مقاله محاسبه سرعت ته نشینی نمک در دریاچه ارومیه

word قابل ویرایش
12 صفحه
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این مقاله شامل تعدادی فرمول و تصویر میباشد که در سایت قابل نمایش نیست ***

محاسبه سرعت ته نشینی نمک در دریاچه ارومیه

چکیده :
دریاچهی ارومیه بزرگترین دریاچهی فوق شور در جهان است که در منطقهی آذربایجان واقع شده است. با توجه به اهمیت بینالمللی نجات دریاچهی ارومیه از بحران خشک شدن و با توجه به تجمع لایههای ضخیم نمک در ته دریاچه، قصد داریم در مطالعهی حاضر نشان دهیم که با چه سرعتی یکی از ترکیبات یک شورابهی فوق شور مثل دریاچهی ارومیه، سدیم کلرید معمولی، جدا میشود.
رابطهی واقعی دانسیته-شوری، ، ترکیبی از دو ثابت ترمودینامیکی متفاوت است. یکی است که ضریب انبساط دریاچه نسبت به سدیم کلرید بوده و با فرآیندهای تهنشینی نمک در ارتباط است و دیگری است که ضریب انبساط دریاچه نسبت به کل نمکها بوده و با فرآیندهای تبخیر-رقیق- سازی در ارتباط است.برای هر دورهی ویژهی تحت مطالعه، رابطهی واقعی دانسیته-شوری، ، باید بطور مجزا مورد بررسی قرار گیرد. با تعیین مقدار تقریبی شوری و مشاهده سرعت تغییرات دانسیته و با استفاده از معادلات مربوط به توازن نمک دریاچه به یک تخمینی از سرعت تهنشینی نمک از دریاچهی ارومیه خواهیم رسید.تخمینهای موجود برای توازن نمک دریاچه بطور گستردهای متغیر است، انعکاس آبهای ورودی زیرسطحی ناشناخته، سرعت تبخیر و سرعت تجمع نمک در ته دریاچه از پارامترهای دخیل محسوب میشوند. برای این تخمین، تعادلات جرم را برای دریاچهی ارومیه با استفاده از دادههای مربوط به به هیدروگرافی و هواشناسی از سال ۱۹۹۹تا ۲۰۱۱ محاسبه شده است.
کلید واژه ها: سرعت تهنشینی نمک، شوری و دانسیته، ضریب انبساط، دریاچه ارومیه

مقدمه :
دریاچه ارومیه بزرگترین دریاچه فوق اشباع از نمک در جهان است که از این نظر با دریاچه بزرگ نمک Great Salt Lake آمریکا شباهت دارد(آقانباتی، (۱۳۸۵که با ۱۴۰ کیلومتر طول و ۱۵-۵۰ کیلومتر عرض، مساحتی متغییر بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ کیلومتر مربع را در شمال غرب ایران به خود اختصاص داده است. عمق متوس دریاچه در سال ۱۹۹۹، ۶ متر و حداکثر عمق آن ۱۳متر است. سطح آن نسبت به سطح آب دریاهای آزاد، حدود۱۳۰۰ متر بالاتر قرار دارد(علوی پناه و همکار، .(۱۳۸۱ نوع شوراب دریاچه ارومیه سدیم(کلسیم) و کلرید(سولفات) است(غضبان و همکار، .(۱۳۷۶ آب دریاچه ارومیه حاوی مقادیر بالایی از یونهای مختلف میباشد که شوری آب آن را به بیش از ۳۵۰ گرم در لیتر میرساند. کمترین شوری در فصل بهار ۲۱۷) گرم در لیتر) به دلیل ورودی آب زیاد و بیشترین شوری در اواخر تابستان و اوایل پاییز ۳۵۰)گرم در لیتر) است(صالحی پور و همکاران، .(۱۳۸۹ دریاچهارومیه، دریاچهای با آب شیرین بوده که بتدریج شورتر شده تا به حد فوق اشباع از نمک رسیده است(.(kelta and shahrabi, 1986
میانگین سالیانه بارش در این حوضه ۳۹۸ میلیمتر بوده که از لحاظ مقدار بارش دومین حوضه پر باران کشور بعد از حوضه آبریز خزر میباشد(موحد دانش، .(۱۳۷۳ تبخیر سالانه از سطح آزاد دریاچه بین ۰/۹۸ تا ۱/۲ متر برآورد شده است که نشاندهنده آب و هوای خشک در حوضه آبریز دریاچه ارومیه است (محمدی، .(۱۳۸۴
مطالعات اکتشافی انجام شده برای استحصال نمک از دریاچه ارومیه نشان داده است که مجموع تهنشست جامد دریاچه به بیش از ۵ میلیارد تن میرسد. در این میان، پتاسیم بر حسب K2O حدود ۲۷ میلیون تن و بر حسب سولفات پتاسیم حدود ۶۰ میلیون تن، منیزیم ۲۴۴ میلیون تن، برومید حدود ۲۸ تن و لیتیم حدود ۲۵۰ تن برآورد شده است. پس از مطالعات فرآوری، استحصال نمکهای دریاچه ارومیه با احداث حوضچههای تبخیر خورشیدی و کارخانه فرآوری امکانپذیر است(آقانباتی، (۱۳۸۵

بحث :
تعادل آب دریاچه ارومیه
معادلهی بیلان آبی دریاچهی ارومیه به صورت زیر ارائه شده است که در آن تغییرات تراز آب تابعی از بارش (P)، تبخیر (E) و حجم ورودی دریاچه (R) نسبت به مساحت آن (A) است.

آخرین دادهی منتشر شده از سنجش ماهوارهای نشان میدهد که ارتفاع سطح آب دریاچهی ارومیه در دومین روز تیر ماه۱۳۹۰ به ۷٫۲۶ متر پایینتر از تراز حداکثری دریاچه رسیده است. تراز حداکثری در سال ۱۹۹۵ به حدود ۱۲۷۸ متر رسیده که این میزان در طی ۱۶ سال با افت بیش از ۷ متر در سال ۲۰۱۰ به ۱۲۷۱٫۶۵ و در جولای ۲۰۱۱ به ۱۲۷۱٫۳۵ متر از سطح دریاهای آزاد رسیده است(درویشی خاتونی، ۱۳۸۹ و .(۱۳۹۰
اما بحث به همین جا ختم نمیشود. در حال حاضر در دریاچهی ارومیه دو اتفاق در حال رخ دادن است. نخست اینکه میانگین ارتفاع سطح آب هر ماه نسبت به ماه مشابه در سال قبل در حال کاهش است. در عین حال نوسانات ارتفاع سطح آب نیز در حال افزایش است. با توجه به (شکل (۱ که در آن دو دوره ی متفاوت کاهش تغییرات آب نشان داده شده است در مستطیل سبز، همانطور که میبینید مشاهدههای مرتب با ماه می و ژوئن که به صورت نقاط قرمز و آبی هستند برای سالهای ۱۹۹۹ تا ۲۰۰۵ درج شده است، که روی هم منطبق شدهاند و میزان تغییرات آنها بسیار اندک است. در واقع ما بین دو سال تغییرات داریم اما در درون مشاهدات یک سال تغییرات چندانی مشاهده نمیکنیم.
این در حالی است که در مربع آبی که مربوط به هفت سال گذشته است به تدریج نقاط از هم فاصله میگیرند به طوری که سال جاری دارای پراکنده-ترین مشاهدات است (مکعب نارنجی) و در نهایت در ابتدای تیر ماه پایینترین سطح آب ثبت شده است که در دایره قرمز نشان داده شده است. این به نظر میرسد ورود دریاچهی ارومیه به یک حالت تعادل جدید است(درویشی خاتونی، .(۱۳۹۰

(شکل -(۱ دو دوره متفاوت کاهش تغییرات آب

مفهوم تعادل جدید

در (شکل (۲ دو منحنی مشاهده میشود که یکی در نقطهی میانگین ارتفاع بیشتری دارد و انحراف معیار کمتری. دیگری که سطح پایینتری دارد و پراکندگی بیشتری. وقتی سیستمی از نمودار اول به حالت دوم وارد شود در واقع وارد یک تعادل جدید شده است. این همان شرایطی است که در حوزهی افزایش دما بسیار به آن توجه میشود که به نظر می رسد به طور مشهودی برای دریاچه در حال وقوع است. دریاچهی ارومیه فعلی دارای نوسانات بیشتر در سطح آب پایین تری است که هیچ کدام از این دو پیش از این وجود نداشتهاند. انگار دریاچه از نمودار اول به نمودار دوم شیفت پیدا کرده است(درویشی خاتونی، .(۱۳۹۰

(شکل -(۲شکل شماتیک ایجاد تعادل جدید

انحراف معیار تغییرات ارتفاع سطح آب دریاچه که در سال ۲۰۰۰ تنها پنج سانتیمتر بوده است در سال ۲۰۰۷ به حدود بیست سانتیمتر و امسال به ۵۵ سانتیمتر رسیده است .
در نهایت (شکل (۳ نشان میدهد که در دریاچهی ارومیه از نظر تعادل اکولوژیک چه رخ داده است. دریاچه برای سالیان سال در شرایطی مثل نقطهی یک (قرمز) بوده است. عوامل انسانی و غیر انسانی آنقدر بر دریاچه فشار وارد کردهاند که دریاچه به حالت دو رسیده است و از تعادل اولیه خارج شده است و به حالت سه رسیده است. حالا دریاچه در وضعیت سه قرار گرفته است. دریاچهای با سطح آب متوس پایینتر و نوسانات تراز سطح آب بیشتر که بعید به نظر میرسد بتواند به طور طبیعی به حالت اولش باز گردد(درویشی خاتونی، .(۱۳۹۰

(شکل -(۳شکل شماتیک از شرایط جدید دریاچه ارومیه

تعادل منفی آب این دریاچهی منحصر به فرد، به علت انحراف آب های شیرین از محل زهکشی آن ها، احداث سدها، پروژه احداث میانگذر شهید کلانتری و گرم شدن هوا و در نتیجه افزایش سرعت تبخیر در چندین سال اخیر است(درویشی خاتونی، .(۱۳۹۰

تعادل آب و نمک در دریاچه ارومیه
برآورد موجود برای تعادل آب دریاچه بطور گستردهای متغیر است ( انعکاس آب ورودی زیرسطحی ناشناخته، سرعت تبخیر و سرعت تجمع نمک در ته دریاچه از پارامترهای دخیل محسوب میشوند). برای تخمین سرعت تجمع نمک در دریاچه ارومیه از تعادل جرم و اندازهگیریهای هواشناسی و اطلاعات هیدروگرافی از سال ۱۹۹۹ تا ۲۰۱۰ استفاده شده است.

بطور کلی تعیین دقیق توازن آب دریاچههای فوق شور و بطور ویژه دریاچه ارومیه پیچیدهتر از آب شیرین است، با توجه به دو عامل مهم:

عامل اول: کاهش فعالیت آب که منجربه کاهش تبخیر از شورابه میگردد. تبخیر از سطح آب شور کمتر از آب شیرین است زیرا نمکهای حل شده انرژی آزاد مولکولهای آب و در نتیجه فشار بخار اشباع بالای

شورابه را کاهش میدهند .(Lensky etal, 2005) ضریب فعالیت آب در شورابه، ، نسبت بین فشار بخار در بالای سطح شورابه و فشار بخار بالای سطح آبهای شیرین در همان درجه حرارت است.

فعالیت آب شیرین تعریف شده است در حالی که در شورابههای فوق شور است (برای ترکیب کنونی دریاچه ارومیه است). بر این اساس میزان تبخیر از چنین آبی مشابه تبخیر از آب شیرین تحت شرای مشابه نیست (محمدی .(۱۳۸۳

-۲ عامل دوم: عدم تعیین مقدار آب خالص از دست رفته میباشد.کاهش در سطح آب یک دریاچه اشباع فوق شور، تغییر واقعی حجم دریاچه را نشان نمیدهد چرا که تجمع نمک بطور موثر بستر آن را افزایش میدهد. بنابراین این تغییرات بزرگتر از آن است که از تغییرات سادهی سطح آب مشاهده میشود .(Lensky etal, 2005)

در اینجا ابتدا یک فرمول برای تعیین تعادل جرم برای دریاچههای فوقشور ارائه داده و از این فرمول برای حل سرعت تهنشینی نمک در دریاچه ارومیه بر اساس اندازهگیریهای هواشناسی و آمارهای مربوط به شرکت سهامی آب منطقهای آذربایجان غربی و شرقی استفاده میکنیم.
در سالهای اخیر با توجه به کمبود و افت سطح تراز آب دریاچه، حاشیه دریاچه و غالبا بخش جنوبی دریاچه خشک شده است (شایان و همکار، .(۱۳۸۶ در طول این سالها با افزایش در شوری آب چگالی آن نیز افزایش یافته و ثبات لایههای فوقانی ضعیف شده است. این در نهایت منجر به واژگونی کامل ستون آب دریاچه شده است. از آن زمان به بعد دریاچه شروع به دگرگونی کرد در حالی که شوری و دمای آن مرتبا زیاد شده و سطح آب کاهش مییافت. تهنشینی نمک باعث ایجاد تغییراتی در شوری و دانسیته میشود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد