بخشی از مقاله
مروري بر روش هاي کاهش میزان تبخیر از سطوح آزاد آبی
در مناطق خشک و نیمه خشک
چکیده
بسیاري از مناطق دنیا داراي آب و هواي خشک و نیمه خشک می باشند. مشکل ایجاد شده توسط تلفات آب ذخیره شده در دریاچه ها و مخازن براي مصارف آبیاري و خانگی توسط تبخیر در طی ماههاي فصـل تابسـتان محسـوس و چالش برانگیز است. با تخمین دقیق میزان تبخیر از سطوح آزاد آبی می توان با تحلیل حساسیت تبخیر نسبت به هر یک از پارامترهاي موثر بر میزان آن به راههاي کاهش میزان تبخیر اندیشید و از مقدار آب صـرفه جـویی شـده، کـه قابل توجه می باشد، استفاده مفید نمود. در این تحقیق در ابتدا فاکتورهاي مؤثر بر کاهش میـزان تبخیـر از سـطوح آزاد آبی ارائه و روش ها و محصولات مورد استفاده براي این امر معرفی می گردنـد. در ادامـه ایـن روش هـا از نظـر اقتصادي، اجرائی و زیست محیطی مورد بررسی قرار می گیرند. بطور کلی، با توجه بـه نتـایج و بحـث هـاي صـورت گرفته می توان گفت پوشش هاي شناور و سایه انداز از مناسب ترین و پرکاربرد ترین راههاي کاهش میـزان تبخیـر در حجم بزرگ می باشند.
واژه هاي کلیدي: کاهش میزان تبخیر، سطوح آزاد آبی، مناطق خشک
Keywords: Evaporation Reduction, Free Water Surfaces, Arid Regions
روش تحقیق
تبخیر فرایندي است گرماگیر که در آن ذرات آب محیط آب یا خاك را ترك نموده و وارد هوا میگردند. دلیل ترك آب از سطح آب یا خاك اختلاف فشار بخار بین این دو محیط با فشار بخار آب و هوا می باشد. طی عمل تبخیر، انرژي گرمائی ذخیره شده در آب از طریق ذره هاي بخاري که سطح آب را ترك می نمایند کاهش می یابد. در نتیجه این فرایند به عنوان یکی از عوامل مؤثر در تعدیل دماي مخازن و رودخانه ها محسوب می گردد. عوامل مختلفی در میزان تبخیر از سطح آب مؤثر می باشد که از آن جمله می توان به میزان تشعشع خورشیدي، اختلاف فشار بخار آب موجود در هوا و سطح تماس با آب، فشار هوا و سرعت باد در سطح تماس آب و هوا اشاره نمود.
تغییرات تبخیر دریاچه اثر محسوسی بر روي بیلان آبی و انرژي آن خواهد داشت. درك این تغییرات و نقش شرایط اقلیمی براي مدیریت منابع آب و همچنین براي پیش بینی تغییرات هیدرولوژیکی آینده دریاچه در نتیجه تغییر اقلیم مهم می باشد. دریاچه ها و مخازن منابع آب باارزشی هستند که اهمیت زیادي براي مقاصد آبیاري، پرورش ماهی، تفریحات آبی، آب آشامیدنی، حفظ اکوسیستم جانوران آبزي و تولید برقابی دارند. میزان در دسترس بودن و کیفیت آب شیرین رابطه تنگاتنگی با تغییرات اقلیم و همچنین فعالیت هاي بشري دارد.[7] بر اساس بیلان انجام شده در سال آبی 85-86، متوسط بارندگی سالانه ایران 270 میلیمتر است که این مقدار %30 متوسط بارندگی بر روي خشکیهاي زمین(831 میلیمتر) می باشد. این در حالیست که متوسط سالانه تبخیر در ایران تقریبا 195
میلیمتر معادل %72 بارندگی متوسط سالانه برآورد گردیده است. حتی در مناطق خشک و نیمه خشک کشور همانند استان سیستان و بلوچستان وضعیت نگران کننده تر نیز می باشد. در این استان ارتفاع بارش سالانه 106
میلیمتر است که تقریبا 90 میلیمتر((%85 آن به صورت تلفات تبخیر از دست می رود. [1] به عنوان مثال، در منطقه سیستان تلفات سالانه تبخیر از مخازن چاه نیمه در حدود 120 میلیون متر مکعب می باشد که این میزان تبخیر حدودا معادل 8 سال مصرف شرب شهرستان زابل و در حدود %30 کل حجم ذخیره مخازن می باشد.[2] در شکل 1 شماتیک مؤلفه هاي مؤثر بر بیلان آبی یک مخزن نمایش داده شده است.
شکل-1 شماتیک بیلان آبی یک مخزن آبی.
با تغییر عوامل اقلیمی همانند درجه حرارت هوا، سرعت باد، نقطه شبنم و درجه ابرناکی به میزان %10 مقادیر اولیه، به ترتیب در میزان تبخیر از سطح مخازن چاه نیمه 60، 25، 10 و 2.5 سانتیمتر تغییر ایجاد خواهد شد. با در نظر گرفتن حجم بالاي تبخیر ناشی از این ارتفاع می توان به اهمیت ارائه راهکارهاي جلوگیري از هدررفت از طریق این پدیده طبیعی پی برد. به منظور کاهش تأثیر پارامترهاي اقلیمی بر میزان تبخیر از سطوح آبی می توان راهکارهائی مانند ایجاد پوشش(طبیعی یا مصنوعی) بر روي دریاچه براي جلوگیري از رسیدن مستقیم تشعشعات ورودي و ممانعت از افزایش دماي سطح آب دریاچه یا غرص نمودن نهال در جهت بادهاي غالب منطقه براي تنزیل سرعت باد پیشنهاد نمود.[3] تا کنون روش هاي مختلفی براي محاسبه میزان تبخیر از سطوح آراد آب ارائه شده است که می-توان به روش تشتک تبخیر1، بیلان آبی2، بیلان انرژي3، روش انتقال جرم4، مدل CRLE5 و روش ترکیبی بیلان انرژي و انتقال جرم اشاره نمود. اهداف این مقاله اساسا بر پایه ارائه پارامترهاي زیر نهاده شده است:
الف- ارزیابی بازدهی روش هاي مختلف کاهش میزان تبخیر از مخازن تجاري.
ب- ارزیابی محدودیت هاي اجرائی و فنی محصولات مختلف کاهش میزان تبخیر.
ج- تحلیل اقتصادي روش هاي متنوع کاهش میزان تبخیر که براي مخازن آبیاري زمینهاي زراعی کاربرد دارند.
د- اثر روش هاي مختلف بر روي کیفیت آب.
در یک تقسیم بندي کلی فاکتورهائی که بر روي کاهش میزان تبخیر تأثیر دارند عبارتند از:
(1 پتانسیل تبخیر
تلفات تبخیر پتانسیل از یک حجم آبی کوچک با موقعیت بر اساس درجه حرارت، رطوبت نسبی، سرعت باد، تشعشع و سایر فاکتورها تغییر خواهد نمود. حتی در ایران و در استان کوچکی هماننـد اسـتان گلسـتان میـزان بارنـدگی در منطق جنوب و جنوب غربی استان حدود 700 میلیمتر و در نواحی شمالی و نوار مرزي حـدود 200 میلیمتـر مـی باشد. میانگین سالانه درجه حرارت روزانه از 7 درجه سانتیگراد در ارتفاعات 2000 متري و تا 19 درجه سـانتیگراد
در منطقه گنبد متغیر است. متوسط تبخیر از 800 میلیمتر در نواحی جنوبی و ارتفاعات استان تـا 2000 میلیمتـر در نواحی مرزي و شمال استان تغییر می نماید.[4]
(2 خصوصیات مخزن
تعدادي از فاکتورهاي فیزیکی مرتبط با مخزن بر روي تلفات تبخیر از مخزن مؤثر هستند. این عوامل شامل رابطه سطح/حجم مخزن می باشد. عمیق بودن و کوچک بودن سطح مخزن بسیار مناسب است. وجود بادشکن هاي طبیعی و توپوگرافی نیز از اهمیت زیادي برخوردار است. عامل مؤثر دیگر مدت زمانی است که مخزن آب را در خود ذخیره می نماید. طبعا با افزایش زمان مملو بودن آب در مخزن میزان تبخیر نیز بیشتر خواهد شد. دوره هایی که مخزن حاوي آب است در اثر الگوهاي اقلیمی، تأمین آب و رواناب موجود در حوزه آبریز و استفاده براي امور آبیاري از سالی به سال دیگر متفاوت خواهد بود.[11]
(3 کارائی روش مورد استفاده براي کاهش میزان تبخیر
کارائی محصول بکار رفته براي امر تقلیل تبخیر براي تعیین صرفه اقتصادي پروژه مهم می باشد. این امر توسط پارامترهاي زیادي از جمله طراحی محصول، نوع و نحوه نصب(شامل اندازه مخزن)، تغییرات فصلی و نحوه تعمیر و نگهداري تأثیر می پذیرد. سیستم هائی که براي کاهش تبخیر از سدهاي مخزنی کاربرد دارند باید کاهش میزان انرژي موجود که منجر به تبخیر می شود، محدود نمودن لایه مرزي در سطح آب و اصلاح سرعت باد و رطوبت نسبی در سطح آب را ارضاء نمایند. انواع سیستمهائی که مورد آزمون قرار می گیرند، عبارتند از:[14]
• سیستمهائی که انرژي خورشیدي ورودي را محدود می نمایند مانند پوشش هاي سایه انداز، پوشش هاي چند قسمتی.
• سیستمهائی که لایه مرزي سطح آب را کاهش می دهند همانند مواد شیمیایی.
• سیستمهائی که سرعت باد بر روي سطح آب را تغییر می دهند مانند باذشکن ها و پوشش هاي سایه انداز.
• سیستمهائی که باعث کاهش سطح در معرض هواي آب می گردند همانند عمیق تر نمودن مخازن و ایجاد
مخازن چند سلولی.
بطور کلی روش هاي فراوانی براي کاهش تأثیر پارامترهاي مؤثر در میزان تبخیر از قبیل سرعت باد، تشعشعات خورشیدي، درجه حرارت سطح آب و ... وجود دارد و بازدهی هر روش بصورت تفاوت میزان تبخیر بدون استفاده از این روش ها و با وجود بهره گرفتن از این روش ها تعیین می گردد که در ادامه به معرفی آنها پرداخته می شود:
(1روش هاي فیزیکی/مکانیکی
(1-1 پوشش هاي شناور6
این نوع پوشش ها عموما بصورت یک پرده نفوذناپذیر که بر روي %100 سطح آب شناور است، عمل می نمایند و از بازدهی مناسبی برخوردار می باشند. اغلب این محصولات هزینه اولیه بالا و هزینه بهره برداري پائینی داشته، ولی عمر محدودي دارند. مواد مختلفی که در گذشته به این منظور به کار گرفته می شدند شامل پلی اتیلن، موم، کف و پلی استر بودند. این نوع مواد می توانند با کاهش نفوذ نور و ایجاد جلبک باعث بهبود برخی جنبه هاي کیفی آب شوند. عیب این محصولات هزینه اولیه بالا، تأثیر بر برخی جنبه هاي کیفی آب، محدودیت حیات جانوران(پرندگان و ماهی ها)، دشواري براي اجرا در مخازن بزرگ و هزینه هاي تعمیر و نگهداري بالقوه بالا، بخصوص بعد از طوفان ها و بادهاي شدید، می باشد. حداکثر اندازه مناسب مخزن براي نصب این محصولات تقریبا 4 هکتار می باشد و از نظر اقتصادي بهتر است مخزن تمام سال داراي آب باشد. اجراي این روش به طور مستقیم به مناسب بودن هوا و عدم وجود یا وجود بادهاي ملایم وابسته است.
شکل-2 پوشش شناور از نوع E-VAPCAP بر روي سطح دریاچه.
(2-1 پوشش هاي چند قسمتی7
دقیقا مشابه پوشش هاي شناور هستند با این تفاوت که این پوشش از چندین بخش مجزاي شناور تشکیل شده و با اتصال تمام تکه ها به یکدیگر می توان یک پوشش بزرگتر ایجاد نمود. این روش نصب آسانتر را به دنبال خواهد داشت، اما عموما تمام سطح آب را پوشش نخواهد داد. بنابراین ، بازدهی این روش از روش قبل کمتر می باشد.
همانند روش قبل این روش هزینه اولیه بالا و هزینه نگهداري کم و عمر محدود دارد. شکل هر بخش می تواند دایره، مربع یا یک شکل بینابین باشد. هر پوشش شامل هزاران بخش می باشد و در نتیجه اندازه و شکل بخش ها همواره نمی توان %100 سطح آب را پوشش داد. مزیت این روش قابلیت تعمیر و تعویض هر بخش بصورت مجزا می باشد و عیب آن تخریب در اثر بادهاي شدید و سخت بودن اجرا در شرایط بادي است. این نوع پوشش بصورت پیش ساخته و یا ساخته شده در محل مورد استفاده قرار می گیرد. بنابر رنگ، نوع مواد و ضخامت قسمتها، انرژي ورودي به مخزن آبی باید کاهش یابند.
(3-1 ترکیبات سایه انداز8
این نوع ترکیبات عموما توسط کابل بر روي سطح آب معلق می گردند و بر روي سطح آب سایه می اندازند. این نوع پوشش باعث کاهش تشعشع خورشید و سرعت باد و گیر انداختن رطوبت هوا در بین پوشش و سطح آب شده که همگی فاکتورهاي مؤثر بر میزان تبخیر می باشند.[15] این نوع پوشش اغلب براي مخازن کوچک استفاده می گردد و بازدهی دو روش قبل را نخواهد داشت. مزیت این روش کاهش میزان جلبک به علت جلوگیري از نفوذ نور و عدم تأثیر بر کیفیت آب به دلیل در تماس بودن سطح آب با اکسیژن و همچنین اجازه ورود آب به داخل مخزن است.
عیب این روش هزینه اولیه بالا و دشواري اجرا در شرایط بادي است. حداکثر اندازه مناسب مخزن براي این پوشش
5 هکتار می باشد. فاکتور مهم دراین روش توانایی در ایجاد ساختار کابلها است.
