نمذجة التصمیم والإدارة الأمثلین لنظم الری المصغرة

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 أستاذ الهندسة الزراعیة – قسم الأراضی – کلیة زراعة سابا باشا – جامعة الإسکندریة

2 باحث أول بمعهد بحوث الهندسة الزراعیة – وزارة الزراعة – الدقی – الجیزة – مصر.

3 باحث بمعهد بحوث الهندسة الزراعیة – وزارة الزراعة – الدقی – الجیزة – مصر.

المستخلص

الهدف من هذا البحث هو خفض التکالیف الکلیة لوحدات الری المصغر من خلال تطویر نموذج للتخطیط والتصمیم والإدارة الأمثلین وتقلیل التکالیف، وقد تم استخدام بحوث العملیات کتطبیق لحل هذه المشکلة وذلک من خلال تحدید دالة الهدف وهی تقلیل التکالیف الکلیة والتی تشتمل تکالیف المعدات والأجهزة وتکالیف التشغیل السنویة نتیجة لمجموعة من القیود التی تنظم عملیات التخطیط والتصمیم والتشغیل. وقد تم الاستعانة بوسیلة حل نماذج بحوث العملیات الغیر خطیة الملحقة ببرنامج إکسیل، وقد تم التوصل للحلول المختلفة لدالة الهدف وتحقیق القیود المحددة بکفاءة عالیة ونسبة خطأ منخفضة (1x 10-6). ونموذج التخطیط یعتمد على أن مصدر المیاه عند أی من أرکان نظام الری یمتد من الخط الرئیسی لیغذی مجموعة من الخطوط التحت رئیسیة العمودیة علیه یقوم کل منها بتغذیة وحدتین ری على الجانبین وبذلک یکون عدد وحدات الری الموازیة للخط الرئیسی مساوی ضعف عدد الخطوط التحت رئیسیة وتعمل هذه المجموعة کوحدة تتکرر هذه الوحدات على طول الخطوط التحت رئیسیة ومن تقاسیم هذه الوحدات یتم تحدید عدد المناوبات. وبناء على هذا التخطیط یتم التصمیم الهیدرولیکی للنظام حیث یتم تحدید أطوال الخطوط الفرعیة والموزعات وبالتالی التصرفات ومن انتظام توزیع المیاه المطلوب یتم تحدید أقصى واقل ضغط داخل وحدات الری یتم توزیع هذا الفاقد فی تصمیم أقطار الأنابیب سواء للتوزیع أو التوصیل داخل وحدة الری. أما أقطار الخطوط التحت رئیسیة والخط الرئیسی یتم تصمیمهما على أساس فواقد مقدارها 15% من ضغط التشغیل الأسمى للمنقطات وعلى التصرف المستخدم طبقا لعدد وحدات الری التی تعمل معا وعلى المناوبات المختلفة. الخطوة التالیة یتم حساب قدرة المضخة بناء على الضاغط الدینامیکی الکلى وتصرف عدد وحدات الری التی تعمل معا. وبعد ذلک یتم حساب التکالیف مع التقید بالشروط التی تحقق دالة الهدف فی حساب اقل التکالیف الذی یستوفى الشروط الخاصة بالتشغیل والتصمیم والتخطیط. ومع تحقیق دالة الهدف تظهر رسالة مفادها تحقیق کل القیود والوصول إلى حل وهو اقل تکلفة کلیة ومقدارها مع متغیرات النظام الأخرى من تخطیط (عدد وحدات الری ومساحتها، عدد الخطوط التحت رئیسیة وعدد خطوط الری وعدد الموزعات هذا بالإضافة إلى أطوال وأقطار کل هذه الأنابیب) وإجمالی  المعدات المطلوبة وکمیاتها ونسبتها المئویة من التکلفة الکلیة وعدد وحدات الری التی تعمل معا وعدد المناوبات وتصرف المنقطات المتوسط وضغط التشغیل المتوسط واعلی واقل ضغط على وحدات الری وقدرة المضخة المطلوبة وتکلفة الطاقة اللازمة لتشغیل النظام والسعة الکلیة للنظام. ومن خلال دراسة حالة، تم تقدیر اقل تکالیف کلیة لتشغیل نظم الری المصغر لمساحات تتراوح من 15 إلى 92 فدان حسب قیود وشروط مسبقة وتم استنتاج أن اقل تکلفة کلیة لوحدة المساحة (فدان) حوالی 2917، 2955، 3184، 3262 جنیه/فدان للمساحات التالیة على الترتیب 92، 43، 22، 15 فدان، وهذه التکلفة عند تشغیل 9، 6، 4، 3 مناوبات على الترتیب للمساحات السابقة. أی أن التکلفة الکلیة تقل بشکل عکسی بالنسبة لزیادة المساحة مع تطبیق نظام المناوبات. تختلف النتائج وبشکل جذری عند تطبیق نظام المناوبة الواحدة (تروى المساحة الکلیة دفعة واحدة) إذ بلغت التکلفة الکلیة 6108، 5286، 4873، 4691 جنیه/فدان وذلک لنفس ترتیب المساحات السابقة. ومن خلال هذا البحث تم دراسة تأثر انتظام توزیع المیاه على التکلفة الکلیة، حیث اظهرت النتائج ارتفاع التکلفة مع زیادة انتظام توزیع المیاه. ومن خلال النتائج المستنتجة من هذا البحث نوصى بتطبیق الأمثلة فی تصمیم نظم الری الحدیث وذلک لخفض تکالیف الإنشاء والتشغیل.

الموضوعات الرئيسية

المراجع

Dandy, G. C., and A. M. Hassanli (1996). Optimum design and operation of multiple subunit drip irrigation systems. J. of  irrig. And drain. Eng. ASCE, 122 (5).265-275.
Dandy G. C., Simpson, A. R., and Murphy, L. J. (1993). A review of pipe network optimization techniques. Proc., Watercomp 93, 2nd Australian Conf. on Tech. Computing in the water industry,  Instn . of Engrs., Canberra, Australia.
El-Bahrawy, A. N., and Smith, A. A. (1985). Application of MINOUS to water collection and distribution networks. Civ. Eng. Sys., 2(1).
Goehring, L. D. (1976). Optimization of trickle irrigation system design. Unpublished  M.Sc. Thesis, Colorado State U., Fort Collins, Colo..
Hassanli , A. M., and Dandy, G. C. (1995). Least cost layout model for pressure irrigation system using genetic algorithms. Proc., Regional Conf. on water resource Management (WRM` 95 ). Isfahan Uni. Iran.
Holzapfel, E. A., Marino, M. A., and Valenzuela, A. (1990). Drip irrigation  nonlinear optimization model. J. irrig. and Drain. Eng. ASCE, 116(4), 479-496.
Keller, J. and Karmeli, D. (1975). Trickle irrigation design. Rainbird Sprinkler Manufacturing Crop., Glendora, Calif..
Keller, J. and R. D. Blusner, (1990). Sprinkler and Trickle irrigation. An avi. Book, Champman & Hall N.Y. 629 PP.
Loubser, B. F., and Gessler, J. (1990). Computer aided optimization of water distribution networks. The Civ. Eng. in south Africa.
Morimoto, T, Y. Ouchi, M. Shimizu and M. S. Balch (2007). Dynamic optimization of watering Satsuma mandarin using neural networks and genetic algorithms. Ag. Water Management, 93, 1-10.
Oron , G., and Karmeli, D. (1979). Procedure for the economical evaluation of water networks parameters. Water Resource Bull., 15(4), 1050 -1059.
Oron, G. (1982). Technical and economical consideration in the design of permanent conduit irrigation systems: A case study. Agric. Water management, 5(1), 15-27.
Oron, G.,and Walker, W. (1981). Optimal design and operation of permanent irrigation system. Water Resou. Res., 17 (1), 11-17.
Quindry, G. E., Brill, E. D., and Liebman, J. C. (1981). Optimization of looped water distribution systems. J. irrig. and Drain. Eng . ASCE, 107(4), 665-679.
Raju, K. Spinivasa and D. Nagesh Kumar (2004). Irrigation planning using Genetic Algorithm, Water Resources Management. 18: 163 – 176.
Saad and Marino (2002). Optimal design of micro irrigation system in sloping lands. J. irrig. and Drain. Eng ASCE, 128, 116 -124.
Sharaf, G. A. (1996). Optimal design of trickle irrigation submain unit. Misr J. AG. Eng., 13 93): 501-515
Soil conservation service (SCS), (1984). Trickle irrigation, US dept. of Agric. National Eng. Handbook. Ch(15), Sec(15).

ملفات

شارك

إرسال الاستشهاد إلى

الإحصائيات