الهندسة الزراعية

الهندسة الزراعية

الهندسة الزراعية هي تطبيقات هندسية في مجالات الزراعة وتعد جزء من علوم الهندسة وتتفرع إلى عدة مجالات منها الإنتاج الزراعي ومنها إدارة الموارد الطبيعية، والمهندسون الزراعيون يطبّقون معرفة ومهارات هندستهم لحلّ مشاكل تتعلّق بالإنتاج الزراعي المستمر ، ويؤدون أعمال التصميم الزراعي وتصميم الآليات والأجهزة الزراعية و يؤدّون مهام التخطيط، والإشراف ويديرون إنتاج خطط كخطط معامل الألبان المتدفّقة والريّ والتصريف ويطوّرون الطرق لحفظ التربة والماء، كذلك يعمل المهندسون الزراعيون على تقدير التأثيرات البيئية ويترجمون نتائج البحث ويطبّقون الممارسات ذات العلاقة. وبعض الخاصيّات تتضمّن النظام الكهربائي وآليات تصميم التراكيب وعلم البيئة والغذاء وتحسين ومعالجة المنتج الزراعي.
وتنقسم لعدة أقسام منها:
1-هندسة الري والصرف الزراعي
تسمى اختصارا بهندسة الري- هي العلم الذي يهتم بتزويد المساحات الزراعية بالمياه اللازمة للاستخدامات الزراعية بطريقة محسوبة بدقة على أساس المناخ والطبوغرافيا وطبيعة التربة (درجة الحامضية، تدرج الحبيبات،...)، و امداد التربة بالماء يحافظ علي محتوى الرطوبة اللازم لنمو النبات، ويغسل التربة من الاملاح الزائدة، للحفاظ علي تركيز ملوحة مقبول في منطقة جذور النبات. (يمكن زراعة الأراضي المالحة بالارز، الذي يحتاج لكميات مياه كبيرة فيتم في نفس الوقت غسل التربة من الأملاح).
تعريف الري
الري هو عملية إمداد التربة بالمياه تحت عدة ضوابط
1. أن تكون التربة مزروعة بالنبات في أي مرحلة عمرية من البذور إلى الحصاد.
2. أن تكون عملية إضافة المياه تتم بتدخل بشري سواء بتركيب أجهزة مثل المنقطات والرشاشات، أو بحفر قنوات لحركة المياه. أما ارتواء الأرض طبيعيا بالمطر أو الفيضانات فلا يسمى ريا ولذلك تنقسم الزراعات عالميا إلى زراعات مروية
أنواع الري
1. الري الطبيعي : وهو وصول المياه بطريقه طبيعية للنبات دون تدخل بشري.
2. الري الصناعي :تدخل الإنسان واعادة توزيعه للمياه باستخدام الطرق المختلفه.
المنشآت المختلفة في مشاريع الري والصرف:
أ- السدود
الهدف الرئيسي من السدود هو الحفاظ على المياه من أجل الاستعمال القريب أو البعيد بمعنى الحفاظ عليها من أجل المستقبل مع إمكانية استخدامها في توليد الكهرباء.
استعمالات الميـاه
• 40%: الطـاقة.
• 17%: التغذية بالمـاء.
• 7%: مراقبـة الفيضانات.
• 11%: السياحـة.
• 16%: السـقي.
• 09%: الملاحة.
شروط بناء السدود
تكمن خطورة بناء السد إذا لم يبني وفق أسس هندسية وجيولوجية معينة حيث أنه عند تهدمه يؤدي إلى تدمير هائل:
دراسات جيولوجية
وتشمل دراسات لطبقات المنطقة، دراسات لطبيعة المنطقة التكتونية ونشاطها الزلزالي.
دراسات هيدرولوجية المنطقة
كمية الأمطار الساقطة والمياه السطحية. هي القيام بجمع كافة الهطولات المطرية في عدة مواقع تابعة للمنطقة المدروسة وللعديد من السنوات السابقة بغية تحليلها إحصائيا لمعرفة أمور عديدة مثلًا حجم الجريان السطحي فوق الحوض الصباب تدفق وادي معين.... الخ
دراسات طبوغرافية
وذلك لتمثيل كل التفاصيل والظواهر الطبيِعية أو الاصطناعية لمنطقَة السد الموجودة على سطح الأرض وهذا بأشكال ورسوماتَ مميزة.. تهدف الدراسة الطبوغرافية إلى استغلال إمكانات مظهر السطح في كل التحليلات والاستنتاجات المتعلقة بالسد.
دراسات جيوتكتونية
• قياس نفاديه التربة، قياس خواص الصخور.
• حساب سعة السد التخزينية.
• حساب قوة تحمل السد للمياه.
• مراعاة تصميمها الهندسي ومواصفات مواد البناء.
• القوى المختلفة المؤثرة على منشآت السدود:الوزن الذاتي للمنشآت.
• ضغط الماء الهيدروستاتيكي، ضغط الأمواج الريحي، ضغط الرواسب النهرية المتوضعة أمام السد...الخ
• الانهيار القاعدي الهيدروليكي.
أنــواع الســدود
تنقسم السدود إلي قسمين:
السدود الخراسانية الاسمنتية
و تنقسم إلى ثلاثة أنواع
السدود الخراسانية الثقلية (barrages-poids]]
هي سدود ضخمة تقوم بمقاومة القوى الجبارة بشكل كلي من خلال أوزانها (قوة الجاذبية الأرضية) وجدارها (المانع الاسمنتي) المصمم بطريقة هندسية ذات قواعد ضخمة ومتوازنة بالإضافة لمقاومتها للهزات الأرضية لأنها تتطلب كثير من الاسمنت ولهذا تعتبر من أكثر السدود تكلفة.
مختلف القوى المؤثرة على السد الثقلي
• قوى ناتجة عن ضغط وزن المواد المستخدمة في بناء السد.
• قوى ناتجة عن ضغط مياه الخزان.
• قوى ناتجة عن ضغط المياه في الفراغ.
مراقبة استقرار السد الثقلي
لبناء سد ثقلي لابد من إجراء عدة مراقبات لتفادي وقوع أي حادث انهيار.
• السدود المقوسة يرتبط تصميم السدود دائما وكأي إنشاء هندسي بجيولوجية المنطقة أو بطبيعة التربة والتضاريس. يعتبر من أبسط أشكال السدود وأقلها تكلفة من حيث المواد والتصميم من أي نمط من أنماط السدود الأخرى. يستخدم هذا النوع من تصميم السدود في الأماكن الضيقة والصخرية، حيث يكون السد على شكل قوس منحني يحجز خلفه الكميات الهائلة من مياه الأنهار.
ويقوم الشكل الهندسي المقوس للقوس خلال عملية ضغط المياه المحجوزة خلف السد، حيث تقوم المياه بتطبيق ضغوط كبيرة على السطح الخلفي المحدب للجدار، مما يسبب انضغاط القوس الجداري باتجاه التماسك والتقارب للمادة الجدارية من بعضها البعض بسبب شكلها الهندسي الواضح أما وزن السد فيضغط أيضا على القاعدة المصممة أساسا لهذا العمل الإنشائي الضخم.
• السـدود المدعمة قد تكون هذه السدود منبسطة قليلا أو كثيرا أو مقوسة، لكن هناك دائما أساسيات تصميمية تميزها عن غيرها وهي سلسلة من الدعائم أو التعزيزات تستخدم لنقل القوى المؤثرة على الجدار إلى المنطقة الأخرى الأكثر تحملًا كالأرض أو أساسات داعمة أخرى. حيث تقوم هذه الدعائم الإنشائية بتقوية ودعم بناء السد من الجهة الخارجية في اتجاه مجري النهر.
• توزيع القوي: بحسب التصميم الهندسي لهذه الأنماط من السدود، تقوم المياه بتوليد قوى ضغط كبيرة ناتجة عن وزنها باتجاه جدار السد مسببة دفعه أو انقلابه بينما تقوم الدعائم في الجهة المقابلة برد فعل معاكس تماما في محاولة تثبيت البناء في مكانه تماما، ويكون وزن كامل الدعائم مطبقا بالكامل إلى الأرض.
السدود الإملائية الترابية أو الصخرية
وهي سدود ضخمة مكونة من صخور وأتربة حيث تعتمد هذه السدود على أوزانها الهائلة في مقاومة القوى الهائلة الناتجة عن المياه المحجوزة، وما يميز هذه السدود هو كثافة المادة داخلها، فالعازل الداخلي يمنع ترشح أو تسرب المياه عبر بناء السد.
-توزع القوى تدفع قوى ضغط المياه على طول الجدار باتجاه دفعه للانقلاب، في حين يعمل الوزن الهائل لمادة السد أو الجدار على تثبيت الجدار في مكانه بسبب الجاذبية التي تدفعه باتجاه الأرض بشكل دائم وعلى طول حائط السد.
-انهيار السدود إن كل السدود بمختلف أنواعها يجب أن تستمر كلما تقدمت في السن وبدون صيانة صحيحة، إذ تؤدي إلى ظاهرة الانهيار التي يتوجب الوقوف على أسبابها ونتائجها لأنها سوف تؤدي إلى كوارث طبيعية. الأخطاء التصميمية في بناء السدود:
-1- أخطاء في تصميم التسليح وحساب الإجهادات.
-2- أخطاء في دراسات التربة لموقع السد.
-3- أخطاء تنفيذية في عملية صب الخرسانة والوصلات الاستنادية.
-4- أخطاء في حساب منسوب الفيضان.
-5- أخطاء في حساب تحمل جسم السد للزلزال الأرضية.
-6-أخطاء في تنفيذ الكتلة البيتونية، عوامل الإماهه، درجة الحرارة، والخلطة الوزنية المناسبة للمواد الأولية للكتلة البيتونية، ونوعية مادة

أثر الميكنة الزراعية
وفرت الميكنة الزراعية الوقت والجهد المبذول في الزراعة وأمكن زيادة مساحة الرقعة الزراعية لتلبية الاحتياجات البشرية المتزايدة من المحاصيل الغذائية والتجارية.
استخدامات الميكنة الزراعية
المحاريث
وفرت المحاريث التي تعمل علي تحضير مهد جيد للبذور وتسهل عملية الري وذلك باستخدام آليات تسوية التربة وبذا تساهم في تقليل الفاقد من المياه أيضاً تستخدم في تطبيق بعض الحزم التقنية مثل نثر الأسمده ورش المبيدات.
آلات الحصاد
بدلا من الحصاد اليدوي بمختلف الآلات القاطعة اليدوية أصبحت الحصادات الآلية تقوم بحصاد المحاصيل النامية فوق سطح الأرض مثل القمح وكذلك المحاصيل الدرنية المختفية تحت سطح الأرض مثل البطاطس الشمندر.
مضخات رفع المياه
بعد أن كان الري يتم عن طريق المعدات اليدوية مثل الطنبور الشادوف الذي استخدمه المصريون مثل القدم، حلت الطلمبات الرافعة التي تدار بالديزل محلها لري المساحات الكبيرة في أقل وقت ممكن، كما ساعدت المضخات الزراعية على ري المناطق التي تروى على الآبار.
حلج القطن
أدى ظهور آلات حلج القطن واتساع نطاق استخدامها إلى تطوير صناعة القطن وإنتاج المنسوجات وأخرى مثل صناعة الزيت والأعلاف الناتجة عن كسر قشرة القطن. الحليج هو عملية فصل القطن الزهره عن القطن الشعره والذي يستخدم وفي صناعة المنسوجات القطنبة ومخلفات الحليج عباره عن البذره والتي تستخدم في صناعة الزيوت ومخلفات صناعة الزيوت عباره عن مواد صلبة تعرف بالأمباز والذي يستخدم كعلف مركز للحيوان ,بعض البذور تتم معاملتها بطريقة معينة لإنتاج تقاوب للمواسم المقبلة.
مكافحة الآفات
أدى تطوير ماكينات رش المبيدات الحشرية إلى زيادة سيطرة المزارعين على الآفات الحشائش الضارة التي تصيب محصولاتهم قبل استفحالها وقضائها على المحصول، وكذلك مكنتهم من السيطرة على المساحات الزراعية الشاسعة بأسرع وقت ممكن، إلا أن زيادة استخدام تلك الإمكانيات أو عدم الدراية الكافية بآثارها الجانبية، يؤثر سلباً على البيئة وعلى المحاصيل ذاتها.