تعیین ضریب زهکشی در سیستم زهکشی زیر زمینی
زهکش زیرزمینی یا زیر سطحی
در مناطقی از جهان به ویژه کشور های اروپایی نظیر هلند به دلیل موقعیت اقلیمی و جغرافیایی، زهکشی و به ویژه زهکشی زیرزمینی (underground drainage) از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا در صورت جمع آوری نشدن آب های ناشی از بارندگی ها و پایین نیامدن سطح آب، اراضی به زیر آب خواهند رفت. علاوه بر این مسئله کمبود آب و اهمیت حفاظت از منابع آب موجود و مصرف صحیح از آب های در دسترس در جهت تولید غذای مورد نیاز و متناسب با جمعیت از موارد پر اهمیت می باشد. زهکشی به عنوان یکی از مهمترین عوامل موثر در حفظ و بهبود عملکرد در واحد سطح و تضمینی برای توسعه پایدار در آبیاری و عاملی در جهت حفاظت از منابع خاک است.
جمع آوری آب های اضافی و تخلیه آن از نیمرخ خاک که در واقع شامل شبکه ای از لوله ها است که در زیر زمین و در عمق ۱ تا ۲ متری نصب می شود و سبب پایین آمدن سطح ایستابی تا زیر منطقه توسعه ریشه ها و تهویه مناسب جهت رشد گیاه می شود. با توجه به نوع این زهکش ها که متشکل از لوله هایی با قطر های مختلف در بخش های مختلف شبکه زهکشی می شود محاسبه ضریب زهکشی برای این زهکش ها نکته مهمی می باشد. به طور کلی مهمترین کاربرد ضریب زهکشی در محاسبه قطر زهکش هاست. ضریب زهکشی به عنوان یک معیار مهم طراحی سامانه زهکشی زیرزمینی، به نحوی تعیین می شود که ضمن کنترل هم زمان سطح ایستابی و میزان شوری در نیمرخ خاک، از لحاظ فنی قابل اجرا و از لحاظ اقتصادی قابل قبول باشد.
ضریب زهکشی و تعیین آن
ﺿﺮﻳﺐ زﻫﻜﺸﻲ ﻣﻴﺰان آب اﺿﺎﻓﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ در ﻣـﺪت زﻣـﺎن ﻣﻌـﻴﻦ از ﻧﺎﺣﻴﻪ ﺗﻮﺳﻌﻪ رﻳﺸﻪ ﮔﻴﺎه ﺧﺎرج ﺷﺪه و ﺑﻪ ﺳﻔﺮه آب زﻳﺮزﻣﻴنی ﻣﻲ ﭘﻴﻮﻧﺪد. ضریب زهکشی تاثیر زﻳﺎدی در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻓﺎﺻﻠﻪ زهکش زیر زمینی و قطر لوله های سیستم زهکشی دارد . بهترین روش تعیین ضریب زهکشی زیرزمینی، استفاده از مزارع آزمایشی و اجرای طرح های نمونه و یا اندازه گیری زه آب خروجی سامانه های زهکشی در مناطق مشابه و برای کشت مشابه است. در شرایطی که مزارع آزمایشی و اطلاعات واقعی در دسترس نباشد، ضریب زهکشی برآورد می شود. واحد اندازه گیری ضریب زهکشی زیرزمینی برحسب میلی متر، سانتی متر و یا متر بر روز بیان می شود. برای براورد ضریب زهکشی در زهکش های زیر زمینی روش های مختلفی است اما بهترین راهنما برای تعیین آن، اندازه گیری میزان تخلیه از مزرعه می باشد.
شدت تخلیه در طرح های زهکشی زیرزمینی برای جریان ماندگا ر و غیرماندگار تعیین می شود. در حالت ماندگار فرض بر این است که جریان آبی که از درون نیمرخ خاک عبور می کند، مقدار ثابتی بوده و مقدار تغذیه مساوی مقدار تخلیه است. در این حالت سطح ایستابی با گذشت زمان تغییر نمی کند. در جریان غیرماندگار کلیه عوامل نسبت به زمان متغیر بوده و شدت تخلیه بر مبنای شدت تغذیه آب زیرزمینی در فاصله آبیاری یا بارندگی و خیز سطح ایستابی ناشی از آن مطرح است. در جریان غیرماندگار شدت تخلیه مورد نیاز باید با بررسی اثر هر نوع تغذیه بر نوسان سطح ایستابی در فصل آبیاری و اندازه گیری عمق سطح ایستابی در ابتدا و انتهای این فصل و همچنین بررسی تغییرات سطح ایستابی در فصل آیش و در دوره های طولانی تر چند ساله تعیین شود. شدت تخلیه در جریان ماندگار یا ضریب زهکشی به عوامل زیادی از جمله بافت و ساختمان خاک، نوع کشت، محدوده توسعه ریشه گیاه ، میزان آبیاری، فاصله آبیاری، شیب مزرعه، عمق زهکش، عمق لایه محدودکننده، شوری آب و خاک، نشت آب زیرزمینی از بالادست، نشت از آبراهه ها و نهرچه ها بستگی دارد. بسیاری از این عوامل به مدیریت آبیاری و برخی از آنها به موقعیت زهکش وابسته است.
در مناطق خشک و نیمه خشک که بارندگی در اغلب ماه های فصل زراعی اندک بوده و کشاورزی به آبیاری وابسته است ، منشا اصلی تغذیه سفره آب زیرزمینی کم عمق و بالا آمدن سطح ایستابی در زمین های تحت آبیاری ، نشت آب در فرآیند انتقال، توزیع و نفوذ عمقی کاربرد آب آبیاری و آبشویی به ناحیه زیرین محدوده توسعه ریشه گیاهان و جریان آب زیرزمینی کم عمق از مناطق بالادست است. در چنین مناطقی بارندگی به ندرت موجب تغذیه سطح آب زیر زمینی می گردد.
به طور کلی در زمین های تحت آبیاری میزان ضریب زهکشی از طریق معادله بیلان و به شکل زیر تعیین می شود:
در معادله فوق q بیانگر ضریب زهکشی می باشد و R نفوذ عمقی، Sc نشت از آبراهه، Si نفوذ جریان جانبی به داخل آبراهه، Sv نفوذ جریان عمودی به داخل منطقه، Dm زهکشی طبیعی و t نشان دهنده طول دوره اندازه گیری و یا دور آبیاری می باشد.
اما ضریب زهکشی در مناطق مرطوب، از تجزیه و تحلیل بارش ها برای دوره های برگشت معین به دست می آید. به طورمعمول، دوره برگشت ۵ سال مورد توجه قرار می گیرد و در اروپا وآمریکای شمالی برای غلات، به طور معمول رقمی در حدود ۱۰ الی ۱۳ میلی متر بر روز به دست می آید. این رقم برای سبزیجات، حتی از مقادیر گفته شده نیز بیشتر است.
از جمله مسائل مهمی که طراحان سیستم زهکشی در محاسبه ضریب زهکشی معمولا از آن صرف نظر می کنند زهکشی طبیعی اراضی است و همچنین برآورد میزان نشت از جوی ها و نفوذ عمقی نیز برای طراح بسیار مشکل می باشد و نیازمند تجربه بالای طراح می باشد. علاوه بر این ها، طراحان به طور معمول پر مصرف ترین گیاه الگوی کشت و کمترین فاصله آبیاری را در محاسبات منظور می کنند که با میانگین زه آب خروجی فاصله دارد. مجموعه این عوامل، موجب می شود که برآورد ضریب زهکشی به طور کلی بیش از حد مورد نیاز باشد .
ﺳﺎزﻣﺎن ﺧﻮاروﺑﺎر و ﻛﺸﺎورزی ﺟﻬﺎﻧﻲ(FAO) ﺑﺮای زﻣﻴﻦ ﻫﺎی ﺗﺤﺖ آﺑﻴﺎری در ﻣﻨﺎﻃﻖ ﺧﺸﻚ و ﻧﻴﻤﻪ ﺧﺸﻚ در ﺣﺎﻟﺘﻲ ﻛﻪ ﺷﺮاﻳﻂ زﻫﻜﺸﻲ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﺧﺎک و ﺟﺮﻳﺎن آب زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ از ﻣﻨﺎﻃﻖ ﺑﺎﻻدﺳﺖ ﻧﺎﭼﻴﺰ ﺑﺎﺷﺪ، ﭘﻴﺸﻨﻬﺎدﻛﺮده اﺳﺖ ﻛﻪ ﺿﺮﻳﺐ زﻫﻜﺸﻲ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد:
– درﺧﺎک ﻫﺎﻳﻲ ﺑﺎ ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮی ﻧﺎﭼﻴﺰ،کمﺗﺮاز۵/۱ میلی ﻣﺘﺮ ﺑﺮ روز،
– بیشتر خاک ها (مقادیر بالاتر برای خاک های با نفوذپذیری و تراکم بیشتر گیاهی)، ۵/۱ تا ۳ میلی متر بر روز
– شرایط فوق العاده آب و هوا، گیاه یعنی کشت متراکم و اعمال مدیریت شوری و در شرایط نا مناسب آبیاری، ۳ تا ۵/۴ میلی متر بر روز
– شرایط خاص مانند آبیاری برنج در خاک های سبک، بیشتر از ۵/۴ میلی متر بر روز
البته که مقادیر ضریب زهکشی برای مناطق مختلف نیز توسط محققان تعیین و در جداولی برای سهولت در استفاده در دسترس قرار گرفته است.
همان طور که گفته شد طراحان به دلیل در دسترس نبودن مزارع آزمایشی و داده های محلی و همچنین به دلیل عدم ارزیابی صحیح طرح ها، ضریب زهکشی زیرزمینی را بر پایه بیشینه سازی عوامل مرتبط با تغذیه عمقی سفره آب زیرزمینی برآورد می کنند که این کار سبب بالا رفتن ضریب زهکشی حتی تا ۴۰ برابر بیش از میزان واقعی می شود. درﺳﺎلﻫﺎی اﺧﻴﺮ، ﺑﺮاﺳﺎس ﺗﺠﺎرب ﻣﻠﻲ و ﺑﻴﻦاﻟﻤﻠﻠﻲ، ﻛﺎﻫﺶ ﺿﺮﻳﺐ زﻫﻜﺸﻲ درﻃﺮح ﻫﺎی ﺟﺪﻳﺪ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ ﻃﺮاﺣﺎن ﻗـﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ. ارزﻳﺎﺑﻲ ﻃﺮح ﻫﺎی زﻫﻜﺸﻲ اﺟﺮا ﺷﺪه در ﺷﺮاﻳﻂ ﺑﻬﺮه ﺑﺮداری و ﻧﮕﻬﺪاری واﻗﻌﻲ ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﺴﺘﻤﺮ اﻃﻼﻋـﺎﺗﻲ را در ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺿﺮﻳﺐ زﻫﻜﺸﻲ ﺑﺮای ﻃﺮح ﻫﺎی ﺟﺪﻳﺪ اراﻳﻪ ﻛﻨﺪ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ در روﻳﻜﺮد ﺑﻬﺒﻮد ﻣﻌﻴﺎرﻫﺎی ﻃﺮاﺣﻲ زهکشی زﻳﺮزﻣﻴنی ، می ﺗـﻮان ﻫـﺮ ﻳﻚ از شبکه ﻫﺎی زﻫﻜﺸﻲ ﻛﺸﻮر را ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻳﻚ ﻣﺰرﻋﻪ آزﻣﺎﻳﺸﻲ وﺳﻴﻊ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺖ و از ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻋﻤﻠﻜﺮد آن ﺑﺮای اﻧﺠﺎم ﺗﺤﻘﻴـﻖ بیشتر اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد. همچنین با کاربرد مدل های رایانه ای میتوان شرا یط بهینه ای را انتخاب و به بهترین نتیجه دست یافت. ﺑﺮرﺳﻲ و ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺿﺮاﻳﺐ زﻫﻜﺸﻲ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪه ﺑﺎ ﻣﻘﺎدﻳﺮ واﻗﻌﻲ، اﻃﻼﻋﺎت ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ را ﺑﺮای اﺳﺘﻔﺎده ازﻣﺪل ﻫﺎی زﻫﻜﺸﻲ راﻳﺞ اراﻳﻪ ﻣﻲ دﻫﺪ.