بخشی از مقاله
چکیده
یکی از جنبههای مهم و نامحسوس هدررفت آب در معادن، تبخیر از سطوح آبی روباز و حتی فاضلاب و پسابهای سد های باطله میباشد که سالانه حجم عظیمی از این سرمایه گرانبها را از دسترس خارج میسازد. در پژوهش حاضر که بهمنظور کاهش میزان تبخیر از سد رسوبگیر و سطوح آبی روباز مجتمع مس سرچشمه انجام گرفته است، سعی شده تا کارایی سه نوع توپک بهعنوان پوششهای کاهنده تبخیر بررسی گردد. توپکهای مورداستفاده که در مکانیسم عمل، اندازه و جنس، متفاوت میباشند، شامل دو نوع توپک تک روزنه و چند روزنه از جنس پلیاتیلن با قطر 8 سانتیمتر و یک نوع توپک ریز - Big-layers - با قطر یک سانتیمتر و از جنس پلیپروپیلن میباشد.
بهمنظور بررسی عملکرد این پوششها در کاهش تبخیر، چهار حوضچه کوچک یک مترمربعی در مجاورت سد رسوبگیر سرچشمه احداث و کارایی پوششهای نامبرده به مدت یک ماه بررسی گردید. نتایج بهدستآمده نشان داد کارایی توپکهای تکروزنه، چند روزنه و توپکهای ریز به ترتیب 65/1، 51/7 و 38/8 درصد میباشد. در نهایت توپهای تکروزنه به دلیل زبری مناسب در سطح و ثابت ماندن درصد فضاهای خالی در طول زمان، بهعنوان بهترین نوع پوشش کاهنده تبخیر در این پژوهش شناسایی گردیدند.
کلمات کلیدی: تبخیر، توپکهای شناور، حفاظت آب، مجتمع مس سرچشمه، مدیریت منابع آبی
مقدمه
این امروزه خشکسالی، تغییر اقلیم و رشد سریع جمعیت منجر به افت سطح سفرههای آبی از یک طرف و افزایش تقاضای آب از طرف دیگر شده است بهطوریکه میزان سرانه آب تجدیدپذیر کشور در سال 1300 حدود 13000 مترمکعب بوده که درحال حاضر میزان سرانه آب در کشور به حدود 1900 مترمکعب تقلیل یافته و درآینده به مراتب وضع بدتر خواهد شد - احسانی و خالدی، . - 1379 براساس شاخص سازمان بینالملل که بهعنوان یکی از معتبرترین شاخصها برای سنجش میزان بحران آب در کشورهای مختلف محسوب میگردد، کشور ایران هم اکنون با مصرف بیش از 69 درصد کل آب تجدیدپذیر، در وضعیت بحران شدید آبی قرار دارد. با توجه به اهمیت موضوع بحران آب، مدیریت منابع آب می تواند بر اخذ سیاستها و تصمیمگیریهای ارگانهای مختلف تأثیر قابل -توجهی داشته است - احسانی و خالدی، . - 1379
از جمله استراتژی و راهکارهای مهم که امروزه در بحث منابع آبی روباز در جهان مطرح است، کاهش تلفات تبخیر از این سطوح میباشد. طور کلی روشهای مختلفی برای کاهش تبخیر از سطح مخازن و دریاچه سدها وجود دارد که به سه دسته عمده تقسیم میشوند: - 1 روشهای فیزیکی -2 روشهای شیمیایی -3 روشهای بیولوژیکی. تاکنون مطالعات وسیعی در سراسر دنیا در رابطه با استفاده از پوششهای مختلف فیزیکی و شیمیایی انجام و میزان کارایی آنها در مقیاسآزمایشگاهی و میدانی ارزیابی گردیده است و در بسیاری از موارد نتایج قابل قبولی ارائه شده است. Thoma - 1973 - برای جلوگیری از خروج بخار از سطح مایع، استفاده از یک نوع پلاستیک ضخیم و یک تخته چندلایه ضخیم را بهعنوان پوشش در بالای سطح آب معرفی نمود.
نتایج آزمایش بر روی این دولایه پوششی، نشان داد با افزایش فاصله لایه پوششی از سطح آب، میزان کاهش تبخیر نیز کاهش مییابد. در ایالت راجاستان هندوستان Khan and Issac - 1990 - جهت کاهش تبخیر و ایجاد سایه بر روی سطح آب از نوعی نی به نام بامبو که در منطقه بهوفور یافت میشد استفاده شد. نتایج بهدستآمده با استفاده از پوشش نی بامبو نشان داد با پوشاندن %98 سطح میزان تبخیر تا %54 کاهش مییابد. همچنین Álvarez et al - 2006 - بهمنظور کاهش تبخیر از پوششهای متفاوت سایهانداز استفاده نمودند که این پوششها شامل شبکههای پلیاتیلنی یکلایه و دولایه پوششدار شده با تیمار آکرولیک سفید و رنگی و همچنین شبکههای آلومینیومی میباشد.
نتایج بهدستآمده، کاهش معنیداری را در میزان تبخیر روزانه نشان دادند. نرخ کاهش تبخیر بین 50 درصد در پوششهای آلومینیومی تا 80 درصد برای پوششهای پلیاتیلن رنگی متفاوت گزارش شده است. در عربستان سعودی Alam and AlShaikh - 2013 - بهمنظور کاهش تبخیر با استفاده از برگ و شاخههای نخل و شبکههای سیمی پوشش های سایهانداز تک لایه و دولایه تهیه گردید و سپس طی یک دوره 9 ماهه بر روی تشتک تبخیر کاهش میزان تبخیر را توسط پوششهای نامبرده ارزیابی شد. نتایج بدست آمده نشان داد درصورتیکه از پوششهای تک لایه استفاده گردد میزان تبخیر تا 47 درصد و در صورت استفاده از پوششهای دولایه میتوان تا 58 درصد میزان تبخیر را کاهش داد.
ازجمله مطالعات انجامشده در ایران در زمینه کاهش تبخیر میتوان به تحقیقی پیرامون بیان مفهومی تبخیر و راههای گوناگون اندازهگیری آن در مخازن و روشهای کنترل و محدودیتهای عملی آن اشاره نمود - قراوی و آل احمد، - 1386 که به ارزیابی روشهای مختلف کاهش تبخیر ازجمله استفاده از مونولیرها، پوششهای شناور و معلق، بادشکنها و کاهش سطح مخزن پرداخته شده است و درنهایت استفاده از پوششهای معلق و شناور در بسیاری از موارد بهعنوان مؤثرترین روش کاهش تبخیر معرفی گردیده است. از دیگر تحقیقاتی که توسط نگارنده در زمینه کنترل تبخیر منابع آبی مجتمع مس سرچشمه از سال 1394 شروع و همچنان در حال ادامه است ساخت و ارائه چندین پوشش کاهنده تبخیر شده می-باشد - افخمی، . - 1396
برخی از روشهای پیشنهاد شده، برگرفته از روشهای موجود در دنیا و سایر روشها ابداعی بوده و با توجه به برخی پتانسیلهای موجود در مجتمع و معدن ارائه شده است. این روشها عبارت است از: پوشش یونورینگ با کارایی 78/35 درصد، که طرحی دوجانبه جهت جلوگیری از ورود ضایعات به محیطزیست و کاهش تبخیر از سطوح آبی است و با استفاده از ضایعات حلقههای لاستیک آماده و ارائه گردید - افخمی و همکاران، . - 1396a پوشش فیزیکی یونوبتن که این پوشش از پلیاستایرن با آستری از بتن شکل گرفت و کارایی آن بیش از 89/1 درصد برآورد گردید - افخمی، . - 1396
از دیگر ماژول های طراحی شده پوشش شناور یورتالات است که با استفاده از بطریهای دلستر فرسوده و فوم پلی¬یورتان و آستری از بتن ضد اسید جهت حفاظت از لایه فوقانی طراحی گردید و کارایی آن به ترتیب بیش از 88 و 92/50 درصد تخمین زده شد - افخمی و همکاران، . - 1396b نوع دیگری از پوششها فومتالات با کارایی 90 درصد می¬باشد که این پوشش از تزریق صنعتی پلیاستایرن در قالبهای پرشده با بطریهای دلستر شکل گرفت - افخمی و همکاران، . - 1396c در پژوهش حاضر نیز بخشی از پروژه انجام شده شامل استفاده از توپکهای شناور پلیاتیلنی به عنوان راهکاری مناسب و اجرایی جهت کاهش تبخیر ارائه شده است.
مواد و روشها
انواع پوششهای مورد استفاده
پژوهش حاضر بهمنظور ارائه روشهایی جهت کاهش تبخیر بر روی سطح دریاچه سد آبگیر و رسوبگیر و همچنین سایر مخازن روباز مجتمع مس سرچشمه انجام گرفته است. پوششهای استفاده شده در این پژوهش شامل سه نمونه توپ میباشد. نمونه اول و دوم توپهایی از جنس پلیاتیلن با وزن تقریبی 11 گرم و نمونه دوم توپکهای ریزی از جنس پلیپروپیلن و با قطر معادل 1 سانتیمتر میباشد. با توجه به وزن ناچیز دو نمونه توپ پلی اتیلنی و سرعت بالای باد در منطقه، همواره احتمال جمع شدن و پراکنش توپها در سطح آب وجود دارد که این مسئله کارایی این نوع پوششها را کاهش میدهد. بهمنظور رفع مشکل فوق سعی گردید در دو نمونه اول که شامل توپهای پلیاتیلنی با قطر8 سانتیمتر میباشد، روزنههایی بر سطح توپ ایجاد گردد تا با ورود آب در داخل توپ وزن توپها افزایش یابد.
بدین منظور جهت افزایش وزن توپهای پلیاتیلنی دو شیوه متفاوت بر این نوع توپها اعمال گردید. در شیوه نخست، با توجه به قرارگیری توپ در سطح آب چند روزنه به قطر یک میلیمتر بر سطح تماس توپ با آب ایجاد گردید و یک روزنه بهمنظور خروج هوا در زمان ورود آب به داخل توپ، در نقطه مقابل روزنهها در نظر گرفته شد. تعبیه روزنهها بر روی توپها بهگونهای طراحی شده است تا میزان ورود آب به داخل توپ زمانی متوقف گردد که توپها تا نیمه در آب غوطهور گردیده و بر روی بزرگترین سطح خود که بیشترین پوشانندگی را ایجاد میکند بایستد. تنها در این شرایط است که بیشترین زبری در سطح آب و کمترین فضای خالی بین توپها ایجاد میگردد.
بهاینترتیب در مرحله اول تعداد 400 عدد توپ - برای دو تکرار - به شیوه فوق سوراخ گردید که با قرارگیری بر سطح آب وزن ثانویه توپها بهطور متوسط به 8 تا 9 برابر وزن اولیه میرسد. نکته حائز اهمیت اینکه، به دلیل تنشهای محیطی ازجمله سرعت باد زیاد در منطقه مورد مطالعه همواره این احتمال وجود دارد که توپ تحت شرایط مختلف چرخیده و با قرارگیری حتی یک روزنه بالاتر از سطح آب، شرایط جهت ورود آب از روزنههای دیگر در توپ فراهم گردد. بهاینترتیب با ورود حجم بیشتری از آب، میزان غوطهوری توپ در آب بیشتر شده و توپ بر روی سطح تماس کوچکتری بر روی آب قرار میگیرد .
این مسئله منجر به افزایش فضاهای خالی بین توپ شده و ضمن کاهش زبری توپ در سطح آب میزان تبخیر را افزایش داده و از کارایی پوشش فوق میکاهد. از این رو بهمنظور رفع مشکل فوق، روش دیگر جهت ایجاد روزنه بر سطح توپ اعمال گردید. در روش ثانویه بهمنظور افزایش وزن توپ¬ها تنها یک روزنه در سطح آن تعبیه شد. با ایجاد یک روزنه در توپ و قرارگیری بر سطح آب، به دلیل عدم وجود روزنه¬ ای جهت خروج هوا، آب به خودی خود وارد توپ نخواهد شد، از طرفی چنانچه آب در داخل توپ نیز وجود داشته باشد با ایجاد یک روزنه در سطح توپ، شرایط جهت خروج خود به خودی آب وجود نخواهد داشت.
با توجه به این اصل در شیوه دوم تعداد 400 عدد توپ - برای دو تکرار - تهیه و با تعبیه یک روزنه به قطر 1/5-1 میلیمتر، آب از طریق سرنگ و تحتفشار به داخل آن تزریق گردید. وزن آب تزریقشده با انجام آزمونوخطا و متناسب با قطر توپ، طوری تعیین گردید تا در این شیوه نیز توپ تا نیمه وارد آب شده و بر روی بزرگترین سطح خود در آب شناور گردد. در این شیوه ، دیگر شرایط جهت ورود و خروج حجم بیشتر آب وجود نخواهد داشت. نمونه سوم توپها، شامل توپکهای ریزی از جنس پلیپروپیلن میباشند که این توپکها بدون اعمال هیچگونه تغییری بر سطح آب قرار گرفته و میزان کارایی آن در شرایط طبیعی منطقه بررسی گردید.
مخازن مورد استفاده
جهت تعیین کارایی پوششهای نامبرده، در مجاورت سد رسوبگیر چالههایی به ابعاد 120*120 *120 سانتیمتر حفاری گردید و سپس مخازنی از جنس پلیاتیلن که در داخل حفاظ مشبک فلزی قرار گرفته شده بود متناسب با ابعاد محل گودبرداری تعبیه گردید. همچنین جهت اندازهگیری تراز آب و میزان تبخیر تعدادی خطکش نیم متری به میلههای بالای محافظ هر مخزن متصل گردید - شکل. - 1
