طرح پیشنهادی سیستم هوشمندآبیاری فضاهای سبز متعلق به شهرداري تهران

بیان مسئله و ضرورت طرح:

به دنبال گرم شدن زمین، رشد جمعیت و افزایش سرانه مصرف آب در جهان، موضوع کنترل مصرف آب در تمامی کشورها بویژه ایران  به یک ضرورت و برنامه جدی در زندگی و مدیریت کلان کشور و شهرها تبدیل شده است. این در حالی است که به دلیل تخریب شدید جنگلها، باغها، فضاهای سبز شهرها و ساخت و ساز بی رویه شهری، و نیز استفاده از پمپ های آب، برداشت آب به شدت افزایش یافته و کمبود آب در زندگی، فضای سبز شهرها، تولید کشاورزی، دریاچه ها و قطب های طبیعی و کشاورزی و… کاملا مشهود است.

از آنجا که ایران از نظر منابع آب نسبت به میانگین جهانی از محدودیت بیشتری برخوردار بوده و میانگین بارندگی آن حدود یک‌سوم میانگین جهانی و تبخیر آن سه‌برابر میانگین جهانی بوده،همچنین کاهش بارندگی در دوره های اخیر، وضعیت منابع آبی بخصوص آبهای سطحی و جاری را تضعیف و نامطمئن ساخته است.بنابراین اجرا و تدوین یک سیاست گذاری و سرمایه گذاری ملی برای حفظ پایداری منابع آب در کشور بسیار ضروری و اجتناب ناپذیر است، در غیر این صورت کشور در بخش منابع آبی دچار بحران خواهد شد.(كه اكنون شده است)

از طرفی احداث فضای سبز یکی از مصداق‌های مهم توسعه شهری است. در دنیای صنعتی و مکانیزه امروزی، درختان شریان‌های حیات شهرها بوده و احداث فضاهای سبز برای سلامت روحی و جسمی جامعه، ضروری است. در حقیقت فضاهای سبز ریه های تنفس شهرها به شمار می آیند.نگهداری این فضاها یکی از اصول اساسی در مدیریت فضای سبز محسوب شده که در این میان آبیاری یکی از نیازهای اولیه و اساسی در نگهداری می باشد.

حال استفاده از روش های نوین و پیشرفته آبیاری به عنوان روشی موثر و ضروری می تواند در کاهش مشکل بحران کم آبی و اثرات خشکسالی در مناظر شهری مفید بوده و با جلوگیری از هدررفت آب های موجود به بهترین روش آبیاری فضاهای سبز دست یابد.در این راستا طرح هوشمندسازی سیستم های آبیاریمی تواند راه حلی ایده آل تر برای نظارت بر نیازهای آبیاری و اثربخشی حداکثری در شیوه آبیاری در این بحران کم آبی فعلی ارائه دهد.

در بیان اهمیت موضوع مورد اشاره، همین بس که به چشم انداز توسعه بلند مدت شهر تهران اشاره شود که مبتنی بر آرمان هایی مانند “تهران؛ شهری دانش پایه، هوشمند و جهانی. و یا تهران؛ شهری سرسبز و زیبا، شاداب و سرزنده با فضاهای عمومی متنوع و گسترده” در نظر گرفته شده است.

همچنین در “طرح جامع آب خام شهر تهران (از نمونه طرح های پژوهشی سازمان پارک ها) که در رابطه با طراحی و اجرای شبکه های آبرسانی فضای سبز در کل مناطق 22 گانه شهرداری تهران می باشد، اهداف اصلی زیر متصور است:

  • افزایش راندمان آبیاری
  • استفاده بهینه از منابع آب
  • استفاده از روش های نوین آبیاری و افزايش بهره وري

 لایحه این طرح در شورای اسلامی شهر تهران تایید گردیده است و با اجرای آن مشکل آبیاری فضای سبز و استفاده بهینه از منابع آب برطرف خواهد شد.

از دید آمار و اطلاعات ،جمعیت کلان شهر تهران حدوداً 8.5 میلیون نفرمی باشد که دارای مشخصات فضای سبز زیر است :

  • سرانه فضای سبز در این شهر تا پایان سال 1391 به 15 متر مربع رسید.
  • فضای سبز درون شهری در کل مناطق 22 گانه شهر تهران در سال 1391 به مساحت 399,470,125 رسیده که از این مقدار،997,975, 28آن مربوط به 2008 بوستان شهری (در سطوح محلی، منطقه ای و فرامنطقه ای) تهران می باشد.

اهمیت نگهداشت فضای سبز برای کلان شهر آلوده و نیز در کنار آن نیاز به صرفه جویی آب در حد امکان از نیازهای حال و آتی شهر و به تبع آن شهرداری تهران می باشد.

در ادامه به اشکالات موجود آبیاری فضاهای سبز و راه کار پیشنهادی و فواید آن اشاره می شود.

اشکالات موجود در آبیاری فضاهای سبز شهری:

  • نگهداری از فضای سبز با روشهای متداول آبیاری علاوه بر اینکه کار آسانی نیست بلکه بسیار پرهزینه و زمان بر است.
  • بخشی از  مشکل آبیاری فضای سبز شهر تهران مربوط به روش آن است. درحال‌ حاضر آبیاری بخش قابل‌ توجهی از فضای سبز تهران به روش سنتی و باکمک نیروی کارگری انجام می‌شود. ازآنجایی که بازدهی این روش کمتر از  ٣٠‌ درصد  است ، حجم قابل ‌توجهی از آب مورد استفاده هدر رفته وتلف می‌شود.
  • میانگین سالانه سرعت باد درتهران نزدیک به ١٠ کیلومتر درساعت وحداکثر ماهانه آن به ١٥ کیلومتر در ساعت نیز می‌رسد . این عامل با لحاظ‌ کردن بیش از دو هزار و ٥٠٠ میلی‌متر تبخیر سالانه ، شرایط را برای آبیاری به روش بارانی ، که به ‌وسیله آب‌پاش هایی که در سطح شهر وپارک‌ه انصب ‌شده است ، انجام می‌شود ، دشوار می‌کند . باوجود این ، اغلب دیده می‌شود که در ساعات گرم نیمروز یا روزهایی که باد می‌وزد ، آبپاش‌ها یی که با ارتفاع نامناسبی نصب شده‌اند ، درحال کار بوده و به ‌این ‌ترتیب آب و انرژی قابل ‌توجهی را هدر می‌دهند . همچنین با توجه به اینکه مرز فضای سبز و خیابان ، یکی از محل‌های هدر رفت آب است ، حاشیه فضاهای سبز خیابانی در مواقع آبیاری خیس بوده و آب در بزرگراه‌ها و خیابان‌ها جاری می‌شود .
  • آیباری به شیوه سنتی  5  دهه قبل انجام می شود وهدررفت آب به صورت بسیار مشهود و عدم نظارت برشیوه عملکرد .
  • زمان نامناسب جهت آب یاری از نظر گیاهان ونیز حضور مردم در بوستانها
  • کمبودن استقبال عمومی به دلیل نا مطلوب بودن  (مرطوب بودن ) فضاهای سبز درساعات امکان حضور مردم درپارکها
  • عدم توجه به وضعیت رطوبت زمین ونیاز گیاهان به آب وآبیاری بیحاصل و یا مضر.
  • بالا بودن هزینه قراردادها ی شهرداری ها وشرکتهای خصوصی جهت نگهداری وآبیاری.
  • شیوه ، ساعت و میزان آبیاری فضاهای سبز و بوستانها بستگی مستقیم به خلقیات آنروز پرسنل شهرداری و یا شرکتهای مجری نگهداری پارکها دارد . به همین دلیل برای بخشهای مختلف پارک با خاک ، کود وآب و هوای یکسان ولی پرسنل مختلف ، میزان سرسبزی و رشد گیاهان متفاوت است . که البته هیچکدام از روشهای مورد استفاده علمی واز نظر محیطی تایید شده نمی باشند.
  • عدم تحصیلات و یا دستورالعمل های مدون و یا آموزش علمی برای نحوه صحیح آبیاری واستفاده از این منبع مهم ملی .
  • در ایام گرمتر سال مانند تابستان، در شرایط طبیعی، میزان آب دریافتی خاک از طریق بارندگی، کمتر از میزان آبی است که خاک از دست می دهد. بنابراین همیشه در نظر گرفتن یک سیستم جامع آبیاری بویژه برای ماه های گرم سال ضروری می نماید در صورتی که نحوه آبیاری فضاهای سبز شهری ما خیلی به این مسئله توجهی ندارد.
  • فرایند تعرق از طریق گیاهان یکی از طرق هدر روی آب در هر منظر به شمار میرود. تعرق در شرایط نور شدید، دمای بالا، رطوبت کم هوا و جریان سریع هوا افزایش می یابد.در سطوح سبز مناظر شهری ما، نه تنها این پارامترها بصورت دقیق و منظم اندازه گیری نمی شود بلکه در شیوه، زمان و مقدار آبیاری این سطوح نیز به درستی لحاظ نمی گردد.
  • هنگامی که کاشت در مقیاس وسیع یا در مکان هایی که دستیابی به انها دشوار است مورد نظر باشد، باید نصب یک سیستم آبیاری جامع را در نظر داشت.

مزایای استفاده از سیستم هوشمند آبیاری:

  • نظارت و کنترل به صورت دائمی (شبانه روزی)و اتوماتیک بر آبیاری
  • سرعت و دقت بالاتر در استفاده از سیستم هوشمند آبیاری به جای استفاده از سیستم سنتی
  • انعطاف پذیری این نوع سیستم ها با شرایط گوناگون توپوگرافی زمین و منطبق شدن با نوع نیاز گیاه در مصرف آب
  • کنترل اسپیرینکلرهای (آبپاش ها) نصب شده در سیستم قطره ای، بارانی و… در فضاهای سبز
  • ارتباط با سیستم هوشمند بدون محدودیت در مساحت و هکتار زمین یا باغ تحت پوشش
  • بدون محدودیت در استفاده از سیستم، به دلیل استفاده آسان در کنترل، برنامه ریزی و تنظیم برنامه زمان بندی آبیاری و.. برای کاربر بدون نیاز به تخصص و آموزش خاص
  • اجرای دستورات تعیین شده برای سیستم، از راه دور و بدون نیاز به حضور فیزیکی در محل
  • تنظیم زمان ورود و خروج آب (ساعات شروع و اتمام آبیاری) در فضای سبز، میزان ورود آب و…
  • تنظیم همزمان و خودکار آبیاری برای چندین واحد فضای سبز با مساحت و موقعیت مکانی متفاوت از یکدیگر (دارای سیستم کنترل مرکزی)
  • اندازه گیری پارامترهای بستر گیاه مانند رطوبت خاک و… و تاثیر آن در میزان ، شیوه و ساعات آبیاری
  • آبیاری بر اساس محاسبه تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه در روزها و یا ماه های مختلف سال که با توجه به درجه حرارت، سرعت، شدت و جهت باد، ساعات آفتابی، میزان بارندگیانجام می گیرد.
  • هوشمند سازی سیستم آبیاری در تمامی فضاهای سبز شهری مانند بوستانهای شهری، میادین، بلوارها، بوستان های جنگلی، جنگل کاری، رفیوژها، درختان معابر و لچکی ها و حاشیه ها، باغ ها و نیز فضاهای سبز کلی و پراکنده امکانپذیر می باشد.
  • قابلیت پیاده سازی طرح هوشمند سازی علاوه بر آبیاری فضاهای سبز شهری، بر روی سایر تجهیزات آبی موجود (مانند ایستگاه های پمپاژ، آب نماها و آبشارهای موزیکال و..) و مدیریت و کنترل آنها
  • آبیاری در ساعات مورد نظر و تعیین شده روز (حتی برای چندین نوبت)
  • جلوگیری از آبیاری بیش از نیاز آبی گیاهان و یا سرانه آب موجود
  • راهنمای کاربری ساده سیستم هوشمند بدون نیاز به تخصص و آمادگی قبلی. در استفاده از سیستم، محدودیتی برای کاربر وجود ندارد چراکه به دلیل استفاده آسان در کنترل، برنامه ریزی و تنظیم برنامه زمان بندی آبیاری و.. نیاز به تخصص و آموزش خاصی در این زمینه نیست.
  • امکان مشاهده عملکرد سیستم و تجزیه و تحلیل، بررسی و گزارش گیری از کلیه پارامترهای متغیر، داده های آماری و اطلاعات سیستم با کمک نرم افزار (طراحي شده هوشمند سازي)
  • انعطاف پذیری در نصب و اتصال این سیستم هوشمند بر روی انواع سیستم های آبیاریپرفشار موجود در محل
  • دارای تقویم ماهانه و سالانه جهت تنظیم برنامه زمانبندی کوتاه/بلند مدت برای آبیاری. این سیستم قابلیت برنامه ریزی سالیانه، فصلی، هفتگی، روزانه و حتی در ساعات خاصی از شبانه روز را برای آبیاری فضاهای سبز مورد نظر دارا می باشد.
  • اجرای سیستم بدون نیاز به انجام عملیات عمرانی خاص و هزینه بر
  • مدیریت مستقیم تمامی فضاهای سبز تحت پوشش سیستم بطور مستقیم توسط کاربر
  • بیشترین بهره وری در آبیاری فضای سبز تحت پوشش سیستم با استفاده از کمترین نیروی انسانی
  • امکان افزایش قابلیت ها و یا تغییر اختیارات سیستم هوشمند به انتخاب کاربر مانند افزایش و یا کاهش تعداد ایستگاه های آبیاری
  • قابلیت کنترل مسیرهای آبیاری، پمپ ها و… وامکان اطلاع از خطاهای موجود در فرآیند آبیاری از قبیل شکستگی لوله ها، روشن نشدن پمپ ها، اشکال در نازل ها و.. از طریق نصب سنسور
  • ایجاد برنامه آبیاری انعطاف پذیر نزدیک به آبیاری مطلوب

تجهیزات مورد نیاز جهت پیاده سازی سیستم  هوشمند  آبیاری فضای سبز و بوستانها:

  1. سنسور تشخیص میزان رطوبت خاک و آب
  2. سنسور تشخیص میزان روشنایی محیط
  3. سنسور تشخیص دمای محیط
  4. شیر برقی آب قابل اتصال به خروجی PLC  واتصال به ورودی سیستم آبیاری موجود
  5. Programming Language Control (PLC) و کنترلر با :
    1. 10 ورودی آنالوگ
    2. 7 ورودی دیجیتال
    3. 10 خروجی آنالوگ 0 تا 24 ولت
    4. 7 خروجی دیجیتال  (0 و 1) رله  0 تا 24 ولت و 1 تا 10 آمپر
    5. قابل ارتقاء تا 256 ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال
  6. سیستم دریافت کننده SMS پیش بینی وضع هوا ئ متصل به سیستم کنترلر
  7. سیستم برنامه ریزی شده تشخیص روزهای تعطیل
  8. سیستم تشخیص فصل ها
  9. سنسور تشخیص فشار آب ورودی به سیستم آیباری

نکته : 

  • جهت استفاده از سیستم آبیاری هوشمند ، از لوله کشی های موجود ( شیلنگ، نازل و… ) و سنسورهای آن استفاده می شود و نیازی به پیاده سازی سیستم آبیاری به صورت مجذا و جدید  نمی باشد .
  • جهت اجرای سیستم هوشمند  نیازی به نصب کامپیوتر نمی باشد و کل سیستم هوشمند  و سنسورهای آن توسط کنترلر مقاوم در برابر عوامل مختلف جوی اجراء می شود.
  • تجهیزات کنترلی در فواصل مشخص در فضاهای سبز نصب می شوند و اطلاعات مربوطه به سنسورها از طریق زیر ساختهای مخابراتی و یا با سیم مقاوم در برابر فرسایش و کشش ، مستقیماً به کنترلر متصل می شود.
  • شیر های برقی دارای استپ های 0 تا 10 می باشد که به تناسب برنامه ریزی انجام شده خروجی کنترلر، به صورت اتوماتیک میزان آب و زمان باز بودن شیر برقی مورد نیاز در خروجی را تامین می کند.
  • سیستم کنترلر متصل به یک Human Machine Interface(HMI)  می باشد.

نتایج حاصله از هوشمند سازی سیستم آبیاری فضای سبز و بوستانها:

  • صرفه اقتصادی در بلند مدت به دلیل کاهش چشمگیر در برخی هزینه ها
  • حذف خطاهای نیروی انسانی در انجام برخی اقدامات محوله مربوط به آبیاری فضاهای سبز شهری مانند: تعلل و تاخیر، کاستی ها و نواقص، نحوه انجام به شکل غیر علمی و غیرتخصصی، گاها رفتار غیرمسئولانه و غیر دلسوزانه و..
  • با تامین به موقع و به اندازه نیاز آبی گیاهان، در نتیجه سرسبزی و طراوت پوشش های گیاهی را خواهیم دید و به دنبال آن اثرات مطلوب و خوشایند بر روی جسم و روان استفاده کنندگان از این فضاهای سبز شهریغیر قابل انکار است.
  • با کمک هوشمند سازی سیستم آبیاری، مشکلات و اتلاف آب توسط خطای انسانی حذف شده و باعث افزایش بهره وری نیروهای باغبان در فضاهای سبز وسیع خواهد شد.
  • صرفه جویی در هزینه و میزان  آب مصرفی ، انرژی و  زمان
  • مدیریت زمان و کاهش چشمگیر زمان آبیاری
  • عدم نیاز به حضور باغبان جهت آبیاری
  • صرفه جویی مستقیم در آب و مدیریت منابع آبی در آبیاری فضاهای سبز شهری
  • کاهش هزینه های نیروی انسانی و ترابری در اثر حذف بازدیدهای بی مورد، آبیاری با تانکر و یا توسط نیروی کارگر و..
  • فراهم آمدن امکان مدیریت مصرف انرژی و بهینه سازی مصرف آن
  • کاهش قابل توجه استهلاک تجهیزات، تاسیسات و ادوات آبیاری و هزینه های تعمیر و نگهداری

و در نهایت کمک به کمتر هدر رفتن آب در سطح بسیار گسترده و افزایش شادابی و فضای سبز در سطح پایتخت باشد .این مهم  می تواند الگوی مناسبی برای نحوه نگرش و تبدیل  سیستم آبیاری ستنی به آیباری هوشمند در  سایر شهرهای کشور بخصوص شهرهای حاشیه کویر که دارای  سرسبزی و آب کمتر می باشند نیز می تواند قرار گیرد.