به‌هنگام‌سازی سند ملی آب کشاورزی از طریق ایجاد و استقرار سامانه بهره‌وری آب کشاورزی (سباک)
سامانه بهره‌وری آب کشاورزی، مجموعه نرم‌افزاری یکپارچه، منسجم و در عین حال کاربردی و برخط (online) است که شامل بانک داده پویا با قابلیت به‌روزرسانی، مجموعه مدل‌های شبیه‌سازی برآورد نیاز آبی و برنامه‌ریزی آبیاری ، رابط گرافیکی کاربرپسند و ابزار نمایشگری برای ارائه داده‌ها و اطلاعات و نتایج شبیه‌سازی (بصورت نقشه، نمودار و جدول) می‌باشد. این سامانه که بدلیل قابلیت نمایش وضع موجود و پیش‌بینی وضع آتی، تحت‌تاثیر تصمیم‌های مدیریتی و عوامل اقلیمی است، ابزاری کاربردی برای مدیران به‌منظور ارتقای توان تصمیم‌گیری ایشان در مدیریت منابع آب و سازگاری با کم‌آبی می‌باشد و توسط شرکت مهندسین مشاور هیدروتک توس در استان‌های خراسان شمالی، رضوی و جنوبی و استان خوزستان انجام شده است.
1. شرح تجربه:
بزرگترین مصرف‌کننده منابع آب در دنیا، بویژه در کشورهای دارای اقلیم خشک و نیمه‌خشک، بخش کشاورزی است. اهمیت استراتژیک تولید غذا و دستیابی به امنیت غذایی، بر کسی پوشیده نیست؛ و بخشی از این مسئولیت بر دوش کشاورزان قرار دارد. در حقیقت ظرفیت بخش کشاورزی برای تولید غذا (زمین، آب، کشاورزان و تجهیزات) باید در ترازی حفظ گردد که در صورت وقوع تهدیدات خارجی، این بخش بتواند امنیت غذایی کشور را تأمین نماید.
گلوگاه تولید کشاورزی در ایران، محدودیت منابع آب است. بنابراین در مدیریت کشاورزی، مدیریت آب دارای اولویت اول می‌باشد. اما چگونه می‌توان به مدیریت صحیح آب کشاورزی دست یافت؟ در پاسخ به این پرسش، باید به این نکته توجه نمود که مدیریت کشاورزی چند سطحی و چند بُعدی است. چندسطحی، یعنی از سطح کرت و مزرعه تا دشت یا شبکه آبیاری و تا محدوده‌های سیاسی (استان و کشور)؛ و چند بُعدی، یعنی توجه همزمان به آب، خاک، بذر و گیاه، مکانیزاسیون، آفات و بیماری‌ها، و غیره. بدین لحاظ مدیریت کشاورزی امری پیچیده است؛ و مدیر کشاورزی از طرفی باید به «پایایی منابع آب و خاک» توجه نماید، و از طرف دیگر به «بهره‌وری کامل» در سطوح مزرعه، محلی، منطقه‌ای و کشوری بپردازد؛ در حالیکه همزمان بایستی «استراتژی‌ها و سیاست‌های ملی» را نیز مد نظر داشته باشد. در عین حال این حقیقت نبایستی مورد غفلت قرار گیرد که مزرعه واحد بنیادین تولید کشاورزی است. به عبارت دیگر، پیاده‌سازی تمامی موارد پیش‌گفته، در عرصه مزرعه وقوع می‌یابد.
با توجه به نقش کلیدی کشاورزی در حفظ امنیت غذایی کشور، سامانه سباک به منظور حفظ پایداری منابع آب و خاک و با هدف افزایش بهره‌وری در تولیدات گیاهی طراحی شده است و از اینرو، ابزاری برای تصمیم‌گیری کشاورزان و مدیران کشاورزی از سطح مزرعه تا استان و کشور می‌باشد؛ و به ایشان امکان می‌دهد تا قبل از اخذ تصمیم نهایی، سناریوهای خویش را در این سامانه بیازمایند. بدیهی است هر کدام از ایشان به تناسب موقعیت خود، اهداف متفاوتی را دنبال می‌کنند.
زیربنای سباک، محاسبات نیاز آبی واقعی گیاهان است. برای این منظور، سباک داده‌های بارش و دما را از ایستگاه‌های موجود (بطور روزآمد) دریافت کرده و آنها را پهنه‌بندی می‌نماید. سپس، نیاز آبی را در هر نقطه‌ای با استفاده از داده‌های پهنه‌بندی شده، برآورد می‌نماید. گرچه انتخاب گیاهان و سایر پارامترهای مدیریتی با کاربر می‌باشد، اما نرم‌افزار دارای زیربخش محاسبات هزینه/درآمد و ابزار بهینه‌سازی است که کاربر به کمک آن می‌تواند بهترین بهره‌وری را جستجو نماید.
در محیط نرم‌افزار سباک، با آزمون و خطا و یا بهینه‌یابی، کشاورز می‌تواند «بهترین برنامه/الگوی کشت» خویش را و مدیر می‌تواند «بهترین سیاست‌های تشویقی یا بازدارنده» را بیابد. وقتی کشاورزی با محدودیت‌های تأمین آب مواجه گردد، سباک «بهترین تخصیص آب به گیاهان کشت شده» را (برای حداقل‌سازی خسارت) پیشنهاد می‌دهد.
نسخه در حال ارتقاء سباک، برای محاسبه نیاز آبی واقعی گیاهان و برآورد اثر تنش‌های آبی بر تولید گیاهان، از ابزار آکوا-کراپ فائو بهره جسته است. این ابزار در طول فصل رشد گیاهان، رطوبت و شوری خاک را نیز محاسبه می‌نماید. در تخصیص منابع محدود آبی به گیاهان، چه در آغاز فصل رشد و چه در طی آن، ابزار بهینه‌سازی بسیار کامل‌تری تعبیه شده که علاوه بر سود، تناوب زراعی، رشد شوری خاک، عدم قطعیت قیمت فروش و برخی عوامل دیگر را نیز مورد توجه قرار می‌دهد. حتی قابلیت افزودن ضرایب برای محصولات استراتژیک و/یا متناسب با اقلیم در نسخه‌ی ارتقاء یافته نرم‌افزار فراهم شده است.
عملکرد سامانه سباک:
- دارای بانک داده‌های کشاورزی (سطح زیرکشت، هزینه، قیمت و ... محصولات زراعی و باغی استان، و ...).
- دارای بانک جامع داده‌های گیاهی محصولات زراعی و باغی
- دارای بانک داده‌های انواع ایستگاه‌های هواشناسی
- پهنه‌بندی بارش، دما و تبخیرتعرق پتانسیل
- برآورد نیاز آبی محصولات کشاورزی در سطح مزرعه با مشخص نمودن موقعیت مزرعه و روستای مورد نظر و کمک به برنامه‌ریزی آبیاری کشاورزان و امکان مقایسه نیاز آبی ترکیب‌های کشت مختلف با موجودی آب در دسترس
- مقایسه نیاز آبی محصولات کشاورزی با میزان آب موجود (برداشت از منابع آب) در سطح مزرعه یا منطقه (به تفکیک شهرستان، محدوده مطالعاتی و ...)
- محاسبه بهره‌وری فیزیکی (کیلوگرم بر مترمکعب) برای هر محصول و بهره‌وری اقتصادی (ریال بر مترمکعب) برای ترکیب محصولات زراعی و باغی
- ارائه ترکیب کشت بهینه اقتصادی با لحاظ نمودن محدودیت آب قابل تخصیص
- قابلیت تهیه گزارشهای متنوع مدیریتی (از داده‌ها و اطلاعات پایه و یا نتایج حاصل شده) در قالب ارائه نمودارها، جداول، نقشه و ...، بطور خودکار (برای مثال تولید خودکار سالنامه آماری کشاورزی)
- قابلیت توسعه بانک اطلاعات کشاورزی (دامی، بیماری‌ها، ...) و نیز قابلیت عمل در قالب سیستم اطلاعات مدیریتی برای صدور هشدار/اخطار بصورت خودکار
2. زمان و موقعیت جغرافیایی:
براساس توافقات صورت گرفته با سازمان جهاد کشاورزی استان‌های خراسان شمالی (سال 1395)، رضوی (سال 1397) و جنوبی (سال 1395) و همچنین سازمان آب و برق استان خوزستان (سال 1396)، مطالعات به‌هنگام‌سازی سند ملی در سطح این چهار استان انجام و سامانه بهره‌وری آب کشاورزی با محوریت افزایش بهره‌وری آب همراه با ارائه الگوی کشت بهینه تهیه و جهت بهره‌برداری در اختیار کارکنان این سازمان‌ها قرار گرفت. امید است با درنظرداشتن کمبود منابع آبی در ایران و توزیع نامناسب زمانی و مکانی بارندگی در کشور و همچنین با علم بر اینکه کشاورزی بیشترین سهم مصرفی از منابع آب را دارد، بتوان با ترویج سامانه بهره‌وری آب کشاورزی، حداکثر صرفه‌جویی در مصرف آب را در بخش کشاورزی دنبال نمود.
3. تبیین مسائل و چالش‌های پروژه:
برخی از اهم چالش‌های پروژه به شرح زیر می‌باشد:
- صرف مدت زمان زیاد برای اخذ اطلاعات از سازمان جهاد کشاورزی و شرکت آب‌منطقه‌ای در هر سطح مورد مطالعه
- وجود نقصان‌های کمی و کیفی در اطلاعات اخذ شده
- نوآوری و پیچیدگی ذاتی تهیه سامانه سباک برای نخستین بار
4. مراحل اجرا:
جمع‌آوری داده و اطلاعات هواشناسی،کشاورزی، منابع و مصارف آب
- لایه اطلاعات مکانی ایستگاه‌های سینوپتیک و کلیماتولوژی سازمان هواشناسی و ایستگاه‌های باران‌سنجی و تبخیرسنجی وزارت نیرو
- دریافت داده‌های روزانه ایستگاه‌های سینوپتیک و کلیماتولوژی شامل داده‌های روزانه بارش، دمای هوا (حداقل، متوسط، حداکثر)، دمای نقطه شبنم، تابش آفتابی، رطوبت نسبی (حداقل، متوسط، حداکثر) ، جهت و سرعت باد و تبخیر از تشت از بدو تأسیس تا آخرین سال آماری موجود.
- دریافت داده‌های بارش و دما (حداقل، متوسط، حداکثر) در مقیاس روزانه و ماهانه در ایستگاه‌های تبخیرسنجی و باران‌سنجی از بدو تاسیس تا آخرین سال آماری موجود.
- جمع‌آوری اطلاعات الگوی کشت، تاریخ کشت، مراحل فیزیولوژیکی گیاه، ضرایب گیاهی، ارتفاع گیاه، عمق ریشه، شوری قابل تحمل، میزان تولید و عملکرد، هزینه کاشت، داشت و برداشت، درآمد حاصل از برداشت، قیمت آب مصرفی و ...
- لایه اطلاعات مکانی منابع آب سطحی و زیرزمینی شامل رودخانه، نهر، موتورپمپ، سد، چشمه، قنات و چاه
- جمع‌آوری اطلاعات توزیع زمانی و مکانی و تعیین حجم بهره‌برداری از منابع آب در مصارف کشاورزی
- انجام پیمایش و بازدیدهای میدانی به‌منظور تدقیق و تکمیل اطلاعات
ارزیابی مدل‌ها و روش‌های برآورد نیاز آبی گیاهان
- ارزیابی روش‌های برآورد تبخیرتعرق مرجع
تدوین مدل مفهومی و تهیه بانک اطلاعات مکانی
- ایجاد مدل مفهومی سامانه بهره‌وری آب در محیط Gis
- ایجاد بانک اطلاعات شامل تهیه ساختار کاربری، اطلاعاتی و نصب پایگاه اطلاعات بر روی سرورهای موردمظر کارفرما
برآورد نیاز آبی خالص
- بررسی و برآورد بارش موثر در منطقه
- تعیین مقدار آب مورد نیاز برای آبشویی و خاکاب
برآورد نیاز آبی ناخالص
- تخمین راندمان آبیاری
برنامه‌ریزی آبیاری
- ارائه برنامه آبیاری قبل از فصل بر مبنای اطلاعات پیش‌بینی شده و اطلاعات سری زمانی جمع‌آوری شده در هر مقیاس زمانی ممکن.
- تحلیل عملکرد محصولات
- بررسی سناریوهای کمآبیاری
- بررسی سناریوهای آبشویی
- بررسی سناریوهای تغییر الگوی کشت
توسعه و استقرار سامانه بهره‌وری آب کشاورزی به عنوان سامانه پشتیبانی تصمیم‌گیری مصارف آب کشاورزی (سباک)
- ایجاد ساختار «کاربری» سامانه
- ایجاد ساختار «اطلاعاتی» سامانه
- ایجاد ساختار «مجموعه مدل‌های رایانه‌ای شبیه‌سازی» سامانه
- ایجاد امکانات «تحلیل سناریو» بر اساس سناریوهای مصوب
- ایجاد امکانات «پایش» و صدور تذکر/ هشدار/ اخطار در آستانه‌های معین تعریف شده توسط کاربر
- ایجاد قابلیت گزارش‌گیری و مستندسازی رویدادها
- استقرار و نصب سامانه بر روی سرورهای موردنظر کارفرما
- تهیه دستورالعمل و راهنمای استفاده از سامانه
- ارائه آموزش ترویجی کارشناسان کارفرما
- ارائه آموزش تخصصی برای کاربران و مدیران (شامل کاربری مدل‌های بکار رفته و نحوه راهبری سامانه)
تجارب جهانی مرتبط
این سامانه نمونه مشابه ندارد.
5. نتایج:
1- اجرا و بهره‌برداری سامانه سباک در استان خراسان شمالی
سامانه بهره‌وری آب کشاورزی در استان خراسان شمالی در دو حالت برآورد نقطه‌ای و پهنه‌ای قادر به برآورد نیاز آبی الگوهای کشت منتخب می‌باشد. در این استان مقادیر عملکرد گیاهان با استفاده از سامانه محاسبه و با مقادیر واقعی در شهرستان‌های استان خراسان شمالی مقایسه و مورد تأیید مدیریت دفتر بهبود تولیدات گیاهی این استان واقع شده است.
2- اجرا و بهره‌برداری سامانه سباک در استان خراسان جنوبی
در استان خراسان جنوبی، این سامانه بنا به سفارش کارفرمای محترم تنها در مقیاس نقطه‌ای ارائه یافته است و قابلیت توسعه آن وجود دارد. با استفاده از سامانه و انتخاب گیاهان در هر مزرعه می‌توان مقادیر پارامترهای هواشناسی به همراه برآورد نیاز آبی در آن مزرعه را نیز مشاهده نمود.
3- اجرا و بهره‌برداری سامانه سباک در استان خوزستان
تخصیص آب سدها به شبکه‌های آبیاری در دشت خوزستان به لحاظ تعدد سدها و شبکه‌ها و بویژه بدلیل همزمانی نیازهای آبی دیگر (شرب، تولید انرژی و ...) بسیار پیچیده است. البته با توجه به وضعیت داده‌ها، اطلاعات و شبکه سنجش موجود، دستیابی به رویکرد و یا روش جامع هنوز یک خواسته بلندپروازانه است. اما برای شروع کار، توسعه یک سامانه برای تعیین نیازهای آبی کشاورزی در دستور کار قرار گرفت.
در سامانه بهره‌وری آب کشاورزی استان خوزستان، علاوه بر پهنه‌بندی دما و بارش، نیاز آبی برای هر واحد تحلیل آبیاری (شامل شبکه‌های آبیاری و زهکشی، کشت و صنعت و دهستان) برآورد گردید. در این نسخه از سامانه، برآورد نیاز آبی علاوه بر روش فائو 56، بر اساس نرم‌افزار آکوکراپ فائو نیز انجام شده و مقادیر نیاز آبی در هرماه با موجودی آب مقایسه می‌گردد. در نهایت با فعال‌سازی موتور بهینه‌سازی در این سامانه، با فرض محدویت آب، سطح اراضی، شوری کارون، شوری زهاب خروجی از هر واحد آبیاری، عدم قطعیت قیمت محصول و تناوب زراعی، بهترین ترکیب کشت در هر واحد تحلیل آبیاری به کاربر ارائه می‌شود.
گروه: کشاورزی و آبخیزداری کلمات کلیدی: