روشهای کاهش تبخیر آبهای سطحی

ایران سرزمین کم بارش است و با توجه به پیامدهای تغییرات اقلیمی و وجود سایه عفریت خشکسالی بر فلات ایران باید برای رفع چالش جدی کم آبی در استان‌های مختلف کشور از هر طریقی جلوی هدررفت آب را گرفت.

بحران تبخیر و هدر رفت آب در ایران و راه‌کارهای مقابله با آن

طبق آمارها، متوسط میزان بارندگی سالانه جهان حدود ۸۵۰ میلی متر و این مقدار در ایران ۲۵۰ میلی متر و چیزی کمتر از یک سوم متوسط میزان بارندگی سالانه جهان است. این در حالی است که متوسط ظرفیت تبخیر سالانه در جهان ۷۰۰ میلی متر و در ایران برابر با ۲ هزار و ۱۰۰ میلی متر است و این موضوع نشان می دهد که تبخیر سالانه در ایران سه برابر متوسط تبخیر سالانه جهانی است و این موضوع نشان می دهد که محدودیت و کمبود منابع آبی در ایران نسبت به جهان بسیار حاد و جدی تر است.

بخش اول: مشکلات و چالش‌های تبخیر آب از سطح

بخش دوم: محورهای اصلی فراخوان

بخش سوم: روش‌های کاهش تبخیر آب‌های سطحی

1- پوشش شبکه‌ای با قابلیت جابجایی

2- لایه‌های محافظ الکلی و پلی‌اتیلنی در ابعاد نانو

3- پوشش‌های شش‌ضلعی ثابت

4- استفاده از توپ‌های پلاستیکی

5- بادشکن‌های گیاهی

6-استفاده از سقف‌های متحرک و سلول‌های خورشیدی

7- استفاده از پوشش‌های شناور در مناطق گرم و خشک

8- تغییر در ساختار ظاهری سد

9- پوشش‌های گنبدی و ورقه‌ای

بخش اول: مشکلات و چالش‌های تبخیر آب از سطح

جمعیت متوسط میزان بارندگی سالانه جهان حدود ۸۵۰ میلی متر و این مقدار در ایران ۲۵۰ میلی متر و چیزی کمتر از یک سوم متوسط میزان بارندگی سالانه جهان است.

متوسط ظرفیت تبخیر سالانه در جهان ۷۰۰ میلی متر و آمارها نشان می‌دهد ۷۰ درصد منابع آب ایران از طریق تبخیر در دشت‌ها، کوه‌ها و پشت سدها هدر می‌رود که برابر با ۲ هزار و ۱۰۰ میلی متر است و این موضوع نشان می دهد که تبخیر سالانه در ایران سه برابر متوسط تبخیر سالانه جهانی است که بدین معنی است که محدودیت و کمبود منابع آبی در ایران نسبت به جهان بسیار حاد و جدی تر است.

براساس برآوردها، سالانه نزدیک به سه تا پنج میلیارد متر مکعب از آب دریاچه ها پشت سدها تبخیر می‌شود که باید کاهش یابد.

در حال حاضر کشور با معضلات تبخیر شدید آب در پشت 600 سد احداث شده در کشور مواجه است که برای رفع این چالش نیاز به اقدامات فناورانه است.

در این راستا تاکنون روش‌های نوینی ارائه شده است که از آن جمله می‌توان به استفاده از «توپ‌های پلاستیکی» اشاره کرد؛ ولی بر اساس برآوردهای انجام شده این روش توجیه اقتصادی برای ایران ندارد، ضمن آنکه مانعی برای دسترسی و بازبینی سد است.

روش‌های کاهش تبخیر آب‌های سطحی

تبخیر سطحی از دیرباز یکی از مشکلات اساسی برای منابع ذخیره آب بوده است و متخصصان و محققان همواره به دنبال روش‌هایی بوده‌اند تا بتوانند اثرات این پدیده را کاهش دهند.

در تبخیر سطحی مولکول‌های روی سطح آب در معرض تابش نور خورشید یا وزش باد قرار می‌گیرند و با افزایش جنب‌وجوش، از سطح آب جدا شده و به بخار آب تبدیل می‌شوند. تغییرات آب‌وهوایی کره زمین نیز مزید بر علت شده است و این میزان در چند دهه اخیر رو به افزایش بوده است به طوری که این پدیده گاهی می‌تواند بیش از ۴۰ درصد از حجم آب ذخیره شده در سد را کاهش دهد. به همین دلیل محققان همواره به دنبال روش‌های مبارزه با این پدیده هستند.

در حال حاضر مدرن‌ترین فناوری‌ها در زمینه جلوگیری از تبخیر آب سدها در کشورهای کانادا، آمریکا، استرالیا، آفریقای جنوبی و امارات به کار گرفته می‌شوند.

راهکارها و روش‌های متنوعی در این کشورها برای جلوگیری از تبخیر سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ادامه به متداول‌ترین آنها اشاره می‌کنیم.

1- پوشش شبکه‌ای با قابلیت جابجایی

یکی از اختراعات انجام شده در آمریکا در زمینه جلوگیری از تبخیر آب سدها، یک فناوری موسوم به “هگزکاور” است که توسط دانشگاه آریزونا طراحی شده است. این فناوری چند منظوره است به طوریکه علاوه بر جلوگیری از تبخیر سطحی می‌تواند با استفاده از نور خورشید انرژی تولید کند. مزیت این فناوری نسبت به صفحات خورشیدی هزینه پیاده‌سازی کمتر و امکان پوشش مساحت‌های بیشتر است.

قابلیت منحصر به فرد این فناوری قابلیت جابجایی آن در زمان آبگیری، بارش و افتادن سایه ابرها بر روی آب سد است و با کمک جی پی اس می‌توان مکان آن را تغییر داد.

استفاده از فناوری نوین برای کاهش تبخیر آب سطحی

2- لایه‌های محافظ الکلی و پلی‌اتیلنی در ابعاد نانو

استفاده از لایه‌های بسیار نازک نامرئی روی سطح آب که به صورت مانعی در برابر مولکول‌های جدا شده از سطح آب عمل می‌کند نیز یکی از روش‌های جلوگیری کاهش حجم آب سدهاست. جنس این لایه‌ها از نظر شیمیایی زنجیره‌های الکلی و پلی‌اتیلنی است.

این لایه‌ها بیشتر در استرالیا و کانادا مورد استفاده قرار می‌گیرند و میزان تبخیر را 30 درصد کاهش می‌دهد. اما مشکل آنها این است که در مناطقی که وزش باد زیاد باشد کیفیت عملکرد آنها کاهش یافته و نمی‌توان از آنها استفاده کرد. قدمت استفاده از این روش حدود 50 سال است.

استفاده از فناوری نانو برای کاهش تبخیر آب سطحی

3- پوشش‌های شش‌ضلعی ثابت

آفریقای جنوبی یکی از کشورهایی است که در معرض خشکسالی‌های شدید قرار داشته است و به همین دلیل حفظ منابع آبی برای مقابله با بحران‌ها ضروری است. در آفریقای جنوبی یکی از فناوری‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرد پوشش‌های پلی‌اتیلنی شش‌ضلعی است.

رنگ روشن این پوشش‌ها سبب می‌شود میزان جذب حرارت در آنها کاهش یابد. این پوشش‌ها در برابر آتش مقاوم هستند و عمر آنها 15 سال است و در صورتی که اقدامات نگهداری از آنها به خوبی اجرا شود، عمر مفید آنها افزایش می‌یابد.

استفاده از روشهای شیمیایی برای کاهش تبخیر آب سطحی دریاچه

4- استفاده از توپ‌های پلاستیکی

شاید یکی از ساده‌ترین راههای جلوگیری از تبخیر سطحی آب در سدها استفاده از توپ‌های پلاستیکی باشد. در این روش سطح آب با استفاده از توپ‌های پلاستیکی پوشانده می‌شود تا از تابش مستقیم نور خورشید به آب جلوگیری شود و میزان تبخیر کاهش یابد.

این طرح در برخی سدهای آمریکا نظیر لس‌آنجلس اجرا شده است اما محققان معتقدند افزایش دمای توپ‌ها به خودی خود می‌تواند سبب تبخیر آب شود و این طرح نمی‌تواند به عنوان یک راهکار موفق در نظر گرفته شود هر چند هزینه آن بسیار پایین خواهد بود.

استفاده از توپهای شناور برای کاهش تبخیر آب سطحی دریاچه

یکی از ساده‌ترین راه‌های جلوگیری از تبخیر سطحی آب در سدها استفاده از توپ‌های پلاستیکی باشد. در این روش سطح آب با استفاده از توپ‌های پلاستیکی پوشانده می‌شود تا از تابش مستقیم نور خورشید به آب جلوگیری شود و میزان تبخیر کاهش یابد.

این طرح در برخی سدهای آمریکا نظیر لس‌آنجلس اجرا شده است اما محققان معتقدند افزایش دمای توپ‌ها به خودی خود می‌تواند سبب تبخیر آب شود و این طرح نمی‌تواند به عنوان یک راهکار موفق در نظر گرفته شود هر چند هزینه آن بسیار پایین خواهد بود.

همچنین اخیرا پژوهشی جدید که حاصل همکاری محققان دانشگاه های ام آی تی آمریکا، امپریال کالج بریتانیا و توئنته هلند نشان می‌دهد که استفاده از توپ‌های پلاستیکی لزوما روشی مناسب برای کاهش تبخیر از مخازن سدها نیست.

بر اساس نتایج به دست آمده، در طول مدت یک سال و نیم استفاده از این توپ ها در مخزن سد لس آنجلس و در شرایط خشکسالی کالیفرنیا، مقدار ۱,۷ میلیون مترمکعب آب به واسطه کاهش تبخیر از مخزن سد ذخیره شده است اما در مقابل، میزان آبی که برای تولید مجموع توپ های مورد استفاده می تواند تا ۲.۹ میلیون مترمکعب بوده باشد.

اگرچه رها ساختن توپ‌ها روی مخزن به مدت طولانی تر (خارج از دوره خشکسالی) می تواند در نهایت به کاهش قابل توجه تبخیر منجر شود، مرطوب تر شدن هوا در خارج از دوره خشکسالی، بازدهی توپ ها برای کاهش تبخیر از سطح مخزن را کاهش می‌دهد به گونه‌ای که در شرایط سرمای زیاد حتی وجود توپ ها می تواند منجر به افزایش تبخیر از سطح آب شود (در مقایسه با مخزن بدون سطح پوشش.

با توجه به نتایج به دست آمده و با در نظر گرفتن اثر احتمالی این توپ ها روی زندگی موجودهای داخل آب (عدم انتقال اکسیژن و نور کافی)، استفاده طولانی مدت از توپ‌ها در دوره‌هایی که ذخیره آب با هزینه بالا ضرورت ندارد، توصیه نمی‌شود.

در کنار مزایای استفاده از توپ‌ها برای کنترل کیفیت مخزن آب سدهای مورد استفاده برای تامین آب شرب، می تواند هزینه‌های اقتصادی بالای تامین و استفاده از توپ‌ها و حتی هزینه آب مورد نیاز برای تولید آنها را توجیه پذیر کند به خصوص اگر تولید توپ ها در مناطق پرآب جهان صورت گیرد و به مخزن سد منتقل شود.

اما در نهایت به عقیده نویسندگان این مقاله، اثرهای زیست محیطی تولید توپ ها (نظیر میزان گازهای گلخانه‌ای رها شده در فرآیند تولید توپ‌ها) و همچنین اثرات دراز مدت توپ ها بر اکولوژی مخزن سد نیاز به مطالعه بیشتر دارد تا بتوان به طور قطعی در مورد مطلوبیت استفاده از این توپ ها نظر داد.

5- بادشکن‌های گیاهی

احداث بادشکن گیاهی به کمک درختان یکی از اقداماتی است که برای کاهش وزش باد بر روی سطح آب انجام می‌شود و می‌تواند حدود 20 درصد میزان تبخیر آب را کاهش دهد. اما چند نکته برای این روش باید در نظر گرفته شود:

1- مدت زمانی که طول می‌کشد تا درختان به ارتفاع استاندارد خود برسند باید در نظر گرفته شود تا قبل از آبگیری سد درختان تا حد لازم رشد کرده باشند.

2- فاصله درختان از سد نه آنقدر نزدیک باشد که ریشه‌های آنها از آب سد استفاده کنند و نه آنقدر دور باشد که نتوانند شدت وزش باد را کاهش دهند.

3- از درختانی استفاده شود که ریشه آنها مستحکم بوده و به حداقل آب نیاز دارند.

استفاده از پوشش‌های گیاهی برای کاهش تبخیر آب سطحی دریاچه

6-استفاده از سقف‌های متحرک و سلول‌های خورشیدی

در مناطقی که میزان میانگین بارش و حجم آب ذخیره‌ شده در سد به ندرت از حد معینی عبور می‌کند می‌توان از سقف‌های متحرک و یا سلول‌های خورشیدی برای پوشاندن سطح آب استفاده کرد. این روش تقریبا تمام آب سد را حفظ می‌کند و جلوی تبخیر آب را می‌گیرد و در صورتی که از سلول‌های خورشیدی استفاده شود، تولید انرژی هم انجام می‌شود.

مشکلی که این روش دارد این است که در بعضی سدها که مساحت آنها زیاد است هزینه پیاده‌سازی بسیار بالاست و در برخی مناطق که بارش در آنها متغیر باشد امکان ساخت این سقف‌ها مشکل خواهد بود.

استفاده از سلول‌های خورشیدی برای کاهش تبخیر آب سطحی دریاچه

7- استفاده از پوشش‌های شناور در مناطق گرم و خشک

پوشش‌های شناور یکی از ابزارهای مورد استفاده در سدهایی هستند که در مناطق گرم و خشک قرار دارند. در این مناطق معمولا بارش‌ها در فصل گرما کاهش چشمگیری دارد و بیشترین میزان تبخیر سطحی در این فصل اتفاق می‌افتد و استفاده از پوشش‌های شناور می‌تواند علاوه بر جلوگیری از تبخیر آب از تغییرات شیمیایی و تغییر در میزان غلظت املاح آب جلوگیری کند.

ثبت طرح در رویداد کاهش تبخیر آب سطحی

این پوشش برای سدهای کشاورزی و کوچک قابل استفاده است و عمر مفید آن حدودا 25 سال است. این پوشش‌ها میزان تبخیر آب را تا 60 درصد و تاثیر باد را تا 90 درصد کاهش می‌دهند و با توجه به جلوگیری از نفوذ نور، از رشد گیاهان زیرآبی جلوگیری می‌کند.

استفاده از پوشش‌های شناور برای کاهش تبخیر آب سطحی دریاچه

8- تغییر در ساختار ظاهری سد

در برخی سدها که بیشتر بر روی رودهای بزرگ و انشعابات آنها ساخته می‌شود و جمع آوری آب باران اولویت کمتری دارد، می‌توان سازه سد را به گونه‌ای طراحی کرد که سطح باز آب در سد به حداقل رسیده و عمق بیشتری برای آب ایجاد کرد. ساخت این نوع سدها بیشتر به جنس زمین و خاک منطقه و محدودیت‌های زیستی و محیطی بستگی دارد.

تغییر در طراحی سدها برای جلوگیری از کاهش و هدر رفتن آب

9- پوشش‌های گنبدی و ورقه‌ای

یکی از روش‌های هزینه‌بر اما بسیار مفید برای جلوگیری از تبخیر آب سدها استفاده از صفحه‌های موسوم به “آکواکپ” است. این صفحه‌ها به صورت زنجیره‌ای از صفحات گنبدی شکل متصل به هم  بر روی سطح آب سد قرار می‌گیرند وعلاوه بر جلوگیری از تبخیر آب، دمای آب را کاهش داده و از تیره شدن رنگ آب نیز جلوگیری می‌کند. این صفحه‌ها در صورتی که 80 درصد از سطح سد را بپوشانند می‌توانند تا 70 درصد از تبخیر آب جلوگیری کنند و تنها مشکل آنها هزینه بالای آنهاست.

استفاده از پوشش‌های گنبدی برای کاهش تبخیر آب

نوع دیگری از این پوشش‌ها نیز وجود دارد که “e-vapcap” که ارزان‌تر هستند و می‌توانند به طور کامل جلو تبخیر آب را بگیرند اما مقاومت آنها در برابر وزش باد بسیار کم است.

استفاده از صفحات روی دریاچه برای جلوگیری از تبخیر آب