بخشی از مقاله
چکیده
کشور ایران از جمله مناطق خشک جهان محسوب می شود، به طوری که به جز حاشیه دریای خزر، دامنه و ارتفاعات البرز و زاگرس اغلب دارای آب و هوای خشک با نزولات آسمانی قلیل می باشد. روش جمع آوری آب باران برای مصارف مختلف از دیرباز در این سرزمین رایج بوده است. این تحقیقکه در حوضه آبخیز دوآبی کلات، انجام شده به بررسی روشی جهت تعیین مکان مناسب برای جمع آوری آب باران می پردازد. در ابتدا منطقه مورد مطالعه در محیط نرم افزار GIS به بخش های کوچکتر تحت عنوان زیرحوضه تقسیم شد.
سپس در یک دوره آماری 18 ساله - 71-89 - به محاسبه نیاز خالص آبیاری گیاهان الگوی کشت منطقه توسط نرم افزار Cropwat، پرداخته شد . نیازخالص آبیاری در اراضی پایین دست هر زیرحوضه، با فرض یکسان بودن الگوی کشت هر زیرحوضه با الگوی کشت منطقه، محاسبه گردید. سپس به دلیل فقدان ایستگاه باران سنجی، برای محاسبه رواناب تولید شده در فصل بهار، از روش شماره منحنی - - SCS استفاده شد و پس از برآورد رواناب تولیدی دراراضی بالادست هر زیرحوضه، با مقایسه نیاز خالصآبی اری در اراضی پایین دست هر زیرحوضه با رواناب تولیدی در بالادست آن، مکان مناسب جهت جمع آوری آب باران در این منطقه، پیشنهاد گردیدنهایتاً. مشخص شد که می توان 46 درصد به اراضی فاریاب حوضه افزود.
مقدمه
کشور ایران به دلیل کم بودن ریزش های جوی و نامناسب بودن پراکنش زمانی و مکانی آن، در زمره کشورهای خشک و نیمه خشک جهان قرار دارد. از طرفی به دلیل رشد جمعیت، گسترش شهرنشینی و توسعه بخش های کشاورزی و صنعت پیوسته با افزایش تقاضای آب مواجه است . تداوم افزایش میزان تقاضا برای آب باعث افزایش شکاف میان عرضه و تقاضای آب در آینده خواهد شد. افزایش این شکاف، توجه جدی به مبانی برنامه ریزی اقتصادی منابع آب و تخصیص بهینه آب را اجتناب ناپذیر نموده و مدیریت تقاضای آب را ضروری می کند.
از 165 میلیون هکتار اراضی کشور حدود 37 میلیون هکتار را اراضی مناسب جهت کشاورزی تشکیل می دهد که از این میزان اراضی قابل کشت، 20 میلیون هکتار برای کشت فاریاب و بقیه آن برای دیم مناسب می باشد. به دلیل محدودیت منابع آب فقط حدود 7/8 میلیون هکتار از این اراضی به صورت فاریاب کشت می شود.[1] جمع آوری و ذخیره آب باران برای مصارف مختلف، از دیر باز، در ایران و بسیاری جاهای دیگر، معمول بوده است.استحصال آب مجموعه ای است از روش های بهره برداری از آب باران در نزدیکی محل بارش که به وسیله آن، می توان آب مورد نیاز هر مجموعه را از سطوح همان مجموعه و اطراف آن تأمین نمود. استفاده از فن استحصال آب باران، دارای مزایای زیادی است که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- عدم آلودگی ناشی از اختلاط با انواع پساب ها و گل آلودگی حاصل از فرسایش آبراههای که معمولاً در قسمت های پایین دستی حوضه های آبخیز اتفاق می افتد.
- امکان تأمین آب مورد نیاز ساکنین موجود در نقاط دور افتاده که به منابع معمول نظیر چاه دسترسی ندارند.
- بهره برداری از یکی از منابع آب به حساب نیامده که با وجود اینکه در مجموع پتانسیل قابل توجهی به حساب می آید، ولی به دلیل پراکندگی و کوچک بودن حوضه های آبخیز مربوطه، امکان مهار آن ها، با استفاده از سد های بزرگ وجود ندارد.
- توجه به روش های استحصال آب باران می تواند به حفظ و احیای سازه های سنتی که در گذشته با همین اهداف احداث شده اند، کمک زیادی بنماید. امروزه با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و کمبود آب، موضوع استحصال آب باران در کلیه نقاط خشک دنیا، مورد توجه واقع شده و تلاش بسیار و سرمایه گذاری های هنگفتی از طرف مجامع بین المللی و دولت های محلی برای توسعه آن به عنوان راه حل مقابله با خشکی و خشکسالی در حال انجام است.[2]
جمع آوری آب باران برای کشاورزی، در ایران ابعاد گسترده ای داشته است. روش های جمع آوری در مناطق مختلف، متناسب با شرایط آب و هوایی، توپوگرافی، جنس خاک و نفوذ پذیری آن و بالاخره نوع محصولات کشاورزی، تفاوت داشته است. در برخی از مناطق شمالی کویر مرکزی، کرت های احداثی دارای دیواره های بلندی بوده است، تا بتواند حجم قابل ملاحظه ای از سیلاب های منحرف شده از مسیل های موقتی و کوچک اطراف مزارع را در خود جای دهد.
[3] در سمنان، برای تأمین آب شرب دام، سطحی حدود 1500 مترمربع با شیب حدود 2 درصد بتونی شده است تا رواناب تولیدی قابل توجه ناشی از بارندگی ها، به استخر پایین دست آن، که در زمین حفر شده است، منتقل و ذخیره گردد. در منطقه زرند ساوه، سطحی حدود 1500 مترمربع با سیمان یا بتون پوشش داده شده است تا رواناب باران را جمع آوری و به مخزنی هدایت کند که در تابستان مورد استفاده دام، قرار گیرد.استفاده از سطوح آبگیر باران برای تغذیه آب انبارها در لار، از دیگر روش های جمع آوری است.[4] کوثر - 1361 - ، با جمع آوری آب باران از منطقه ای در فارس، با بارش متوسط سالانه 150 تا کم تر از 200 میلیمتر، جنگلی از اکالیپتوس را در سطحی حدود 300 هکتار ایجاد کرد.
نامده - 1987 - ، در مناطقی با بارندگی حدود 200 تا 250 میلیمتر در سال به جمع آوری رواناب باران پرداخت و موفق به کشت درختان مثمر و غیرمثمر شد. او حجم مخازنی را که بایستی بخشی از آب باران در آن جا نگهداری شود تا در فصل خشک به عنوان آبیاری تکمیلی مورد استفاده قرار گیرد را نیز، بدست آورد .[4] اسماعیلی - 1997 - ، اثر روش های مختلف استحصال آب باران در عرصه های منابع تجدیدشونده در آذربایجان شرقی را مطالعه کرد و نتیجه گرفت که این روش ها، باعث افزایش سبزشدن بذور مرتعی تا میزان 5 برابر شده است .[5]
گازری پور - 1997 - ، جمع آوری آب باران برای کشت درخت بادام در منطقه ای با بارندگی سالانه 200 میلیمتر را بررسی کرد و نتیجه گرفت که در حوضچه های با شیب 2 تا 5 درصد، عملکرد بادام تا 40 درصد نسبت به شاهد افزایش داشته است .[6] گوپتا - 1994 - ، اثر اقدامات و عملیات استحصال آب باران را برای گیاه - نیم - ، در مناطق بیابانی بررسی کرد و نتیجه گرفت که تولید بیوماس گیاه تا 4 برابر و از 1/69 تن در هکتار به 6/3 تن در هکتار رسید.[7] طهماسبی و فرداد - 1379 - اثر مقادیر مختلف آب و مقایسه آن با برآورد نیاز آبی با روش بلانی کریدل را برای گندم بررسی کردند و نتیجه گرفتند که با اعمال عمق آبیاری به مقدار 80 درصد مقدار برآورد شده، در عملکرد محصول، اختلاف معنی داری مشاهده نشد.[8]
مواد و روش ها
منطقه مورد مطالعه حوضه آبخیز دوآبی واقع در حوضه آبریز قره قوم و در بخش جنوب شهرستان کلات می باشد . این حوضه از نظر مختصات جغرافیایی در محدوده طول های جغرافیایی 59œ38'24"تا 59œ53'24" شرقی و عرضهای جغرافیایی 36œ46'12"تا 36œ55'12"شمالی قرار گرفته است. ارتفاع متوسط حوضه 1905 متر و میانگین بارندگی سالیانه آن، 379 میلیمتر می باشد. وسعت کل منطقه 154 کیلومترمربع است. شکل 1 موقعیت منطقه را در استان خراسان نشان می دهد. این منطقه فاقد هرگونه ایستگاه هواشناسی، اعم از باران سنجی، هیدرومتری، کلیماتولوژی و سینوپتیک می باشد. که برای انجام این تحقیق از 10 ایستگاه منتخب اطراف منطقه، که تا حدودی مشابهت اقلیمی با حوضه دارند، استفاده شد .
روستای سررود درخروجی حوضه واقع است. منابع آبی این حوضه شامل رودخانه ها و چشمه ها می باشد. از جمله عمده ترین مشکلات حوضه، می توان به خسارات ناشی از سیلاب و خشکسالی اشاره کرد. این حوضه یکی از سیل خیزترین مناطق استان بوده که از قبل انقلاب تا کنون هر ساله اقدامات متعددی جهت مهار سیلاب از سوی سازمان های مربوطه و با مشارکت مردم، انجام گرفته است. از این رو می توان ادعا نمود که در صورت مهار سیلاب ها و جمع آوری آن ها، علاوه بر جلوگیری از خسارات ناشی از جریان های سطحی، می توان اقدام به استفاده مفید و به موقع از آن ها نمود.
روش کلی کار در این پژوهش مبتنی بر مقایسه رواناب و نیاز آبی بوده است. برای دستیابی به این هدف ابتدا آب باران قابل جمع آوری - رواناب های ناشی از بارش ها - طی فصل بهار، درمساحت بالادست نقاط مختلف در طول آبراهه از بالا دست تا خروجی محاسبه گردید. همزمان، نیاز خالص آبیاری اراضی پایین دست همان نقاط نیز برآورد گردید. سپس دو مقدار فوق با یکدیگر مقایسه شد تا بهترین موقعیت مکانی در نتیجه نزدیک شدن این دو پارامتر به یکدیگر، به دست آید.
در انجام این تحقیق، ابتدا حوضه مورد مطالعه توسط ابزار ArcHydro در محیط ArcGIS به زیرحوضه های هیدرولوژیک و غیرهیدرولوژیک، تقسیم شد و مسیر آبراهه اصلی با استفاده از لایه DEM1F0 منطقه، در محیط نرم افزار مشخص گردید - شکل. - 2 پس از آن زیرحوضه ها بر اساس اشتراک آن ها در محل خروجی، به زیرحوضه های تجمعی تبدیل گردیدند، که شرح آن در جدول 1 آمده است. برای تهیه نقشه شماره منحنی رواناب حوضه، نیاز به نقشه های کاربری اراضی و گروه های هیدرولوژیک خاک منطقه می باشد.
لایه کاربری اراضی حوضه از اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری استان خراسان تهیه شد و لایه گروه های هیدرولوژیک خاک نیز به وسیله نقشه خاک منطقه تهیه گردید. با تلفیق این دو لایه، در محیط GIS، سطوح دارای گروه های هیدرولوژیکی و کاربری اراضی یکسان، مشخص و سطح مربوطه محاسبه گردید. سپس با استفاده از جداول ارائه شده توسط NEH-4، شماره منحنی متوسط وزنی برای حوضه محاسبه شد .[9] جهت برآورد شماره منحنی در هر یک از زیرحوضه های تجمعی، لایه شماره منحنی بدست آمده، برای هریک از زیرحوضه ها برش خورد و مانند روش قبل، شماره منحنی متوسط وزنی هر یک از آن ها، بدست آمد.
به منظور برآورد رواناب در فصل بهار نیاز به بارش منطقه در بهار بود. به دلیل فقدان ایستگاه باران سنجی، جهت تخمین بارش روزانه منطقه در فصل بهار و طی دوره آماری 1371-1389، به روش درون یابی - 2IDW1F - از ایستگاه های مجاور حوضه که در تمام جهات در اطراف آن، پراکنده اند، استفاده گردید و بارش روزانه در مرکز ثقل هر زیر حوضه در فصل بهار، بدست آمد . ایستگاه های مو رد استفاده عبارت اند از : کبکان، دربند کلات، چهچهه، آل، بلغور، قره تیکان، مارشک، حاتم قلعه، سنگ دیوار و گوش بالا. در این روش مقادیر پیکسل های مجهول از طریق میانگین گیری مقادیر نقاط معلوم در نزدیکی هر پیکسل تخمین زده می شود و مقادیری که نزدیک تر به مرکز پیکس ل هستند، در تخمین مقدار نامعلوم تأثیر یا وزن بیش تری دارند. به این مفهوم که در این روش فرض بر این است که هر چه فاصله از مرکز پیکسل مجهول بیش تر می شود، اثربخشی پیکسل معلوم در تخمین نقطه مجهول و محاسبه میانگین کاهش پیدا می کند.
