یکی از مهمترین اقدامات در زمین‌های کشاورزی که به منظور تسهیل رسیدن آب به ریشه گیاهان و همینطور تهویه مناسب زمین‌های کشاورزی می‌باشد، زهکشی است. زهکشی به معنای خارج کردن آب اضافی و آماده کردن زمین برای کشت می‌باشد. معمولا استفاده از زهکش‌ها زمانی ضرورت پیدا می‌کند که مدت زمان ماندآب طولانی بوده و مصادف با مرحله بحرانی گیاه گردد. شرایط ماندآبی علاوه بر محدود نمودن کاربرد ماشین آلات و جلوگیری از اجرای عملیات کاشت و داشت، شرایط نامساعدی را برای رشد گیاه بوجود می‌آورد که منجر به کاهش محصول می‌شود.
زهکشی چیست؟
زهکشی همواره میتواند راهکار مناسبی نباشد و میتواند باعث بروز مشکلات زیست محیطی شود. در نتیجه باید یک تعریف جامع و جدیدی برای زهکشی انتخاب نمود. بدین گونه که ضمن خروج آب اضافی، اجازه ندهیم آب بیش از اندازه خارج شده و شوری زیاد شود (زهکشی کنترل شده) یعنی سعی کنیم زهکشی را در عمقی تعیین کنیم که با نگه داشتن آب در منطقه توسعه ریشه، گیاه بتواند از آن استفاده کند.
زهکشی در زمان‌های قدیم
هر چند برخی از زارعین احتمالا از زمان‌های بسیار قدیم به فوائد زهکشی آگاه بودند و کاوش‌های باستان شناسی نیز آثاری از این عملیات را نشان می‌دهد، اما این فن به عنوان یک کار معمول در عملیات کشاورزی مرسوم نبوده است. در واقع زهکشی تا نیمه دوم قرن هجدهم میلادی بسیار محدود و ناشناخته بود و تنها از آن زمان به بعد بود که همگام با توسعه کشاورزی توجه به عملیات زهکشی نیز جلب گردید.
اکثر زمین‌های کشاورزی در دوره محدودی از سال ممکن است دارای آب اضافی باشند که اگر این دوره کوتاه بوده و یا در زمانی رخ دهد که گیاه در مرحله بحرانی نباشد زیان چندانی به زراعت وارد نخواهد شد. بخصوص اینکه زمین‌ها غالبا خود دارای زهکش طبیعی بوده و آب اضافی را به تدریج خارج می‌کنند. اما اگر دوره ماندآب طولانی بوده و مصادف با مرحله بحرانی گیاه گردد، خارج ساختن آب اضافی به صورت مصنوعی که همان زهکشی باشد امری مفید و حتی ضروری می‌باشد.
اهداف زهکشی
- جمع آوری و خارج کردن املاح اضافی
- ایجاد تهویه مناسب در محیط خاک ریشه
- بهبود کارایی ماشین آلات (مخصوصا کشاورزی)
- استحکام بخشیدن به ساختمان، مزارع کشاورزی
- جمع آوری آبهای سطحی ناشی از روان آب ،که این مساله بیشتر در مناطق مرطوب کاربرد دارد و لازم به ذکر است در مناطق مرطوب کانالهای سطحی زهکش را بصورت عریض می‌سازند.
میزان عمق زهکشی
اگر عمق زهکشی زیاد باشد حجم آب خروجی از زهکش نیز بیشتر می‌شود. در اثر وقوع کمبود آب مبحث زهکشی کنترل شده مهم تلقی می‌شود. در بعضی از مناطق به دلیل وجود آب در عمق ۳ متری زمین به گیاه پس از گذشت زمان نسبتا زیادی مزرعه را آبیاری و مشاهده کردند که ۵۰% از آب گیاه توسط آب زیرزمینی تامین شده است. به طور مثال در مغان به دلیل پایین آمدن سطح آب این شکل از آبیاری وجود دارد.
فواید زهکشی
از فواید زهکشی میتوان جلوگیری از وقوع سیل، به زیر کشت بردن اراضی جدید، زودتر گرم شدن خاک در فصل بهار، شروع زودتر عملیات کشاورزی، کیفیت و کمیت بهتر محصولات، شستشوی املاح اضافی و بهتر شدن وضعیت مسائل بهداشتی را نام برد. در تعریفی جامع تر از این فواید میتوان گفت فواید زهکشی به شرح زیر است.
- کنترل سیل و فرسایش
- حفاظت طبیعت و محیط زیست
- سلامت عمومی، بهداشت و امنیت غذایی
- کنترل و جلوگیری از ماندآبی شدن در مزارع
- حفاظت از ابنیه و تاسیسات عمومی و اراضی کشاورزی
- کنترل و جلوگیری از شورشدن اراضی جهت کاشت محصولات
- جلوگیری از راکد شدن آب و ایجاد بوی نامطبوع در محیط مزرعه
معایب زهکشی
میتوان با خشک کردن یک منطقه باعث نابودی برخی جانداران شد، از طرفی دیگر بسیاری از بیماری‌ها در اثر وجود ماندآب در یک منطقه میتواند رخ دهد. همچنین از لحاظ بحث امنیت غذایی نیز میتوان زهکشی را به کاربرد. یکی از کاربرد‌های زهکشی استفاده از آبهای زیرزمینی سطحی می‌باشد که باعث تامین بخشی از نیاز آبی گیاه می‌شود. از معایب عدم زهکشی اراضی این است که در حالت ماندآبی شرایط تهویه مناسب نیست و همچنین باعث مختل شدن عملیات زراعی نیز می‌شود، زیرا نمی‌شود ماشین آلات را وارد یک مزرعه با آن حجم از رطوبت کرد.
مدیریت یکپارچه منابع
به فرآیندی گفته می‌شود که در آن از کلیه منابع استفاده می‌کنیم به گونه‌ای که بحث‌های زیست محیطی نیز رعایت شود. بعضی از گیاهان از لحاظ تحمل شرایط ماندآبی مقاوم هستند ولی اغلب گیاهان به خشکی نیز علاقه دارند و نمی‌توانند همواره در حالت ماندآبی قرار بگیرند. هر چقدر هوا گرم تر باشد، اکسیژن بیشتری از آب خارج می‌شود و گیاه بیشتر در این هوا در شرایط ماندآبی آسیب می‌بیند. در هوای گرم چون تنش بیشتری به گیاه وارد می‌شود و تولید گیاه در هوای گرم بیشتر است در نتیجه گیاه بیشتر به اکسیژ نیاز دارد. در کل در حالت ماند آبی در هوای گرم، گیاه بیشتر آسیب می بیند.
انواع سیستم‌های زهکشی
از دیدگاه‌های متفاوت، نوع زهکش‌ها را به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌کنند. ولی در صورتی که نوع زه‌آب از نظر سطحی یا زیر سطحی مورد توجه باشد، زهکش‌ها را میتوان به به دو دسته اصلی، زهکش‌های سطحی و زیر سطحی تقسیم بندی‌کنیم. در شرایطی که سازه‌های زهکشی مورد توجه باشند، زهکش‌ها را به دو دسته زهکش‌های روباز و زهکش‌های لوله‌ای (زیر زمینی) تقسیم بندی کنیم، که در مورد اخیر زهکشی قائم (چاه زهکش) را نیز در برمیگیرد. توجه به این نکته ضروری است که زهکش‌های روباز علاوه بر زه‌آبهای سطحی، پروفیل خاک را نیز زهکشی می‌نمایند. هر سیستم زهکشی دارای اجزایی است که بسته به نوع سیستم، ابنیه آبی متفاوتی را شامل می‌شود.
اجزای سیستم های زهکشی
سیستم مزرعه (field system)
این سیستم عبارت است از زهکش‌ها و روش‌هایی که در سطح مزرعه آب اضافی را جمع آوری کرده و به سیستم اصلی هدایت می‌کنند. سیستم مزرعه بستگی به خصوصیات زهکشی خاک داشته و اصولا شامل دو نوع است. سیستم زهکشی سطحی و سیستم زهکشی زیر سطحی.
سیستم زهکشی سطحی
این سیستم معمولا در مناطق مرطوب و در مواردی احداث می‌شود که نفوذپذیری خاک کم است و بارندگی در زمین تجمع پیدا می‌کند و آب نمی‌تواند به سرعت در آن نفوذ کند. در این شرایط آب روی سطح خاک یا بالای لایه غیر قابل نفوذ تجمع پیدا کرده و سپس به صورت سطحی یا زیربستری به طرف زهکش‌های کم عمق سطحی حرکت و از آنجا از طریق سیستم اصلی به خارج از زمین هدایت می‌شود. به این نوع زهکش ها شبکه نهرهای قابل گذر هم می‌گویند.
سیستم زهکشی زیرسطحی
این سیستم در خاک‌هایی استفاده می‌شود که آب اضافی بتواند در زمین نفوذ کرده و به سطح ایستابی برسد. با احداث زهکش های زیرسطحی آب زیرزمینی به طرف این زهکش‌ها حرکت کرده و در جهت شیب از زمین خارج می‌شود. این سیستم میتواند بصورت کانال روباز عمیق تا عمق حدود ۲ متر و یا لوله گذاری زیرزمینی است. زهکشی زیر زمینی بصورت عمودی (حفرچاه) نیز میتواند باشد.
سیستم اصلی (main system)
این بخش از سیستم زه‌آب را از سیستم‌های مزرعه دریافت کرده و به سمت خروجی‌ها هدایت می‌کند. چنین سیستمی ممکن است شامل نهر اصلی، زهکش جانبی و زهکش اصلی باشد.
سیستم خروجی (output)
آخرین مرحله یک سیستم زهکشی که زه‌آب‌ها را وارد رودخانه، دریاچه، دریا و یا کویر می کند را خروجی می‌گویند. سطح آب در نقطه خروجی را رقوم مبنای زهکشی نامند.
انواع زهکش‌ها
زهکش روباز
این نوع زهکش کانالی با مقطع ذوزنقه‌ای شکلی است که حرکت آب در آن به شکل ثقلی است. تفاوت کانال زهکشی با کانال آبیاری در ارتفاع قرار گیری آنها است. یعنی کانال زهکشی در گودی و کانال آبیاری در ارتفاع است. free board درکانال زهکشی به مراتب بیشتر از کانال آبیاری است.
زهکش حائل
این نوع زهکشی معمولا در اراضی با شیب کم و جهت جدا کردن دو قطعه زمین استفاده می‌شود تا آبی‌که از زمین خارج می‌شود، وارد محدوده مورد نظر نشود. عمق این زهکش‌ها حدود ۲ الی ۲٫۵ متر است و جهت کانال عمود بر آب زیر زمینی می‌باشد.
زهکش عمودی
سیستم زهکشی عمودی، همان چاه زهکشی است و هرچه قدر تعداد چاه‌ها در یک منطقه بیشتر باشد اثر زهکشی بیشتر است. در این نوع سیستم زهکشی میبایست آب جمع شده در چاه مکش شده و به محل مناسبی انتقال یابد.
زهکش لانه موشی
یک نوع تونل زیرزمینی است که از عبور یک قیف مخروطی شکل در خاک درست می‌شود. این زهکش معمولا در مناطقی بکار میرود که مواد آلی آن زیاد است و برای یک فصل زراعی کاربرد دارد.
زهکش لوله‌ای
زهکشی لوله : زهکش لوله‌ای این گونه است که آب را توسط لوله‌های با نام لوله زهکشی به هم وصل شده به مکان مورد نظر انتقال می‌دهد. این زهکش‌ها در سه نوع سفالی، سیمانی و پلاستیکی (پلی اتیلن) وجود دارند، و قطر‌های مختلفی دارند.
لوله سفالی : لوله‌های سفالی معمولا در قطر‌های ۵.۵، ۸.۶، ۱۰ و ۲۰ سانتیمتر و طول ۳۰ سانتیمتر تولید می‌شوند. حسن این لوله این است که در برابر واکنش شیمیایی آب مقاوم است.
لوله سیمانی : لوله‌های سیمانی معمولا به قطر ۱۰، ۱۵ و ۲۰ سانتیمتر و طول ۳۰ سانتیمتر موجود است . باید توجه داشت در خاک‌های سولفات‌دار باید در ساخت این لوله‌ها از سیمان ضد سولفات استفاده شود.
لوله پلاستیکی : لوله‌های پلاستیکی برپایه پلی پروپیلن (شامل لوله پلیکا، لوله پلی اتیلن، لوله پی وی سی و لوله کاروگیت) در دوحالت صاف و موجدار به صورت کلاف و شاخه تولید می‌شوند. در شرایط مساوی قطر لوله موجدار را باید ۲۰ درصد بیشتر از طول لوله صاف گرفت که این مساله به خاطر بوجود آمدن افت ناشی از موج‌های لوله است. طول این لوله‌ها از ۶ متر تا ۱۰۰ متر بسته به نوع لوله، تولید می‌شوند.
منشاء زه آب
زه‌آب ممکن است ناشی از بارندگی، ذوب برف، آب آبیاری، جریانات سطحی و نشت زیر سطحی از اراضی مجاور، سریز و طغیان رودخانه‌ها، نشت از کانالهای آبیاری و صعود سطح ایستابی باشد. در نواحی مرطوب بارندگی‌های مداوم؛ در نواحی سردسیرتغذیه ناشی از ذوب برف و در نواحی سردسیر تغذیه ناشی از ذوب برف و در نواحی خشک و نیمه خشک، آبیاری طغیان‌های فصلی، آبشویی اراضی و صعود سطح ایستابی، منشآ اصلی زه آب‌ها به شمار میروند. با توجه به موارد ذکر شده، عواملی چون روش آبیاری (ثقلی یا تحت فشار)، فیزیوگرافی (توپوگرافی، شکل زمین)، شبکه آبراهه، عمق‌لایه نفوذ ناپذیر، لایه بندی‌خاک، ویژگیهای هیدرودینامیکی خاک (نفوذ پذیری سطحی، هدایت هیدرولیکی) و خصوصیات شیمیایی خاک ( شوری،کسر آبشویی ، قلیائیت) بطور غیر مستقیم بر زه‌دار شدن اراضی موثرند.