بخشی از مقاله
استحصال آب باران، روشی براي مدیریت بر بارندگی در مناطق خشک
چکیده
مشکل کمبود آب در مناطق خشک و نیمه خشک، ناشی از بارندگی کم و نیز توزیع نامناسـب آن مـی باشـد کـه باعث شده است کشاورزي در این مناطق اقتصادي نباشد. منابع معمول تامین آب نظیـر چاههـا هـم در صـورت وجود اغلب دچار اضافه برداشت هستند که باید براي جبران عواقب اقتصادي و اجتماعی ناشی از آن چـاره اي اندیشید. به عنوان یک راه حل در دهه هاي اخیر، توجه دنیا به سمت روزآمد نمودن بعـضی روش هـاي سـنتی که علاوه بر ساده و ارزان قیمت بودن، قابل اطمینان نیز هستند، جلب شده است. از ایـن میـان، استحـصال آب باران یکی از شاخص ترین تکنیک هاي مدیریت بهرهبرداري از آب باران براي مقابله با کم آبی مـی باشـد کـه در نقاط مشکل دار بسرعت در حال توسعه می باشد. مبناي این روش اختصاص سطحی از زمین براي جمعآوري نزولات و سپس ذخیرهسازي آن براي استفاده در زمان مورد نیاز میباشد. با توجه بـه تنـوع روشـهاي استحـصال آب باران، باید در انتخاب روش مناسب به ویژگیهایی از قبیل مقدار بارنـدگی و نحـوه توزیـع آن، توپـوگرافی زمین، نوع خاك، عمق خاك و عوامل اقتصادي و اجتماعی هر منطقه توجه جدي نمود. در ایـن مقالـه، نتـایج طراحی و اجراي یک طرح پایلوت استحصال آب باران، متناسب با شرایط اقلیمی مناطق خشک کشور و با هدف آبیاري تکمیلی کشت دیم، منعکس گردیده است.
کلید واژه: استحصال آب، باران، آبیاري تکمیلی، کشت دیم، مناطق خشک
-1 مقدمه
افزایش روزافزون جمعیت در کنار مصرف بیرویه آب مشکلات زیادي را در تامین آب شـهري و روسـتایی کـشور فراهم نمودهاست. از آنجا که عمده مصرف آب مربوط به بخش کشاورزي میباشد، لذا ضرورت تحقیق در زمینه استفاده از منابع آب جایگزین و نیز روشهاي صرفهجویی در مصرف آب بسیار ضروري است. یکی از روشهایی که بطور غیر مـستقیم میتواند باعث کاهش اتکاء به منابع آب معمول نظیر چاه و قنات و یا آب رودخانه باشد، استحـصال آب بـاران نـام دارد کـه منظور از آن جمعآوري و بهرهبرداري از آب باران در محل بارش میباشد. از آنجا که باران، هرچند به مقدار کم، تقریبا در همه نقاط کشور وجود دارد، چنانچه بتواند با اعمال مدیریت صحیح مورد استفاده قرار گیرد، میتواند جهت جبران بخشی از کمبودهاي موجود، مفید واقع شود. مبناي کار این است که براي جبران کمبود، رواناب ناشی از بارندگی بر روي بخشی از زمینهاي مجاور محل کشت را جمعآوري نموده و به محل کشت انتقال داده میشود. در نتیجه اگـر بطـور مثـال زمینـی بـا
وسعت مشابه زمین کشت شده، به جمعآوري آب اختصاص یابد، مقدار سهم آب دریافت شده توسط گیاه – صرفنظر از تلفات انتقال- به دو برابر افزایش خواهد یافت.
وجود آب انبارهاي قدیمی با معماري متنوع در اکثر نقاط خشک کشور گویاي میزان توجه به استحصال آب بـاران جهـت مصارف مختلف در گذشته میباشد. اگرچه این روش بطور عمده در مقیاس کوچک مورد اسـتفاده بـوده اسـت، امـا تعـداد طرحهاي اجرا شده بسیار قابل توجه است. استحصال آب باران بصورت سنتی در نقاط مختلف با اسامی خاص همان منطقـه شناخته میشود که از آن جمله میتوان به هوتک وخوشابهاي سیستان و بلوچـستان و یـا بندسـارهاي اسـتان خراسـان اشـاره نمود.
سوابق موجود استحصال آب باران در دنیا نشان میدهد که این روش اول بار در صحاري فلسطین اشغالی با بارندگی متوسط
90 میلیمتر انجام شده و کمک زیادي به تولید علوفه در منطقه نموده است. در استرالیا سطوح آبگیـر نـاودانی شـکل جهـت هدایت آب باران به باغات استفاده شده که نتایج آن بصورت دستورالعملی براي تامین آب اضـطراري منـاطق خـشک ایـن کشور در آمده است .[1]
سپاسخواه و کامکار در تحقیقاتی از این روش براي درختکاري دیم تحت عنوان "هدایت آب حوضه درختـان بـه پـاي هـر درخت" استفاده نمودند کـه نتیجـه آن، افـزایش رشـد درختـان، افـزایش محـصول و کیفیـت آن بـودهاسـت .[2] کـوثر در مطالعاتی جهت کشت درختان دیم در گردنه قوچک در نزدیکی تهران نشان داد که در بارندگی با شـدت 100 میلیمتـر در ساعت و یا با شدت 12 میلیمتر در ساعت و مدت بیش از یکساعت بارنـدگی و یـا هنگامیکـه خـاك در حالـت نزدیـک بـه اشباع است، چنانچه از سطوح آبگیر باران به روش نواري استفاده شود، براي نسبت سطح جمع آوري به سطح کـشت شـده برابر 1/5:1، نیاز آبی سیستم قابل تامین میباشد .[3]
هدف از تحقیق حاضر، برآورد پتانسیل استحصال آب باران جهت استفاده در آبیاري تکمیلی کشت دیـم در شـرایط آب و هوایی استان خراسان بودهاست. ایستگاه تحقیقات طرق در مشهد بعنوان منطقه بررسی و از گیـاه گنـدم نیـز جهـت ارزیـابی تاثیرات طرح، استفاده شده است.
-2 مواد و روشها
الف: شکل سیستم
سطح آبگیر در نظر گرفته شده به یک سري نوارهـاي کوبیـده شـده مـوازي یکـدیگر و داراي شـیب جـانبی مـساوي تقسیم گردید، بهنحویکه هر دو نوار مجاور هم تشکیل یک نهر V شکل میدهد. مجموعه ایـن نهرهـا آب بـاران را بـه یـک زهکش جمعآوري کننده که در پایین دست قرار دارد انتقال میدهند(شکل .(1 زهکش جمـعآوري کننـده بـه یـک مخـزن ذخیره منتهی میشود که از آن در مواقع نیاز جهت آبیاري کشت مورد نظر بهرهبرداري میشود.
شکل :(1) نحوه جمعآوري آب در سیستمهاي سطوح آبگیر درون و برون مزرعهاي [ 4 ]
ب: هوا و اقلیم
منطقه مورد مطالعه در اراضی ایستگاه تحقیقاتی طرق واقع در استان خراسان رضوي با عـرض جغرافیـایی36 درجـه و
12 دقیقه و 55/2 ثانیه شمالی و طول جغرافیایی59 درجه و 38 دقیقه و 54/5 ثانیه شرقی درارتفاع 1000 متـر از سـطح دریـا واقع شده است. به منظور تحلیل بارندگی از آمار روزانه ایستگاه سینوپتیک مشهد که در مجاورت محل طرح قـرار دارد در دوره آماري 1383-1356استفاده شده است. متوسط باران سالیانه منطقه مورد مطالعه 274 میلیمتر، دماي حـداقل، متوسـط و حداکثر سالیانه به ترتیب7/7، 14/2 و21 درجه سانتیگراد می باشد.
اقلیم منطقه براساس روش دومارتن نیمه خشک و براساس منحنی آمبروترمیک دوران مرطوب سال منطبق بر فاصـله زمـانی اواسط آبان لغایت اول اردیبهشت می باشد. به منظور برآورد نیاز آبـی گنـدم، و بـا اسـتفاده از دادههـاي هواشناسـی، مقـدار تبخیر و تعرق پتانسیل و از آنجا مقدار تبخیر-تعرق واقعی گیاه گندم که با استفاده از روشهاي پنمن-مونتیث و پنمن بدسـت آمده برابر 525 میلیمتر برآورد گردید.
ج: نحوه غیر قابل نفوذ نمودن سطوح آبگیر
روشهاي مختلفی براي پوشش آبگیر و افزایش رواناب وجود دارد که از جمله آنها میتـوان بـتن، آسفالت،پلاسـتیک، قیر و پارافین را نام برد. هر یک از این پوششها داراي بارندگی آستانه رواناب و همچنین ضریب روانـاب مشخـصی اسـت که با توجه به خصوصیات بارندگی و شکل و شیب سطح تفاوت میکنند. با توجه به هزینه زیاد بعضی از پوشـشهـا ماننـد بتن و آسفالت و از آنجا که مـالچ قیـري داراي ارزبـري کمتـر و همچنـین سـابقه اسـتفاده گـسترده در بخـش منـابع طبیعـی کشور(تثبیت شنهاي روان) میباشد، لذا این نوع پوشش براي هدف مورد نظر انتخاب گردید. ارتفاع آستانه رواناب سطحی با پوشش یک لایه قیر، 1/7 میلیمتر و ضریب رواناب آن %71 تخمین زده شده است .[ 5 ] سوابق موجـود نـشان میدهـد کـه استفاده از 1 لیتر قیر MC2 براي هر مترمربع سطح آبگیر کافی میباشد .[3]
د: انتخاب سطح جمعآوري آب
مهمترین عامل در طراحی سیستمهاي سطوح آبگیر باران که در هزینههاي ایـن روش هـم تـاثیر بـسزایی دارد، تعیـین اندازه سطح جمعآوري آب یا همان سطح آبگیر میباشد بطوریکه رواناب ناشـی از آن بـا یـا بـدون انجـام عملیـات تثبیـت ، بتواند کمبود ناشی از مقدار بارندگی مستقیم روي سطح کشت شده را جبران نماید. یک روش سـاده بـراي تخمـین نـسبت سطح جمعآوري به سطح کشت استفاده از معادله زیر میباشد : [6 ]
که در آن:
:ET تبخیر و تعرق در فصل زراعی
:S بارندگی در فصل زراعی :Er ضریب رواناب سطح آبگیر
و A و a بترتیب سطح جمعآوري آب (آبگیر) و سطح زیر کشت میباشند.
با احتساب مقدار تبخیر و تعرق واقعی گندم ET=525mm و ضریب رواناب%E r=71 نسبت r برابر :
بدست میآید. این نتیجه به این معنی است که در ازاي هر هکتار سطح زیر کشت نیاز یـه یـک و نـیم هکتـار سـطح آبگیـر براي جبران کمبود آب باران میباشد.
به منظور تخمین دقیقتر سطح جمعآوري آب، با استفاده از آمار بارندگی روزانه درازمدت که براي سطوح احتمال مختلف بدست آمدهاست و مقایسه آن با نیاز آبی روزانه یا ماهانه میتوان فرض نمـود کـه مـازاد بـر مـصرف را در مخزنـی ذخیـره و سپس در زمانهایی که مقدار بارندگی مستقیم از نیاز آبی کمتر است، کمبود آب از مخزن ذخیره فرضی تامین گردد. بر این اساس، براي محاسبه حجم مخزن موردنیاز معادله پیوستگی جریان بصورت زیر بکار برده میشود .[7]
که در آن I میزان ورودي، O میزان خروجی، V حجم آب در مخزن فرضی و t زمان میباشند. براي حـل معادلـه فـوق آن را بصورت گسسته زیر در میآوریم:
در حالیکه It و Ot میزان ورودي و خروجـی در زمـان t وIt+ t و Ot+ t میـزان ورودي و خروجـی در زمـان t+ t میباشـند.
چنانچه این معادله با استفاده از آمار بارندگی و مقادیر نیاز آبی کشت مورد اسـتفاده در فواصـل زمـانی مناسـب (روزانـه یـا ماهانه) بصورت متوالی حل شود، هنگامی که محاسبات به انتهاي دوره آماري میرسد، حجـم مخـزن مـورد نیـاز و همچنـین دفعات و مقادیر کاهش (در اثر خالی بودن مخزن هنگامی که گیاه نیاز به آب دارد) محاسبه میگردد. شکل (2) نتایج تکرار محاسبات فوقالذکر را بصورت رابطه بین حجم مخزن و مقادیر کمبود را براي نـسبتهـاي مختلـف سـطح جمـعآوري بـه سطح کشت (r) نشان میدهد.
بطور مثال همانطور که درشکل (2) مشاهده می شود، به ازاي یک مخزن ذخیره آب 500 متر مکعبی و r 2 ، مزرعـه بـا 44 درصد کمبود ناشی از کم آبیاري مواجه خواهد شد. همچنین قسمتی از رواناب جمع آوري شده بخاطر کوچـک بـودن مخزن، سرریز خواهد شد. در صورتیکه مخزن به ظرفیت 1000 متر مکعب ساخته شود و r 2 در نظر گرفته شود، مقدار کمبود معادل 24 درصد می گردد و اگر r 1.4 انتخاب شود، مزرعه گندم با 32 درصد کم آبیاري مواجه خواهد شـد.
همانطور که در شکل مشخص است بدیهی است با انتخاب r 1.4 ساخت مخزن بزرگتـر از 1000 مترمکعـب ضـرورتی ندارد زیرا آبی به منظور ذخیره سازي بیشتر در دسترس نخواهد بود. حال با توجه به اینکه هدف اصلی دراین طـرح اسـتفاده از آب باران براي آبیاري گندم دیم می باشد و نیاز به آبیاري کامل نمی باشد و درصـورتیکه بتـوانیم نیـاز آبـی گنـدم را در مراحل حساس رشد(اولین فرصت بعد از کاشت، گردافشانی و پرشدن دانهها) تامین نماییم، هدف اصلی طرح برآورده شده است. جهت احداث نمونه آزمایشی طرح، سطح زیرکشت 6240 متر مربع و سطح جمع آوري 12380 مترمربع انتخاب شده است که تقریباً دوبرابر سطح زیر کشت می باشد.
ه: نحوه کاشت و آبیاري
طرح مورد استفاده بلوکهاي کامل تصادفی با دو تیمار (دیم و آبیاري تکمیلـی) و چهـار تکـرار بـود. عملیـات آمـاده سازي زمین شامل شخم با گاوآهن برگرداندار، یک مرحله، دیسک، و سپس تسطیح به کمک لولر بود. میزان کـود مـورد نیاز بر اساس توصیه بخش تحقیقات خاك و آب مرکز تحقیقات کشاورزي و منابع طبیعی خراسان رضوي و به میـزان -50 100-75 کیلوگرم N-P-K خالص در هکتار مورد مصرف قرار گرفت. رقم گندم مورد استفاده گندم دیم آذر 2 بـود کـه بلافاصله پس از نزول اولین بارندگی موثر در 17 آبان ماه 1384 بوسیله بذرکار خطیکـار غـلات( همـدانی ) بـا میـزان بـذر مصرفی 120 کیلوگرم در هکتار کشت گردید. مساحت کاشت هر تیمار 1200 متر مربع بـود و سـبز مزرعـه 10 تـا 12 روز پس از کاشت بود.
