چكيده:
قرن‌هاست که جهان برای تأمين آب خانگی خود، ایجاد مناظر طبیعی و استفاده های کشاورزی به استحصال آب باران متکی است. در سیستم آب شهرهای قدیمی در نواحی خشک و نیمه‌خشک، از آب جمع‌آوری شده از سقف بام‌ها که در آب‌انبار یا تانک‌هایی ذخیره می‌شد، استفاده می‌کردند که در حال حاضر توسعه بیشتری یافته‌اند. آب باران یک منبع تقریبا مجانی آب خالص است که می‌توان از آن به عنوان آب شرب و مصارف ديگر استفاده نمود. برای استفاده شرب از آب باران اگر در آن عوامل بیماری زا وجود داشته باشد، باید آن را تیمار كرد تا میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا در آن از بین برود. آب باران یکی از خالص‌ترین منابع آب قابل دسترس می‌باشد كه کیفیت آن همیشه بهتر از آب‌های سطحی و زیرزمینی است، زیرا با خاک و سنگ تماس نداشته و مواد معدنی و نمک را در خود حل نکرده است. البته کیفیت آب باران متاثر از جایی است که می‌بارد و در نواحی صنعتی و یا در جایی که گرد و غبار زیاد است، از مقدار خلوص آن کاسته می‌شود. يكي از كاربري‌هاي مناسب آب باران ايجاد فضاي سبز شهري در مناطق خشك با استفاده از سيستم سطوح جمع‌آوري آب مي باشد.
مقدمه :
از زمانی که بشر در مناطق خشک و نیمه خشک سکونت دارد و محصولات کشاورزی را کشت می‌کند، از نوعي سیستم استحصال آب استفاده كرده است. هزاران سال قبل مردم مناطق خشک و نیمه خشک با استحصال آب از رودخانه‌های موقتی که این عمل موجب استقرار شهرها در مناطق بیابانی گردید.
احتمالا میلیون‌ها هکتار زمین در مناطق خشک دنیا برای یک‌بار هم که شده به دلايل مختلف مورد استفاده استحصال آب قرار گرفته‌اند. به علت رشد تکنیکی اروپاییان از سال 1850، بیشتر نواحی کشاورزی تحت آبیاری کلاسیک قرار گرفت و کمتر به روش سنتی آبیاری و آبیاری در مقیاس کوچک توجه شد. بنابراین سیستم استحصال آب در مناطق خشک و نیمه خشک، جایی که بارش به قدر کافی وجود ندارد و بارندگی نامنظم و ریسک محصول کشاورزی خیلی بالاست به کار گرفته می‌شود. تکنیک استحصال آب می‌تواند به طور معنی داری در مناطق خشک تولید محصول گیاهی را بوسیله تمرکز آب باران یا به عبارتی رواناب در یک قسمت از کل ناحیه حوضه افزایش دهد. استحصال آب بر اساس بارندگی محل و استفاده از رواناب سطحی عمل می‌کند؛ بنابراین نياز به رواناب و محلی است که بتوان آب را در آنجا ذخیره كرد. اصولا در استحصال آب، آب از همان محل به دست مي‌آيد و استفاده می‌شود؛ بجز روش استحصال سیلاب که از حوضه‌های خارج از منطقه تامین میگردد. پروژه های استحصال آب به طور عمومی در محل و مقیاس کوچک اجرا میگردد. مقاله حاضر سعی در شناخت روش‌های استحصال آب به منظور استفاده در مناطق خشک و نیمه‌خشک دارد.
1- خصوصیات و جنبه های اساسی استحصال آب :
1-1- جنبه های عمومی:
این سیستم در مناطق خشک و نیمه‌خشک به منظور استحصال آب باران برای مصارف خانگي، آبیاری گیاهان و تامین آب مورد نیاز حیوانات به کار می‌رود. رواناب حاصل از بارش‌های منطقه یا در مخازنی ذخیره شده یا مستقيما به مکانی با نام چاله نفوذ هدایت مي‌گردد تا در پروفیل خاک نفوذ کند و ذخیره شود. پروژه‌های استحصال آب به صورت محلی بوده و در مقیاس کوچک به کار می‌روند.
1-2- مشخصات، اهداف و پارامترهای استحصال آب :
به طور کلی هیچ نوع مشخصه پذیرفته شده ای در مورد استحصال آب وجود ندارد. در مقاله حاضر این مشخصه برای استفاده در آبیاری محصول کشاورزی، گیاهان مرتعی، درختان و برای مصرف دام آورده شده است.
اهداف استحصال آب عبارتند از:
1- تولید محصول در زمین‌هایی که باران ناکافی دارند
2- افزایش تولید محصول کشاورزی دیم
3- به حداقل رساندن ریسک تولید محصول در مناطق مستعد خشکی
4- مبارزه با بیابان‌زایی از طريق کشت درخت
5- تهیه آب آشامیدنی برای حیوانات
پارامترهای مهم استحصال آب عبارتند از:
1- بارش سالیانه محل
2- خصوصیات خاک
در نواحی با بارندگی سالیانه 100 تا 700 میلیمتر، روش استحصال آب توانایی تولید رواناب با هزینه کم را به طور جالب توجهی دارد. اگر منابع دیگری برای آب آبیاری به سهولت قابل دسترس نبوده یا خیلی گران باشد، این روش می‌تواند آب مناسبی جهت مصارف روزانه، گیاه و حیوانات تامین نماید. حداقل بارش برای استحصال آب در نواحی با بارش تابستانه باید حداقل 200 میلیمتر در سال باشد. در نواحی با بارش بیش از 600 الی 700 میلیمتر در سال، با استحصال آب می‌توان فصل تولید محصول را طولانی‌تر کرد. در مقایسه با پمپاژ آب، استحصال آب، انرژی و ارزش آب را حفظ می‌کند. البته این با عدم اطمینان بارندگی معکوس شود که این مشکل تا حدی به وسیله ذخیره موقتی آب باران (در آب انبارها، مخازن کوچک و غیره) می‌تواند رفع شود. در استحصال آب، ابزارهای هیدرولوژی مدرن
( محاسبه احتمال بارندگی و تولید رواناب ) می‌توانند برآورد دقیق تری از اندازه ناحیه حوضه به ما بدهند.
عناصر اساسی سیستم های استحصال آب عبارتند از:
1- ناحیه جمع کننده رواناب (ناحیه حوضه ) با ضریب رواناب بالا
2- ناحیه تمرکز رواناب که می‌تواند یک منبع ذخیره آب (مانند یک تانک ذخیره آب) یا پروفیل خاک ناحیه نفوذ آب باشد که آب به طور مستقیم در دسترس گیاه قرار می‌گیرد. اگر قرار است آب استحصال‌شده در دسترس گیاه قرار گیرد، خاك باید ظرفیت خوبي براي ذخیره آب داشته باشد ( خاک‌هایی با بافت متوسط) و عمق کافی بیشتر از یک متر. ظرفیت نگهداری آب خاک باید به گونه‌ای باشد که بتواند آب مورد نیاز گیاه را تا بارندگي بعدی حفظ نماید. از پارامتر های مهم دیگر می‌توان به توزیع بارندگی در طول سال، شدت بارندگی، خصوصیات رواناب حوضه، ظرفیت ذخیره آب خاک یا آب انبار یا مخازن، نوع محصول کشاورزی مورد نظر، تکنیک های استحصال قابل دسترس و شرایط اقتصادی و اجتماعی اشاره نمود.
ابزارهای مورد استفاده در تکنیک استحصال آب
- بازدیدهای صحرایی
- ارزیابی محل با استفاده از عکس های هوایی منطقه
- تصاویر ماهواره ای و ارزیابی و طبقه‌بندی آن
روش‌هاي عمومی استحصال آب
بطور کلی شش روش برای استحصال آب وجود دارد كه عبارتند از:
1- استحصال آب از سطح پشت
2- استحصال آب در پلات‌های زمینی برای استفاده حیوانات
3- استحصال آب در بین ردیف‌های کشت
4- استحصال آب در حوضه‌های کوچک
5- استحصال آب در حوضه‌های متوسط
6- استحصال آب در حوضه‌های بزرگ
استحصال آب از سطح پشت بام‌ها براي ايجاد فضاي سبز منازل:
با استفاده از این روش، سطح پشت بام منازل به عنوان ناحیه جمع‌کننده آب عمل کرده و با هدایت رواناب به وسیله ناودان‌ها به مخازن، برای استفاده بعدی حفظ میگردد. در این روش همان‌طور که شکل 1 نشان می‌دهد، بر اساس سطح پشت بام و مقدار باران می‌توان حجم مخازن را تعیین نمود.
استحصال آب در پلات‌های زمینی برای استفاده حیوانات :
برای این منظور ابتدا یک سطح معین از زمین محصور شده، سپس سطح جمع‌کننده آب آماده می‌شود؛ یعنی چنانچه دارای پوشش بود، پوشش آن برداشته و خاک آن فشرده می‌شود. برای ایجاد حداکثر رواناب می‌توان آن را آسفالت یا با استفاده از مواد شیمیایی، نفوذپذیری آن را کم كرد. همان‌طور که شکل 2 نشان می‌دهد، رواناب از سطح جمع‌کننده به سمت مخزن پایین دست هدایت شده و از آنجا توسط لوله به محل استفاده دام هدایت میگردد.
استحصال آب در بین ردیف‌های کاشت گياه:
این روش در زمین‌های مسطح یا با شیب‌های ملایم (تا حد 5 درصد) و با عمق خاک حداقل یک متر به كار گرفته مي‌شود. بارندگی سالیانه محل نباید کمتر از 200 میلی متر باشد. روی زمین های مسطح ( شیب 0 تا 1 درصد) باندهايي ساخته شده و پس از متراکم شدن برای ایجاد حداکثر رواناب با مواد شیمیایی تیمار میگردد. شکل 3 استحصال آب بین ردیف‌های کشت را در سه حالت نشان می‌دهد. هرچه منطقه خشک‌تر باشد، سطح ناحیه حوضه جمع‌كننده آب ( پشته ها ) بیشتر می‌شود.
استحصال آب در حوضه‌های کوچک یا در
(MICRO-CATCHMENTS):
میکروکچمنت های استحصال آب یا به عبارتی ( MC-WH ) حوضه‌های کوچکی هستند که رواناب سطحی از یک ناحیه کوچک به نام سطح حوضه (CA) جمع‌آوری شده و در ناحیه ریشه (CR) متمرکز می‌شود. در این ناحیه ریشه یا چاله نفوذ می‌توان گیاه کشت نمود. این گیاه ممکن است درخت، درختچه و یا گیاه یکساله باشد. شکل4 یک نمونه از میکروکچمنت کاشت درخت را نشان می‌دهد كه كاربري فراواني در مناطق خشك دارد.
شکل 4 نمایش استحصال آب در یک میکروکچمنت کاشت نهال
فوايد میکروکچمنت‌ها :
- طراحی آنها ساده است و ساخت ارزانی دارند.
- ضریب رواناب آنها از سیستم های استحصال آب حوضه های متوسط و حوضه های بزرگ بیشتر است؛ بدون کاهش در انتقال آب
- فرسایش خاک را کنترل می‌کنند.
- تقریبا در اغلب شیب‌ها می‌توانند ساخته شوند؛ حتی در زمین های مسطح
استحصال آب در حوضه های متوسط :
اندازه سطح حوضه در این روش از 1000 متر مربع تا 200 هکتار است. از مشخصه این سیستم ها نسبت سطح حوضه به سطح آبگیر می‌باشد که می‌تواند از نسبت 10 به 1 تا نسبت 100 به 1 باشد. یعنی سطح جمع‌کننده آب حوضه 10 تا 100 برابر سطح ناحیه ریشه است. در این سیستم ناحیه حوضه می‌تواند شیبی از 5 تا 50 درصد داشته باشد، ولی ناحیه محصول باید مسطح باشد. شکل5 نمونه‌‌ای از این نوع سیستم را نشان می‌دهد.
شکل 5 استحصال آب در حوضه های متوسط
استحصال آب در حوضه های بزرگ براي ايجاد پوشش گياهي :
سیستم استحصال آب در حوضه‌های بزرگ، شامل سیستم‌هایی با حوضه‌های چندین کیلومتر مربع است که جریان رواناب از قسمت‌های بالای حوضه به منطقه وسیع ( بستر رودخانه های موقتی) وارد می‌شود و از ترکیب سازه سد و شبکه های توزیع آب تشکیل شده است. این نوع سیستم را به عنوان سیستم استحصال سیلاب هم معرفی کرده‌اند. كه به طورکلی دو فرم اساسی دارد: یکی فرم پخش سیلاب در بستر رودخانه و دیگری پخش سیلاب به وسیله نهر انحرافی در خارج از بستر رودخانه. نسبت سطح حوضه به ناحیه کشت در این سیستم 100 به 1 تا 10000 به 1 می‌باشد.
نتایج :
در مناطق خشک و نیمه‌خشک با استفاده از تکنیک استحصال آب در سطوح پشت بامی می‌توان به منبع خوبی از آب دست يافت که علاوه بر نیاز مصارف خانگی، برای آبیاری گیاهان و حیوانات هم قابل استفاده می‌باشد. در این سیستم جنس و نوع عایق پشت بامی برای تولید رواناب اهمیت دارد که بر اساس نوع استفاده باید مد نظر قرار گیرد. در مناطق خشک و نیمه‌خشک بر روی یک دامنه شیب‌دار با انتخاب و محصور كردن یک قطعه زمین می‌توان آب مورد نیاز گياهان را با ایجاد یک سطح عایق و مخازن بتونی مطابق فرم ارائه‌شده در این مقاله تامین نمود. کمبود بارش سالیانه در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانع از رشد و استقرار گیاه می‌شود. در مکانی که زمین مسطح است، می‌توان از روش استحصال آب در بین ردیف‌های کاشت استفاده نمود. در این روش سطح پشته ها بر اساس میزان خشکی منطقه تغییر می‌کند و هرچه خشکی بیشتر باشد، سطح پشته‌ها افزایش می‌یابد. باید دقت كرد تا نفوذپذیری سطح پشته ها به حداقل ممکن برسد. در این روش، کار به طور مکانیزه قابل اجرا می‌باشد. در مکان‌های شیب‌دار با پستی و بلندی زیاد که امکان استفاده از عملیات مکانیزه وجود ندارد، می‌توان از روش استحصال آب در حوضه های کوچک که به سهولت با ابزارهایي ساده چون بیل و کارگر محلی ساخته می‌شود، برای کاشت درختان مثمر و غیر مثمر استفاده كرد.
اگر شرایط توپوگرافی محل به گونه ای باشد که امكان ساخت و طراحی حوضه‌هایی با سطح متوسط وجود داشته باشد، می‌توان از آن استفاده نمود. بعنوان مثال، دامنه یک تپه با شیب تا حدود 50 درصد می‌تواند به عنوان یک سطح جمع‌کننده حوضه در نظر گرفته شود؛ ولی هدایت رواناب آن توسط کانالی به قسمت مسطح پایین دامنه مي‌رسد که دراین قسمت گیاه کشت میگردد.
در مناطقی که رودخانه های موقتی و بستری مناسب برای کشت گیاه داشته باشند، می‌توان در قالب استحصال سیلاب در بستر رودخانه مزبور، با ایجاد کانال‌های انحرافی از رودخانه مبادرت به کشت گیاه نمود؛ ولی باید توجه داشت که خاک محل بستر نفوذپذیری مناسبی داشته باشد.
پیشنهادات :
- استحصال آب از نظر مقدار و کیفیت آب تولیدی در روش استحصال آبخیز‌های پشت بامی در مناطق مختلف و از نظر جنس و نوع عایق بندی مورد بررسی قرار گیرد.
- روش کاشت نهال گونه‌های مثمر با استفاده از تکنیک میکروکچمنت ها برای ایجاد باغ های مثمره دیم و غیر مثمره و چشم‌اندازهاي طبيعي در نقاط مختلف مورد بررسی قرار گیرد.
- قابلیت اجرای روش‌های ذکر شده در این مقاله با استفاده از GIS و تلفیق داده های هواشناسی، خاکشناسی، توپوگرافی و... برای مناطق خشک و نیمه‌خشک مورد بررسی قرار گیرد.
