شکل دادن زمین کشاورزی صرفه جوئی به میزان 80٪ درعملیات خاکی و بالای 30% مصرف آب

جریان آب

بیشترین میزان آبیاری در ایران، آبیاری سطحی است. آب در مجاری خاکی آزاد انتقال می یابد. سپس از طریق برخی از راه های خروجی در کانال به زمین های کشاورزی میرسد. جریان آب با روش های مختلفی از قبیل خاکریز های احداث شده بر روی منحنی های  تراز، خاکریزهای مرزی یا کانال های انتقال آب به مزرعه میرسد. روش کنترل با برداشت محصول مشخص می شود. صرف نظر از روشی که برای کنترل آب استفاده می شود ، همیشه باید یک شیب مناسبی در زمینی که باید آبیاری شود وجود داشته باشد. در اغلب اراضی چه آنهائی که به زیرکشت میروند و چه اراضی کشاورزی دایری که سالها زیر کشت میرفتند، تقریباً همیشه مناطقی وجود دارد که به علت ناهمواری های جزئی آب بسیار کمی میخورند، و مناطقی دیگر که آب در آن برکه می شود و زمین باتلاق می شود. در هر دو حالت محصولات زراعی رشد مناسبی نخواهند کرد و زمین تخریب می شود و باعث مانداب شده و املاح را به سطح زمین می آورد.

نرم افزار اتوگریدینگ اولین نرم افزار طراحی تسطیح در جهان

تسطیح اراضی در قدیم

نوع اول شکل دهی زمین (تسطیح اراضی) با برداشت خاک از نقاط مرتفع و قرار دادن آن در نقاط کم ارتفاع انجام شد. این کار توسط ماشین هایی به نام خاک کش، (ماله زمین، زنبه، لولر، اسکریپر) انجام می شد، اینها با همان اصل خاک کش چوبی سنتی کار می کردند. تسطیح کننده ها دارای یک چرخ دستی بسیار طولانی با یک تیغه در وسط بود. هنگامی که دستگاه از روی تپه ای در مزرعه عبور می کند ، تیغ بلندی خاکبرداری میکرد. خاکهایی که برداشت می شد، سپس در مخزن کشیده می شوند تا جایی که یک نقطه پست برسد. در این مرحله خاک از مخزن خارج می شود. در اواخر دهه 60 میلادی غیر معمول نبود اسکریپر هائی به طول 30 متر و عرض 4 تا 6 متر در اطراف مزارع آبیاری کشیده شوند. تسطیح کننده ها (اسکریپر) باعث افزایش تفاوت در کارآیی آبیاری سطحی شده است. برجستگی و حفره ها را از بین می برد اما کشاورز برای آبیاری مجبور بود از شیب های طبیعی موجود در این زمین استفاده کند. این به معنی تغییر در میزان نفوذ آب است که به نوبه خود باعث تغییر در رشد محصول می شود. تعداد زیادی کانال و سازه کنترل آب به دلیل ماهیت شیب و ناهمواری (توپوگرافی) زمین مورد نیاز بودند. مرحله بعدی در توسعه اصلاحات ارضی تغییر در واقع شیب طبیعی زمین در یک مزرعه آبیاری به شیب مناسب دست ساز انسان است که در کل مزرعه ثابت بود. برای انجام این کار ، تقریباً در هر نقطه از میدان باید خاک برداشته شده (بریده شده) یا خاک قرار گرفته (پر شود). تعداد زیادی کانال و سازه کنترل به دلیل ماهیت متناقض محورهای زمین مورد نیاز بودند. مرحله بعدی در توسعه اصلاحات ارضی تغییر در شیب طبیعی زمین در یک مزرعه آبیاری به شیب دست ساز انسان است که در کل مزرعه ثابت بود. برای انجام این کار ، تقریباً در هر نقطه از مزرعه باید خاک برداشته شده (بریده شده) یا خاک قرار گرفته (پر شود). تعداد زیادی کانال و سازه کنترل به دلیل ماهیت متناقض محورهای زمین مورد نیاز بودند. مرحله بعدی در توسعه اصلاحات ارضی تغییر در واقع شیب طبیعی زمین در داخل یک قطعه آبیاری به یک شیب دست ساز انسانی است که در کل مزرعه ثابت بود. برای انجام این کار ، تقریباً در هر نقطه از مزرعه باید خاک برداشته شده (بریده شده) یا خاک قرار گرفته (پر شود).

نقشه برداری برای انجام تسطیح اراضی (شبکه متعامد و یا توپوگرافی)

روش قدیمی برای انجام طراحی تسطیح

اولین قدم این است که میخ های نقشه برداری را هر 20تا 100 متر برای ایجاد شبکه متعامد در کل زمینه قرار دهید. سپس زمین برای یافتن ارتفاع زمین در هر یک از این میخ ها نقشه برداری میشود. اطلاعات نقاط و خطوط تراز بر روی یک نقشه ترسیم شده. سپس در اختیار طراح برای استفاده برای تعیین قرار بگیرد. ایده معمول این است که سقوط مداوم در جهت جریان آب را داشته باشیم و سطح زمین را در زاویه های مناسب به آن جهت داشته باشید. او همچنین باید در مورد ارتفاع نهائی مزرعه تصمیم بگیرد تا خاکبرداری حاصل از خاکبرداری (برش ها) خاک مورد نیاز برای پر کردن را متعادل کند. هنگام طراحی دستی (زمانی که استفاده از رایانه مرسوم) ، این کار نیاز فراوان به سعی و خطایی است که فقط با چند ترفند میانبر برای کمک به شما وجود دارد.

پس از تصمیم گیری در مورد شیب و یک تراز نهائی، طراح باید میزان خاکبرداری و خاکریزی (cut -fill) در هر نقطه از مزرعه را محاسبه کند. برای انجام این کار، فرض می‌کنیم که ارتفاع در هر میخ،مربوط به یک مربع به اندازه شبکه است که در مرکز مربع نشان داده می شود. پس از انجام تمام این محاسبات، خاکبرداری و خاکریزی های هر نقطه به خاکبرداری و خاکریزی کل اضافه می شوند تا در کات و فیل (cut/fill) کل بدست آید. امیدهیت که cut و fill متعادل شوند. در غیر اینصورت باید ارتفاع صفحه تنظیم شود و کل روش تکرار شود. در عمل مشخص شد که حجم cut همیشه باید بیشتر از حجم Fill باشد تا اثرات تلفات خاک در طی عملیات و حرکت خاک و چند عامل مبهم دیگر حذف شود. نسبت cut به fill از منطقه ای به منطقه ای و نوع خاکی به نوع خاکی متفاوت است.

روش جدید برای انجام طراحی تسطیح

در زمانهای اخیر با توجه به پیشرفتهای جدید در ساخت تجهیزات جدید نقشه برداری که دقت بالا و سرعت زیادی دارند (نظیر دوربینها لیزری توتال استیشن)، که دقت های بسیار بالائی ارائه میکنند. و پیشرفتهای شگرفی که در زمینه کامپیوتر و نرم افزار های محاسباتی (نظیر سیول تری دی Civil3D) نیاز به برداشت نقشه برداری با میخکوبی و شبکه متعامد مرتفع شده و برداشتهای مختصات و ارتفاع نقاط زمین بر اساس تغییرات شیب و با توجه به اهمیت و نیاز انجام میشود. برای بدست آوردن شیب زمین طبیعی و محاسبه احجام از مثلث هاتی که بین نقاط برداشت شده ایجاد میشود استفاده میشود، نا گفته پیداست که به علت حجم زیاد محاسبات این کار تنها توسط کامپیوتر و نرم افزار های مناسب قابل انجام است.

برنامه کامپیوتری طراحی صفحه تسطیح

تدوین برنامه رایانه ای مانند  AuroGrading، برای انجام طراحی صفحات تسطیح زمین (شکل دادن زمین یا Land Forming) ، ضروری بود. چیزی که قبلاً ساعت ها زمات برای محاسبه لازم داشت، اکنون می تواند در عرض چند ثانیه انجام شود. این امر گزینه های بسیاری از جهت جریان آب ، شیب و اندازه قطعه زراعیرا قبل از نهائی نمودن بررسی می‌کند. همچنین می توان محاسباتی را انجام داد که برای انجام دستی بیش از حد پیچیده باشند، مانند بهترین شیب تناسب، بسیار پیچیده است. این یک درجه واحد است که می تواند مورد استفاده قرار گیرد که شامل کمترین مقدار عملیات خاکی برای جا به جائی است. این به ندرت بهترین طراحی است اما نقطه شروع بسیار مفیدی را ارائه می دهد. یک طراح مشهور همیشه می گفت "ارزانترین راه برای تغییر کثیفی روی کاغذ است". اما در بعضی مقاطع باید طراحی خود را انجام دهیم و در واقع کثیفی ها را جابجا کنیم. در ابتدا این کار با بلند کردن دستگاههای برش و کشیدن دستگاههای کشویی انجام شد. در ابتدا ماشین آلات به صورت دستی کنترل می شدند و باید بررسی شود که مقدار صحیح زمین در حال تغییر است. هنگامی که بخش عمده ای از زمین منتقل شد ، کار دستگاه های تسطح اراضی در مزرعه به پایان می‌رسید.

تراز لیزری

در اوایل دهه 70 ، لیزرها برای کنترل ماشینهای تسطیح اراضی استفاده شدند. لیزر در وسط مزرعه روی یک پایه تقریباً 3 متری مستقر شده است. لیزر پرتویی بسیار ریز از نور است که حول محور عمودی در حال چرخش است. این پرتو به طور موثری دیسک افقی از نور را در حدود 3 متر بالای قطعه زراعی مورد تسطیح لیزری ایجاد می کند. دستگاهی که خاک را جابجا میکند دارای سنسوری است که به اندازه کافی بلند و بر روی تیغه مخزن خود نصب شده است تا بتواند پرتوی نور را رهگیری کند. این سنسور قادر است در صورت شروع به حرکت از پرتو تشخیص دهد و به طور خودکار تیغه را به  بالا یا پایین به حرکت در آورد تا سنسور در راستای پرتوی لیزری بماند. اگر لیزر کج شده باشد به طوری که دیسک نور به موازات صفحه تسطیح نهائی باشد، فقط مسئله تنظیم سنسور در یک نقطه از زمین کشاورزی که تسطیح میشود است، در صورتیکه اینکار انجام شود، تیغه با حرکت دستگاه در روی مزرعه، سطح طراحی نهایی را دنبال می کند. لیزر محدودیت های ماشین های تسطیح قدیمی ماتتد اسکریپر، گریدر و بلدزر را از بین برد. حال یک مخزن خوب جادار که توسط لیزر کنترل می شود، می تواند حجم زیادی از خاک را با حد بالایی از دقت جابجا کرده به پایان برساند.

سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS)

امروزه نقشه برداری ها اغلب با استفاده از GPS انجام می شود که این امر ضرورت ایجاد یک شبکه میخکوبی متعامد را در مزرعه منتفی می‌کند. مختصات و ارتفاع  توسط موقعیت یاب ماهواره ای (GPS) با استفاده از ماهواره ها و یک ایستگاه دیفرانسیل زمینی تعیین می شود. این نقشه برداری معمولاً به صورت الکترونیکی به رایانه منتقل می شود و طراح نیازی به تایپ داده ها ندارد.