بخشی از مقاله
چکیده
کمبود منابع آب، وجود اقلیم خشک و نیمه خشک در کشور و دستیابی به توسعه پایدار سبب استفاده بهینهای از منابع آب می گردد. یکی از مشکلات عمده در جوامع و مراکز صنعتی و شهری، رواناب ناشی از بارندگی در این مناطق و به تبع آن ایجاد آب گرفتگی در این گونه مراکز و وقوع سیلاب می باشد. پارامتر اصلی در طراحی های مختلف شبکه های جمع آوری آب های سطحی شهری و صنعتی، تعیین نرخ جریان می باشد. مسئله اصلی پس از هر بارش ایجاد رواناب در سطح آن منطقه می باشد.
با گسترش شهر نشینی و روند رو به رشد آن، با وقوع هر بارش و تولید رواناب، معابر شهری دچار گرفتگی میشود. با توجه به سطوح زیاد معابر شهری و پوشش کاملا غیر قابل نفوذ آسفالت، در هر نوبت بارش حجم قابل توجهی رواناب تولید میشود که در صورت عدم استفاده بسرعت در مسیر زهکشهای شهری آلوده شده و از دسترس خارج میشود . در کشور ما بیش تر سعی بر آن است تا رواناب به خارج از شهر منتقل گردد، در صورتی که میتوان از این رواناب استفاده سودمندتری داشت و با پالایش و کاهش آلودگی، از آن در جهت تغذیه مصنوعی و مصارف دیگر بهره برد که با توجه به خشکسالیهای اخیر، این امر ضروری به نظر میرسد. در این تحقیق سعی شده است با توجه به تجربیات کشورها پیشنهاداتی برای این مهم ارائه گردد.
-1 مقدمه
سیستمهای پایدار منابع آب برای پیشبرد اهداف حال و آینده ی جوامع، طراحی و مدیریت شدهاند، به طوریکه از محیط، بوم و هیدرولوژی آنها استفاده بهینه گردد. بدون مدیریت صحیح منابع آب، هرگز نمیتوانیم به توسعه پایداری برسیم و فقر را کاهش دهیم. هدف توسعه و مدیریت پایدار منابع آب، تأمین صحیح نیازهای آبی نسلهای حال و آینده میباشد. این مهم با در نظر گرفتن دو عامل، یکی طراحی جامع و مناسب سیستمها یعنی بهینه سازی راندمان استفاده از آب و دیگری ایجاد تلاشی پیوسته به منظور حفاظت و تجدید محیط زیست طبیعی تحقق مییابد. رسیدن به جامعه ی پایدار، مستلزم بسیاری از مبارزات اجتماعی و صنعتی می باشد. در گسترش این الگو اصول پایدار، قوانین محیطی و مشارکت عمومی همزمان منظور میشوند .
[1] در بسیاری از مناطق جهان، آب کافی به منظور برآوردن نیازهای اساسی بشر وجود ندارد. پیش بینی ها نشان می دهد بین سالهای 2009 تا 2050، جمعیت جهان 2/3 میلیارد افزایش می یابد و از 6/8 میلیارد به 9/1 میلیارد می رسد و جمعیت شهر نشین جهان حدود 84 درصد افزایش یافته و از 3/4 میلیارد نفر در سال 2009 به 6/3 میلیارد در سال 2050 می رسد.[2] لذا با نزدیک شدن بسیاری از جوامع به محدودیت منابع آب قابل دسترس، روش های استحصال منابع آب مانند جمع آوری آب باران از اهمیت ویژه ای برخوردار میباشند.
همچنین، استحصال آب باران در وضعیتی بیشتر مورد توجه قرار میگیرد که رشد تقاضای آب در جامعه با منابع آب قابل دسترس برابری نکند؛ لذا در این زمینه کشور هایی نظیر آمریکا و استرالیا پیش قدم بوده و برطبق برآورد صورت گرفته در سال 2002 در ایالات متحده،تقریباً یکصد هزار واحد مسکونی و زراعی به تأسیسات جمع آوری آب باران تجهیز شدهاند .[3] کشور ایران که به لحاظ اقلیمی جز مناطق خشک و نیمه خشک جهان محسوب میشود، در منطقه غرب آسیا و شمال آفریقا واقع شده و بسیاری از چالشها را در مواجهه با پایداری منابع آب، تجربه کرده است .[4] پراکندگی نزولات جوی در کشور یکسان نبوده در مناطق شمالی و دامنه های شمالی رشته کوه البرز، میزان نزولات جوی زیاد و در مناطق جنوبی تا حد بسیار کم مشاهده میشود .
[5] کل بارش سالانه کشور 252 میلیمتر – یک سوم میانگین جهانی- است که 179 میلیمتر به طور مستقیم از طریق تبخیر از دست میرود .[6] بنابراین، احتیاج است که از بارش و رواناب آن ها، سطوح زمین، شیبهای تند، سطح جادهها و با استفاده از روشهای سادهای مثل قوطیها، تانک و آب انبارها یا روشهای پیچیدهای مثل بررسی سدهای زیرزمینی استفاده گردد .[7] سوابق استحصال آب باران در دنیا نمایانگر آن است که این روش برای اولین بار در صحرای فلسطین با بارندگی 90 میلی متر انجام شد و کمک شایانی بر توسعه کشت آنجا داشت .[8] در این تحقیق، سعی میشود راه حلی برای رفع گرفتگی حاصل از رواناب شهری پیشنهاد شود.
-2 مواد و روشها
مطالعات زیادی بر کنترل رواناب های شهری صورت گرفته است و نتیجه همه آنها بر این پایه می باشد که لازم است به جای آنکه سیلاب را هر چه سریعتر از شهر خارج کنیم، باید آلودگی آنرا کم کرده و تا حد امکان در زمین نفوذ دهیم .[9] نکته جالب آنکه اقلیم یک منطقه نیز میتواند تاثیر معنی داری بر کیفیت و کمیت رواناب سیلاب گذارد. عواملی همچون سابقه دوره خشکی بین طوفانها، شدت میانگین بارش، طول طوفان و مقدار ذوب برف میتواند بر ویژگیهای رواناب در یک منطقه اثر بگذارد. مناطقی که بارش کمی دارند، میتوانند روانابی با غلظت معنی داری از آلودگیها داشته باشند؛ به خصوص از مناطق حاد، مثل جادهها، پارکینگها و مناطق صنعتی. بسیاری از عوامل جغرافیایی همچون نوع خاک، شیب، کاربری اراضی و مقدار نفوذناپذیری حوضه میتوانند به مقدار زیادی بر کمیت و کیفیت روانابی که از منطقه حاصل میشود تاثیر گذارند.
هنگام بارش باران، بخشی از آن در زمین نفوذ کرده و حفرات سطحی زمین را پر نموده و بخشی از آن بصورت رواناب جاری میگردد. پستی و بلندی های سطح زمین، رواناب ایجاد شده را در مسیرهای مشخصی هدایت نموده و بدین طریق مسیر رودخانهها و مسیلها شکل میگیرند. ایجاد ساخت و سازهای بشر و تغییر در شکل و فرم زمین، این سیستم طبیعی را مختل نموده و در صورتی که این ساخت و سازها با رفتار طبیعی این رودخانهها و مسیلها سازگاری نداشته باشند، دیر یا زود صدمات مالی و جانی را به همراه خواهند داشت.
نوع مصالح مورد استفاده در فضای شهری، مانند آسفالت سطح معابر و پشت بامها، موزاییک حیاط منازل، سنگفرشهای پیادهروها و عایق ایزوگام در پشت بامها، همگی از نوع نفوذ ناپذیر بوده و بدین ترتیب با پوشیده شدن سطوح در هر نقطه، از میزان نفوذ آب کاسته شده و برعکس به میزان رواناب افزوده میگردد. قبل از هر چیز لازم است این نکته یادآوری شود که رشد شهرنشینی و فعالیتهای روزانه انسانی منبع بزرگی از آلودگیهاست که بر کیفیت رواناب شهری تاثیر میگذارد. آب باران به طور طبیعی، مشکل بهداشتی از نظر مواد شیمیایی ندارد ، مگر این که آلودگی بسیار شدید هوا در منطقه وجود داشتهباشد. لذا چون رواناب جذب می شود، بنابراین بایستی پیش از جذب شدن معیارهایی برای مصارف مختلف رعایت گردد.
بنابراین باید استاندارد های آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا1F0 که سازمان معتبری در این زمینه است، رعایت شود ؛ ولی چون ایران جزء ده کشور اول جهان در آلودگی هواست و در مسائلی همچون فرونشست زمین، نابودی تالاب ها و بیابانزایی،غالباً در شمار ده کشور نخست جهان است[10]، بایستی احتیاطهای لازم در مورد استفاده از آن به عمل آید. همانطور که قبلا ذکر شد، لازم است نگرش مدیریت سنتی رواناب شهری - هر چه سریعتر خارج کردن رواناب از شهر - به نقطه نظر استفاده از رواناب برای تصفیه و ذخیره، تغییر یابد. در نتیجه در مناطق شهری به تولید رواناب به عنوان یک زائده نه به عنوان یک منبع نگریسته میشود.
در این نگرش عموما وقتی موفقیم که از خسارتهای وارده توسط سیلاب جلوگیری کنیم. به عنوان مثال به منظور سریعتر خارجکردن رواناب، آبراهههای طبیعی اغلب با بتن پوشیده میشوند و این بر رفتارها و تاثیرات فیزیکی طبیعی و فرایندهای بیولوژیک تاثیر میگذارد، هم چنین در این نگرش سطوح غیر قابل نفوذی ایجاد میشود که باعث عدم نفوذ به سفرههای زیر زمینی میگردد. این سطوح آلودگیها را انباشته کرده، مقدار و سرعت رواناب را افزایش میدهد. در نتیجه آلودگی، فرسایش کنارهها و تاثیرات سیل در پایین دست افزایش مییابد. نگرش دوم تلاش میکند چرخه هیدرولوژیک طبیعی را که توسط شهرسازی به هم خورده است، تعدیل کند.
این نگرش شامل بهترین اقدامات مدیریتی2F1 است که به منظور کم کردن بار آلودگی ونیز کاهش حجم و تندی روانابی که به آبهای سطحی تخلیه میشوند، طراحی میگردند . مخازن زیرزمینی میتوانند سیلاب را ذخیره کرده و به تدریج در تغذیه لایههای زیرزمینی در اختیار قرار گیرند و یا به سمت آبهای سطحی رها شوند. ذخیره سیلاب همچنین میتواند به عنوان یک منبع آب آبیاری در نظر گرفته شود . به عنوان مثال، حیاط یک مدرسه میتواند مشکل سیلاب را حل کند و همزمان یک زمین ورزشی جدید باشد . علاوه بر نفوذ، این نگرش دارای سازههای کنترل است که این سازهها میتوانند برای به دام انداختن و اندازهگیری آب اضافه شده به آبهای سطحی برای شبیه سازی هیدروگراف موجود قبل از توسعه یا جمعآوری سیلاب برای استفادههای بعدی - مثل آبیاری - مورد استفاده قرار گیرند.
معمولترین این اقدامات برای خانهها ، ساخت گودالی است که با شن نفوذپذیر پر شده باشد، این گودال شامل حفره عمیق با لوله پلاستیکی و نیز چاله سطحی نفوذپذیر میباشد. ترانشههای نفوذ3F2، سنگفرشهای نفوذ پذیر و بیوفیلترها میتوانند به ما کمک کنند. می توان تجهیزات فیلتراسیون در مسیر رواناب نصب کرد. این تجهیزات می توانند به سادگی توسط شهروندان از زبالهها و مواد زائد پاک شوند . آب عبور کرده از آنها می توانند برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار گیرند - شکل .[11] - 1 استفاده از فیلتر به ویژه فیلتر شنی برای اولین بار توسط وانیلیستا و همکاران - 1981 - مطرح شد. از آن زمان به بعد، استفاده از فیلترها گسترش یافت که اخیرا توصیه برای استفاده از فیلترهای چند گانه مثل مخلوط شن-پیت یا مخلوط شن-کمپوست رو به فزونی است.
فیلترهای شنی - شکل - 2 شامل دو یا سه حفره است .[12] ترانشههای نفوذ با مواد دانهای درشت پر میشوند - شکل . - 3 این سازهها، سیلاب را به طور موقت در خود ذخیره کرده و به تدریج در زمین نفوذ میدهند. برخی از ترانشههای نفوذ و چاهها میتوانند مقدار کمی از رواناب را به دام اندازند و به همین دلیل، با دیگر اقدامات سازهای نظیر حوضههای نفوذ برای کاهش دبی ماکزیمم ترکیب می شوند. این سازهها میتوانند جامدات معلق، ذرات ریز، باکتریها، ارگانیزمها و مواد غذایی را از طریق نفوذ، جذب و تجزیه میکروبی از بین ببرند. در نواحی با جمعیت متراکم که زمین های توسعه نیافته نایاب است، حوضههای نفوذ ممکن است عملی و موثر نباشند. در این گونه مناطق باید ترانشههای نفوذ به عنوان برنامه در اولویت برای مدیریت و توسعههای آینده باشد.
تخمینها نشان میدهد که ترانشههای نفوذ میتوانند 95 درصد مواد معلق، 42 درصد فسفر و نیز 42 درصد نیتروژن موجود در سیلاب را از بین برند، اما چون احتمال آلودگی آبهای زیر زمینی در تغذیه مصنوعی وجود دارد، بنابراین نمی توان در مناطقی که آبهای زیر زمینی به عنوان منبعی برای آب آشامیدنی است از ترانشههای نفوذ استفاده کرد . [13] به عنوان مثال، در ایستگاههای سوختگیری، نفوذ آب به زمین سبب میشود که بار زیادی از آلودگیها به زمین نفوذ کنند. لازم است در این گونه مناطق، سطوح با سیمان پرتلند پوشیده شوند یا از سطوح نفوذناپذیر دیگر استفاده گردد. به دلیل استفاده کارواشها از مواد شوینده شمیایی، این مناطق برای نفوذ مناسب نمیباشند. راهکارهای مدیریت رواناب شهری در زیر پیشنهاد میگردد.
-1 در نواحی شهری بخش زیادی از زمین بوسیله مواد غیرقابل نفوذ پوشیده شدهاست که ویژگی این مواد کاهش نفوذپذیری و تشکیل سریع رواناب سطحی است که باعث وقوع سیل میشود. مطالعات نشان میدهد که وقتی سطوح نفوذناپذیر نسبت به سطوح نفوذپذیر افزایش مییابد، کیفیت رواناب حاصله کاهش مییابد و حتی زمانی که نفوذناپذیری نسبت به نفوذپذیری، 5 تا 10 درصد افزایش می یابد، تاثیرات منفی بر جانوران آبزی، حتی کلیه جانوران افزایش مییابد. در پوشش سطح خیابان های فرعی، اماکن دولتی، پارک ها، پیاده روها و غیره میتوان به جای آسفالت از سنگفرشهای نفوذ پذیر استفاده کرد. در صورت استفاده از این پوشش به جای آسفالت، آب به راحتی می تواند به داخل زمین نفوذ کند و باعث کاهش حجم رواناب شود.
این پوشش در کشورهای اروپایی از میانه دهه 1970 متداول بوده و با وجود مصالح ارزان قیمت سنگ و ماسه در اغلب نقاط کشور، استفاده از آن مقرون به صرفه میباشد. علاوه بر مزیت نفوذپذیری، این نوع پوشش با ماهیت کارهای عمرانی و توسعه شهری سازگار بوده و هزینه های آسفالت شکافی و مرمتهای لکههای آسفالت را کاهش می دهد. عیب این سنگفرشها پر شدن فضای خالی بین آنها توسط ذرات ریز و کاهش کارایی آنها می باشد .[14]
-2 حفر و توسعه چاه های خشک؛ چاه خشک زمینی است پر از چاههای عمودی که موقتا سیلاب را ذخیره کرده و به آن اجازه میدهد که در طول به داخل زمین نفوذ کند. این برنامه شبیه اجرای برنامه ترانشه نفوذ است. بعضی اوقات، چاههای خشک به عنوان حفر سوراخی در لایه غیر قابل نفوذ در نزدیکی سطح زمین تلقی میشوند که نفوذ آب را به لایه قابل نفوذ زیرین فراهم میسازد. این چاهها ضمن کمک به جذب رواناب، باعث تغذیه سفره آب زیرزمینی می گردد. البته باید توجه داشت که در این مورد مطالعات دقیق صورت می گیرد. تهدید واقعی کیفیت آب زیر زمینی هنگام تغذیه مصنوعی توسط رواناب شهری به عوامل مختلفی همچون نوع خاک، مقدار مواد معلق موجود در آلودگیها، کاربری قدیم و جدید اراضی و عمق آب زیرزمینی بستگی دارد.
