم نظم ال==ري المستخدمة في الحقول مطلب ض==روري لمعرف==ة كف==اءة وأداء ه==ذه النظم أثن==اء التشغيل في الحقل حتى يمكن تحسين األداء وتطويره بم==ا يتناس==ب م==ع ظ==روف الحقل تحت الظ==روف المحلي==ة، ك==ذلك معرف==ة أهم المش==اكل والمعوق==ات ال==تي

تواجه إدارة المزرعة مع هذا النظام. ان هناك عالقة مباش==رة بين إنتاجي==ة المحص==ول وكف==اءة توزي==ع المي==اه ك==ذلك ان رطوبة التربة المناسبة للمحصول في منطق==ة المجم==وع الج==ذري يمكن الوص==ول اليها عندما يتم توزيع المياه بانتظام على المس==احة المروي==ة في الحق==ل. وت==زداد الحاجة أكثر بصورة ملحة الى معرفة عمق الماء المطل==وب اض==افته أثن==اء عملي==ة ال==ري ب==دون زي==ادة خاص==ة في المن==اطق ذات المص==ادر المائي==ة المح==دودة مث==ل المملكة العربية السعودية. لذا فان تقييم النظام ومعرفة أدائه يكون مهمة للغاية

في المملكة العربية السعودية.

2

ولكي يتم االستخدام األمثل للنظام فانه ال بد من دراسة مالءمة لكل من الترب==ة، وتضاريس األرض، والمحاصيل لهذا النظام. ونظ==راٌ لس==اعات التش==غيل الطويل==ة،

ساعة خالل الموس==م، يجب ان يك==ون النظ==ام المس==تخدم٢٠٠٠والتي قد تتجاوز موثوقاٌ.

والتقييم له أهمي==ة ال يمكن إهماله==ا، فيمكن أن تك==ون بيان==ات التق==ييم مفي==دة في اإلشارة إلى أي عيوب تتعلق بتشغيل النظام وتوزيع المياه وفقدان المياه. أيض==ا، سيشير تقييم أداء النظام في الحقل إلى كل من موقع وحجم خسائر المياه التي تحدث، ومن ثم تحديد كيفية تحسين نظام الري و / أو تشغيله. هذه المشكلة له==ا تأثير كبير على توفر المياه والحفاظ عليها، وبالتالي على تخطيط الموارد المائي==ة على المس==تويين المحلي والوط==ني. إن ه==ذا التق==ييم مطل==وب بش==كل أساس==ي لتحديد م==دى كف==اءة النظ==ام ومناس==بته للتط==بيق، حيث يعت==بر معي==ار األداء أدوات إليقاف حالة النظام، وقابليته التشغيل. كذلك للحفاظ على الموارد المائية، يحتاج أداء أنظمة الري إلى اهتمام جاد. هذا يتطلب تقييم األنظم==ة على أس==اس منتظم وتنفيذ إجراءات تصحيحية للحفاظ على عمل النظام وفقً==ا للتص==ميم. مم==ا ينص==ح

ة فيبعض العلم==اء إلى تق==ييم أداء النظ==ام ال==ري في ك==ل حق==ل على األق==ل مر للتع==رف على أن األجه==زة تعم==ل بش==كل جي==د أم ال. وه==ذا يتطلبسنتين أو ثالث

منهجيات تشخيصية لتحليل سلوك النظام، وتقييم األداء الحالي، وتحديد الج==وانب الحرج==ة والض==عف، والتحقي==ق في التحس==ينات المحتمل==ة. وعلى ال==رغم من أن العديد من التحقيقات حول تقييم األنظمة قد تم إجراؤها حتى اآلن على مس==توى العالم، إال أن بسبب تنوع المناخ وأنواع التربة وأنواع النباتات وخصائص األنظم==ة،

فإن نتائج التحقيق ال يمكن تعميمها على الجزء اآلخر من العالم.

- أهداف البحث:٢- تقييم نظام الري المحوري كما هو مستعمل في الحقل.1- معرفة خصائص األداء وكيفية توزيع المياه المضافة2- معرفة اهم المشاكل التي تواجه المزارع المستخدم لنظام الري المحوري.3- توصيات بتحسين أداء نظام الري المحوري.4

3

- المسح األدبي:٣- نظام الري بالرش المحوري:٣.١

يمكن تعريف نظام الري بالرش على أنه إعطاء األرض المياه على صورة رذاذ أو مطر يتناسب حجمه مع نوع التربة. نظام الري بالرش المحوري أحد أهم أنظم==ة الري انتشاراً ويستخدم لري مساحات متوس==طة الى كب==يرة. ويتم==يز ه==ذ النظ==ام لمرونت==ه وكفاءت==ه العالي==ة وإمكاني==ة اس==تخدامه ل==ري معظم المحاص==يل ولمعظم األراضي. كذلك فإن هذا النظام يمتاز بميزة أخرى وهي أن==ه ال يحت==اج الى عمال==ة كبيرة وهو األمر الذي يتفوق به من أنظمة الري األخرى، ك==ذلك يمكن اس==تخدامه

في معظم الظروف المناخية. يتكون النظام المحوري من خ==ط أن==ابيب يحت==وي على رشاش==ات ومثبت من أح==د طرفيه. الطرف المثبت يسمى بنقط==ة المح==ور والط==رف اآلخ==ر يس==مى بالنهاي==ة الطرفية. نقطة طرف المحور عب=ارة عن قاع=دة خرس==انية مثبت عليه=ا المح=ور.

أمتار عن األرض. يكون خط الرشاشات محموالً باألبراج٣ترتفع خط الرشاشات متر على طول خ==ط٧٥ الى ٢٥التي تبتعد كل واحد عن األخر مسافة تتراوح من

األنبوب. بينما تركب األبراج على عجالت أو زحافات، تكون أطوال األن=ابيب ع=ادة

4

م==ترو والقط==ر٤٠٠ متر ولكن الطول الش==ائع االس==تخدام ه==و ٨٠٠-٥٠تتراوح بين مم.١٦٨-١٤٢الشائع االستخدام لألنابيب يكون ما بين

بما أن النظام المحوري تكون عملية الرش معتمدة على دوران خط الرشاش==ات وبسرعة دورانه التي تزداد في نهاية الخط، ولكبر المساحة المراد ريها والتي ق==د

هكت==ار تتج==اوز ال==دورة الواح==دة من ع==دة س==اعات الى ع==دة أي==ام١٠٠تص==ل إلى وبدون توقف.

٠،٥تدار عجالت األبراج بواسطة محرك كهربائي صغير الحجم قدرته ت==تراوح بين حصان يركب على كل برج إلدارة العجلتين المحمول عليها ال==برج وذل==ك١،٥إلى

في حال=====ة األجه=====زة ال=====تي ت=====دار كهربائي=====ا وهي األك=====ثر انتش=====ارا.

(١شكل رقم ) النظام المحوري أثناء الرش يروي مساحة على شكل دائرة تارك==اً أرك==ان الحق==ل

٪ من مساحة الحقل. لذا يوضع الرشاش المدفعي في نهاية خط٢١بمساحة تبلغ (.٢الرشاشات ليكمل الري بكامل المزرعة كما هي موضحة في شكل رقم )

5

(٢شكل رقم )

-مكونات نظام الري المحوري:302

يتكون النظام الري بالرش المحوري من:( صندوق التحكم: الذي يوجد به عدة مفاتيح وعن طريقها يتم تحكم النظام.١( األبراج. ٢( أنابيب خط الرشاشات.٣( نقطة المحور.٤( العجالت.٥( مصدر الري.٦( أنبوب الواصل للمياه.٧( الرشاشات.٨

-مميزات نظام الري المحوري:٣.٣

-ال يحتاج إلى عمالة كبيرة في تشغيله.١-التحكم في تشغيل الجهاز عند نقطة ثابتة هي نقطة المركز.٢-الكفاءة المرتفعة.٣-تسهل عملية إضافة األسمدة مع مياه الري.٤

6

-سهولة إدارة تشغيله.٥-يناسب لري معظم المحاصيل.٦-عند انتهاء عملية الري يعود الجهاز لنقطة البداية.٧

-عيوب نظام الري المحوري:٣.٤

-يروي دائرة ويترك أركان الحقل بدون ري.١-يكون متوسط معدل اإلضافة كبير عند نهاية خط الرش المحوري.٢-ارتفاع تكاليف إقامة الشبكة.٣-يحتاج إلى عمالة ذات خبرة خاصة في أعمال التشغيل والصيانة.٤-استهالك طاقة كهربائية عالية.٥

-كيف يتم تقييم النظام؟٣.٥

يع==رف نظ==ام ال==ري المح==وري من النظم ال==ري ب==الرش الدائم==ة الحرك==ة ول==ذلك يشتغل بحركة دورانية مستمرة أثناء عملية الري. يعت==بر ه==ذا النظ==ام في ال==وقت الحاضر نظام ذو مستوى عال في التقنية وله إمكانيات واس==عة ومتع==ددة في ري األراض==ي ذات االش==كال الغ==ير منتظم==ة وك==ذلك ل==ه ق==درة في توزي==ع الم==اء

والكيماويات )األسمدة والمبيدات( بشكل منتظم.ويمكن تقييم النظام المحوري بقياس أو إيجاد العناصر التالية:

أ-ضغط تشغيل الرشاش:

ويمكن معرفة ضغط التشغيل ألي رشاش في الحقل باستخدام مقي==اس الض==غط(Pressure gaugeمع توصيل أنبوب بتوت بالمقياس، ويتم دفع ه==ذا األنب==وب )

داخل فوهة الرشاش وعندها فإن مقياس الضغط ق=راءة لحظي==ة لض=غط تش=غيلالرشاش.

ب-تصرف الرشاش:

Flowيمكن قي==اس تص==رف الرش==اش باس==تخدام ع==داد المي==اه ) Waterأو عن ) طريق تجميع حجم معين من المي=اه الخارج=ة من الرش==اش في وع=اء خالل زمن معين، ويتم قياس التصرف ألكثر من رشاش في مواقع مختلفة من الحقل ح==تى

يكون التقييم أكثر شمولية.

7

طريقة مهمة في تقييم انتظامية وتوزيع(: وهيCUج-معامل االنتظامية) ( صفوف٣-٢المياه على طول خط الرش المحوري. ويمكن إجراء ذلك بوضع )

من أوعية القياس وعلى مسافات متساوية. ويمكن إيجاد معامل االنتظامية منالمعادلة التالية: -

( ٣شكل رقم )

Cu= [1 −∑i= 1

i = N

W i |X iDw

− 1|

∑i= 1

i = N

W i ]× 100

Dw =∑i= 1

i = N

(W i × X i )

∑i = 1

i= N

W i

حيث:N. القياس = أوعية عددXi. الواحد = القياسي الوعاء في المتجمعة المياه عمقWi. األوعية = بين المسافة ثبات حال في الوعاء رقم أو الوزن معامل

Dw. الموزون = العمق متوسط

(: DU د- معامل انتظامية التوزيع للربع األقل )

8

المعادلة من المحوري للنظام األقل للربع التوزيع انتظامية معامل إيجاد يمكنالتالية:

Du =dwDw

× 100

التوزيع = Duحيث: انتظام معاملdw. األقل = الربع في المتجمع الماء لعمق الموزون العمق متوسط

يمكن إيجاد كفاءة اإلضافةه- كفاءة اإلضافة لنظام الري المحوري: للنظام المحوري من المعادلة التالية:

Ea =Dw

(dg )rev× 100

حيث:(dg)rev = الواحدة للدورة المضاف الماء عمق

يمكن إيجاد كمية المياه المفقودة عن طريق بعثرة الرياحو- فواقد التبخر: ودرجة الحرارة الجوية من نظام الري أثناء عملية الري من المعادلة التالية:

E =(d g)rev − Dw

(dg )rev× 100

- دراسات سابقة: ٤Msibiأجرى العالم et al. بحث لتقييم أداء نظ==ام ال==ري ب==الرش المح==وري[[ 2014

وتأثيره على محصول قصب السكر في جنوب شرق سوازيالند. أظه==رت عناص==ر (CUالتقييم لهذا النظام ك==انت ت==ؤدي أداءً جي==دًا نس==بيًا مث==ل معام==ل االنتظامي==ة )

.DU٪ ل= 75 و CU٪ ل= 85( ( وذل==ك DUومعامل انتظامية التوزيع في الربع األقلAHANEKU]وقام العالم I.E. [ بتقييم نظام الري بالرش المحوري في نيجيري==ا2010

إجراءHill[= 2014% . قام العالم ]86حيث حصل معامل االنتظامية للنظام على

9

مقارنة ألنظمة الري بالرش المختلفة مع نظام الري السطحي، وأوضحت النت==ائج٪ لنظام الري السطحي. 50٪ في الرش و 70( كانت EAأن كفاءة االستخدام )

بتقييم أداء نظام الري بالرش المحوري للجدولةSaeed and Ebeidallaوقام العالمان % ل84.14 وEA% ل 77.72 وDU % ل 80المناسبة لل==ري حيث حص==لوا على

CU .وهي قيم غير مقبولة ( أن متوسط فواقد ال==رذاذ2007وقد بینت نتائج دراسة أجريت من قبل الراوي )

٪٩.٣٨خالل سنة الدراسة تحت ظروف نظ=ام ال=ري ب===الرش المح===وري بلغ====ت ٪ بالنس====بة لنظ====ام ال====ري ب====الرش١٣.٠٥م====ن كمی====ة المي==اه، بينم==ا كان====ت

الثاب==ت. كذلك قام الغباري بتقييم أداء وتعديل نظم الري المح==وري لتوف=ير مي=اه الري تحت ظروف المملكة العربية السعودية، وأوض==حت نت==ائج البحث أن معظم أجهزة الري المحوري ذات انتظامية منخفضة في توزيع مياه الري على المساحة

Du%، بينما ك==انت قيم 86% الى 68 يتراوح بين Cuالمروية حيث مثالً كان قيم %.76% الى 54تراوحت بين

بتقييم ميداني لحساب فواقد المياه في أنظمة الري بالرش El marazkyقام العالم المحوري تحت الظروف الجافة، وأظه==رت النت==ائج أن معظم األنظم==ة المحوري==ة المركزية أعطت نتائج منخفضة التوزيع خالل تطبيق المياه في المناطق المروية.

٪، في حين ك==انت قيم٨٩.٢٪ الى ٦٩.٢( من cuت==راوحت قيم انتظامي==ة التوزي==ع ) ٪، وت==راوحت٨١.٦٪ الى ٥٤.١( ت==تراوح من duانتظامية التوزيع في الربع األق==ل )

٪. قام الغباري دراس==ة تم تقييمه==ا لدراس==ة١٣.٥٧٪ الى ٧.٨٣قيم فقد المياه من تأثير التكوين الجانبي بتجانس تطبيق الماء فيما يتعلق بأنظمة األصلية والمعدل==ة. أش==ارت النت==ائج إلى أن قيم االنتظامي==ة ت==أثرت بش==كل ملح==وظ بالتع==ديالت ال==تي

% و71.81 لألنظم==ة األص==لية بين CUقيم أج==ريت عليه==ا. ت==راوحت متوس==ط لألنظم==ةCUقيم %، في حين أن متوس==ط 82.69إجم==الي ٪ بمتوس==ط 89.46

% أيض==ا،78.05إجم=الي % بمتوس=ط 84.33% و 61.35المعدل=ة ت=راوحت بين % لألنظم==ة73.24% بمتوس==ط 81.81% و 54.14 بين DUكم==ا ت==راوحت قيم

% و31.45األص===لية، في حين ت===راوحت ه===ذه القيم لألنظم===ة المعدل===ة بين %. 66.87إجمالي % بمتوسط 77.07

( دراسة لتقدير فواقد الرش من نظام الري المحوري تحت١٩٩٦أجرى الغباري ) ظروف الحقل، ومن خاللها أثبت أن هذه الفواقد تزداد بزيادة الس==رعة الدوراني==ة وتقل بزيادة معدل الرش على طول خط الرش المح==وري. ك==ذلك ق==ام الغب==اري[

] دراس==ة للتع=رف على ت==أثير الص==يانة على أداء نظم ال==ري ب=الرش وتوف==ير٢٠٠٦المياه، ومنها أثبت أن الصيانة لها دور فعال في رفع أداء نظم الري المحوري.

10

البحث:وطرقالمواد نظم٣-٢سوف يتم اختيار مجموعة من أجهزة الري بالرش المحوري تتراوح من

ري محوري في أحد مزارع الرياض. وسوف يتم إجراء عملية التقييم لهذه النظممما يتوافق مع أهداف مشروع التخرج.

ه.١٤٤٠\١٤٣٩وهذا سوف يكون في الفصل الثاني من العام الدراسي الحالي

11

-المراجع٥ : Abedinpour; M. 2017. Field evaluation of center pivot sprinkler irrigation system in the North-East

of Iran. Journal of Water and Land Development. No. 34 p. 3–9.

Ahaneku; I.E. 2010. Performance evaluation of portable sprinkler irrigation system in Ilorin, Nigeria.

Indian Journal of Science and Technology. Vol. 3 p. 853–857.

Alrawi; A. K. 2007. Evaporation losses, efficiency and irrigation uniformity for center pivot and solid

set sprinkler irrigation systems. College of Agriculture/ Al-Anbar University

Alghobari; H.M Evaluation of performance and modification of axial irrigation systems for the

provision of irrigation water under the conditions of the Kingdom of Saudi Arabia. Agricultural

Forums, Department of Agricultural engineering, College of Food and Agriculture Sciences

Alghobari; H.M 1996 The Effect of Travel Speed on Spray Losses From Center Pivot Systems.

College of Agriculture, Agricultural Engineering Department, King Saud University, Riyadh, Saudi

Arabia.

Alghobari; H.M. Effect of Center Pivot System Lateral Configuration on Water Application

Uniformity in an Arid Are. J. Agr. Sci. Tech. (2014) Vol. 16: 577-589.

Alghobari; H.M Effect of Maintenance on The Performance of Sprinkler Irrigation Systems and

Irrigation Water Conservation. Res. Bult., No.(141), Food sci. & Agric. Res. Center, King Saud

Univ., pp.(1-16)2006.

Departments of Agricultural Engineering, College of Food and Agriculture Sciences, King Saud

University, Riyadh 11451, Saudi Arabia.

Mohamed S. A. EL MARAZKY. 2016. Field Assessment of Performance Water Losses of Center

Pivot Irrigation Systems Under Arid Climate Conditions.

Hill; R.W. 2002. Sprinklers, crop water use, and irrigation time. In: Uintah and Daggett Counties. 2nd

ed. Proceeding of Utah State University Extension p. 45–60.

Msibi; S.T., Kihupi; N.I., Tarimo; A.K.P.R. 2014. Performance of center pivot sprinkler irrigation

system and its effect on crop yield at Ubombo Sugar Estate. Research Journal of Engineering

Sciences. Vol. 3. Iss. 5 p. 1–11.

Saeed; A. B. and Ebeidalla; M. I. Evaluation of the Performance of Center Pivot Irrigation System for

Proper Irrigation Scheduling. Faculty of Agriculture, University of Khartoum, Shambat, Sudan

Sabah Almasraf, Jennifer Jury and Steve Miller. March 2011 Field Evaluation of Center Pivot

Sprinkler Irrigation Systems in Michigan, Department of Biosystems and Agricultural Engineering

Michigan State University

12

13