تجهیزات چاههای کشاورزی

چاه های کشاورزی

پژوهش های انجام گرفته نشان می دهد که از نظر سهم در مصرف انرژی بخش کشاورزی، زیربخش پمپاژ آب با سهم 24 درصدی در رده دوم قرار دارد. این در حالی است که سهم زيربخش پرورش ماکيان حدود 35 درصد می باشد. در رده هاي بعدي  نیز، زيربخش ماشين هاي کشاورزي با 21 درصد، زير بخش توليد محصولات گلخانه اي 9درصد، شيلات و آبزيان 4درصد و پرورش دام نيز سهم 3درصدي در مصرف انرژي بخش کشاورزي دارند. بنابراین میزان مصرف انرژی در پمپاژ آب(اغلب چاه های کشاورزی) حدود 10.82 میلیون بشکه در سال می باشد که با فرض قیمت 100 دلاری برای هر بشکه نفت خام، ارزش این میزان انرژی بیش از یک میلیارد دلار برآورد می شود. از طرف دیگر به دلیل هدر رفت انرژی در چاه های کشاورزی و راندمان اندک تبدیل انرژی در چاه های دیزلی(حدود 18 درصد)، سیاست انرژی کشور مایل به برقی کردن چاه های کشاورزی بوده است. این سیاست در دهه اخیر با قدرت دنبال شده است. هم اکنون کل چاه هاي مجاز برداشت آب کشاورزي ايران حدود 362784 حلقه چاه مي باشد که در انتهاي سال 1389 تعداد 173907 حلقه چاه کشاورزي برقدار شده اند. بنابراين تعداد چاه هاي ديزلي باقي مانده حدود 188877 حلقه چاه مي باشد که عموماً در نقاطي دور از خطوط انتقال برق قرار گرفته اند. از طرف دیگر به دلیل سهولت بهره گیری از برق در استحصال آب از چاه های کشاورزی و عدم کنترل بر مصرف آب و برق و قیمت پایین برق، این سیاست کارائی خود را تا حدودی از دست داده است و فشار مضاعفی را بر شبکه برق کشور وارد می نماید. همچنین دسترسی سهل تر به برق موجب بهره برداری بیش از ظرفیت از چاه های کشاورزی شده است که این مسئله نیز باعث افت سطح آب های زیرزمینی و آسیب دیدن منابع آب زیرزمینی کشور گردیده است. در این مقاله هدف این است که اولاً سیاست فعلی برقدار کردن چاه های کشاورزی مورد چالش و ارزیابی قرار گیرد و ثانیاٌ با استفاده از ابزار تحلیل یک سیاست مشخص برای بهبود راندمان و کارایی انرژی در این قسمت استخراج و ارایه شود. بسته سیاستی مذکور باید پایدار بوده و قابلیت اجرایی داشته باشد.  ميزان توسعه چاه هاي برقي کشور همانند جدول 2 بوده است. متوسط رشد سالانه چاه هاي برقدار شده کشور 8.63 درصد بوده است و به طور متوسط در هر سال 10931 حلقه چاه کشاورزي برقدار شده است.

اجزای اصلی سیستم آبرسانی چاه

سیستم چاه آب، مجموعه تجهیزاتی است که باعث پمپاژ آب از داخل چاه، رساندن به سطح زمین و در اختیار قرار دادن آن برای مصرف می شود.  بصورت کلی، هر سیستم آبرسانی چاه، دارای سه بخش اصلی است

- پمپ

- تبدیل کننده بدون چال (Pitless Adapter)

- مخزن تحت فشار

علاوه بر تجهیزات نامبرده شده، ادوات کنترلی نیز برای عملکرد مناسب و اتوماتیک سیستم در نظر گرفته می شوند. در ادامه، در مورد این تجهیزات، به تفکیک مطالبی ارائه خواهد شد.

پمپ

(Pump)

پمپ، برای انتقال آب از داخل چاه به سیستم لوله کشی خانه مصرف کننده تعبیه می شود. سایز مناسب پمپ و الکتروموتور آن به عوامل مختلفی مانند قطر چاه، سطح آب در چاه، تعداد تجهیزات موجود در سیستم لوله کشی، میزان مصرف آب و میزان تقاضای آب در زمان اوج مصرف (Peak) بستگی دارد. معمولاً اوج مصرف روزانه، در زمانهای صبح و بعدازظهر می باشد. ظرفیت پمپ ها معمولاً با واحد گالن در دقیقه (GPM) و یا گالن در ساعت (GPH) و توان الکتروموتور پمپ ها نیز معمولاً بر حسب اسب بخار (hp)  بیان می شوند. پمپ های عادی برای استفاده در چاه های خصوصی منازل، معمولاً دارای ظرفیت آبدهی 10 GPM و توان ½ یا ¾ اسب بخار می باشند.

برای مصارف بیشتر آب، مانند مصارف کشاورزی، پمپ های گرمایشی و یا دامداری ها، میزان تقاضای اوج مصرف بالاتر بوده و احتمالاً نیاز به پمپ با ظرفیت بالاتر وجود خواهد داشت. در صورتیکه میزان جریان آب مورد نیاز در زمان اوج مصرف، بیش از مقدار جریان آبدهی چاه باشد، می توان با افزایش ظرفیت مخزن تحت فشار، این کسری را جبران نمود.

انواع پمپ های چاه آب

پمپ های شناور

(Submersible pump)

پمپ های مستغرق، از متداولترین انواع پمپ های مورد استفاده جهت پمپاژ آب چاه هستند. این تجهیزات معمولاً در چاه های حفاری شده مورد استفاده قرار گرفته و دارای یک پمپ و یک الکتروموتور متصل به آن می باشند. قطر این پمپ ها معمولاً حدود 3.5 اینچ و طول آنها حدوداً بین 2 تا 3 فوت خواهد بود. این پمپ ها در داخل چاه و زیر سطح آب قرار داده می شوند (شکل - 1). پمپ های مستغرق معمولاً در چاه های با قطر بالای 4 اینچ مورد استفاده قرار می گیرند. البته برخی از انواع این پمپ ها در چاه های با قطر 3 اینچ هم قابلیت نصب دارند.

جت پمپ

(Jet Pump)

جت پمپ ها معمولاً در چاه های با قطر 3 اینچ و کمتر از آن مورد استفاده قرار می گیرند. جت پمپ ها معمولاً روی زمین، مستقیماً روی چاه و یا با فاصله ای از بالای چاه و در موتورخانه نصب شده و توسط سیستم لوله کشی به داخل چاه متصل می شوند. جت پمپ ها معمولاً دارای فشار و جریان کمتری نسبت به پمپ های مستغرق هستند. نحوه عملکرد جت پمپ ها بر اساس عبور جریان آب از یک لوله "ونتوری" (Venturi) است. لوله ونتوری، یک لوله باریک مخلوطی شکل است که با توجه به افزایش سرعت سیال عبوری از آن، باعث کاهش فشار و ایجاد مکش می شود. از این مکش ایجاد شده می توان برای کشیدن آب چاه به داخل پمپ و ارسال آن برای نقطه مصرف مد نظر استفاده نمود.

اگر جت پمپ، برای چاه با سطح آب کمتر از 25 فوت از سطح زمین مورد استفاده قرار گیرد، لوله ونتوری در داخل خود پمپ تعبیه می شود. اما برای عمق های بیشتر، مکان قرارگیری لوله ونتوری (یا جت) را گاهی در داخل آب چاه در نظر می گیرند.

نحوه و چیدمان قرارگیری جت پمپ برای چاه آب، دو الگوی کلی دارد:

- نوع دولوله ای (Two Pipe)

- نوع Packer

در جت پمپ مدل دو لوله ای، لوله فشار (برای ایجاد مکش در پمپ) و لوله مکش پمپ هر دو بصورت جداگانه در داخل چاه قرار داده می شوند. این در حالی است که در مدل Packer، تنها لوله مکش در داخل حلقه چاه قرار داشته و مایع محصور بین جداره بیرونی لوله مکش و جدار داخلی حلقه چاه، نقش لوله فشار را ایفا می کند. در این مدل، لوله مکش قرار گرفته شده در داخل چاه توسط یک وسیله مخصوص لاستیکی و یا چرمی، به جداره چاه کاملاً آب بندی می شود. این وسیله آب بندی، Packer نام دارد.

یکی دیگر از وسایل مهمی که در انتهای لوله مکش پمپ های جت در چاه های عمیق مورد استفاده قرار می گیرد، Foot Valve نام دارد. این وسیله، در واقع یک شیر یکطرفه است که در زمان روشن بودن و عملکرد پمپ چاه، امکان وارد شدن آب را به داخل لوله مکش پمپ داده و در حالتی که پمپ خاموش است، کاملاً بسته شده و اجازه ورود آب را نداده و از برگشت آب به چاه نیز جلوگیری می کند. علاوه بر این، حفره هایی در مسیر ورودی آب در Foot Valve قرار دارد که باعث می شود از ورود ذرات شن و ماسه به همراه آب به داخل سیستم پمپاژ جلوگیری شود.

نکته ای که می بایست به آن توجه شود این است که بخش قابل توجهی از سیستم پمپاژ جت پمپ، تحت مکش کار می کند. ضمناً در مواردیکه پمپ با فاصله از چاه نصب شده است، لوله مکش معمولاً دفنی کار می شود. در این حالت و در صورت وجود نشتی در لوله  مکش، احتمال ورود آلودگی به آب بسیار زیاد خواهد بود. به همین دلیل، در برخی مناطق استانداردهایی وجود دارد که الزام می کنند لوله های مکش دفنی، می بایست حتماً در داخل یک لوله بیرونی تحت فشار قرار داده شوند.

پمپ های توربینی

(Turbine Pumps)

پمپ های توربینی معمولاًبرای چاه های شهری، صنعتی و کشاورزی که نیاز به ظرفیت آبدهی بالایی دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. موتور این پمپ ها، روی چاه قرار گرفته و شفت توربین، وارد آب داخل چاه می شود. پره های توربینی نصب شده در بخش پایینی شفت، باعث مکش و سپس تخلیه آب به بیرون از چاه می شود.

پمپ سیلندری

(Cylinder Pumps)

پمپ های سیلندری، برای استفاده در تلمبه های چاه دستی و آسیابی مورد استفاده قرار می گیرند که البته اخیراً به صورت گسترده ای با جت پمپ ها و پمپ های مستغرق جایگزین شده اند. پمپ های سیلندری شامل یک قطعه سیلندری متصل به شفت هستند که با حرکت شفت به بالا و پایین، باعث حرکت و راندن آب به خارج چاه می شوند.