جستاری درباره پتانسیل های فن آوری استحصال آب باران
خلاصه:
استحصال آب باران به کلیه روش‌هايي اطلاق مي‌شود كه در مناطق خشک و نیمه خشک برای تامین آب از باران بطور مستقیم و غیر مستقیم معمول میباشد و شامل استفاده از رودخانه و یا چاه نمی‌شود. در این روشها رواناب ناشی از باران قبل از اینکه تبدیل به سیلاب شود و یا به زمین نفوذ کند به شیوه‌های مختلفی مهار شده و مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. با توجه به اینکه این روشها بسیار متنوع میباشند و هر کدام برای شرایط خاصی مناسب هستند، وجود یک دسته بندی از انواع آنها که بر اساس خصوصیات هر کدام تهیه شده باشد، این امکان را برای بهره‌برداران فراهم میکند که در شرایط مختلف بتوانند از کلیه پتانسیل‌های موجود براي این منظور استفاده نمایند. در این نوشتار، ضمن معرفی انواع روشهای استحصال آب باران، آنها را بر اساس قابليت استفاده در شرایط مختلف دسته بندی نموده‌ایم.
مقدمه
مشکل کمبود آب در مناطق خشک و نیمه خشک ناشی از بارندگی کم و نیز توزیع نامناسب آن میباشد که باعث شده است حتی کشاورزی دیم هم در این مناطق اقتصادی نباشد. منابع معمول تامین آب نظیر چاهها و رودخانه هم دچار اضافه برداشت بوده و بسرعت در حال نابودی می باشند. به عنوان یک راه حل در دهه‌های اخیر اغلب کشورهای دنیا توجهشان به سمت بروزرسانی بعضی روشهای سنتی پایدار و متکی بر دانش بومی و مشارکت مردمی، جلب شده است. از این میان استحصال آب باران یکی از شاخص ترین تکنیک‌های مدیریت منابع آب برای مقابله با کم آبی در مناطق خشک و نیمه خشک میباشد که بسرعت در نقاط مشکل‌دار در حال توسعه می باشد [1] و [2]. با توجه به تنوع روشهای استحصال آب باران، انتخاب روش مناسب با توجه به ویژگیهایی از قبیل مقدار بارندگی و نحوه توزیع آن، توپوگرافی زمین، نوع خاک، عمق خاک و فاکتورهای اقتصادی و اجتماعی هر منطقه حائز اهمیت بسیار میباشد. از انواع این روشها میتوان به مواردی مانند آبیاری سیلابی، جمع‌آوری آب از سطوح عایق مانند پشت‌بامها و جاده‌ها و یا اراضی شیبدار دارای پوشش عمدتا سنگی نام برد.
انواع روشهای استحصال آب باران
روش های استحصال آب باران را مي‌توان به سه گروه به ترتیبی که در جدول مقابل نشان داده شده است تقسیم نمود [3] :
1- استحصال آب باران: این روش برای جمع‌آوری و بهره برداری مستقیم (بدون ذخیره سازی) ویا غیر مسقیم (همرا با ذخیره سازی) رواناب سطحی ناشی از بارندگی در اطراف محل بهره‌برداری استفاده می‌شود. دو نوع استحصال آب بوسیله جمع آوری آب باران انجام پذیر است:
الف) استفاده مستقیم از آب باران که شامل جمع آوری رواناب ناشی از یک سطح کوچک و ذخیره آن در خاک محدوده ریشه یک تک گیاه و یا رديفي از گياهان کشت شده در پایین دست آن می‌شود،
ج) روش غیر مستقیم که شامل هدایت رواناب‌های حاصل از بارندگی از روی اراضی شیبدار بالادست به سمت یک یا چند مخزن در پای تپه هدایت شده که در مواقع مورد نیاز در اراضی پایین دست استفاده می‌شود،
2- آبیاری سیلابی: به معنی مهار، پخش و بهره‌برداری از سیلاب در آبیاری میباشد که به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
الف) استحصال در داخل بستر سیلابی که باعث کاهش سرعت جریان و ته نشین شدن رسوبات ریزدانه در بستر و طرفین آبراهه شده و ضمن افزایش رطوبت در خاک، زمینه ایجاد پوشش گیاهی مناسب در محدوده پس زدگی آب را فراهم مینماید،
ب) با انحراف آب از مسیر طبیعی، آن را به اراضی مجاور منتقل و به مصرف کشت انواع محصولات مناسب می‌رسانند.
3- استحصال آب از سطوح عایق : شامل جمع‌آوری آب از سطوح پوشش دار طبیعی و یا مصنوعی موجود نظیر بام‌ها، جاده‌ها و محوطه تاسیسات مختلف میباشند.
ذخیره‌سازی
ذخیره‌سازی از مهمترین بخش های طرح های استحصال آب باران میباشد که به روشهای مختلف قابل انجام است. انواع روشهای ذخیره سازی شامل استفاده از پروفیل خاک، دخیره سازی در انواع مخازن سطحی نظیر تانک آب، انواع استخرها و بندها و آب‌انبارهای سطحی و زیرزمینی سرپوشیده میباشند. در اغلب طرحهای استحصال آب باران و سیل که تا کنون در کشور اجرا شده است، آبی که بصورت رواناب سطحی در می‌آید فقط می‌تواند در فضاهای خالی خاک ذخیره شود و این بدین معنی است که کاربرد این روشها تنها به فصل‌های بارانی محدود می‌شود. برای اینکه بتوان در فصول غیر بارانی هم به آبیاری ادامه داد، تعدادی مخزن باید بکار گرفته شود که می‌تواند شامل مخازن چند مترمکعبی تا مخازن بزرگ با ظرفیت چند ملیون متر مکعبی باشد. در هندوستان و سریلانکا، بیشتر از 50000 تانک آب برای ذخیره آب باران بعنوان منابع تکمیلی در کنار جریانات سطحی رودخانه‌های کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تانک‌های آب چندین نقش مهم دارند که از جمله آنها جلوگیری از تلفات آب در زمان وقوع باران‌های شدید و در نتیجه کاهش حجم هرز آب و فرسایش خاک ناشی از آن میباشد. علاوه بر این بعضی از آنها باعث تغذیه سفره آب زیرزمینی در اطراف خود نیز می‌شوند.
فاکتورهای تعیین کننده مناطق مستعد جمع آوری آب باران و سیل
مهمترین پارامترهایی که باید برای مشخص کردن مناطق مناسب برای استحصال آب در نظر گرفته شود، بترتیب زیر می باشند [4]:
الف) بارندگی: اطلاعات مربوط به خصوصیات بارندگی (شدت و نحوه توزیع) برای هر منطقه یکی از پیش نیازهای طراحی سیستم استحصال آب است. در دسترس بودن داده‌های مربوط به توزیع زمانی و مکانی بارندگی برای تعیین رابطه بارندگی با رواناب مهم هستند. بارندگی که بر روی یک حوزه می‌بارد ممکن است در تولید رواناب موثر باشد ویا بالعکس، بخاطر تبخیر زیاد یا نفوذ به اعماق موثر نباشد. تعیین شدت و ارتفاع بارندگی‌هایی که منجر به شروع رواناب می‌شود بعنوان بارندگی آستانه مولد رواناب، شاخص مفیدی برای بارندگی‌هایی است که رواناب تولید می‌کنند. در این رابطه فاکتورهای دیگری که برای طراحی لازم هستند عبارتند از : 1) تعداد روزهایی که بارندگی از حد بارندگی آستانه حوزه اضافه تر میباشد 2) احتمال وقوع بارندگی حداکثر و حداقل 3) احتمال وقوع بارندگی متوسط سالانه 4) توزیع و تواتر رگبارها با شدت‌های معین.
ب) بهره برداری از زمین یا پوشش گیاهی: پوشش پارامتر مهم دیگری است که بر رواناب سطحی تاثیر می‌گذارد. بطور مثال این مطلب به اثبات رسیده است که تراکم پوشش گیاهی باعث افزایش نفوذ و در نتیجه کاهش سهم رواناب خواهد شد. برای افزایش رواناب در سطوح كوچك میتوان اقدام به دستکاری زمین نمود. برای اینکار تا کنون از روشهای مختلفی مثل تراکم زمین، افزودن مواد شیمیایی مانند پارافین، امولسیون قیر و یا پوششهای سخت همچون بتن و اسفالت استفاده شده است.
ج) نوع خاک: مناسب بودن خاک از دو منظر کاربرد روش مناسب برای غير قابل نفوذ كردن زمین و انتخاب سیستم جمع آوری و ذخیره سازی مهم میباشد. در طرحهای استحصال آب به روش حوزه‌های کوچک جنس خاک در نحوه ورود آب به خاک و باقیماندن آن در خاک موثر است. به عبارت دیگر عمق خاک و بافت آن مقدار آبی که می‌تواند در خاک ذخیره شود را تعیین میکند.
د) مسائل زیست محیطی: اکوسیستم مناطق خشک معمولا بسیار شکننده است و ظرفیت تطابق آن با تغییراتی که با دخالت انسان انجام می‌شود، بسیار کم است. چنانجه بهره برداری از منابع طبیعی (خاک و آب) بطور ناگهانی با اعمال روشهای استحصال آب تغییر کند، نتایج محیط زیستی ممکن است بسیار متفاوت با پیش بینی های انجام شده باشد. از آن جمله مي‌توان به اين مطلب اشاره كرد كه هر گونه کنترل و انحراف آب در بالادست، بهره برداری در پایین دست را دچار اختلال خواهد کرد. بنابراین روشهای استحصال آب باید تنها به عنوان یکی از ارکان مدیریت جامع توسعه منابع آبی منطقه در نظر گرفته شود. مؤلفه‌های دیگر یک طرح جامع باید علاوه بر روشهای استحصال آب، شامل الگوی کشت و روشهای آبیاری مناسب نیز باشد.
نتیجه گیری
استحصال آب باران و سیل این امکان را فراهم میکند که بتوان راندمان تولید مراتع و زمین‌های کشاورزی را از طریق کاهش تنش‌های آبی بالا برد. از این طریق همچنین میتوان به طرحهای جنگل‌کاری و باغبانی کمک شایانی نمود. استقرار پوشش گیاهی به نوبه خود باعث جلوگیری از بیابانی شدن اراضی خواهد گردید. روشهای مختلف استفاده از این تکنیک نسبتا ارزان است و می‌تواند جایگزین خوبی برای نقاطی باشند که به منابع آبی معمول دسترسی ندارند و یا هزینه استفاده از این منابع برایشان مقرون به صرفه نیست. بر خلاف سیستم‌های متکی به پمپاژ، روشهای استحصال آب باران عمدتا ثقلی عمل می‌کنند و نگهداری از آنها آسانتر است. بخصوص در مناطقی که استفاده از آب زیرزمینی بخاطر افت زیاد سطح سفره و شور شدن آن مشکل آفرین شده است، روشهای استحصال آب باران می‌تواند به کاهش اتکاء به این منابع کمک شایانی نماید. از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سنجش از دور (RS) میتوان برای شناسایی مناطق مناسب برای این کار استفاده کرد. طرح استحصال آب باران باید با توجه به نوع استفاده برای هر منطقه مطابقت داده شده و توسط بهره برداران پذیرفته شود و نيز با توجه به شرایط زیست محیطی پایدار باشد. در مقایسه روشهای استحصال آب با سایر روشهای تامین آب، میتوان چنین نتیجه‌گیری کرد که:
- شیوه‌های استحصال آب باران، قابلیت مدیریت بر منابع آبی بالادستی را بطور موثرتري فراهم میکند.
- روشهای استحصال آب باران می‌تواند بعنوان منبعی برای آبیاری تکمیلی در دوره‌های بحرانی کم آبی مورد استفاده قرار گیرد و از خسارت جلوگیری نماید.
- اگرچه مقیاس استحصال آب باران در مقایسه با سدسازی و یا حقر چاه ناچیز مینماید، اما این نوع طرح‌ها دارای پتانسیل اجرایی بیشتری در اقصی نقاط کشور میباشند، با محیط سازگارتر است و مشارکت مردمی بیشتری را جذب مینماید.
- این سیستمها وابستگی کمتری به سرمایه گذاری خارجی دارند اگرچه تسهیلات بانکی محدود اغلب مورد نیاز میباشد.
پیشنهادات
با توجه به سوابق موجود از استحصال آب باران در کشور، میتوان با اطمینان از مفید‌بودن این روش و با استفاده از دستاوردهای روز دنیا، از آن برای تامین آب جبرانی بسیاری از طرح‌ها در شرایط کمبود ناشی از خشکی و خشکسالی بهره‌برداری نمود.