رطوبت خاک در تأمین و مدیریت منابع آب نقش دارد

باشگاه خبرنگاران جوان؛ فاطمه کربلایی- پژوهشگران دانشگاه تهران در یک مطالعه پیشگامانه بین‌رشته‌ای و بین‌دانشگاهی، نشان دادند که رطوبت خاک در لایه‌های عمیق، مهم‌ترین عامل تضمین جریان پایدار ورودی به سد‌های اصلی تهران در دوره‌های خشک‌سالی است.

پژوهشگران حوزه آب و محیط‌زیست دانشگاه تهران با همکاری دانشگاه‌های صنعتی شریف و صنعتی امیرکبیر، مطالعه جامع و نوآورانه‌ای را در مورد مدل‏سازی فاکتور‌های هیدرولوژیکی کنترل‏کننده جریان ورودی به مخازن پنجگانه تأمین کننده آب شرب کلان‏شهر تهران در دوره‌های فاقد بارش سال (دوره خشکی) انجام داده‌اند که نتایج این پژوهش، بر نقش تعیین‌کننده رطوبت خاک بر پایداری جریان آب ورودی به سد‌ها در دوره‌های خشک سال تأکید دارد و راهبرد‌های مهمی را برای تطبیق با تغییرات اقلیمی و ارتقا تاب‌آوری سامانه‌های تأمین آب تهران ارائه می‌دهد.

این تحقیق که با ترکیب داده‌های ماهواره‌ای پیشرفته، مشاهدات زمینی و مدل‌سازی هوش مصنوعی انجام شد، بر روی پنج سد حیاتی لتیان، لار، کرج، طالقان و ماملو متمرکز است؛ سد‌هایی که تأمین کننده حدود ۷۲ درصد از آب شرب کلان‌شهر تهران هستند، انجام شده است.

 سید موسی حسینی، عضو هیأت علمی دانشگاه تهران و سرپرست این تیم پژوهشی در این باره گفت: «در این پژوهش، با بهره‌گیری از تلفیق داده‌های سنجش از دور، داده‌های ایستگاهی زمینی و مدل‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی، دینامیک جریان‌های ورودی به پنج سد اصلی تأمین‌کننده آب شرب کلان‌شهر تهران در بلندمدت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق، گامی مهم در راستای مدیریت پایدار منابع آب در سطح حوضه‌های آبریز سد‌های مورد مطالعه و ارائه راهکار‌های عملی برای مواجهه با چالش‌های تغییرات اقلیمی و کاهش ریسک کم‌آبی به‌شمار می‌رود.»

حسینی با بیان اینکه سد‌های لتیان، لار، کرج، طالقان و ماملو تأمین‌کننده حدود ۷۲ درصد آب شرب شهر تهران بوده و مابقی نیاز آبی از منابع آب زیرزمینی تأمین می‌شود، افزود: «در این مطالعه از داده‌های بلندمدت جریان ورودی به سد‌های ذکرشده در بازه ۲۰ ساله (۱۹۹۹–۲۰۱۶) استفاده شد. نتایج مدل‏سازی نشان داد که بین ۵۵ تا ۹۰ درصد حجم جریان ورودی به مخازن سد‌های پنجگانه را جریان پایه تشکیل می‌دهد. جریان پایه رودخانه از منابع تأخیری نظیر رطوبت لایه‌های عمیق خاک، ذوب برف و تخلیه تدریجی آبخوان‌ها تغذیه می‌شود و در تأمین مستمر آب شرب، حفظ اکوسیستم‌های رودخانه‌ای و پایداری جریان‌ها در طی دوره بدون بارش سال نقش اساسی دارد.»

سرپرست این تیم پژوهشی تاکید کرد: «این موضوع عملاً بیانگر اتکای کامل سیستم تأمین جریان آب ورودی به سد‌ها به منابع زیرزمینی و ذخایر برف است.»

 حسینی درباره فرایند مدل‌سازی و داده‌های مورد نیاز در این پژوهش گفت: «به‌منظور مدل‏سازی و شناسایی فاکتور‌های هیدرولوژیکی تأثیرگذار بر جریان پایه سدها، از تکنیک‌های آماری نوین و مدل‏سازی هوش مصنوعی استفاده شد. فاکتور‌هایی مانند دما، بارش، پتانسیل تبخیر-تعرّق، رطوبت خاک، شاخص پوشش گیاهی، ذوب برف و سطح پوشش برفی در سطح حوضه آبریز سد‌ها از پایگاه‌های معتبر ماهواره‌ای مانند FLDAS، ERA۵-Land، SoilGrids و AVHRR استخراج شده است.»

وی افزود: «نتایج مدل‌سازی جریان پایه با مدل هوش مصنوعی Random Forest (جنگل تصادفی) نشان داد که رطوبت خاک به‌ویژه در لایه‌های عمیق‌تر (۳۰ تا ۳۰۰ سانتی‌متر) مهم‌ترین عامل کنترل‏ کننده و پیش‌بینی‌کننده جریان پایه رودخانه‌ها در تمامی حوضه‌های مورد مطالعه است.»

عضو هیأت علمی دانشکده جغرافیای دانشگاه تهران، گفت: «ضرایب همبستگی بالا و زمان تأخیر نزدیک به صفر بین رطوبت خاک و جریان پایه نشان می‌دهد که شرایط رطوبتی زیرسطحی، کنترل فوری و پایدار بر تولید جریان پایه دارد که می‌تواند به دلیل نقش مستقیم آنها، در تغذیه آب زیرزمینی و جریان جانبی در زیر سطح زمین باشد.»

یافته‌های این پژوهش بیانگر نقش حیاتی رطوبت خاک به‌عنوان یک بافر هیدرولوژیکی است که زمان و حجم جریان واردشده به مخازن را به‌ویژه در دوره‌های خشک که روان -آب سطحی محدود است، تنظیم می‌کند؛ بنابراین حفظ رطوبت در لایه‌های عمیق خاک برای پایداری جریان پایه و به‌تبع آن، تأمین مطمئن آب ورودی به مخازن تهران ضروری است.

پژوهشگران این تحقیق، راهبرد‌هایی همچون «بهینه‌سازی آبیاری»، «مدیریت پوشش اراضی به‌منظور افزایش نفوذ آب» و «حفاظت از مناطق تغذیه آب زیرزمینی» را در حفظ ذخایر رطوبت خاک مؤثر عنوان کرده‌اند.

همچنین پژوهشگران این مطالعه عنوان کرده‌اند که بهره‌گیری از داده‌های دقیق رطوبت خاک اعم از «نصب ایستگاه‌هایی برای اندازه‌گیری زمینی رطوبت خاک در اعماق مختلف» و استفاده از منابع سنجش از دوری مانند SMAP یا «ERA۵-Land می‌تواند دقت پیش‌بینی جریان پایه و ورودی مخازن را به‌شکل قابل‌توجهی افزایش دهد.

نتایج این پژوهش که در ژورنال معتبر بین‌المللی Journal of Hydrology: Regional Studies منتشر شده است از طریق لینک زیر در دسترس است.