تأثیر پوششهای شناور بر کاهش تبخیر از مخازن روباز ذخیره آب

 

مروری بر تأثیر پوششهای شناور بر کاهش تبخیر از مخازن روباز ذخیره آب

                           

جهانگیر عابدی کوپایی، استاد گروه مهندسي آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتي اصفهان ^¯

 

آرمیتا معتمدی، دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

الهام مظاهری، دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

نیلوفر نجفی، دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

مریم پیروی، دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

^¯تلفن نويسنده اصلي: 03133913433، نمابر: 03113912254، پست الكترونيكي: koupai@cc.iut.ac.ir                          

 

 

چكيده

با توجه به افزایش جمعیت ایران و محدود شدن دسترسی به منابع آبی مناسب، تغییرات اقلیمی و گرم شدن فلات ایران می‌تواند سبب اعمال فشار مضاعف بر محیط زیست و منابع آبی کشور شوند. میزان تبخیر از مخازن پشت سدهای کشور به طور میانگین 10 درصد از حجم کل مخزن سد است که حدود 8/4 میلیارد متر مکعب در برآورد می شود. از جمله راهکار‌های مهم در بحث منابع آبی روباز، کاهش تلفات تبخیر از این سطوح است. کنترل تبخیر از سطح آب با روش‌های مختلف، راه حل مهمی در حفاظت از آب است و در بسیاری از موارد از جمع آوری و ذخیره همان مقدار آب از منابع دیگر اقتصادی‌تر است. تاکنون راه­کارهاي مختلفی جهت کاهش میزان تبخیر ارائه گردیده است. در پژوهش حاضر که هدف آن بررسی پژوهش­های انجام شده در جهت کاهش تبخیر در دانشگاه صنعتی اصفهان می­باشد. عملکرد استفاده از 1- پوشش­های پلی­اتیلن، پلی­استایرن و پلی­استایرن با روکش آلومینیومی، 2- توپ­های بتنی سبک، 3- پوشش نانوکامپوزیت پلی­اتیلن/ اکسید روی و 4- گیاهان آبزی عدسک آبی و آزولا بررسی شد. به طور کلی، با توجه به نتایج می­توان اظهار داشت، با وجود عملکرد بالا و مناسب همه­ی پوشش­ها، استفاده از توپهای بتنی سبک و ساخت پوشش نانوکامپوزیت پلی­اتیلن/ اکسید روی به شکل توپ­های شناور به دلیل ویژگی ضد تخریب پذیری نوری، ضدباکتری و ضدجلبک بودن و نیز عدم تاثیر سوء روی پارامترهای کیفی آب می تواند مورد توجه قرار گیرد. در مقیاس کوچک­تر و استخرهای ذخیره آب کشاورزی، گیاهان آبزی عدسک آبی و آزولا که در دسترس و بسیار ارزان نیز می­باشند، گزینه­های مناسبی برای کاهش تبخیر و نیز تصفیه آب به حساب می­آیند.

كليد واژه‌ها :  کاهش تبخیر، سطح آب، پوشش­های شناور، روش زیستی

 

1- مقدمه

آب به عنوان مایه حیات، محرک اصلی فعالیت­های کشاورزی و راه­گشای صنعت در جوامع امروزی از اهمیت زیادی برخوردار است. کمبود آب از جمله مهمترین و بزرگترین چالش­های قرن حاضر است [1]. با توجه به قرار گرفتن ایران در نواحی خشک و نیمه خشک، نه تنها مقدار بارش و حجم آب‌های ایران به اندازه کافی نیست بلکه بارش در همه جا به یک اندازه فرو نمی‌ریزد. از طرف دیگر، مشکل آب در کشور ایران علاوه بر کمبود بارش، زیاد بودن میزان تبخیر است [2]. در مناطقی که آب آبیاری در طول سال به طور مداوم در دسترس نیست، استفاده از سدهای کوچک مورد توجه کشاورزان است. تبخیر از سطح مخازن آب به­طور معمول بخش عمده­ای از سهم آب مخازن را شامل می­شود. تلفات آب به صورت تبخیر از سطح مخازن ذخیره آب مزارع که یکی از منابع اصلی اتلاف آب می­باشد، ممکن است تأثیر بسزایی بر درآمد کشاورزان داشته باشد [2].

در جنوب اسپانیا مخازن آب آبیاری، معمولاً توسط کشاورزان به عنوان منبع تأمین آب در طول سال استفاده می­شوند و نقش مهمی در تولید محصولات کشاورزی دارند که در طول فصل آبیاری به علت نشت از کف و دیواره­های مخازن و همچنین تبخیر از سطح آب، تلفات قابل توجهی از این مخازن اتفاق می افتد [3]. اگرچه تلفات نشت از طریق پوشش های ضد آب مهار شدند اما به طور کلی تلفات تبخیر در مخازن بدون پوشش شناور قابل کنترل نیستند و این امر منجر به کارایی پایین مخازن آب به­ویژه در طول دوره­های با تابش خورشیدی زیاد و کمبود فشار بخار زیاد می شود [4].

 در آمریکا براساس میانگین بلند مدت از 3415 مخزن آب، میزان تبخیر سالانه 53/7 میلیاردمترمکعب (61  درصد کل آب کشاورزی) یا به عبارتی 126 درصد کل آب مصرفی شهری در طول سال 2010 می باشد (16). استرالیا و بسیاری از کشورهای جهان با آب و هوای خشک و نیمه­خشک، برای تأمین آب آشامیدنی و تولید غذا به آب ذخیره شده در مخازن وابسته هستند. اما میزان تبخیر در این کشورها بسیار زیاد می­باشد. در استرالیا سالانه حدود 40 درصد کل آب ذخیره شده مخازن در اثر تبخیر شدید تلف می­شود [6]. در ترکیه میزان آبی که از دریاچه­ها و سدها تبخیر می شود، بیشتر از مقدار آبی است که برای مصارف خانگی و صنعتی استفاده می­شود. همچنین این میزان تلفات تبخیراز مقدار آب زیرزمینی که پمپاژ می‌شود نیز بیشتراست. گزارشهای انجام شده نشان می­دهد که میزان تلفات تبخیرآب از دریاچه­ها و مخازن در ترکیه، بیش از یک پنجم آب مصرفی برای کشاورزی است [7]. در کشور ایران که جزء مناطق خشک و نیمه­خشک محسوب می­شود میزان تبخیر سه برابر میانگین خشکی­های زمین است [8]. با توجه به آمار ایستگاه تبخیرسنجی در سد گلستان حدود 5/1 متر آب در سال به صورت تبخیر از دست می‌رود. بنابراین هرگونه ذخیره آب و جلوگیری از تبخیر، می تواند راندمان بهره­وری از آب را بالا برده و موجب بهبود وضعیت کشاورزی در منطقه گردد. علاوه بر این مقدار قابل توجهی آب در کانال­های آبیاری به صورت نشت و تبخیر هدر میرود، در نتیجه فرصت تولید محصولات کشاورزی به ارزش ده­ها میلیون دلار از این طریق از بین می­رود [9].

از جمله راه­کارها ی مهم در بحث منابع آبی روباز، کاهش تلفات تبخیر از این سطوح است. کنترل تبخیر از سطح آب با روش­های مختلف، راه­حل مهمی در حفاظت از آب است و در بسیار از موارد از جمع آوری و ذخیره همان مقدار آب از منابع دیگر، اقتصادی­تر است [10]. روش­های مختلفی برای کاهش تبخیر از مخازن آب وجود دارد که عبارتند از: 1- فیزیکی (مکانیکی)، 2- شیمیایی، 3- زیستی، 4- ساخت و بهره­برداری، 5- مدیریتی [11].

در روش­های فیزیکی از پوشش­هایی شناور مانند پلی استرن، موم و پلی‌اتیلن برای کاهش تبخیر استفاده می‌شود. کراگ (2005) با استفاده از پوشش‌های پلاستیکی از جنس پلی‌اتیلن بررسی­هایی در این زمینه انجام داد. آزمایش‌ها نشان داد هنگامی که استفاده از این روش به خوبی مدیریت شود، بیش از 95 درصد از مقدار تبخیر کاهش می­یابد [11]. همچنین درو (1972) با استفاده از پوشش پلاستیکی 90درصد کاهش در تبخیر را گزارش نمود [12].

یک روش فیزیکی دیگر برای کاهش تبخیر از منابع آبی روباز، پوشش سطح آب با واحدهای گنبدی یا مدول­های کوچک ملقب به توپ سایه می­باشد [13].  افخمی و همکاران (1397) در پژوهشی تأثیر استفاده از سه نوع توپ به عنوان پوشش کاهنده تبخیر از سد رسوبگیر و سطوح آبی روباز مجتمع مس سرچشمه را ارزیابی کردند. در این مطالعه، از دو نوع توپ تک روزنه و چند روزنه از جنس پلی اتیلن با قطر یک سانتی­متر و یک نوع توپ ریز با قطر یک سانتی­متر و از جنس پلی‌پروپیلن استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد توپ­های تک روزنه با کارایی 1/65% بیشترین سهم را در کاهش تبخیر داشتند؛ در حالی که توپ­های چندروزنه و توپ­های ریز با کارایی 7/51 % و 8/38 % در اولویت­های بعدی قرار گرفتند [10]. افخمی و همکاران 1397 در پژوهشی به منظور جلوگیری از تبخیر سطوح آبی و همچنین پسماندهای سد باطله معدن مس سرچشمه، پوششی شناور فیزیکی با نام یونوبتن طراحی کرده و به کار بردند. به منظورتعیین میزان کارایی این پوشش­ها، مقادیر تبخیر در دو حوضچه شاهد و تحت پوشش به مدت 2 ماه اندازه­گیری شد. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد، در بازه مورد نظر استفاده از پوشش­های یونوبتن تبخیر را به میزان بیش از 13 درصد کاهش داده است [10]. رنجبر و همکاران (1390) در پژوهشی اقدام به ساختن صفحات شناور بتن­های سبک پرلیتی نمودند. این صفحات به دلیل اینکه چگالی کمتر از آب دارند، با قرار گرفتن بر روی آب شناور مانده و از تبخیر آب به مقدار قابل ملاحظه­ای جلوگیری می کنند. همچنین این پوشش­ها از ورود آلاینده­ها و گرد و غبار به سطح آب جلوگیری می‌کنند [14].

امروزه بسیاری از گونه­های گیاهان آبزی، توجه زیادی را به خود جلب نموده­اند که علت اصلی، قابلیت تطبیق آن­ها با اقلیم­های مختلف می­باشد. استفاده از گیاهان شناور بر روی آب که نیاز به ریشه­دوانی در بستر را نداشته و به راحتی در حوضچه­های ذخیره آب کشاورزی با سرعت زیاد تکثیر می­شوند از جمله روش­های تصفیه پساب به روش بیولوژیک بوده و نیز به عنوان روشی با حداقل مخاطرات زیست­محیطی شناخته می­شود همچنین این گیاهان ممکن است دارای پتانسیل کاهش تبخیر باشند [15]. در طی یک مطالعه، میزان تبخیر و تعرق 14 گیاه مختلف در حوضچه­ها محاسبه گردید و مشاهده شد که گیاه عدسک آبی جزو 3 گیاهی ست که  قادر به کاهش تبخیر از سطح آزاد می­باشد [16]  پژوهشگران اظهار کرده اند که با افزایش سرعت باد میزان تبخیر از سطح کنترل  به میزان زیادی افزایش یافت در حالی­که در مخزن حاوی عدسک آبی تغییر چشم گیری رخ نداد [16]. یکی دیگر از گیاهانی که دارای پتانسیل کاهش تبخیر و تعرق می باشد، گیاه آبزی آزولا است. در مطالعه­ای که در آرژانتین انجام شد، میزان تبخیر و تعرق گیاهان سنبل آبی، کاهو آبی، سالوینیا و یکی از گونه­های آزولا را در طی 4 ماه تابستان با یکدیگر مقایسه نمودند، تبخیر از سطح بدون پوشش 74/0 سانتی­متر بر روز، مخزن با پوشش سنبل آبی 67/2 سانتی­متر بر روز، کاهو آبی 84/0 سانتی­متر بر روز، سالوینیا 87/0 سانتی­متر بر روز و آزولا 71/0 سانتی­متر بر روز بود که این امر نشان دهنده ی توانایی این گیاه برای کاهش تبخیر می­باشد [17].

در حال حاضر کشور با معضلات تبخیر شدید آب در پشت 600 سد احداث شده و نیز استخرهای ذخیره آب کشاورزی مواجه است که برای رفع این چالش نیاز به اقدامات فناورانه می­باشد. هدف از این مقاله، بررسی تعدادی از پژوهش­های انجام شده در دانشگاه صنعتی اصفهان در زمینه کاهش تبخیر با توجه به اهمیت و ضرورت این امر می­باشد.

 

2- پژوهش­های انجام شده در دانشگاه صنعتی اصفهان

 

2-1- استفاده از پوشش­های شناور پلی­کربنات، پلی­استایرن و پلی­استایرن با روکش آلومینیوم

در نتیجه­ی بررسی­های عابدی کوپایی و مظاهری (1396) بر روی روش­های کاهش تبخیر، پژوهشی در مزرعه آموزشي دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شد. ابتدا زمين محوطه با بلدوزر تسطيح گردید و محل حفر گودال­ها با نقشه­برداری و با گچ­ریزی مشخص و سپس گودال­های مورد نظر حفر گردید. در این پژوهش 12 مخزن آب پلاستيکي در داخل زمين قرار گرفت. برای پوشش­دار کردن مخازن از پوشش­های شناور پلي­کربنات با ضخامت 1 سانتي­متر، پلي­استایرن با ضخامت 2 سانتيمتر و پلي­استایرن با ضخامت 2 سانتيمتر با روکش آلومينيومي با پوشش 90 درصد سطح آب به منظور بررسي کارایي آن­ها در کاهش تبخير استفاده شد [18]. هر پوشش دارای سه تکرار بود و سه مخزن بدون پوشش نيز به عنوان شاهد در نظر گرفته شد. جمع­آوری داده از 1 آذرماه 93 تا 31 آبان ماه 94 انجام شد. داده­های مربوط به تلفات تبخير از این مخازن (تغيير در عمق آب) به صورت مستقيم با خط­کش­های نصب شده در داخل مخازن به صورت روزانه برای مخازن پوشش­دار و شاهد بدون پوشش اندازه­گيری شد و سپس ميانگين سه تکرار به عنوان تبخير روزانه برای هر پوشش و شاهد ثبت شد [18].

 

شکل 1- پوشش­های شناور به ترتیب از راست به چپ پلی­کربنات، پلی­استایرن و پلی­استایرن با روکش آلومینیوم

 

نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از هر سه پوشش ذکر شده تأثير مثبتي بر کاهش تبخير از سطح آزاد آب دارد. پوشش پلي­استایرن برای کاهش تبخير از سطح آزاد آب نسبت به دو پوشش دیگر مناسب­تر است. بعد از پوشش پلي­استایرن، پوشش پلي­استایرن با روکش آلومينيوم عملکرد بهتری را از خود نشان داد و پوشش پلي­کربنات نسبت به این دو پوشش در مرتبه بعدی قرار گرفت. با استفاده از این نوع پوشش­ها مي توان تا 86 درصد ميزان تبخير را کاهش داد. در مدت استفاده از پوشش پلي استایرن و پلي استایرن با روکش آلومينيومي با پوشش حدود 90 درصد سطح آب، کاهش 53 تا 86 درصدی تبخير مشاهده شد. پوشش پلي­استایرن نسبت به پوشش پلي­کربنات هزینه کمتری داشت، اما در پایان دوره پوشش پلي­کربنات نسبت به دو پوشش دیگر دوام بهتری را از خود نشان داد [18].

 

2-2- توپ­های بتنی سبک

در تحقیقی دیگر عابدی کوپایی و پیروی (1398) برای جلوگیری از تبخیر، مبادرت به ساخت پوشش­های شناور بتنی از روش ساخت بتن سبکدانه کردند. برای انجام آزمایش­ها و ساخت نمونه­ها از مصالح مختلفی نظیر سیمان، آب و سبک­دانه­های لیکا 2-4 لیکا 4-10 و پرلیت استفاده شد. برای آماده سازی پوشش­های شناور بتن سبک از قالب توپی به قطر 7 سانتی­متر استفاده شد [19]. در ابتدا سطح داخلی قالب­ها به وسیله روغن چرب گردید تا بتن سخت شده به راحتی از قالب جدا شود. پس از آماده سازی، ملات سیمان به صورت نیمی از حجم قالب داخل قالب­ها ریخته شد و بعد از قرار دادن الیاف فیبری، قالب به صورت کامل از ملات پر شد. پس از 24 ساعت، نمونه­ها از داخل قالب بیرون آورده شده و برای عمل­آوری به حوضچه­ها انتقال یافتند. با توجه به سطح مخازن استفاده شده در این پژوهش، تعداد 140 نمونه بتن توپی روی هر مخزن قرار گرفت. به عبارتی برای هر یک از انواع بتن­های ساخته شده در مجموع 420 عدد بتن شناور تهیه گردید. نمونه­های بتن ساخته شده پس از آماده­سازی، برای قرار گرفتن برروی سطح مخازن به مزرعه مطالعاتی دانشگاه منتقل شدند. محل مناسب برای انجام پروژه، در 15 کیلومتری شمال غرب اصفهان در اراضی تحقیقاتی واقع در ضلع جنوب غربی دانشگاه صنعتی اصفهان انتخاب گردید. در این تحقیق از 12 مخزن جایگذاری شده در گودال­ (3 پوشش مختلف و شاهد، هرکدام با 3 تکرار) استفاده شد. برای اندازه­گیری تغییرات سطح آب و ثبت داده­های مربوط به تلفات تبخیر از این مخازن خط­کش­هایی در دیواره آنها تعبیه شد [19].

 

شکل 2- مراحل آماده سازی مخازن و انتقال توپ­ها

 

پوشش­های توپی بتن سبک، تأثیر قابل توجهی در تبخیر از سطح آزاد مخازن دارند. همچنین نتیجه می­شود که نمونه­های بتنی لیکا 2-4 نسبت به دو پوشش دیگر عملکرد بهتری در کاهش تبخیر از سطح آزاد آب دارند. بیشترین درصد کاهش تبخیر از سطح مخازن، مربوط به پوشش بتنی لیکا 2-4 می باشد که تبخیر را به میزان 7/42 درصد نسبت به مخزن شاهد، کاهش داده است. بیشترین مقدار تبخیر روزانه از مخزن شاهد 5/16 میلی­متر و در مخازن پوشش­دار با توپ­های بتنی پرلیت، لیکا 2-4 و لیکا 4-10 مقدار تبخیر روزانه به­ترتیب 2/11، 5/9 و 4/10 میلی­متر در شهریور ماه می­باشد. این کاهش تبخیر مربوط به مخازنی با مساحت 754/0 مترمربع بوده که با 71 درصد پوشش، سطح این مخازن پوشش دار شده است، بنابراین با فرض استفاده از این پوشش شناور بر روی سطح مخزن با مساحت 5 کیلومتر مربع، میزان تبخیر در حدود 5/7 میلیون متر مکعب کاهش می­یابد که مقدار قابل توجهی است [19]. بدیهی ست استفاده از هرگونه پوشش نباید کیفیت آب را تحت تاثیر قرار دهد، با اندازه گیری هدایت الکتریکی و اسیدیته مشاهده شد که استفاده از پوشش­های بتنی تغییر چندانی در کیفیت آب مخازن ایجاد نکرده و بنابراین مانعی برای استفاده از جهت تأثیر بر کیفیت آب مخازن ندارند [19].

 

3-2- پوشش نانو کامپوزیت پلی­اتیلن / اکسید روی

به منظور کاهش تبخیر، پوشش مورد استفاده می­بایست دارای چگالی کمتر از آب برای استقرار بوده، همچنین مقاوم در برابر تنش­های طبیعی نظیر نور خورشید و تغییرات دمایی باشد. پارامتر موثر دیگر در انتخاب مواد اولیه مورد استفاده این است که اقتصادی و مقرون به صرفه باشد، زیرا دامنه کاربرد این پوشش­ها وسیع بوده و در مخازن با وسعت زیاد قرار می­گیرند. همچنین به علت اینکه پوشش مورد نظر در نهایت باید به شکل توپ درآورده شود، مواد انتخابی باید به صورتی باشد که بتوان به راحتی در اشکال و ساختارهای پیچیده مختلفی پردازش کرد. در نهایت برای حفظ قطره­های با ارزش آب نه تنها به کمیت بلکه به کیفیت نیز بایستی توجه ویژه­ای داشت،  بنابراین مواد انتخابی نباید بر روی کیفیت آب و در نتیجه اکوسیستم آبی و محیط زیست اطراف تاثیر سوء داشته باشند و قابل بازیافت و استفاده مجدد نیز باشند. در نتیجه باتوجه به موارد فوق و همچنین بررسی خواص مواد مختلف، عابدی کوپایی و نجفی (1398) در پژوهشی اقدام از پلی­اتیلن چگالی بالا و نانوذرات اکسید روی استفاده نمودند و به تولید نانوکامپوزیت­های پلی اتیلن چگالی بالا/ نانوذرات اکسید روی با استفاده از فناوری نانو کردند. در این تجربه ابتدا خواص ساختاری، مکانیکی، حرارتی و تخریب­پذیری نوری پوشش­های تولیدی ارزیابی شد. همچنین با توجه به اهمیت حفظ کیفیت آب، خواص ضد جلبک، ضد باکتری و پارامترهای کیفی آب مورد بررسی قرار گرفت [20].

در تحقیقات بسیاری به بررسی تاثیر نانوذرات بر روی ریزجلبک­ها پرداخته شده است، که در نتیجه آن نانوذرات اکسید روی سبب تخریب دیواره سلولی ریزجلبکها شده و از رشد آنها جلوگیری کرده است. بنابراین نانوذره دارای خاصیت ضدجلبک می­باشد. در این پژوهش آزمایشی با هدف بررسی خاصیت ضد جلبکی نانوکامپوزیت­ها و مقدار نشست جلبک با توجه به مواد انتخابی بر روی سطح پلی اتیلن خالص و نانو کامپوزیت­ها در یک بازه زمانی 35 روزه صورت گرفت. پس از اتمام دوره 35 روزه میزان جلبک­های قرار گرفته برروی نانو کامپوزیت­ها بسیار کم بوده وقابل اندازه­گیری نبوند [20].

با تحلیل بررسی پارامترهای کیفی آب شامل میزان نیترات، فسفات، پتاسیم، هدایت الکتریکی و pH و همچنین با توجه به مصارف گسترده نانوذرات اکسید روی و آزاد شدن اجتناب ناپذیر این ماده در طبیعت به بررسی میان روی موجود در آب پس از قرارگیری نانوکامپوزیت­ها قبل و بعد از رشد جلبک پرداخته شد، نتایج به دست آمده نشان داد که، کیفیت آب با توجه به استانداردهای EPA ، WHO و FAO که به ترتیب برای آب شرب، محیط زیست و کشاورزی بیان می شود، در محدوده استاندارد قرارگرفت و بر روی کیفیت آب اثر سوء نداشته است. به علاوه، نانوذرات اکسید روی خواص ضد باکتری داشته و این خاصیت به خصوص از لحاظ ممانعت وارد شدن آلودگی به آب از طریق ورود نانوکامپوزیت­های تولید شده به عنوان پوشش برای جلوگیری از تبخیر آب بسیار مهم و قابل تامل می­باشد. نرخ ضد باکتری نانوکامپوزیت­ها نسبت به باکتری­های اشرشیا کلی، استافیلوکوک اورئوس و سودوموناس آئروژنیوز در این آزمایش بررسی و تایید گشت [20]. باشد. انتظار می­رود مواد مورد استفاده در این پوشش که به منظور مواد مورد استفاده در پوششهای توپی شناور ساخته شدند، در برابر تنش­های محیطی مقاوم و پایدار باشند و تأثیر سویی بر محیط زیست آبی نداشته باشند..

باریده و الماسی در پژوهشی میزان تبخیر از سطح آزاد آب در سدهای استانهای کشور را بررسی کردند، در این تحقیق میزان حجم تبخیر ساالنه از سد زاینده رود 48 میلیون مترمکعب معادل با 1/3 درصد از حجم کل مخزن برآورد گردیده است [21]. در بسیاری از پژوهش­های صورت گرفته میزان کاهش تبخیر توسط توپ­ها در حدود 80 تا90 درصد عنوان شده است. با درنظر گرفتن کاهش تبخیر به میزان 90 درصد در سد زاینده رود، 2/43 میلیون مترمکعب می­توان آب ذخیره نمود که می­توان اظهار داشت این مقدار آب برای تولید 21600 تن برنج یا 28800 تن سیب زمینی کفایت می­کند و به عبارت دیگر، با این میزان آب می­توان مقدار 3600 میلیون لامپ 200 واتی را در شبانه روز روشن نگاه داشت. بدین ترتیب لزوم ساخت این پوشش­ها برای جلوگیری از تبخیر این میزان آب و یا حتی با در نظر گرفتن نیمی از این مقدار به وضوح قابل لمس است [20].

 

4-2- استفاده از گیاهان آبزی (روش زیستی)

با توجه به پتانسیل اثبات شده گیاهان عدسک آبی و آزولا در تصفیه پساب ثانویه و همچنین کاهش تبخیر، در پژوهشی واقع در اراضی آموزشی دانشگاه صنعتی اصفهان، عابدی کوپایی و معتمدی (1399) اقدام به بررسی عملکرد این دوگونه گیاهی نمودند. پساب مورد استفاده توسط شبکه جمع‌آوری فاضلاب دانشگاه صنعتی اصفهان جمع‌آوری، در لاگون­ها هوادهی شده و سپس وارد مخازنی هرکدام به ارتفاع 80 و قطر 58 سانتی­متر شدند. گیاهان موردنظر بر روی سطح آب قرار گرفتند به طوری که حدود 80  درصد از سطح آب را پوشش بدهند.  به منظور اندازه گیری ارتفاع آب، هر مخزن به وسیله خط­کش مدرج گشت. داده برداری به صورت یک روز در میان به مدت یک ماه در مرداد ماه انجام شد [22].

بیشترین بازده مربوط به گیاه عدسک آبی بود که تبخیر را در حدود 38 درصد نسبت به مخزن شاهد، کاهش داد. مقدار متوسط تبخیر روزانه از مخزن شاهد 9/4 میلی­متر بوده است. این مقدار برای مخازن حاوی آزولا و عدسک آبی به ترتیب 4/3 و 0/3 میلی­متر می­باشد که نشان دهنده توانایی این گیاهان در کاهش تبخیر و به معنی ذخیره حدودی 3000 مترمکعب آب در هر هکتار می­باشد. علاوه بر کاهش تبخیر، توانایی این گیاهان در تصفیه پساب نیز بررسی شد و تمامی پارامترها به حد قابل قبول استانداردهای آب کشاورزی (FAO) رسید [22]. در استفاده از این پوششهای زیستی پتانسیل تهاجمی آن برای برخی محصولات کشاورزی باید مدنظر قرارگیرد.

 

3- جمع‌بندي و نتيجه‌گيري

وضعیت کمی منابع آب ایران گویای حرکت ایران به سمت بحران کم آبی در سال­های آینده می­باشد، همچنین مشكل ايجاد شده توسط تلفات آب ذخيره شده در درياچه ها و مخازن براي مصارف آبياري و خانگي توسط تبخير در طي ماه­هاي فصـل تابسـتان محسـوس و چالش برانگيز است. دانشگاه صنعتی اصفهان با توجه به اهمیت موضوع اقدام به انجام پژوهش­هایی در زمینه کاهش تبخیر نموده است. این مقاله با هدف ارزیابی این روش­ها تهیه گردید. در نهایت می­توان به نتایج زیر اشاره نمود:

- اگرچه پوشش­های شناور یک قسمتی بازده بالایی در کاهش تبخیر داردند، اما هزینه­های تعمیر و نگهداری ، به ویژه بعد از طوفان­ها و بادهای شدید اجرای این طرح­ها را با مشکل مواجه می­سازد [23].  اما ساخت توپ­های شناور از جنس بتن سبک و به ویژه از جنس نانو کامپوزیت پلی­اتیلن/ اکسید روی، با وجود عملکرد مناسب در هنگام وزش باد [10] (توپ­ها در برابر بادهایی با سرعت حدود 70 کیلومتر در ساعت پایدار هستند زیرا تا زیر سطح آب گسترش پیدا می­کنند [24])، دارای ویژگی­های ضدباکتری و ضد جلبک بوده و تاثیر مخربی بر پارامترهای کیفی آب ندارند، می تواند مورد توجه قرار گیرد.. به­علاوه در صورتی که هرگونه تخریبی در ساختار توپ­ها رخ دهد، به سادگی از منبع برداشته شده و با توپ دیگری جایگزین می­شوند.

- تعداد گیاهان آبزی و پوشش­های زیستی که قادر به کاهش تبخیر می­باشند بسیار اندک هستند و در اکثر مواقع میزان تبخیر و تعرق بیشتر از میزان کاهش تبخیر است [16]. گیاهان آزولا و عدسک آبی دارای پتانسیل کاهش تبخیر می­باشند. با اینکه گونه آزولا در طی سال­های اخیر مشکلاتی را در تالاب­های شمالی کشور ایجاد کرده است و به عنوان گونه مهاجم شناخته شده [25]، به راحتی با طرق مختلف از جمله جمع آوری با تور و یا رها سازی اردک در مخزن و ... قابل کنترل می­باشد [26] و می­توان از مزایای بسیار آن از جمله کاهش تبخیر، تصفیه آب و استفاده به عنوان کود و یا خوراک دام، بهره برد. با وجود اینکه استفاده از این دوگونه که بسیار ارزان و کم هزینه بوده و برخلاف بقیه گیاهان، احتیاج به مراقبت ویژه­ای ندارد، تنها در استخرهای ذخیره آب کشاورزی توصیه می­گردد تا تکثیر آنها قابل کنترل باشد. با این حال استفاده از گونه­های عدسک آبی و آزولا قادر به کاهش میزان تبخیر به میزان نسبتا چشمگیری بوده و از جمله گزینه­های مناسب به شمار می­آیند.

سپاسگزاري

بدينوسيله از حمايت تدارکاتي و مالي دانشگاه صنعتي اصفهان و مديريت آب و خاک جهاد کشاورزي استان اصفهان تشکر و قدرداني مي­شود.

 

4- مراجع

[1] رحیم زادگان، م. و زمانی، س. "محاسبه و ارزیابی تبخیر در دریاچه پشت سدها با استفاده از مدل تبخیر و تعرق SEABL  (مطالعه موردی: سد امیرکبیر)" فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر، شماره 106، ص 69-57.

[2] Hudson, N. Soil and water conservation in semi-arid areas. (1987). Food and Agriculture Org.

[3] Mugabe, F., Hodnett, M. and Senzanje, A. (2003). "Opportunities for increasing productive water use from dam water: a case study from semi-arid Zimbabwe" Agricultural Water Management, 62(2), 149-163.

[4] Bengoechea, J., et al. "Evaluación de las pérdidas de agua de Riego en el Campo de Dalías, Almería" in III Symposium sobre el agua en Andalucía. Córdoba, Spain.

[5] Wurbs, R.A. and Ayala, R.A. (2014). "Reservoir evaporation in Texas, USA" Journal of Hydrology, 510, 1-9.

[6] Helfer, F., Lemckert, C. and Zhang, H. (2012). "Impacts of climate change on temperature and evaporation from a large reservoir in Australia" Journal of hydrology, 475, 365-378.

[7] Gökbulak, F. and Özhan, S. (2006). Water loss through evaporation from water surfaces of lakes and reservoirs in Turkey, Official Publication of the European Water Association, EWA.

[8] کامران، خ. و همکاران. "برآورد تبخیر-تعرق واقعی و تحلیل ارتباط آن با کاربری زمین در محیط GIS  (مطالعه موردی: شهرستان مشکین شهر)" فصلنامه فضای جغرافیایی، شماره 12، ص 54-39.

[9] Craig, I. (2005). Loss of storage water due to evaporation, University of Southern Queensland, National Centre for Engineering in Agriculture Publication, Toowoomba, Australia.

[10] افخمی، ح.، ملکی­نژاد، ح. و اسماعیل زاده، ع. "تاثیر توپ­های شناور بر کاهش میزان تبخیر از منابع آبی روباز (مطالعه موردی: سد رسوبگیر معدن مس سرچشمه) " خشک­ بوم، شماره 1، ص 73-59.

[11] Craig, I., Green, M., Scobie, M. and Schimidt, E. (2005). Controlling evaporation loss from water storages, National Centre for Engineering in Agriculture Publication, Toowoomba, Australia.

[12] Drew, W. (1972). "Evaporation control: a comparative study of six evaporation restriction media" Aqua Jan, 23-26.

[13] بوداقپور، س. و عباسی، ا. (1396). "مروری بر روش­های کنترل و کاهش تبخیر آب از مخازن و منابع آبی" دومین همایش بین­المللی افق­های نوین در علوم کشاورزی، منابع طبیعی و محیط زیست.

[14] رنجبر، ا.، مهدویان، ا. و مکنون، ر. (1390)."بررسی امکان استفاده از صفحات شناور بتن پرلیتی برای کاهش تبخیر مخازن سدها" اولین کنفرانس بین­المللی و سومین کنفرانس ملی سد و نیروگاه­های برق آبی.

 [15] Ekperusi, A.O., Sikoki, F.D. and Nwachukwu, E.O. (2019). "Application of common duckweed (Lemna minor) in phytoremediation of chemicals in the environment: State and future perspective" Chemosphere, 223, 285-309.

[16] DeBusk, T., Ryther, J. and Williams, L. (1983). "Evapotranspiration of Eichhornia crassipes (Mart.) Solms and Lemna minor L. in central Florida: relation to canopy structure and season" Aquatic Botany, 16(1), 31-39.

[17] Lallana, V.H., Sabattini, R.A. and Lallana, M. (1987). "Evapotranspiration from Eichhornia Crassipes, Pistia Stratiotes, Salvinia Herzogii and Azolla Carolini" Journal of Aquatic Plant Management, 25, 48-50.

[18] مظاهری، ا.، عابدی کوپایی، ج. (1397). "کاهش تبخیر از مخازن آب با استفاده از پوشش­های شناور" تحقیقات آب و خاک ایران (علوم کشاورزی ایران)، شماره 3، ص 605-597.

[19] پیروی،م. 1398. کاربرد توپ­های بتنی سبک به عنوان پوشش شناور برای کاهش تبخیر از سطح مخازن آزاد. پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان.

[20]  نجفی، ن. 1397. سنتز پوشش نانوکامپوزیت پلی اتیلن / اکسید روی با بررسی تخریب پذیری نوری، خواص ضد جلبک و ضد باکتری به منظور کاهش تبخیر از سطح آزاد آب . پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان.

[21] باریده، م. و الیاسی، غ. (1387). "برآورد میزان تبخیر از دریاچه سدهای کشور با استفاده از طشت تبخیر" سومین کنفرانس مدیریت منابع آب.

[22] معتمدی، آ. 1399. عملکرد دو گیاه آبزی عدسک آبی و آزولا در تصفیه تکمیلی پساب شهری و کاهش تبخیر . پایان ­نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان.

[23] Watts, P. (2005). Scoping Study: Reduction of Evaporation from Farm Dams. Final Report to the National Program for Sustainable Irrigation. Feedlot Services Australia Pty Ltd, Toowoomba, Australia.

[24] Jennison, I. (2003). "Methods for reducing evaporation from storages used for urban water supplies" GHD Department of Natural Resources and Mines Queensland Technical Report, 2-18.

[25] حقانی، آ. ف.(2019) . "کنترل بیولوژیک آزولا در ایران: چالش­ها و ظرفیت­های موجود" نشریه مهار زیستی در گیاه پزشکی، شماره 7، ص 92-71.

[26] Hill, M. (1997). The potential for the biological control of the floating aquatic fern, Azolla filiculoides Lamarck (red water fern/rooivaring) in South Africa, Report to the Water Research Commission (WRC).