میلیونها هکتار از اراضی فاریاب جهان نیازمند سامانه زهکشی زیرزمینی هستند ولی کمبود منابع مالی مانع از توسعه بهموقع این سیستمها است. بههمین دلیل ارائه راهحل برای کمینهسازی هزینههای احداث سامانههای زهکشی ضرورت دارد. هدف این مقاله ارائه روشی برای یافتن "عمق کمترین هزینه" برای نصب زهکشهای زیرزمینی است. این هزینهها را میتوان به سه بخش تقسیم کرد؛ بخش اول، هزینههایی که تابع مدت زمان حفاری و عمق نصب زهکش نیستند، بهعبارتی زهکشها در هر عمقی نصب شوند، این هزینهها در واحد طول زهکشی زیرزمینی (لترالگذاری) تغییر نمیکنند و عبارتند از: هزینه خرید لوله فیلتردار، ساخت خروجی زهکش به لترال، پرکردن مجدد ترانشه بعد از قرار دادن زهکش، هزینه قطعات مصرفی و تعمیرات و نگهداری ترنچر. بخش دوم، هزینههایی که تابع عمق نصب زهکش و مدت زمان حفاری (سرعت حفاری) هستند. مهمترین این هزینهها، هزینه استهلاک سرمایه خرید ترنچر است. با افزایش عمق نصب زهکش سرعت حفاری کم میشود، بنابراین کل طول حفاری شده در عمر مفید ترنچر کاهش مییابد. علاوه بر آن هزینه سوخت و هزینه دستمزد تیمکاری (شامل راننده، نقشهبردار و کارگران) در این گروه جایی میگیرد. بخش سوم، هزینههایی که تابع عمق نصب زهکش هستند ولی تابع سرعت حفاری نیستند، از جمله هزینه احداث زهکش جمعکننده، که با افزایش عمق نصب زهکش، حجم حفاری و انتقال خاک ناشی از آن افزایش مییابد. در این مقاله روشی برای تبدیل تکتک این هزینهها به هزینه در واحد سطح ارائه میشود تا عملیات جبری روی آنها امکانپذیر شود. با توجه به این که تراکم زهکشها در زهکشهای عمیق کمتر است و با مشخص شدن تراکم زهکش در واحد سطح در هر عمق نصب، میتوان عمقی که کمترین هزینه را داشته باشد، را به عنوان عمق کمترین هزینه انتخاب کرد.
چالش اصلی در تعیین عمق زهکشها در مناطق خشک و نیمهخشک، عدم کارآیی زهکشهای کمعمق در کنترل شوری و در عینحال تخلیه زهاب بیشتر، شورتر و آلودهتر توسط زهکشهای عمیق است. در فصل آبیاری، هدف زهکشی عمدتا تهویه خاک است و عمق طراحی زهکشها باید سطح آب زیرزمینی را در موقعیتی حفظ کند که از آسیبهای ناشی از ماندابی جلوگیری شود. در دوره بدون آبیاری، حداقل عمق لازم برای زهکشها باید بهگونهای باشد که از صعود شوری همراه با جریان مویینگی جلوگیری کند. شاید بهترین راهکار فائق آمدن بر تعارض کنترل شوری و آسیب کمتر به محیطزیست، زهکشی کنترل شده است. با اینحال هزینه نصب تجهیزات و سازههای لازم برای این سامانهها و همچنین مشکلات بهرهبرداری و نگهداری، سبب شده است تا اجرا و بهرهبرداری از آنها در کشورهای درحال توسعه گسترش زیادی پیدا نکند. شاید بهنظر سادهترین و کمهزینهترین راهکار، شخمزدن خاک و یا هرگونه عملیات خاکورزی است که موجب قطع لولههای مویین شود. ولی شخم زدن پس از برداشت محصول، محتوای مواد آلی خاک را در برابر نور آفتاب قرار میدهد که با سرعت اکسید میشوند و این امر بر حاصلخیزی اراضی اثر منفی خواهد گذاشت. یک راهکار قابل پیشنهاد دیگر سامانه زهکشی دوعمقی است. در چنین سامانهای، وظیفه کنترل سطح ایستابی در فصل آبیاری بیشتر بر عهده زهکشهای کمعمق است و در فصل بدون آبیاری سطح ایستابی به تراز زهکشهای عمیقتر نزول میکند و پتانسیل شور شدن مجدد به وسیله خیز مویینگی کاهش مییابد.
شوری خاک و آب زیرزمینی شور و کمعمق، زهکشی و در نتیجه تولید زهاب شور را در اراضی فاریاب جنوب استان خوزستان اجتنابناپذیر ساخته است. با توجه به گسترش سطح شبکههای آبیاری و زهکشی، ضروری است که مدیریت زهاب شبکههای آبیاری و زهکشی احداثشده یا در حال احداث (مجموعا 340 هزار هکتار) واقع در جنوب خوزستان و غرب رودخانه کارون به عنوان یک طرح جامع مطالعه شود. مدیریت زهاب به کمیت و کیفیت آن، که مرتبا در حال تغییر بوده، وابسته است. بنابراین مدلی توسعه داده شد که بتواند کمیت و کیفیت زهاب شبکههای آبیاری و زهکشی را در طول دوره بهرهبرداری پیشبینی کند. این مدل با استفاده از یک مزرعه پژوهشی 25 هکتاری اعتبارسنجی شد. شوری زهاب شبکههای آبیاری و زهکشی پیشبینی شده، مبنای تصمیمگیری برای روش استفاده مجدد قرار گرفت. بر اساس پیشبینیهای صورت گرفته با این مدل، کیفیت زهابهای حاصله از طرحهای حوضه جنوب کرخه و غرب کارون، به جز کشت و صنعتهای نیشکر، حداقل تا 10 سال برای کشت گیاهان زراعی مقاوم به شوری مناسب نیست و دفع آنها اجتنابناپذیر است. در خصوص زهابهای با کیفیت مناسبتر، گزینههای استفاده مجدد مانند کشت گیاهان مقاوم به شوری و توسعه منابع طبیعی برای جلوگیری از طوفانهای گرد و غبار میتواند در دستور کار قرار بگیرد. به نظر میرسد تخلیه زهاب به خلیج فارس کمترین ضرر زیستمحیطی را از بین گزینهها در بر خواهد داشت. در مطالعه حاضر، محتوای فسفر زهابها 7/0- 043/0 و نیتروژن 28-2/2 میلیگرم بر لیتر اندازهگیری شد که در مورد نیتروژن مقادیر بسیار بالاتری را نسبت به خور ماهشهر (محل تخلیه) نشان داد. هرچند به نظر میرسد تخلیه زهاب به خلیج فارس سبب رهاسازی مقادیر بالای نیتروژن به آن میشود، اما با توجه به پایین بودن مقدار فسفر این زهابها، نیتروژن اضافی وارد چرخه تولید نشده و موجب یوتریفیکاسیون نمیشود.
سطح اراضی شور تحت آبیاری در ایران در حال گسترش است. در جنوب استان خوزستان و حتی در اراضی واقع در طرحهای توسعه شبکههای آبیاری و زهکشی در نواحی مختلف کشور نیز چنین شرایطی به چشم میخورد. روشهای معمول آبشویی خاکهای شور در مناطق خشک و نیمهخشک جهان، روشهای آبشویی متناوب و پیوسته با آبیاری سطحی است. با آبشویی متناوب، به صورتی که فرصت زهکشی نیمرخ خاک ایجاد شود، املاح میتوانند به سطح خارجی خاکدانهها پخشیده شوند. حتی اگر جریان در خلل و فرج درشت وجود نداشته باشد، طی دور بعدی آبشویی، این املاح بهراحتی به جریان بین خاکدانهای پخشیده شده و به سهولت آبشویی میگردند. آنچه در قسمت اول این مقاله ارائه شد4، مروری بود بر مفاهیم نظری و ریاضی انتقال املاح در خاک. در این بخش، جنبه کاربردی آبشویی املاح، با توجه ویژه به اثر انقطاع جریان و کیفیت آب مورد بررسی قرار میگیرد. در استفاده از روشهای آبیاری بارانی و قطرهای برای آبشویی نمکها، هرچند جریان غیراشباع در خاک ایجاد شده و هدر رفت آب از میان خلل و فرج درشت خاک به حداقل میرسد، لیکن آبشویی با آبیاری قطرهای به دلیل پخش موضعی آب در خاک، منجر به تشکیل پهنههای نامنظم شوری میشود. انباشتن آب بر سطح خاک با آبیاری سطحی، عملیات معمول در آبشویی خاکهای شور است که بر اساس نتایج تحقیقات، با آبشویی متناوب میتوان راندمان آن را افزایش داد. البته عوامل متفاوتی بر کارایی آبشویی متناوب در مقایسه با آبشویی پیوسته مؤثر است، ازجمله: تبخیر، هدایت هیدرولیکی و وجود گیاه بر سطح خاک که در مقاله به بررسی اثر این عوامل بر فرآیند آبشویی پرداخته خواهد شد. همچنین، مروری بر نتایج برخی پژوهشهای انجام شده در جهان و ایران نیز ارائه میشود.
بررسی مطالعات انجامشده در زمانهای متفاوت در خصوص اراضی شور تحت آبیاری در ایران، نشان میدهد که سطح این اراضی در حال گسترش است. با تداوم ایجاد شبکههای آبیاری و زهکشی در بخشهایی از اراضی مسطح استان خوزستان، مقدار این اراضی بیشتر نیز خواهد شد. آبشویی تنها راه عملی شناختهشده برای احیاء اراضی شور میباشد و انجام آن نیازمند مصرف مقادیر بسیار زیاد آب است. شناخت مفاهیم نظری و روابط حاکم بر پدیده، به درک بهتر فرآیند کمک میکند و از اشتباهات و برداشتهای غلطی که در این زمینه وجود دارد جلوگیری خواهد کرد که نتیجه آن کاهش هزینه، زمان و بهبود عملیات آبشویی و البته صرفهجویی در آب مصرفی خواهد بود. آبشویی نمکها از خاک نمونهای از جابهجایی اختلاطپذیر (جایگزینی سیال موجود در خلل و فرج با یک سیال دیگر) در محیط متخلخل است. ولی انتقال املاح در خاک به دلیل داشتن ساختمان و وجود منافذ ریز (درون خاکدانهای) و درشت (بین خاکدانهای)، با یک محیط متخلخل ساده متفاوت است. برای توصیف پدیده انتقال املاح در خاک ساختماندار و آگاهی از جزئیات آن در راستای جهتدهی بهتر عملیات آبشویی و حصول نتیجه مناسب، باید از راهبردی استفاده نمود که در آن تخلخل شامل دو ناحیه آب ساکن (منافذ درون خاکدانهای) و آب متحرک (منافذ بین خاکدانهای) فرض شود که انتقال املاح در آنها به ترتیب توسط پخشیدگی و جریان روان و انتشار صورت میگیرد. در این مقاله، پس از ارائه مفاهیم نظری مرتبط، معادلات ریاضی حاکم بر انتقال املاح در محیطهای متخلخل (در شکل عمومی)، بهصورت مختصر معرفیشده و سپس مدلهای انتقال املاح در خاک (بهصورت اختصاصی) ارائه میگردد. این معادلات شامل: معادله کلی انتقال املاح، انتقال املاح توسط پخشیدگی، انتقال املاح با جابهجایی، مدلهای شبیهسازی انتقال املاح در خاک بهعنوان محیطی دارای پیوستاری دوگانه و مدلسازی انتقال املاح بین نواحی آب ساکن و متحرک میباشد. در قسمت دوم این سری مقالات، از دریچه مفاهیمی که در قسمت اول معرفی میشوند، به مزایا و معایب روشهای مختلف آبشویی پرداخته خواهد شد و همچنین اثر عوامل محیطی و سیستمی با کمک همین مفاهیم بررسی میشود. شناخت مفاهیم معرفیشده در این مقاله نهتنها برای انجام عملیات آبشویی اولیه، بلکه برای درک بهتر از مدیریت شوری در مزرعه در زمان بهرهبرداری نیز مفید خواهد بود.
دیدگاههای گوناگونی در برآورد پارامترهای اساسی زهکشی بهویژه عمق نصب زهکشها وجود دارد. هرکدام از این دیدگاهها ملاحظات متفاوت کشاورزی (تهویه و کنترل شوری خاک)، زیستمحیطی (حجم و کیفیت زهاب) و اقتصادی (تراکم زهکشها در واحد سطح، راندمان ترنچر نسبت به عمق و هزینههای پمپاژ زهکشی) را مدنظر قرار میدهند و در نظر گرفتن هر یک از این ملاحظات ممکن است زهکشها را به سمت عمیق یا کمعمق شدن سوق دهد. این مقاله به معرفی دیدگاههای مختلف تعیین عمق نصب زهکشها و بررسی نتایج هر یک پرداخته است. سپس عمق نصب زهکشهای طرح زهکشی زیرزمینی اراضی دشت آزادگان که هماکنون در دست مطالعه و اجرا میباشد، با توجه به شرایط منطقهای برای هر یک از دیدگاهها تعیین میگردد. نتایج تحقیق نشان میدهد عمق نصب زهکشها در جهت رعایت مسائل زیستمحیطی کمترین و برای کنترل شوری بیشترین خواهد بود. همچنین نتایج نشان میدهد که در منطقه موردمطالعه استفاده از زهکشی کنترلشده برای بالا نگهداشتن تراز آب زیرزمینی در فصل آبیاری باهدف جلوگیری از زهکشی بیشازاندازه و پایین آوردن آن در فصل غیر آبیاری برای پیشگیری از صعود نمک در اثر تبخیر از آب زیرزمینی شور بهترین راهحل میباشد.
حجم قابل توجهی زهاب در شبکههای آبیاری و زهکشی خوزستان تولید میشود که مدیریت و استفادة مجدد از آنها ضروری است. یکی از راههای استفادة مجدد از زهابها استفاده از آنها در آبشویی اراضی است. با هدف بررسی قابلیت کاربرد زهاب بر سدیمزدایی از خاکهای رسی این منطقه، آزمایشهای آبشویی در کرتهایی با ابعاد 5/1×5/1 متر در اراضی کشت و صنعت نیشکر سلمان فارسی انجام شد. سه کیفیت آب با هدایت الکتریکی 61/2 (آب تازة رودخانة کارون)، 0/6، و 0/9 دسیزیمنس بر متر (مخلوط زهاب این کشت و صنعت با آب رودخانة کارون) به صورت سه تیمار به نامهای، به ترتیب، T1، T2، و T3 با روش آبشویی پیوسته (کاربرد 30، 60، 120 سانتیمتر آب) با شش تکرار به روش بلوکهای کامل تصادفی در این پژوهش بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش شوری آب آبشویی روند سدیمزدایی کندتر میشود. ولی استفاده از زهابهای شور تا حد 6 دسیزیمنس بر متر موجب افزایش مقدار کلسیم و منیزیم خاک پس از آبشویی میشود. نسبت جذب سدیم در لایة 0 تا 30 سانتیمتری خاک، که قبل از آبشویی 84 میلیاکی والان در لیتر به توان یکدوم بود، پس از اعمال تیمارهای T1 تا T3 به ترتیب به 9، 10، و 18 میلیاکی والان در لیتر به توان یکدوم رسید. بنابراین، مشکل سدیمی در این لایه با آبشویی با زهاب دارای شوری 6 دسیزیمنس بر متر برطرف میشود و برای این کار به استفاده از آب شیرین نیازی نیست. واکنش خاک بررسیشده، چه قبل از آبشویی و چه بعد از آن، در محدودة قلیایی قرار نگرفت.
حجم قابل توجهی زهاب درشبکههای آبیاری و زهکشی خوزستان تولید میشود که مدیریتو استفاده مجدد از آنهاضروریاست. یکی از راههای استفاده مجدد از زهابها، استفاده از آنها در آبشویی اراضی است. با هدف بررسی قابلیت کیفیتهای متفاوت آب و تأثیر روشهای آبشویی متناوب و پیوسته بر شوریزدایی از خاکهای رسی این منطقه، آزمایشهای آبشویی در کرتهایی با ابعاد 5/1×5/1 متر در اراضی کشت و صنعت نیشکر سلمان فارسی انجام گرفت. ترکیب کامل سه کیفیت آب با هدایتهای الکتریکی 7/2 (آب تازه رودخانه کارون)، 0/6 و 0/9 دسیزیمنس بر متر (از اختلاط زهاب این کشت و صنعت با آب رودخانه کارون) و دو روش آبشویی پیوسته (کاربرد 120 سانتی متر آب) و متناوب (کاربرد چهار دور 30 سانتیمتری آب با فواصل پنج روزه) به صورت شش تیمار با سه تکرار به روش بلوکهای کامل تصادفی در این پژوهش بررسی شد. نتایج نشان داد که میتوان با استفاده از زهابهایی با کیفیت 0/6 و 0/9 دسی زیمنس بر متر و سپس آب تازه رودخانه کارون برای آبشویی متناوب، مقدار مصرف آب شیرین را به ترتیب تا 72 و 51 درصد کاهش داد. همینطور اختلاف شوری عصاره اشباع خاک در اثر بهکارگیری کیفیتهای مختلف آب برای آبشویی در اکثر تیمارها در لایههای پایینتر خاک بیشتر بود. تفاوت مقادیر شوری عصاره اشباع خاک پس از آبشویی، بین تیمارهای متناوب و پیوسته، با افزایش شوری آب آبشویی افزایش یافت. همچنین استنباط میشود که در خاکهای سنگین، امتیاز روشهای آبشویی متناوب به پیوسته محدود به شرایط تبخیر پایین است.
