1-1- مقدمه……………………………………………… ………………….2

1-2- هدف و ضرورت تحقیق…………………………………………….. ……………………………5

1-3-. تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن…………………………….         6

1-4- مزایای بهره­ گیری از سیستم­های استحصال آب………………………..10

1-5- سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS………………….. 11

1-5-1- تعریف GIS………………………12

1-5-2- مزایای استفاده از GIS……………….12

1-6- مرور منابع ………………………………….13

1-7- طبقه ­بندی روش­های استحصال آب باران و سامانه سطوح آبگیر……………………………16

1-8- انواع سازه­های استحصال آب ………………………………………18

فصل دوم: مواد و روش تحقیق

2- مواد و روش تحقیق ………………………………….21

2-1- منطقه مورد مطالعه …………………………………………….21

2-1-1- توپوگرافی و فیزیوگرافی …………………………….21

2-1-2- هوا و اقلیم­شناسی ……………………21

2-2- روش تحقیق ……………………………………………………..22

2-2-1- مطالعات کتابخانه­ای و اقدامات اولیه ………………………….22

2-2-2- تهیه نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب ……………………23

2-2-2-1- خطوط توپوگرافی و تهیه نقشه DEM منطقه …………………………..23

2-2-2-2- نقشه ارتفاع از سطح دریا………………………………..23

2-2-2-3- نقشه شیب…………………………………….24

2-2-2-4- نقشه جهت شیب ……………………………………….25

2-2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه همباران و همدما ………………………………..26

الف- بارش …………………………………………………..26

ب- رابطه ارتفاع- بارش و متوسط بارش منطقه ……………..27

ج- رژیم حراتی …………………………………………………………28

د- رابطه ارتفاع- درجه حرارت و میانگین دمای سالانه ……………………………………28

2-2-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشت­های مختلف …………………………….28

2-2-3-1- مقدار بارش …………………………………………..28

2-2-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته ………………………………….29

2-2-3-3- شدت بارندگی …………………………………………..29

2-2-3-4- رابطه ارتفاع و شدت بارش…………………………30

2-2-4- شرح تیپ­های اراضی …………………………………31

2-2-5- تهیه و تکمیل نقشه سنگ­شناسی و حساسیت سازند به فرسایش…………………………………………….31

2-2-5-1- چینه­شناسی واحدهای رسوبی حوزه آبخیز سمبورچای ……………………………………………………….31

2-2-5-1-1- نهشته­های قبل از کرتاسه ……………………………………………………………………………….31

2-2-5-1-2- نهشته­های کرتاسه …………………………………………………………………………………..32

2-2-5-1-3- نهشته­های پالئوسن- میوسن ……………………………………………………………………………………………32

2-2-5-1-4- نهشته­های الیگوسن- میوسن …………………………………………………………………………………………..32

2-2-5-1-5- نهشته­های کوارترنر …………………………………………………………………………………………………………..34

2-2-6- تعیین نفوذپذیری خاک ……………………………………………………………………………………………………………..34

2-2-7- گروه هیدرولوژیکی خاک ……………………………………………………………………………………………………………36

2-2-7-1- تعیین گروه­های اصلی خاک به روش SCS ………………………………………………………………………….36

2-2-8- تهیه نقشه شاخص پوشش گیاهی ……………………………………………………………………………….37

2-2-9- نقشه نوع استفاده از اراضی ………………………………………………………………………………………….38

2-2-10- تقسیم ­بندی حوزه به واحد­های هیدرولوژیکی و واحد کاری مناسب ……………………………………..38

2-2-11- تعیین مساحت حوزه آبخیز سمبورچای و واحدهای هیدرولوژیک آن …………………………………..39

2-2-12- رتبه ­بندی آبراهه­ های حوزه آبخیز ……………………………………………………………………………40

2-2-13- طول آبراهه اصلی ……………………………………………………………………………………….41

2-2-14- تعیین ضریب شکل زیرحوزه های مورد مطالعه………………………………………………………..41

2-2-15- تعیین رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال

و 10 سال ………………………………………………………………………………………………………..41

2-2-16- برآورد مقادیر رواناب در هر یک از واحدهای هیدرولوژیک …………………………………………………….42

2-2-16-1- رابطه جاستین ……………………………………………………………………………….43

2-2-17- برآورد حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبورچای…………………………………………………..44

2-2-18- محاسبه زمان تمرکز ……………………………………………………………………………..44

2-2-19- نیمرخ طولی آبراهه اصلی و شیب آبراهه اصلی حوزه………………………………………………………………46

 

 

2-2-20- برآورد دبی پیک سیلاب ……………………………………………………………………………………….46

2-3- بررسی صحت و دقت نقشه­ها ………………………………………………………………………………..47

2-4- تحلیل داده ­ها………………………………………………………………………………………………………47

2-4-1- مدل وزنی طبقه ­بندی شده …………………………………………………………………………..47

2-4-2- روش مقایسه زوجی سلسله مراتبیAHP ………………………………………………………………………………….48

2-5- مکان­ یابی عرصه ­های مناسب استحصال رواناب ……………………………………………………………………………..51

2-6- مکان­ یابی عرصه ­های مناسب استحصال رواناب با بهره گرفتن از الگوی سطح منبع متغیر …………………51

فصل سوم: نتایج

3- نتایج تحقیق و بحث در مورد آنها ……………………………………………………………………………………………………..53

3-1- طبقه ­بندی اقلیمی …………………………………………………………………………………………………………….53

3-2- نقشه پارامترهای موثر در ایجاد رواناب ………………………………………………………………………………………….53

3-3- مقدار بارندگی در دوره بازگشت­های مختلف …………………………………………………………………………………60

3-3-1- مقدار بارش ……………………………………………………………………………………………………………………….60

3-3-2- حداکثر بارش 24 ساعته …………………………………………………………………………………………………………..60

3-3-3- شدت بارندگی ………………………………………………………………………………………………………………..61

3-4- نتایج مطالعات شدت بارش …………………………………………………………………………………………………62

3-5- تیپ­های اراضی …………………………………………………………………………………………………………..65

3-6- نقشه­های سنگ­شناسی و حساسیت سازندها به فرسایش ……………………………………………………………..65

3-7- نتایج مطالعات نفوذپذیری خاک …………………………………………………………………………………………………….67

3-8- تعیین گروه­های اصلی خاک به روش SCS …………………………………………………………………………………..71

3-9- نقشه شاخص پوشش گیاهی ………………………………………………………………………………………………………….72

3-10- نتایج بررسی واحدهای کاری مناسب ………………………………………………………………………………………….73

3-11- تهیه نقشه رواناب حاصل از شدت بارش نیم ساعته و یک ساعته با دوره بازگشت 2 سال و 10

سال و مقادیر آن در هر واحد هیدرولوژیکی …………………………………………………………………………………………….76

3-12- رواناب تولیدی از واحدهای هیدرولوژیکی …………………………………………………………………………………..78

3-13- زمان تمرکز ………………………………………………………………………………………………………………………………….80

3-14- دبی پیک سیلاب …………………………………………………………………………………………………………………………81

3-15- وزن­دهی به پارامترها …………………………………………………………………………………………………………………..82

3-16- معیار الویت­بندی داده ­ها ……………………………………………………………………………………………………………….82

3-17- مکان­ یابی عرصه ­های مناسب برای استحصال رواناب …………………………………………………………………..85

3-18- حجم رواناب فصلی و سالانه حوزه آبخیز سمبور چای ………………………………………………………………..87

3-19- نقشه رواناب خالص تولیدی در منطقه ………………………………………………………………………………………89

فصل چهارم: بحث و نتیجه ­گیری

4-1- بحث و نتیجه ­گیری ……………………………………………………………………………………………………..91

4-2- محدودیت­های پژوهش……………………………………………………………………………………………………………………94

4-3- نتیجه ­گیری کلی …………………………………………………………………………………………………………………………….95

4-5- پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………….96

منابع ……………………………………………………………………………………………………………………………………98

پیوست­ …………………………………………………………………………………………………………………………..103

 مقدمه

مراتع یکی از مهم­ترین و با ارزش­ترین منابع طبیعی تجدید­شونده می­باشند که نقش بسیار مهمی در حفاظت خاک، تولید آب، تولید گوشت و مواد لبنی دارند. علاوه بر آن محصولات فرعی مرتع همچون محصولات دارویی، صنعتی، خوراکی، حفظ حیات­وحش، تلطیف هوا، پایداری محیط زیست و نیز ذخیره ژن­های گیاهی از جمله استفاده­های دیگری است که ارزش حاصل از آن­ها به مراتب از ارزش تولید علوفه‌ بیشتر بوده است (مقدم، 1377). بنابراین توجه به استفاده­های چندگانه آن از طریق افزایش تولید و کاهش تخریب مراتع با بهره ­برداری صحیح و انجام عملیات اصلاح و احیاء امری ضروری و اجتناب­ناپذیر است.

به دلیل واقع شدن ایران در مناطق خشک و نیمه­خشک کره زمین، تأمین آب شیرین سالم و کافی همواره مشکل بوده است. این واقعیت، سختی زندگی مرتع­داران و مدیریت دام و بازدهی پایین تولید علوفه در مراتع را به دنبال داشته است. در مراتع مناطق جغرافیایی خشک و نیمه­خشک دسترسی به آب مهم‌ترین اولویت است. این اهمیت فقط برای مصرف گله­های دامی نیست بلکه به خاطر زیستن و بقاء مرتع داران در این مناطق جغرافیایی نیز می­باشد. مالکیت و حق استفاده از منابع آبی در این مناطق حداقل به اندازه حق بهره ­برداری از مراتع دارای اهمیت است. به همین دلیل آب اساسی­ترین نیاز بهره­برداران از مراتع در مناطق خشک و نیمه­خشک است (ایفاد، 2004).

در مراتع و به خصوص مراتع قشلاقی کشور، بحران کمبود آب برای مصرف انسان و شرب دام همیشه وجود داشته است. به طوری که بیان می­ شود ظرفیت مراتع برای تغذیه احشام در بسیاری از مراتع نقاط خشک بیشتر به علت کمبود آب آشامیدنی محدود می­ شود تا کمبود علوفه (آکادمی ملی علوم واشنگتن، 1364). استحصال آب تمیز از بارندگی­های خیلی کم و همچنین ذخیره کردن آب جمع آوری شده در یک منبع، از مزایای روش جمع­آوری رواناب به شمار می ­آید (پیترسون، 1366). برخی دیگر نیز به کارگیری آب باران را برای رسیدن به توسعه پایدار منابع آب لازم می­دانند و استفاده از آن را یک فن­آوری کوچک مقیاس اقتصادی و کاربردی می­دانند که در مناطق خشک و نیمه­خشک به طور معنی­داری به حفظ طبیعت و اکولوژی نیز کمک می­ کنند (اندرو، 2000). کشور ایران در منطقه­ای واقع است که متوسط بارندگی سالانه آن کمتر از یک سوم میزان بارندگی سالیانه جهان است و میزان آن 250 میلی‌متر گزارش شده است (کردوانی، 1379؛ محسنی ساروی، 1376).

رواناب آبخیزهای مرتعی از چند جهت دارای اهمیت می­باشند. رواناب وقتی که در مخازن ذخیره­ای جمع می­ شود، آب مصرفی دام را تأمین می­ کند. همچنین منبع آبی برای مناطق پایین­دست یا مصارف محلی، صنعتی و کشاورزی در خارج از حوزه آبخیز را فراهم می­نماید. رواناب به دلیل اینکه موجب شروع فرسایش، انتقال رسوب و مواد حل شدنی در درون رودخانه یا سد می­باشد دارای اهمیت است. بنابر­این، رواناب بیشترین آلودگی وارد شده به مسیر آب را تولید می­نماید (محسنی ساروی، 1387).

جمع­آوری آب باران، با اهداف و انگیزه­های گوناگونی صورت می­گیرد که هدف اصلی آن، بهینه­سازی و مدیریت بهره ­برداری از آب باران بر اساس نیاز و مصرف است. بدین معنی که چون باران همواره و هر روز نمی­بارد و یا بارش ناکافی است، از آن بهره برد. بدین ترتیب هر جامعه و هر کشوری که در این زمینه قدم­های بزرگ‌تر و مؤثرتری بردارد، موفق­تر و آبادتر خواهد بود (طهماسبی و همکاران، 1385). جمع­آوری آب باران نه تنها برای تأمین آب در ایام و روزهای بدون باران است، بلکه برای کنترل جریان رودخانه­ها و جلوگیری از آسیب رساندن به نواحی مسکونی و زراعتی پایین­دست هم صورت می­گیرد. همچنین برای تولید انرژی (برق) یا پرورش آبزیان جمع­آوری می­ شود. در بسیاری از مناطق خشک و نیمه­خشک با جمع­آوری آب باران و تنظیم آن در بالا­دست حوزه های آبخیز، برای تقویت و بهبود عملکرد محصولات دیم­کاری برنامه ­ریزی می­ شود. بخشی از طرح­های آبخیزداری با همین هدف و نیز حفاظت آب و خاک صورت می­گیرد. به این ترتیب امکان کوتاه کردن دوره­ های خشک به وجود می ­آید و دوره خشک سه ماهه، به دو ماه یا کمتر تقلیل می­یابد و صدمه وارد شده به محصول یا هر نوع پوشش گیاهی کاهش پیدا می­ کند (طهماسبی و همکاران، 1384). امکان دارد جمع­آوری آب باران برای تغذیه سفره ­های آب زیرزمینی، چشمه­ها و قنات­ها باشد. برای این کار، در بالا­دست قنوات و چشمه­ها در آبراهه­ ها، با احداث بندهای کوتاه، ولی متعدد از حرکت و خروج سریع رواناب جلوگیری می­ شود. این سیلاب­ها به تدریج در زمین نفوذ می­ کنند و باعث افزایش آب‌دهی قنات­ها و چشمه­ها می­شوند و در نتیجه، از تبخیر آب و آلودگی آب جلوگیری می­ کنند. به علاوه افت سطح ایستایی را، که امروزه مسئله مبتلا به اکثر دشت­های کشور ما است را تا حدودی جبران می­ کند (طهماسبی و همکاران، 1384). استحصال آب عبارتست از جمع­آوری و ذخیره نمودن بارش در زمینی که در آن به منظور افزایش رواناب تغییراتی اعمال شده است (مایرز، 1964).کوریر (1973) جمع­آوری آب را فرایند جمع­آوری بارش طبیعی از آبخیزها برای استفاده مفید تعریف کردند.

مفاهیم هیدرولوژیکی قرار دادی نخستین بار در سال­های 1930 و 1940 زمانی که منابع جریان بالادست رودخانه­ها به عنوان عاملی موثر بر جریان­های پایین دست مورد توجه قرار گرفته بودند، توسعه یافته است. از آنجایی که اغلب فعالیت­های مربوط به کاربری اراضی با سوء استفاده از منابع و اثرات منفی بر پایین دست رودخانه­ها همراه می­باشد لذا یک مبنای مناسب برای تصمیم ­گیری ضروری به نظر می­رسد. مفهوم سطح منبع متغیر محدوده کاملی از جریانات دامنه­ای را در بر می­گیرد. واقعیت این است که این مفهوم یک سیستم پویا و دینامیک است که دارای تغییرات زمانی و مکانی بسیاری می­باشد و در شرایط بحرانی مختلف، وضعیت­های متفاوتی را در مسیرهای متنوع ارائه می­نماید. پویایی جریان­های سیلابی تابعی از طول شیب و موقعیت گذرگاه­ها است. همچنین تراکم زه­کش­های پویا در سطح حوزه در این امر بی­تاثیر نخواهد بود به طوری که در طول یک بارش سنگین، تراکم زه­کشی و طول شیب نقش فعالی را ایفا می­نماید. تمام قسمت ­های سطح یک حوزه آبخیز به طور مساوی در ایجاد رواناب دخالت ندارند. بسیاری از محققین درباره مفهوم سطح منبع متغیر تولید جریان رودخانه­ای، گزارش­های­ بسیاری را ارائه نموده ­اند. در واقع این مفهوم فرض می­ کند که مناطق خاصی از سطح آبخیز در ایجاد رواناب دخالت دارند در صورتی که مناطق دیگر به عنوان مناطق تغذیه کننده و ذخیره کننده عمل می­ کنند (هولت، 1974). عوامل مهمی که در تعیین سطح تولید کننده رواناب دخالت دارند شامل وضعیت فیزیکی آبراهه، خصوصیات خاک و رگبار می­باشد. کف دره­ها عموماً مناطقی هستند که در تولید رواناب دخالت دارند در حالی که سر یال­ها مناطق تغذیه کننده می­باشند. مناطق بین کف دره­ها و سر یال­ها اغلب به عنوان مناطق دینامیکی مطرح می­باشند که ممکن است در تولید رواناب یا در تغذیه آن شرکت نمایند. این مسأله بستگی به مقدار و خصوصیات موقتی رگبار، رطوبت قبلی و خصوصیات خاک منطقه دارد. می­توان گفت مناطق منبع، مناطقی هستند که پتانسیل بالایی برای تولید رواناب حتی با مقدار کمی بارش را دارند که می­توان با بهره گرفتن از سطح منبع متغیر، مناطق منبع یا مناطق تولید کننده رواناب را شناسایی و برای کنترل آلودگی­ها، استحصال رواناب، کودپاشی و دفع فاضلاب و مواد زائد کشاورزی استفاده کرد. همان­طور که می­دانیم برای حفظ کیفیت خاک در مراتع و تولید خوب علوفه نیاز به کودپاشی همواره احساس می­گردد. با مشخص کردن مناطق تولید کننده رواناب می­توان مدیریت درست و اصولی را برای کودپاشی در نظر بگیریم و مناطق مورد نظر را با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهره ­برداری قرار داد و مناطقی که چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. همچنین یکی از عوامل اصلی تخریب مراتع و چرای بیش از حد مراتع، کمبود منابع آب در مراتع نمی ­باشد بلکه عدم توزیع یکنواخت منابع آبی در سطح مراتع می­باشد که پس از مشخص شدن عرصه ­های تولید رواناب می­توان مدیریت جامعی را برای توزیع آبشخوار در مراتع انجام داد. از اهمیت دیگر تعیین سطح منبع متغیر جلوگیری از آلودگی در پایین دست حوزه آبخیز می­باشد که با شناسایی مناطق منبع می­توان رواناب را در بالا دست حوزه آبخیز کنترل کرد. با دانستن این موضوع آبخیزدار قادر خواهد بود مناطقی را که می­توان با اطمینان با کاربرد کود زیاد مورد بهره ­برداری قرار داد و مناطقی که در آن‌ ها چنین اطمینانی وجود ندارد مشخص کند. با همین روش مناطق مطمئن برای ریختن آشغال و فاضلاب، مواد زائد کشاورزی و دفن به آسانی انتخاب می­شوند (محسنی ساروی، 1387).

1-2- هدف و ضرورت تحقیق:

امروزه تلاش­ های بسیاری در جهت کاهش زمان و هزینه­ های مربوط به مکان­ یابی و تعیین مناطق بالقوه برای معرفی تکنیک­های جمع­آوری در نواحی که نیازمند این فرایند است مانند اکوسیستم­های کشاورزی آبی و دیم صورت پذیرفته است. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، رویکرد مناسبی را ارائه می­نماید، زیرا این سامانه قابلیت پردازش ساختارهایی برای جمع­آوری، ذخیره­سازی، تحلیل و تبدیل داده ­های مکانی و زمانی را به منظور اهداف خاص را دارا می­باشد (پادماواتی و همکاران،1993؛کوسکان و موساگلو،2004). پیشرفت تکنولوژی­های کامپیوتری و بسته­های GIS ای، امکان ارزیابی و درون­یابی داده ­ها را در محدوده­های تخصصی به منظور مدیریت مکانی و آنالیز داده ­ها را برای کاربران فراهم می­سازد. بنابراین ترکیبی از خصوصیات مکانی حوزه ها، راندمان بالاتری را در پردازش هیدرولوژیکی منطقه به همراه دارد. بدین ترتیب پتانسیل کاربرد GIS برای مدل‌سازی هیدرولوژیکی به ویژه هنگامی که دقت و صحت مدل­سازی توسط برآوردهای توزیع مکانی و زمانی پارامترهای منابع آبی تحت تأثیر قرار گرفته باشد قابل ارزیابی می­باشد (کلارک و گانگوداگامگ، 2001).

برای مشخص کردن مکان مناسب اجرای برنامه ­های مختلف با بهره گرفتن از GIS لازم است به شرایط مورد نیاز برای هر برنامه توجه شود و سپس نقشه­های مختلف را با هم تلفیق کرد تا مکان مناسب اجرای طرح­ها مشخص شود. از اینرو انجام این پژوهش می ­تواند دستورالعمل مناسبی را در اختیار مرتع­داران جهت تأمین آب از طریق روش­های استحصال آب باران قرار دهد. استفاده از GIS علاوه بر افزایش دقت، سبب افزایش سرعت انجام کار، تنوع و کیفیت بهتر ارائه نتایج، کاهش هزینه­ها، بایگانی و تکثیر راحت­تر آن‌ ها می­گردد. بنابراین این پژوهش با اهداف زیر صورت گرفته است:

1- کارآیی GIS در مدیریت منابع طبیعی برای ذخیره ، تجزیه و تحلیل ، تلفیق داده ­ها و ارائه نتایج حاصل از اطلاعات، با تأكید بر ذخیره نزولات آسمانی در سطح مراتع.

2- مکان­ یابی عرصه ­های مناسب برای استحصال آب باران در سطح حوزه آبخیز.

3- توزیع و مدیریت مناسب آب باران با بهره گرفتن از الگوی سطح منبع متغیر.

1-3- تعریف استحصال رواناب و اهمیت بررسی آن

در نظر عامه استحصال آب به صورت زیر تعریف می­ شود: جمع­آوری رواناب­ها از سطح بام­ها، زمین­ها و همچنین آب­های گذران فصلی جهت استفاده از رواناب­ها.