Journal of Rainwater Catchment Systems

fa بررسی توانمندی سطوح آبگیر کوچک در تأمین آب مورد نیاز گیاهان مناطق خشک و کاهش هزینه استقرار آنها (مطالعه موردی: منطقه شهر سوخته سیستان) Investigating the ability of Micro-catchment to provide water for plants in arid regions and reduce their establishment costs (Case study: Shahr Sokhte region, Sistan) تخصصي Special پژوهشي Research مقدمه مناطق خشک که حدود 40 درصد از مساحت خشکی‌های کره زمین را تحت پوشش قرار می‌دهد از اهمیت حیاتی در سطح جهانی برخوردار هستند (Cherlet et al., 2018). همچنین بخش اعظمی از جمعیت جهان نیز در این نواحی ساکن هستند و این مناطق در تأمین بخش مهمی از مواد غذایی و خدمات زیست‌محیطی مانند تنظیم آب و هوا، تأمین آب و سایر موارد نقش بارزی را ایفاء مینماید (Eldridge et al., 2024). بااین‌حال فرسایش و به دنبال آن کاهش مواد غذایی خاک و در نتیجه تقلیل حاصلخیزی آن، یکی از چالشهای پیشروی توسعه کشورها، به‌ویژه در مناطق خشک است. چنین وضعیتی امنیت غذایی این نواحی را با تهدید همراه ساخته و زمینه بروز فرسایش، وقوع پدیده گردوغبار، سیل و خشک‌سالی را تسریع نموده است (Saayman et al., 2017). اگر چه فرسایش خاک یک رخداد طبیعی در سطح زمین به‌حساب میآید، ولی شدت و توسعه آن در عرصه‌های طبیعی مشکلات زیادی را به همراه دارد. عوامل متعددی از قبیل خصوصیات خاک، اقلیم، ناهمواری، سرعت باد و پوشش گیاهی در فرسایش خاک نقش دارند که اصلیترین آنها پوشش گیاهی است (He et al., 2011). علت اصلی اختلاف فرسایش در مناطق خشک و مرطوب، کمبود پوشش گیاهی در نواحی خشک میباشد (Suter-Burri et al., 2013). پوشش گیاهی با ارتقای زبری سطح خاک از برخورد مستقیم انرژی باد و باران به سطح زمین جلوگیری میکند که در نتیجه سبب کاهش تبخیر و حفظ رطوبت خاک و در نهایت سبب تقلیل فرسایش خاک میشود (Mayaud et al., 2016). بنابراین، علت اصلی تخریب خاک و فرسایش فقر پوشش گیاهی مناسب است که در مناطق خشک تحت تأثیر عواملی از قبیل کمبود رطوبت، درجه حرارت زیاد، تبخیر و تعرق بالا و وزش بادهای گرم و خشک استقرار پوشش گیاهی در این مناطق را با مشکل مواجه نموده است. روش کار برای اجرای این پژوهش، ابتدا مطالعات کتابخانهای و جمعآوری آمار و اطلاعات صورت گرفت. مکان‌هایی که بهمنظور جاده‌سازی حفاریهایی بر روی آنها صورت گرفته و مستعد جمعآوری رواناب بودند، شناسایی شد و ضمن بازدیدهای صحرایی و کارشناسی، 12 گودال که رواناب آبخیزهای کوچک وارد آنها میشده است به‌صورت یک در میان انتخاب، ابعاد و حجم آب استحصالی آنها برآورد شد. دو نمونه خاک برداشت و ویژگیهای شوری، اسیدیته و بافت آنها مورد آزمایش قرار گرفت. همچنین پوشش گیاهی استقرار یافته نیز مورد بررسی قرار گرفت. علاوه بر آن، به‌منظور ارزیابی اقتصادی آب ذخیره شده در مخازن آبخیزهای کوچک، با توجه به وضعیت دستمزد کارگری، هزینه تانکر انتقال آب، نرخ فروش آب غیرشرب منطقه و همچنین دادههای هزینهای ناشی از اجرای کارهای پژوهشی در منطقه، هزینه آبیاری نهالها در محدوده پژوهش برآورد شد. نتایج و بحث       ‌نتایج آزمایش نمونه‌های خاک محدوده مورد پژوهش نشان داد که کیفیت خاک منطقه پایین میباشد و از لحاظ حاصلخیزی در حد پایینی قرار دارد. ولی برای رویش گیاهان مقاوم و شور پسند مستعد است. بررسی ابعاد و وضعیت آبگیری مخازن آبخیزهای کوچک نشان داد که دامنه طول و عرض سازههای مزبور به ترتیب در دامنه 5/4 و 3/12، 2/3 و 5/5 متر قرار دارد. متوسط طول و عرض گودالهای مورد بررسی نیز به ترتیب برابر 6/6 و2/4 متر است. عمق سازههای مزبور در دامنه بین 9/0 و 3/1 متر در نوسان بوده است و متوسط اعماقی برابر 1/1 متر داشتهاند. میزان آب جمع‌آوری‌شده در مخازن مورد پژوهش ناشی از بارندگی  برابر 1/404 متر مکعب بوده است که بهطور متوسط سهم هر یک از آنها 7/33 متر مکعب میباشد. با توجه به کمبود آب در منطقه سیستان و حتی نبود آن در محدودهای همانند محل اجرای این پژوهش، عملکرد آبخیزهای کوچک از ارزش اقتصادی، زیست‌محیطی و امنیتی بالایی برخوردار است. بررسی وضعیت منطقه مورد پژوهش نشان میدهد که این محدوده صاف، هموار و دارای شیب بسیار ملایم با لایه سطحی سفت است که مانع نفوذ آب در خاک میشود. هر چند بارندگی منطقه کم است، ولی همین مقدار بارندگی ناچیز نیز به دلیل عدم نفوذپذیری خاک آن آب به مدت چند روز در سطح زمین تجمع یافته و به‌مرور زمان تبخیر و بدون استفاده از دسترس خارج میشود. ایجاد گودالهایی در انتهای هریک از شیبهای این محدودهها با ظرفیت آبی بر اساس وسعت آن محدودهها، آنها را تبدیل به آبخیزهای کوچک مینماید که سبب افزایش نفوذ آب در خاک میشود. نتیجه‌گیری بارندگی کم توام با پراکنش نامناسب زمانی و مکانی و همچنین بالا بودن میزان تبخیر در مناطق خشک، باعث ایجاد بحران کم آبی و محدودیت دسترسی به منابع آبی پایدار در این مناطق شده است. در این تحقیق که با هدف بررسی اثر سطوح آبگیر کوچک بر استحصال  رواناب‌‌های فصلی صورت گرفت میزان آب استحصالی در مخازن ذخیره احداث شده در منطقه فراخشک شهر سوخته سیستان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با وجود بارش کم در منطقه مورد مطالعه، رواناب حاصل از بارش‌های فصلی به دلیل وجود لایه سطحی نفوذ ناپذیر در سطح اراضی مسطح و هموار تجمع یافته که با احداث‌ گودال‌های متعدد طی سال‌های اخیر، حجم قابل توجهی از این رواناب‌ها در این مخازن ذخیره و با تأمین رطوبت مورد نیاز گیاهان باعث احیاء پوشش گیاهی در این منطقه شده است. در بررسی ارزش اقتصادی این رواناب استحصالی در منطقه مورد مطالعه نیز یافته‌ها نشان داد که با احداث این گودال‌ها در این منطقه هزینه تامین آب مورد نیاز جهت اجرای پروژه‌های نهال کاری به طور محسوس کاهش می‌یابد که این مهم تببین کننده کارآمدی این سطوح آبگیر کوچک بر استحصال و مدیریت رواناب‌های سطحی در منطقه فراخشک سیستان می‌باشد. در مجموع براساس نتایج به دست آمده نتیجه‌گیری می‌شود که احداث سطوح آبگیر کوچک باتوجه به هزینه کم و صرفه اقتصادی رویکری سازگار و کارآمد برای مدیریت رواناب‌های سطحی و ذخیره آن در مناطق فراخشک ازجمله منطقه سیستان می‌باشد که با تعمیم این رویکرد به سایر مناطق سیستان ضمن بهره‌برداری از این منابع آبی با تامین آب مورد نیاز گیاهان نیز بستری مناسب برای احیاء پوشش گیاهی و بهبود شرایط زیست محیطی این منطقه را می‌توان فراهم نمود.   EXTENDED ABSTRACT Introduction: <pre style="text-align:justify"> Drylands, which account for about 40% of the Earth’s land area, are of great importance globally (Cherlet et al., 2018). A large part of the world’s population also resides in these areas, and these areas play a major role in providing a significant portion of food and environmental services such as climate regulation, water supply, and other issues (Eldridge et al., 2024). However, erosion and subsequent reduction of soil nutrients and consequently its fertility are one of the challenges facing developing countries, especially in drylands. Such a situation threatens the food security of these areas and accelerates the occurrence of erosion, dust phenomena, floods, and droughts (Saayman et al., 2017). Although soil erosion is a natural phenomenon on the earth's surface, its intensity and development in natural areas pose many problems. Several factors such as soil characteristics, climate, roughness, wind speed and vegetation cover play a role in soil erosion, the most important of which is vegetation cover (He et al., 2011). The main reason for the difference in erosion in dry and wet areas is the lack of vegetation cover in dry areas (Suter-Burri et al., 2013). By increasing the roughness of the soil surface, vegetation prevents the direct impact of wind and rain energy on the earth's surface, which consequently reduces evaporation and maintains soil moisture, and ultimately reduces soil erosion.</pre> Methodology: To do this research, locations where excavations for road construction had been carried out and which were prone to collecting runoff were identified. During field visits, 12 reservoirs where runoff from micro-catchment entered were selected one by one. Then, the dimensions and volume of water extracted were measured. Two soil samples were taken from the location of these reservoirs and their salinity, acidity and texture characteristics were tested. The vegetation status of these reservoirs was also examined. In addition, in order to economically evaluate the water stored in micro-catchment reservoirs, considering the labor wage situation, the cost of water tanker transportation, the non-potable water sales rate in the region, as well as cost data resulting from the implementation of research works in the region, the cost of watering seedlings in the research area was estimated and compared with the micro-catchment. Results and Discussion: The results of soil sample tests in the study area showed that the soil quality of the area is low and its fertility is low. However, it is suitable for the growth of resistant and saline plants. The investigation of the dimensions and water intake status of micro-catchment reservoirs showed that the length and width ranges of the structures are 4.5 and 12.3, 3.2 and 5.5 meters, respectively. The average length and width of the investigated pits are also 6.6 and 4.2 meters, respectively. The depth of the structures fluctuated between 0.9 and 1.3 meters, with an average depth of 1.1 meters. The amount of water collected in the studied reservoirs due to rainfall was 1.404 cubic meters, with an average contribution of 33.7 cubic meters for each of them. Given the scarcity of water in the Sistan region and even its absence in an area such as the location of this study, the performance of micro-catchment has high economic, environmental, and security value. A survey of the study area shows that this area is flat, level, and has a very gentle slope with a hard surface layer that prevents water from penetrating the soil. Although the rainfall in the area is low, even this insignificant amount of rainfall accumulates on the surface of the ground for several days due to the lack of permeability of the soil, and over time, it evaporates and becomes unavailable without being used. Creating pits at the end of each slope of these areas with a water capacity based on the size of those areas will turn them into micro-catchments, which will increase water penetration into the soil. In this regard, Milton and Coetzee (2022) have also reported that micro-catchment increase soil moisture, which makes water easily available to plants and provides a basis for their growth. The results also showed that the great depth of the pits has a negative effect on the establishment of vegetation. <pre style="text-align:justify"> </pre> <pre style="text-align:justify"> </pre> Conclusion: Low precipitation—compounded by unfavorable temporal and spatial distribution and high evaporation rates in arid regions; has led to a water scarcity crisis and limited access to sustainable water resources. This study aimed to evaluate the impact of small-scale catchment areas on seasonal runoff harvesting by assessing the volume of water collected in storage reservoirs constructed in the hyper-arid region of Shahre Sokhte, Sistan. The results indicated that, despite low precipitation in the study area, runoff from seasonal rains accumulated on the flat terrain due to an impermeable surface layer; however, the recent construction of numerous pits has allowed for the storage of significant volumes of this runoff, thereby supplying the necessary moisture to plants and facilitating the restoration of vegetation in the area. An assessment of the economic value of this harvested runoff in the study area revealed that constructing these pits significantly reduces the cost of supplying water for seedling-planting projects; this underscores the effectiveness of such small-scale catchment structures in harvesting and managing surface runoff within the hyper-arid Sistan region. Overall, the findings indicate that constructing small-scale water-harvesting systems—given their low cost and economic viability represents a compatible and efficient approach to managing and storing surface runoff in hyper-arid regions like Sistan. Extending this approach to other parts of the region would not only allow for the utilization of these water resources to meet plant water requirements but also create a favorable foundation for restoring vegetation cover and improving environmental conditions. <pre style="text-align:justify"> </pre> آبخیزهای کوچک، امنیت غذایی، پوشش گیاهی، نفوذ آب و فرسایش خاک. Food security, Micro-catchment, soil erosion, vegetation cover and water infiltration. 0 0 http://jircsa.ir/browse.php?a_code=A-10-113-11&slc_lang=fa&sid=1 Mansour Jahantigh منصور جهان تیغ Mjahantigh2000@yahoo.com 10031947532846006459 10031947532846006459 Yes Department Soil Conservation and Water Management, Sistan Agriculture and edition Natural Resources Research Center, AREEO, Zabol, Iran مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران Moien Jahantigh معین جهان تیغ moienja23@yahoo.com 10031947532846006460 10031947532846006460 No Department Soil Conservation and Water Management, Sistan Agriculture and edition Natural Resources Research Center, AREEO, Zabol, Iran مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی سیستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، زابل، ایران