امروزه با گسترش پروژه های زهکشی کشور، دغدغه هایی در تامین مصالح و مواد مورد نیاز زهکشی به وجود آمده است. یکی از مهمترین مصالح مورد نیاز در سیستم زهکشی که اغلب از آن به عنوان قلب سیستم زهکشی نیز یاد می گردد، پوشش زهکش است. از آغاز امر زهکشی در کشور بحث استفاده از پوشش زهکش مطرح بوده است. در ابتدا پوشش های شن و ماسه ای به طور گسترده ای استفاده می شدند. با گذشت زمان، مشکل هزینه زیاد پوشش های شن و ماسه ای و اثرات مخرب زیست محیطی آن در نتیجه برداشت های بی رویه مصالح طبیعی مطرح گردید. با توجه به مشکلات موجود، کارشناسان به انتخاب جایگزین برای این پوشش ها اقدام نمودند که پوشش های مصنوعی از مهمترین آنهاست. هم اکنون تعدادی از پروژه های جدید زهکشی با استفاده از لوله دارای پوشش مصنوعی در دست اجراست، لیکن هنوز اطمینان خاطر از عملکرد مناسب و در طولانی مدت از پوشش های مصنوعی حاصل نشده است. این تحقیق به بررسی کارایی پوشش های مصنوعی پرداخته و عملکرد آنها را در مقایسه با پوشش شن و ماسه مورد ارزیابی قرار می دهد. به همین منظور در اراضی دشت شادگان (استان خوزستان) و در مزرعه ای آزمایشی به مساحت تقریبی 25 هکتار، عملکرد انواعی از پوشش ها در سه تیمار و در مجموع شش تکرار (دو تکرار پوشش مصنوعی pp450، دو تکرار پوشش مصنوعی pp700 و دو تکرار پوشش شن و ماسه) مورد آزمون قرار گرفت. هر تکرار شامل 5 خط زهکش با فواصل 50 متر بوده و اندازه گیری ها (مشتمل بر دبی، عمق سطح ایستابی و کیفیت زه آب) در اطراف زهکش میانی با طول تقریبی 230 متر انجام گرفت. تعداد پنج پیزومتر به فاصله ی 5/0، 5/2، 5، 10 و 25 متر در مرکز هر زهکش و عمود بر آن جهت بررسی نوسانات سطح ایستابی نصب شد. نتایج حکایت از آن داشت که سه تکرار خط هشتم پوشش مصنوعی pp450 و خط سوم و هشتم پوشش شن و ماسه دارای عملکرد مطلوبی بوده اند و دو زهکش خط سوم پوشش مصنوعی pp450 و پوشش مصنوعی pp700 در سطح پایین تری قرار گرفتند. همچنین از نظر کنترل سطح ایستابی، دو زهکش با پوشش مصنوعی pp450 و پوشش شن و ماسه دارای عملکرد قابل قبولی بودند. اما نتایج حاصل از عملکرد پوشش مصنوعی pp700 راضی کننده نبود.

این تحقیق به منظور بررسی تأثیر تناوب های اعمال گرادیان هیدرولیکی بر عملکرد پوشش های مصنوعی زهکشی در دوره آغازین بهره برداری، انجام شده است. به همین جهت از آزمون نفوذسنجی و ادوات ساخته شده مطابق استاندارد astm d-5101 با استفاده از خاک شور اراضی پروژه زهکشی شادگان (استان خوزستان) استفاده شد. در بخش اول تحقیق، سه پوشش مصنوعی plm مشتمل بر pp450 و pp700 ایرانی و pp450 خارجی برای انتخاب پوشش مناسب این خاک مورد آزمون قرار گرفت. در بخش دوم، پوشش pp700 ایرانی تحت تناوب های مختلف گرادیان هیدرولیکی و اعمال آن به صورت کوتاه مدت (با دوره قطع و وصل یک روزه)، میان مدت (پنج روز برقراری جریان و سه روز قطع آن) و بلند مدت (18 روز جریان پیوسته) در دو گرادیان هیدرولیکی 1 و 5/2 در آزمون نفوذسنجی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، شوری زه آب خروجی از دستگاه ها در دوره انجام آزمون در بخش دوم اندازه گیری شد. در بخش اول، نتایج تحلیل میزان هدایت هیدرولیکی مجموعه خاک- پوشش و نسبت گرادیان نشان داد که متوسط هدایت هیدرولیکی پوشش pp450 خارجی بالاتر از سایر پوشش ها و برابر با 216/0 متر بر روز بود، ولی مقادیر نسبت گرادیان در پوشش مصنوعی خارجی در عمده موارد در محدوده بحرانی (بزرگ تر از 1) قرار گرفت. متوسط نسبت گرادیان در این پوشش برابر با 46/1 به دست آمد که نشان دهنده احتمال انسداد فیزیکی این پوشش بود. دو پوشش pp450 و pp700 ایرانی نتایج نسبتاً مشابهی داشتند، با این تفاوت که میزان هدایت هیدرولیکی متوسط در پوشش pp700 ایرانی برابر با 125/0 متر بر روز و در پوشش pp450 ایرانی برابر با 112/0 متر بر روز بود. به دلیل کمتر بودن میزان درصد تغییرات نسبت گرادیان و هدایت هیدرولیکی مجموعه خاک-پوشش pp700 ایرانی در طول آزمون، این پوشش برای اجرای مرحله بعدی تحقیق انتخاب شد. در بخش دوم، نتایج تحلیل عملکرد پوشش pp700 ایرانی با دو معیار هدایت هیدرولیکی و نسبت گرادیان نشان داد که در تناوب های کوتاه مدت و بلند مدت در هر دو گرادیان 1 و 5/2، عملکرد پوشش با گذشت زمان بهبود می یافت، در صورتی که با اعمال تناوب میان مدت، عملکرد هیدرولیکی پوشش در دوره آزمون افت نمود و مجموعه خاک- پوشش مصنوعی pp700 دچار گرفتگی نسبی شد. متوسط هدایت هیدرولیکی مجموعه خاک-پوشش در تناوب های کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت در گرادیان 1 به ترتیب برابر با 66/0، 35/0 و 61/0 متر بر روز و در گرادیان 5/2 برابر با 6/0، 26/0 و 65/0 متر بر روز بود. همچنین متوسط نسبت گرادیان برای تناوب های کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت در گرادیان 1 به ترتیب 66/0، 11/1 و 78/0 و برای گرادیان 5/2 برابر با 82/0، 04/8 و 09/6 به دست آمد. بنابراین با توجه به نزدیک بودن شرایط تناوب میان مدت به شرایط واقعی آبیاری در مزرعه، بهتر است در دوران آغازین بهره برداری از چنین تناوبی به منظور شروع عملیات آبیاری و آبشویی اولیه اراضی استفاده نشود. با توجه به حجم محدود خاک درون دستگاه نفوذسنج، عمده تغییرات کیفیت آب خروجی در 24 ساعت ابتدایی اتفاق افتاد و در مابقی دوره آزمون، تغییر قابل توجهی در مقادیر شوری مشاهده نشد. همچنین در حین اعمال تناوب ها و پس از قطع جریان، به دلیل فراهم شدن زمان بیشتر برای انحلال املاح درون خاک، شوری ب خروجی پس از وصل مجدد جریان تا حدودی افزایش یافت.

کمبود منابع مناسب و مشکلات تهیه و اجرای پوشش¬های دانه¬ای، استفاده از مواد مصنوعی مانند ژئوتکستایل ها و plm را در پروژه های زهکشی گسترش داده است. پژوهش های متعدد نشان گر عملکرد مناسب پوشش های مصنوعی بوده است اما هنوز کارایی این پوشش ها نسبت به پوشش های دانه ای کمتر می باشد. ضخامت کمتر پوشش¬های مصنوعی نسبت به پوشش¬های دانه¬ای باعث کاهش شعاع موثر زهکشی می شود و نتیجه آن کاهش کارایی این پوشش ها نسبت به پوشش های دانه ای است. یکی از راه حل های کاهش اثر کم شدن ضخامت، افزایش سطوح باز لوله ی زهکشی است. از آن¬جایی که مقاومت ورودی وابسته به لوله زهکش است و به شکل و آرایش منافذ آن بستگی دارد، افزایش سطوح ورودی به زهکش کاهش مقاومت ورودی و کاهش افت بار کل در زهکش¬ها را در پی دارد. بنابراین افزایش سطوح ورودی آب به داخل زهکش می¬تواند به طور قابل ملاحظه¬ای بر عملکرد زهکشی موثر باشد. هدف از این پژوهش، بررسی کارایی فیلتر¬-زهکش¬های ژئوکمپوزیت در کاهش سطح ایستابی و استفاده از آن ها به جای زهکش لوله¬ای با پوشش¬های مرسوم می¬باشد. در پژوهش حاضر به منظور شبیه¬سازی شرایط طبیعی اراضی زهکشی شده در آزمایشگاه از یک مخزن آب و خاک (مدل آزمایشگاهی افقی) که علاوه بر تنظیم سطح ایستابی در ارتفاع مورد نظر، بخشی از یک ترانشه زهکشی را شبیه¬سازی می¬نماید استفاده گردید. زهکش لوله¬ای مرسوم با قطر 100 میلی¬متر و با پوشش دانه¬ای، مواد سست پیش تافته plm از نوع pp450 و ژئوتکستایل، سه فیلتر-زهکش با سطح مقطع مستطیل و محیط برابر با زهکش لوله¬ای با سه ژئوتکستایل مختلف و دو فیلتر-زهکش دایره¬ای با قطر 100 میلی¬متر با دو ژئوتکستایل مختلف، زهکش¬های مورد آزمایش بودند. پارامترهای نیم رخ سطح ایستابی، دبی خروجی از زهکش و مقاومت ورودی، در بارهای آبی 45، 50، 60، 70، 80، 90، 100 و 110 سانتی¬متری برای هشت زهکش مورد آزمایش در سه تکرار اندازه¬گیری شدند. نتایج نشان داد، زهکش با پوشش دانه¬ای، فیلتر-زهکش¬های دایره¬ای، فیلتر-زهکش¬های مستطیلی، زهکش با پوشش ژئوتکستایل و plm به ترتیب ذکر شده بالاترین و کمترین عملکرد را در تخلیه آب مازاد خاک و کاهش سطح ایستابی داشتند. اختلاف دبی و مقاومت ورودی فیلتر-زهکش¬های دایره¬ای با زهکش با پوشش دانه¬ای معنی¬دار نبود، در حالی که متوسط دبی خروجی از فیلتر-زهکش¬های دایره¬ای از 7/65 تا 9/34 درصد بیشتر از دبی زهکش با پوشش plm بود و متوسط مقاومت ورودی آن¬ها از 4/79 تا 3/90 درصد کمتر از زهکش با پوشش plm در بارهای آبی مختلف بود. افت سطح آب در مرکز زهکش در فیلتر-زهکش¬های دایره¬ای از 6/48 تا 67/4 درصد در بارهای آبی مختلف کمتر از زهکش با پوشش دانه¬ای و از 9/78 تا 9/55 درصد بیشتر از زهکش با پوشش plm بود. افت سطح ایستابی در فیلتر-زهکش¬های مستطیلی از 6/73 تا 3/14 درصد کمتر از زهکش با پوشش دانه¬ای و از 8/52 تا 1/50 درصد بیشتر از زهکش با پوشش ¬ plm بود. دبی خروجی در فیلتر-زهکش¬های مستطیلی 7/46 تا 0/42 درصد کمتر از زهکش با پوشش دانه¬ای و 8/52 تا 4/18 درصد بیشتر از زهکش با پوشش ¬ plm بود. اختلاف مقاومت ورودی فیلتر-زهکش¬های مستطیلی با زهکش با پوشش دانه¬ای معنی¬دار نبود ولی مقاومت ورودی از 2/72 تا 5/90 درصد کمتر از زهکش با پوشش plm بود. فیلتر-زهکش¬های ژئوکمپوزیت در بارهای آبی مختلف دارای مقاومت ورودی کمی بوده و در شرایط آزمایشگاهی عملکرد قابل قبولی از نظر دبی خروجی و کاهش سطح ایستابی داشتند.

حجم قابل توجهی زهاب در شبکه های آبیاری و زهکشی خوزستان تولید می شود که مدیریت و استفاده مجدد از آنها ضروری است. یکی از راه های استفاده مجدد از زهاب ها، استفاده از آنها در آبشویی و اصلاح اراضی است. با هدف بررسی توانایی کیفیت های متفاوت آب و زهاب و تأثیر روش های آبشویی متناوب و پیوسته بر شوری زدایی خاک های رسی این منطقه، آزمایش های آبشویی در کرت هایی با ابعاد 5/1×5/1 متر در اراضی کشت و صنعت نیشکر سلمان فارسی انجام گرفت. بافت خاک اراضی رسی و شوری اولیه عصاره اشباع خاک در لایه 30-0 سانتی متری 71/184 دسی زیمنس بر متر بود. پیرامون کرت ها تا عمق 30 سانتی متری نسبت به نشت جانبی عایق سازی و برای جلوگیری از تبخیر، سطح آنها با ورقه های نایلونی پوشانده شد. ترکیب سه کیفیت آب با هدایت های الکتریکی؛ 61/2 (آب رودخانه کارون)، 0/6 و 0/9 دسی زیمنس بر متر (از اختلاط زهاب این کشت و صنعت با آب رودخانه کارون) و سه روش آبشویی پیوسته (کاربرد 120 سانتی متر آب)، متناوب با دو انقطاع (کاربرد دو دور 60 سانتی متری آب با فواصل شش روزه) و متناوب با چهار انقطاع (کاربرد چهار دور 30 سانتی متری آب با فواصل شش روزه) به صورت 11 تیمار با سه تکرار در فصل های تابستان و پاییز سال 1391در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفت. تیمارها شامل؛ آبشویی با آب کارون به صورت پیوسته (f1) و متناوب با دو و چهار انقطاع (f2 و f4)، آبشویی با زهاب با شوری 0/6 دسی زیمنس بر متر به صورت پیوسته (m1) و متناوب با دو و چهار انقطاع (m2 و m4) و آبشویی با زهاب با شوری 0/9 دسی زیمنس بر متر به صورت پیوسته (d1) و متناوب با دو و چهار انقطاع (d2 و d4)، 60 سانتی متر آبشویی با آب کارون و سپس 60 سانتی متر آبشویی با زهاب با شوری 0/9 دسی زیمنس به صورت متناوب با فاصله شش روز (d1f1) و دو دور آبشویی با 30 سانتی متر آب کارون و سپس دو دور آبشویی با 30 سانتی متر زهاب با شوری 0/9 دسی زیمنس به صورت متناوب با فواصل شش روز (d2f2) بودند. بر اساس نتایج به دست آمده، کمترین شوری در عمق 30-0 سانتی متری در بین تیمارها، مربوط به تیمار f4، 32/4 دسی زیمنس بر متر بود. به جز این تیمار، در هیچ یک از تیمارها شوری عصاره اشباع خاک پس از آبشویی به کمتر از 0/5 دسی زیمنس بر متر نرسید. برآورد می شود که صرفه جویی ناشی از مصرف 120 سانتی متر زهاب با شوری به ترتیب 0/6 و 0/9 دسی زیمنس بر متر، موجب کاهش مصرف آب کارون برای آبشویی به مقدار به ترتیب 70 و 53 درصد در آبشویی متناوب با چهار انقطاع می گردید. ایجاد چهار انقطاع در روند آبشویی، در مقایسه با آبشویی پیوسته، در کاربرد آب کارون و زهاب های با شوری 0/6 و 0/9 دسی زیمنس بر متر به عنوان آب آبشویی، موجب صرفه جویی به ترتیب 16، 19 و 23 درصد در مقدار آب آبشویی گردید، بنابراین می توان چنین نتیجه گرفت که افزایش تعداد انقطاع بر روند آبشویی موثر بوده و در کاربرد آب هایی با کیفیت های پایین تر، کارآیی بیشتری دارد. استفاده نوبتی و یا ترتیبی آب هایی با کیفیت متفاوت، بر آبشویی املاح اثر بیشتری داشت، تا اختلاط آنها قبل از اعمال در آبشویی. تیمارهای f2 و f4 به ترتیب موجب بیشترین بهبود در وضعیت سدیمی خاک مورد مطالعه شدند و تیمارهای d1، d2 و d4 به ترتیب کمترین تاثیر را بر کاهش نسبت جذب سدیم داشتند. با کاهش نسبت جذب سدیم به کمتر از 8 در عمق عایق سازی شده در تیمارهای f2، f4، m2، m4، d1f1 و d2f2 مشکل سدیمی در این شش تیمار کاملاً مرتفع شد. به جز تیمار d1، باقی تیمارها نیز در این لایه از خاک در گروه دارای مشکل سدیمی کم طبقه بندی می شوند، این امر همچنین نشان می دهد که این نوع خاک، نیازی به ماده اصلاح کننده ندارد. مقدار آب مورد نیاز آبشویی برای اصلاح مشکل سدیمی در خاک مورد بررسی، کمتر از مقدار آب مورد نیاز برای حل مشکل شوری بود، به عبارت دیگر، سدیم زدایی سریع تر از شوری زدایی انجام شد. به علت کاهش نسبت هیدروژن به کاتیون های قلیایی، واکنش خاک در اثر تیمارهای آبشویی افزایش پیدا کرد. با این حال واکنش خاک مورد بررسی، چه قبل از آبشویی و چه بعد از آن، در محدوده قلیایی قرار نگرفت.