ارزیابی اقتصادی-فنی حفاظت خاک در شیب‌های تند با استفاده از ژئوگرید
| دسته | مقالات جنبی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین |
| نویسنده | کاوه خاکسار |
| تاريخ برگزاری | ۰۲ اسفند ۱۳۸۵ |
مقدمه :
خاک را باید از عوامل اساسى در برقرارى منظومه‌ی زیستى کره‌ی زمین برشمرد. با این حال، به لحاظ غذایى، جمعیت ساکن کره خاکى شدیداًً به منابع خاک و آب وابسته است. لذا فشارى که به منابع خاک و آب وارد مى‌شود بیش‌از هر منبع دیگر است. به خدمت گرفتن تکنولوژى براى افزایش تولید و بهره‌ورى از منابع خاک و املاح خاک‌هاى غیر حاصل‌خیز براى کشاورزى، وظیفه مضاعفى است که جامعه انسانى به آن توجه شایانى نموده است. خاک در میان ملل مختلف جهان ابزارى براى توزیع مجدد درآمد و ثروت به شمار مى‌آید و تدبیرى براى بالا بردن بهره‌ورى و تولید ثروت است (۱۹۷۵ Dorner). در بسیارى از کشورهاى کم‌تر توسعه یافته منابع خاک را به عنوان امکانات امرار معاش و ایجاد اشتغال به حساب مى‌آورند. رشد سریع جمعیت در این کشورها منجر به قطعه قطعه شدن اراضى داراى خاک‌هاى حاصل‌خیزى شده است. سابقه تاریخى توسعه اقتصادى در ایالت متحده آمریکا در دهه ۱۸۸۰ با تصرف خاک‌هاى حاصل‌خیز این کشور شروع مى‌شود که اهمیت اقتصادى خاک را مى‌رساند (۱۹۷۵ Dorner).
تخریب روز افزون خاک‌هاى جنگلى، مرتعى و کشاورزى طبق برآورد سازمان خواربار و کشاورزى جهانى (فائو) در بیست سال آینده در ایران از مرز ۴/۵ میلیارد تن در سال که معادل نابودى یک میلیون و دویست هزار هکتار اراضى حاصل‌خیز است، خواهد گذشت. بانک جهانى در گزارشی به تهدید منابع در ایران اشاره کرده و آن را ناشى از فعالیت‌هاى اقتصادى (اعم از چراى بیش از حد دام، استفاده نامناسب و قطع درختان جنگلى و تخریب جنگل) و حوادث طبیعى (اعم از فرسایش ناشى از سیل و به طورکلى فرسودگى، فرسایش و نمک‌ها) مى‌داند بر اساس گزارش بانک جهانى خسارات تخریب زمین در ایران سالانه بیش از ۱۵ هزار میلیارد ریال، معادل۷/۱درصد تولید ناخالص ملی می‌باشد که از این میان شورى مزارع سالانه ۱۰ هزار و ۷۰ میلیارد ریال معادل ۱۱/۱ درصد از تولید ناخالص داخلى، تخریب مراتع یک هزار و ۳۷۰ میلیارد ریال معادل ۱۵/۰ درصد از تولید ناخالص داخلى، نابودى زمین‌هاى حاصل‌خیز ۲ هزار و ۸۰۰ میلیارد ریال معادل ۳/۰ درصد از تولید ناخالص داخلى و بروز سیل‌ها یک هزار و ۱۹۰ میلیارد ریال معادل ۱۳/۰ درصد از تولید ناخالص داخلى به ایران خسارت وارد مى‌کند (۷).
در میان بسیار از ملل حفاظت خاک از دیر باز مورد توجه بوده است. بطوریکه در کردستان ایران حفظ خاک به شکل تراس بندی و سکوچینی از قدمت ۷۰۰ ساله برخوردار است؛ بطوریکه بهره‌برداران منطقه‌ی اورامانات از بستر رودها؛ خاک‌ها را به این ترانس‌ها حمل نموده و در امر زراعت مورد بهره‌برداری قرار می‌دهند (۴). در منطقه Rupe di Orvieto در ایتالیا جهت تثبیت شیب از جنس توف و با شیب بیش از ۶۰ درجه که هر از چند گاهی دچار ریزش می‌شد، عمل توائم تثبیت بیولوژیکی و فیزیکی با استفاده از ژئوسل صورت پذیرفت. این تثبیت کاملاً مناسب و موفق بوده و در جهت حل معضل ریزش و فرسایش بسیار رضایت بخش عمل کرده است. در این پروژه طول مدت عملیات کوتاه و در هزینه‌ها صرفه‌جویی زیادی شده است (۹).
در سال ۱۹۸۷ پروژه حفاظت خاک از فرسایش در شیب ۴۵ درجه در منطقهLeighton Hill هنگ هنگ توسط شرکت Netlon انگلیس در هنگ‌کنگ به اجرا در آمد. در نتیجه شیب دامنه تثبیت و پوشش گیاهی توسعه پیدا نمود. در مارس ۱۹۸۷ منطقه وسیعى با شیب ۴۵ درجه با معضل فرسایش شدید مورد حفاظت قرارگرفت. براى کنترل فرسایش مقدار ۳۱۵۰ متر مربع شبکه پلیمرى نصب گردید. علف‌ها به سرعت پا برجا شدند و در خلال اولین سال نتیجه قانع کننده‌اى داشته است و شیب مورد نظر کاملاً به وسیله چمن پوشیده شد. در حالیکه قبل از عملیات، چمن در این زمین رشد نمى‌کرد و با توجه به فرسایش پذیرى شدید از بین مى‌رفت (۱۳).
در سال ۱۹۸۹ براى جلوگیرى از فرسایش کناره رودخانه و در نتیجه جلوگیرى از رسوب مواد در حوضچه تغذیه کننده شهر فلورانس به عملیات حفاظت با شبکه پلیمرى پرداخته شد. با تقویت کنار رودخانه با شبکه پلیمرى در منطقه باربینو (ایتالیا)، قسمت‌هاى‌سطحى کناره‌ها به سرعت داراى پوشش گیاهى شدند. این مواد در ۱۵۰۰۰ متر مربع از کناره‌هاى رودخانه با شیب ۳۰ درجه کار گذاشته شد که این عملیات نشان داد که مى‌توان با شبکه پلیمرى بر اینگونه مشکلات فائق آمد. کارفرماى این پروژه سازمان منابع آب فلورانس و مجرى طرح Studio Ter - Idei-Fr بوده است (۱۴).
در سال ۲۰۰۳ تقویت خاک در شیب تند با ارتفاع ۳۵ متر با ژئوگریل (Geogriglie) یک جهتی در شهر Taichung، تایوان توسط بخش خصوصی و توسط Johnson Constraction Co., Ltd با استفاده از Tenax TT ۶۰۱ SAMP انجام شد. این پروژه مهم ساختمانی در نظر داشت ساختمان‌های مسکونی را در یک منطقه کوهستانی در مرکز تایوان احداث نماید، لازم دیده شد که پروژه در محل یک شیب تقریباً ۶۰ درجه‌ای و به ارتفاع ۳۵ متر به اجرا در آید. با توجه به خصوصیات اقلیمی منطقه (وجود باران‌های سیل‌آسا) ابتدا به متراکم نمودن سطح زمین اقدام شد و بعد به سرعت به نصب Geogriglie پرداخته شد. در این پروژه در مخارج و طول زمان احداث بسیار صرفه جویی شد، تثبیت به خوبی انجام شد و زهکشی کامل صورت گرفت (۱۳).
در سال ۲۰۰۱ تثبیت و تحکیم کناره‌های رودخانه رودخانه Po در منطقه Casale Monferrato، ایتالیا که در نتیجه سیل اکتبر ۲۰۰۰ آسیب جدی دیده بود با استفاده از ژئوگرید Tenax Tenwer ۳/۳۰۰ در دستور کار قرار گرفت. کارفرما وزارت کار اجتماعی ایتالیا و بخشداری منطقه بودند و پروژه توسط شرکت Imp. Botto Geom، Imp. Rossiglioli Luigi و Imp. Scagliotti snc به اجرا در آمد. در این پروژه با Tenax Tenwer ۳/۳۰۰ به تثبیت شیروانی خاکی و ترمیم پوشش گیاهی در کناره چپ رودخانه که در نتیجه سیل کاملاً آسیب دیده، دچار فرسایش شده و پوشش گیاهی آن از بین رفته بود پرداخته شد. در نتیجه با ساده‌ترین روش این امر به انجام رسید در این پروژه از کارکنان غیر متخصص نیز بهره برده شد، در هر روز حدود ۱۰۰ متر مربع توسط ۴ کارگر به انجام رسید و نتایج حاصله بسیار رضایتبخش بود. در این پروژه بالغ بر ۳۰۰۰۰ متر مربع ژئوگرید مورد استفاده قرار گرفت (۱۱).
به طور سنتی برای حفاظت از بزرگ‌راه‌‌ها در امریکا در مقابل فرسایش، از پوشش حفاظتی (rock rip rap) استفاده می‌شده است. این پوشش بدون در نظر گرفتن منافع طرح، روش‌های جایگزین و ارزیابی‌های اقتصادی ساخته می‌شد. در سال ۱۹۹۹ پروژه ساخت بزرگراه Munro Road در نیویورک کامل شد. در این پروژه کنترل فرسایش و رسوب مد نظر قرار گرفت و کانال‌ها و محل عبور رواناب‌ها با ژئوسینتتیک (از نوع RECPs) در ۱۱۳۰ متر از کانال‌ها کارگذاشته شدند. استفاده از RECPs مبلغ ۹۵۸۰۰ دلار در هزینه‌های ساخت صرفه جویی به دنبال داشت در حالیکه نتیجه بسیار خوبی را در جلوگیری از فرسایش در پی داشت (۸).
در سال ۲۰۰۰ مشرف بر بزرگراه Beijing Fuzhou در کشور چین یک ایستگاه پمپ بنزین قرار دارد که فقط ۱۴ متر با کناره بزرگراه فاصله دارد که توسط یک دیواره خاکی پشتیبانی می‌شود. در پشت این دیواره خاکی یک دره بی‌ثبات تشکیل شده است. برای تثبیت آن از RE Geogrid استفاده شد. در این پروژه از سیستم تراس‌بندی استفاده شد. ۳ تراس با ارتفاع ۲/۷ متر، ۸/۷ متر و ۷ متر با فاصله افقی ۲ متر احداث شد. شن و ماسه برای تحکیم شیروانی خاکی به آن اضافه شد و سپس با ژئوگرید مسلح گردید. کارفرمای این پروژه دفتر ارتباطات استان Fujian و پیمانکار شرکت ساختمانی Gezhouba بودند (۱۶).
پروژه تقویت و تثبیت خاک با ژئوگرید در Eden garden استرالیا با استفاده از Rock GK ۱۰۰/۳۰ Geogrid در سال ۲۰۰۴ به انجام رسید. در این مطالعه با ساخت گابیون‌های ژئوگریدی به تثبیت خاک در شیب تند پرداخته شد. نتیجه این مطالعات توسعه سریع پوشش گیاهی و اثرات زیست محیطی مثبت بر جای مانده بوده است (۱۲).
از آنجا که در شیب‌های تند، احیاء پوشش گیاهی به سادگی امکان‌پذیر نیست، و هزینه‌های سنگینی را سبب می‌شود لذا باید به دنبال راه‌هایی بود که با کم‌ترین هزینه بهترین نتیجه را به دست آورد. به منظور ارزیابی اقتصادی- اجتماعی حفاظت خاک با استفاده از ژئوگرید در شیب‌های تند در این روش از پلات‌هایی به ابعاد ۲x۱۲ متر استفاده گردید (شکل ۱ و ۲). این پلات‌ها توسط ورقه‌های فلزى محصور و در انتهاى پلات‌ها بشکه‌هاى جمع‌آورى رواناب و رسوب تعبیه شده بود که رواناب و رسوب بعداز هر دوره بارندگى به داخل آن‌ها هدایت می‌شد. در این تحقیق تیمارهاى ژئوگرید با پوشش مرتعى طبیعى، ژئوگرید با پوشش مرتعى بومى ناشى از بذر پاشى و بدون ژئوگرید در دو حالت پوشش مرتعى طبیعى و بذر پاشی گونه‌هاى مرتعى طبیعى و در دو شیب ۸۵ درصد و ۱۱۰ درصد در سه تکرار مورد بررسى قرار گرفتند .بعداز هر رویداد، رواناب و رسوب جمع‌آورى شده در مخازن، اندازه‌گیرى شدند و سپس داده‌هاى به دست آمده از ۹ رویداد ثبت شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. داده‌های به دست آمده از رویدادها به آزمایشگاه ارسال شدند و رسوب حمل شده به بشکه‌ها در کرت‌های مختلف محاسبه شدند. محدوده مورد مطالعه در استان تهران شهرستان پاکدشت واقع شده که از شمال به حوضه‌هاى تهران و دماوند، از غرب به حوضه‌ی شهر رى و از جنوب به حوضه‌ی شهرستان قم و از شرق به حوضه‌ی سمنان محدود مى‌‌گردد. در این محدوده، حداقل ارتفاع ۷۴۰ متر و حداکثر آن به ۲۳۰۰ متر از سطح دریا بالغ مى‌شود. منطقه دارای اقلیمى خشک است. محل اجراى طرح و استقرار کرت‌هاى تحقیقاتى در تپه‌هاى شمال ایستگاه تحقیقاتى، آموزشى و ترویجى تغذیه آبخوان چنداب در فاصله‌ی ۵۷ کیلومترى جنوب شرقى تهران و ۲۷ کیلومترى شمال شرقى ورامین، در موقعیت ´۵۵ / ˚۵۱ طول جغرافیایى و ´´۳۱/´۲۴ / ˚۳۵ عرض شمالى به اجرا در آمد (نقشه ۱).
میانگین بارندگى در محدوده مورد مطالعه ۷/۱۸۵ میلى‌متر برآورد مى‌شود.
بافت خاک محل اجرای طرح لومى درشت دانه Coars loam با ساختمان توده‌اى تا بشقابى ضعیف Ap (platy) به رنگ قهوه‌اى متمایل به زرد روشن ۱۰ yR ۶/۴ مى‌باشد که روى افقى به رنگ قهوه‌اى متمایل به زرد ۱۰ yR ۶/۴ با بافت شنى Sandy و ساختمان توده‌اى با رشته‌هاى آهکى دیده مى‌شود.
تراکم پوشش‌گیاهى در دامنه‌هاى با شیب‌هاى غربى بیش‌از شیب‌هاى شرقى است. گونه‌هاى گیاهى غالب منطقه عبارتند از Salsola kali و Pteropyrom olivieri .
از نظر زمین‌شناسى، گستره‌ی مورد مطالعه جزیى از واحد رسوبى- ساختمانى البرز بوده و در جنوب البرز مرکزى واقع مى‌شود. این منطقه جزیى از یک ناودیس پر شده از رسوبات دوران چهارم مى‌باشد. حول و حوش آن را سنگ‌هایى تشکیل مى‌دهند که از ژوراسیک بالایى تا انتهاى دوران سنوزوئیک در بر گرفته‌اند. این واحدهاى سنگى عموماً روند شرقى- غربى داشته و از نظر ترکیب سنگ‌شناسى، بسیار متنوع هستند. کرت‌های تحقیقاتیبر روی رسوبات سازند هزاردره اجرا شده‌اند که ضخامت آن‌ها در عرصه‌ی اجرایى طرح ۸۰-۷۰ متر بوده و بواسطه درشت دانه بودن، از نفوذپذیرى خوبى برخوردار هستند.
ویژگى هاى اکولوژیکى محل اجراى طرح
دراین تحقیق از ژئوگرید‌ها براى تثبیت شیب و حفاظت از خاک بهره‌گیری شده است. کارآیى ژئوگرید‌ها از نظر فنى و اقتصادى در تثبیت و یا کاهش فرسایش خاک در شیب‌هاى تند مشرف به مخازن سدها و یا ترانشه‌هاى حاصل از جاده‌سازى مورد بررسى قرار گرفت. رسوبات جمع شده در مخازن بعداز هر رویداد اندازه‌گیرى شد و داده‌هاى بدست آمده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. در این تحقیق از ژئوگرید با خصوصیات زیر جهت تثبیت شیب و حفاظت از خاک استفاده شده است (جدول ۱).
جدول ۱- مشخصات ژئوگرید استفاده شده در طرح
|
۲۵ X ۳ متر-رول |
اندازه |
|
g/m۲ ۶۹۰ |
وزن |
|
۲۷ x ۲۷ میلى‌متر |
اندازه دریچه‌ها |
|
Kn/m ۸.۵ |
مقاومت کششى |
|
HDPE-پلی‌پروپیلن
|
پلیمر |
|
پایدار نمودن و تقویت خاک‌هاى ضعیف |
موارد استفاده |
◊◊◊◊◊◊◊
بحث:
روش‌هاى حفاظت خاک با توجه به شرایط جغرافیائى و اقلیمى هر منطقه متفاوت بوده ولى روش‌هاى متداول آن شامل تراس‌بندى، خشکه‌چینی، دیوار حائل، سد و تورسنگى می‌باشد. در ایران روش حفاظت با ژئوگرید کم‌تر مورد بهره‌بردارى قرار گرفته است. در این تحقیق رواناب و رسوب به دست آمده از بشکه‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مقدار تلفات خاک در تیمارهای مختلف و در دوشیب در جدول ۲ درج شده است.
جدول۲- میزان تلفات خاک در شیب‌هاى مختلف با تیمارهاى مختلف
|
نوع تیمار
|
مقدار تلفات سالیانه منطقه در شیب‌هاى ۱۱۰%
(هکتار- کیلو گرم)
|
مقدارتلفات سالیانه منطقه در شیب ۸۵%
(هکتار- کیلو گرم)
|
|
ژئوگرید با پوشش مرتع طبیعى |
۲۶/۴۱ |
۷۲/۱۱ |
|
بدون ژئوگرید و با پوشش مرتع طبیعى |
۰۸/۳۳ |
۰۳۶/۱۱ |
کاوه خاکسار، دکترا، عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری
مراحم رحمتی، کارشناس ارشد، عضو هیئت علمی موسسه‌ی تحقیقات شیلات ایران
یونس دقیق، دکترا، عضو هیئت علمی مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری
◊◊◊◊◊◊◊
چکیده:
خاک ارزش اقتصادی تولیدی دارد و ارزیابی اقتصادی-اجتماعی خاک و حفاظت از آن از نظر عوامل تولید حائز اهمیت است. خاک در شیب‌های تند از قابلیت فرسایش بالائی برخوردار است و از این لحاظ باید مورد توجه قرار گیرد تا بتوان با روش‌های مناسب و کم هزینه از فرسایش آن جلوگیری کرد که برای این مقصود استفاده از ژئوسینتتیک (ژئوگرید) از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه بنظر می‌رسد. تحقیقاتی که به این منظور در منطقه‌ی چنداب ورامین به انجام رسیده مؤید این نکته است که می‌توان با بکارگیری شبکه‌های پلیمری از هدر رفت بخش زیادی از خاک‌ها در دامنه‌های با شیب تند جلوگیری نمود و بابت آن هزینه‌های کم‌تری را نسبت به روش‌های رایج متحمل شد. در این روش از کرت‌های تحقیقاتی به ابعاد 2x12 متر استفاده شده که با ورقه‌های فلزی محیط آن‌ها محصور گردیده است. در انتهای پلات‌ها بشکه‌های جمع‌آوری رواناب و رسوب تعبیه شده است. در این تحقیق تیمارهای ژئوگرید با پوشش مرتعی طبیعی، ژئوگرید با پوشش مرتعی بومی ناشی از بذر پاشی، و بدون ژئوگرید در دو حالت پوشش مرتعی طبیعی و بذر پاشی گونه‌های مرتعی طبیعی و در دو شیب 85 درصد و 110 درصد (شیب‌های تند) در سه تکرار مورد بررسی قرار گرفتند .بعداز هر رویداد، رواناب و رسوب جمع‌آوری شده در مخازن، اندازه‌گیری شدند و سپس داده‌های به دست آمده از 9 رویداد ثبت شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که هزینه عملیات حفاظت خاک در شیب‌های تند با ژئوگرید نسبت به روش‌های حفاظتی با تورسنگی، دیواره‌ی حائل، خشکه‌چنی و تراس‌بندی به ترتیب450، 490 و 219 درصد در هکتار کاهش دارد. این درحالی است که نسبت ماندگاری آن در محیط نسبت به عملیات خشکه چینی (بالای 5 سال) و نسبت به عملیات تورسنگی(تقریباً 10 سال) بیشتر است. با توجه به نتایج بدست آمده استفاده از ژئوسینتتیک‌ها در تثبیت از نظر اقتصادی و فنی به صرفه می‌باشد.
Abstract:
Soil has great social-economic value. So soil conservation can be very important regarding to production factors. Soils in deep slopes are very sensitive to degradation. That is why it should be considered of great importance. An effective and cheap way to preserve valuable soil is using up geogrid (geosynthetics). A research has been conducted in Chandab Varamin. It shows that they can present soil degradation and soil erosion plots of 12×2 meters were chosen in the research. At the end of plots, runoff is caught and measured and sediment amount in the runoff was measured. Different treatments along with replications were chosen. Nine events were measured. Conclusions and analysis proved that it is very economic compared to other treatments. So geosynthetics can be used with great success in Iran.