بخشی از مقاله
خلاصه
کمبود آب تنها تهدید اساسی برای بقای بشر، اکوسیستم طبیعی و تکوین تمدنها است. امنیت غذایی، بهداشت و اقتصاد کلان تحت تأثیر کمبود آب به شدت صدمه میبیند . با توجه به نقش کلیدی منابع آب در رونق اقتصادی و تأمین آب آشامیدنی و کشاورزی، ضرورت بررسی راههای کنترل و کاهش تبخیر امری ضروری به نظر میرسد. استفاده از پوششهای شناور و معلق برروی مخازن آب میتواند موجب کاهش تلفات آب از طریق تبخیر و همچنین کاهش غلظت نمک آب در فصول خشک سال گردد.
در این پژوهش به عنوان روشهای فیزیکی از صفحات جامد شناور پلی استیرن، توپهای سایه و پارچه سایه جهت کاهش تبخیر از سطح آب استفاده شده است. بدین منظور از صفحات شناور با درصد پوشش 40، 60 و 80 درصد، توپهای سایه و پارچههای سایه سیاه و سفید رنگ استفاده گردید. عمق آب داخل تشتها طی مدت 20 روز اندازهگیری شد. سپس تبخیر روزانه محاسبه شده و مقادیر آن با نمونه شاهد - بدون پوشش - با استفاده از نرم افزار آماری spss مقایسه گردید .
بر اساس آزمون مقایسه میانگین دانکن، همه روشها به لحاظ مقدار تبخیر، با تیمار شاهد اختلاف معنیداری در سطح 5 درصد دارند . نتایج نشان میدهد پوشش توسط صفحات جامد 80 درصد به میزان 70 درصد از میزان تبخیر را کاهش میدهد و نیز کمترین میزان تبخیر مربوط به پوشش سایه سفید رنگ - - %43/5 میباشد.
مقدمه
آب مایه حیات و عامل و محرک اصلی فعالیتهای کشاورزی به شمار میرود بطوریکه 70 درصد آب مصرفی جهان به آبیاری اختصاص مییابد. بسیاری از کشورها بخصوص کشورهایی که در مناطق و نیمهخشک قرار دارند، برای تولید محصولات کشاورزی به آب نیاز دارند. بیش از 90 درصد تولیدات زراعی و باغی کشور ما نیز حاصل کشت آبی است و در واقع آب محور توسعه کشاورزی است. منابع آب تجدید شونده کشور 130 میلیارد متر مکعب است و از 89/5 میلیارد متر مکعب آب استحصال شده در کشور 83 میلیارد متر مکعب آن در بخش کشاورزی مصرف میشود - . - %93/5 علیرغم محدودیت شدید منابع آب، بهرهوری و کارآیی استفاده از این منابع بسیار پایین است. بخش کشاورزی در آینده باید ضمن مصرف آب کمتر تولید بیشتری را عرضه نماید.
با افزایش جمعیت و محدودیت منابع آب سطحی و از طرفی پیشرفت تکنولوژی، توسعه و نیاز روزافزون جوامع بشری، مدیریت بهینه بهرهبرداری از منابع آب را به یک امر ضروری تبدیل نموده است، لذا برای مدیریت بهینه آبهای سطحی اقدام به احداث سد نمودند، که بخش قابل توجهی آب را متناسب با ظرفیت مخزن، ذخیره مینماید. از طرفی هر ساله مقادیر قابل توجهی از آب پشت سد به صورت تبخیر هدر میرود.
از این رو روشهای جلوگیری از تبخیر سالهاست که مورد توجه بسیاری از کشورها بوده است و روشهای بسیاری در آزمایشگاه و در عمل آزمایش شده است که هرکدام دارای معایب و مزایایی است. پس با قاطعیت میتوان بیان نمود که یکی از اصلیترین مواردی که تبخیر از سطح آن صورت میگیرد، مخازن سدها و سازههای جمع آوری آبهای سطحی میباشند. این دریاچههای مصنوعی روباز عمدتا با اهداف تأمین آب شرب، کشاورزی و تولید نیروی برق آبی احداث میشوند که از میان آنها بخش کشاورزی بیشترین مصرفکننده آب میباشد.
میزان تبخیر از سطح آزاد آب به طور کلی به پارامترهای اقلیمی، ویژگیهای توپوگرافیکی، نحوه ذخیرهسازی و بهره برداری بستگی دارد که در دو گروه اصلی تقسیم بندی شده اند: پتانسیل تبخیر آب و خصوصیات دریاچه. به عنوان مثال وضعیت آب و هوای منطقه از جمله زاویه یا شدت تابش نور خورشید، درجه حرارت و میزان رطوبت محیط، سرعت باد، اختلاف از سطح آزاد دریا –فشار هوا- و همچنین ویژگیهای خاص یک دریاچه از جمله مساحت سطح مایع در تماس با هوا و الگوی تقاضا از جمله عوامل مؤثر بر تبخیر سطحی آب میباشند. اولویت بندی عناصر تعیینکننده میزان تبخیر در فصلهای مختلف متفاوت است، به طوریکه در فصل پاییز سرعت باد، دمای بیشینه و رطوبت نسبی محیط به ترتیب مؤثرترین عوامل تبخیر هستند، حال آنکه در فصل بهار دمای محیط عملکرد به مراتب مؤثرتری نسبت به سرعت باد دارد.
کنترل تبخیر از سطوح آب راه حل مهمی در حفاظت آب است زیرا معمولا به تأسیسات جدیدی احتیاج ندارد و آب ذخیره شده بدون تأخیر ناشی از ایجاد تأسیسات در دسترس قرار میگیرد. همواره تمام روشها در مقیاس بزرگ تنها پوشش سطح آب را فراهم میکند و راه حلها در درجه اول نگهداری آنها، هزینههای نصب و راه اندازی، عملکرد و طول عمر آنها میباشد. در ارزیابی بهره وری در پوششهای تبخیر به این نتیجه رسیده اند که کاهش تبخیر به طور مستقیم متناسب با منطقه تحت پوشش است
تلفات تبخیر میتواند از طریق طراحی سدهای عمیقتر و با سطح کمتر، و یا چند سلولی کردن سدها و استفاده از بادشکنها به حداقل برسد - بایلی و همکاران2، .[2] - 2007 همچنین پوششهای فیزیکی شناور و پوششهای شیمیایی مانند مونولایرها نیز برای کاهش تبخیر قابل دسترسی هستند و توسط مرکز ملی تحقیقات مهندسی کشاورزی3 مورد ارزیابی قرار گرفتهاند
با ایجاد پوششهای دائمی یا موقت که متشکل از قطعات سبک و شناور هستند، میتوان اثرات تشعشعات خورشیدی که سبب ازدیاد حرارت و در نتیجه افزایش تبخیر میشود را در سطوح آب کاهش داد و از حجم تبخیر کاست. اگرچه عموما این روش به علت هزینه زیاد تنها برای دریاچههای کوچک توصیه میشود، با به کارگیری شناورهای ابتکاری و ارزان از جمله زباله های قابل استفاده میتوان راهکاری مناسب برای کاهش تبخیر ارائه داد. در این راستا، پوشش سطح آب با صفحات شناور بتن سبک، پلی استایرنها و موم میتواند میزان تبخیر سطحی آب را به طور قابل توجهی کاهش دهد. به عنوان مثال صفحات شناور بتن سبک پرلیتی که چگالی آن کمتر از آب بوده و بر روی آب شناور میشود، از گزینههای مورد توجه در این زمینه میباشد و برای کاهش شدت تبخیر معرفی شده است.
در روشهای فیزیکی از پوششهای شناور مانند پلیاستیرن، موم و پلیاتیلن برای کاهش تبخیر استفاده میشود. کراگ - [4] - 2005 با استفاده از پوششهای پلاستیکی از جنس پلیاتیلن بررسیهایی در این زمینه انجام داد. آزمایشهای او نشان داد، هنگامی که استفاده از این روش به خوبی مدیریت شود، بیش از 95 درصد از مقدار تبخیر کاهش مییابد. همچنین درو - [5] - 1972 با استفاده از پوشش پلاستیکی 90 درصد کاهش تبخیر را گزارش داد.
پوشش سایه یا سقف سازی - : - Shade cloth/ Roofing یکی از روشهای عملی کاهش تبخیر استفاده از پارچه سایه به حالت تعلیق روی سطح یک سد و یا حتی سقفسازی روی آن میباشد. این روش نه برای تشکیل یک محیط محفوظ شده از هوا بلکه برای تغییر شرایط آب و هوایی میکرو بالاتر از سطح آب بطوریکه میزان تبخیر کاهش یابد میباشد. شار تابش خالص - - RN حفظ شده توسط آب در زیر پارچه سایه در مقایسه با یک سد بدون پوشش قابل بطور قابل ملاحظه ای کاهش مییابد. همچنین یک منطقه از هوا - سرعت باد کم - بالاتر از سطح آب باعث ایجاد کاهش بیشتر نرخ تبخیر میشود.
از مزایای استفاده از این روش این است که بارش آزادانه میتواند از طریق پارچه سایه - اما نه از یک سقف جامد - عبور کند . با این حال مشکل عملی آن نگه داشتن پارچه سایه در حالت تعلیق و بالاتر از سطح آب است، نوسان سطح آب، خسارات ناشی از طوفان و تخریب UV از پارچه سایه باید رسیدگی شود. هزینه نصب و راه اندازی گسترده دهانه سازه پارچه سایه میتواند بالا باشد. پارچه سایه پتانسیل کاهش تبخیر بالایی دارد و همچنین اجازه میدهد باران به مخزن ذخیره سازی افزوده شود، با این حال برخی از مسایل عملی با نصب پارچه سایه در ذخیرهسازهای بزرگ وجود دارد
عناصر معمولی شناور مدولار برای سرکوب تبخیر از مخازن به عنوان چند ضلعی، مربع، دیسک یا گوی میباشند. قطر عناصر تجاری در دسترس - گوی - شناور از 1میلیمتر تا 1 متر میباشند. متوسط قطر معادل دهانه بین دیسک شناور و یا گوی در شش ضلعی در حدود %22,7 از قطر عناصر شناور است. بنابراین برای یک گوی شناور با 1/0 مترقطر 0/0227 از منطقه تبخیر دارد و برای یک شناور با قطر 1 متر منطقه باز تبخیر 0/227 میباشد. توپ سایه با قطر 10 سانتیمتر از جنس پلیاتیلن سیاه و پر از آب بوده که 25 سال دوام داشته - به باور کارخانه سازنده - و هزینه تولید آن 36 سنت - 2015 - بوده، مانع انجام فعالیتهای شیمیایی در آب کلردار میشود و همچنین امکان رشد و رویش جلبک بسیار کاهش مییابد و از ورود آلایندهها نظیر گرد وغبار معلق در هوا ممانعت میکند.
کندای و وبستر[7] - 1995 - 1، در تحقیقات خود با استفاده از مواد مختلف شناور - پوشش پلاستیکی، لاستیک، پلی استیرن و موم - کاهش قابل توجهی در میزان تبخیر مشاهده کردند - 40 تا 95 % - ، که این کاهش تلفات بستگی به نوع و درصد پوشش دارد و استفاده از این روش را در مخازن کوچک پیشنهاد کردند. در تحقیقات آنها پوشش پلیاستیرن نتایج بهتری را نشان داد، اما آنها اشاره کردند که این پوشش نمیتواند به مدت بیشتر از 10 سال مورد استفاده قرار گیرد.
مواد و روشها معرفی منطقه مورد مطالعه: محل اجرای طرح، واقع در ایستگاه هواشناسی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان دارای طول جغرافیایی 54 درجه و 7 دقیقه و عرض جغرافیایی 36 درجه و 47 دقیقه و ارتفاع 140 متر از سطح دریا میباشد .
اقلیم کشاورزی منطقه، مطابق با تقسیم بندی دومارتن، جزء مناطق آب و هوایی مدیترانهای، همچنین با توجه به آمار آب و هوایی و منحنی تغییرات حرارت و بارندگی و با داشتن فصل سرد و مرطوب و فصل خشک و گرم، جزء رژیم رطوبتی نیمه مرطوب محسوب میگردد. بررسی دادههای بلند مدت هواشناسی منطقه نشان میدهد ماه مرداد با دمای 28/5 درجه سانتیگراد، گرمترین ماه سال و ماه بهمن با دمای 8/1 درجه سانتیگراد، سردترین ماه سال میباشد.
