روش های نوین کاهش تبخیر آب در سدها

سدها برای مدیریت منابع آب و تامین آب مورد نیاز کشاورزی، شرب و تولید برق بسیار مهم هستند. اما یکی از بزرگترین مشکلات پیش روی مخازن آب، تبخیر سطحی است که مقادیر زیادی آب شیرین را به بخار تبدیل می کند. با گرم شدن سیاره و افزایش تنش آب، باید از استراتژی ها و تکنیک های جدیدی برای به حداقل رساندن این تلفات استفاده شود. در زیر به بررسی جامع ترین و موثرترین روش های موجود در دنیا برای مقابله با تبخیر آب سد خواهیم پرداخت.

دروازه های شناور برای جلوگیری از تبخیر آب در سدها

پوشش های شناور یکی از موثرترین روش ها برای کاهش تبخیر هستند و می توانند تا 90 درصد از هدررفت آب جلوگیری کنند. این پوشش ها یک مانع فیزیکی مستقیم بین سطح آب و جو ایجاد می کند و از برخورد مستقیم نور خورشید و باد به سطح آب جلوگیری می کند. انواع مختلفی از این روکش ها از جمله پوشش های فلزی یکپارچه و سیستم های مدولار وجود دارد. سیستم های یکپارچه از صفحات ژئوممبران مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش استفاده می کنند که توسط سیستم های وزن دهی در جای خود نگه داشته می شوند تا از جابجایی آنها توسط باد جلوگیری شود.

در مقابل، سیستم های مدولار از هزاران قطعه پلاستیکی شناور (مانند توپ های سیاه یا قطعات شش ضلعی) تشکیل شده اند که آزادانه روی آب شناور هستند. این سیستم ها علاوه بر کاهش تبخیر، امکان ورود آب باران به سد را نیز فراهم می کنند که این مزیت بزرگی نسبت به پوشش های غیر قابل نفوذ است. علاوه بر این، توپ‌های پلاستیکی سیاه مانع انتقال نور، توقف رشد جلبک‌ها و محافظت از کیفیت آب می‌شوند، اما می‌توانند تبادل اکسیژن را تا حدی محدود کنند.

پنل های خورشیدی شناور

پانل های فتوولتائیک شناور (FPV) نه تنها الکتریسیته تولید می کنند، بلکه بر روی آب نیز سایه ایجاد می کنند و نرخ تبخیر را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. این سیستم ها متشکل از آرایه های پنل خورشیدی هستند که بر روی سازه های شناور نصب شده اند. تحقیقات نشان داده است که این روش می تواند تا 40-50 درصد از تبخیر آب در مناطق بسته جلوگیری کند. نکته جالب این است که آب زیر پانل ها باعث خنک شدن تجهیزات می شود و راندمان تولید برق را بین 5 تا 15 درصد افزایش می دهد.

این فناوری به ویژه برای مناطق خشک و گرم مناسب است زیرا از فضای موجود در سطح سد استفاده می کند و نیازی به اشغال زمین های خشک با ارزش ندارد. اگرچه چالش‌های مهندسی مانند هزینه‌های اولیه نصب و محافظت از پانل‌ها در برابر باد و امواج وجود دارد، اما مزایای دوگانه تولید انرژی و صرفه‌جویی در آب، آن را به گزینه‌ای جذاب تبدیل کرده است.

لایه های شیمیایی نامرئی

استفاده از تک لایه های شیمیایی روشی است که در آن لایه ای به ضخامت مولکول از ترکیبات خاص (مانند الکل های با زنجیره بلند یا استات کلسیم منیزیم) در سطح آب پخش می شود تا از خروج مولکول های آب جلوگیری شود. این لایه ها نامرئی و زیست تخریب پذیر هستند و می توانند به طور خودکار روی سطح پخش شوند. در شرایط آزمایشگاهی، این مواد توانستند تبخیر را تا 40 درصد کاهش دهند.

اما بزرگترین ضعف این روش حساسیت بالای آن به باد است. حتی بادهای خفیف نیز می تواند یکپارچگی لایه شیمیایی را مختل کرده و اثر آن را خنثی کند. بنابراین، این روش نیاز به تجدید مداوم مواد شیمیایی (هر 2-4 روز) دارد که باعث افزایش هزینه های عملیاتی می شود. محققان هنوز در حال کار بر روی ترکیبات پلیمری جدیدی هستند که در برابر باد و امواج مقاومت بیشتری دارند.

سایه های آویزان

سایبان های معلق که معمولاً با کابل های فولادی و پارچه های مخصوص روی سطح آب نصب می شوند، اجازه می دهند باران به راحتی وارد سد شود بدون اینکه تبادل اکسیژن مختل شود. این سازه ها با مسدود کردن نور مستقیم خورشید و به دام انداختن هوای مرطوب بین سطح آب و سایبان، تبخیر را کاهش می دهند. این سایبان ها برخلاف پوشش های شناور که روی آب قرار می گیرند، با آب تماس پیدا نمی کنند و پس از بارندگی سریع خشک می شوند که از تجمع خاک و تشکیل علف های هرز روی پوشش جلوگیری می کند.

این روش برای مخازن کوچکتر و استخرهای ذخیره آب کشاورزی بسیار کارآمد است و می تواند تا 75 درصد از تبخیر جلوگیری کند. پارچه های سایه دار می توانند درصدهای مختلفی از نور UV را مسدود کنند. البته، گذاشتن کابل های بلند روی سدهای بزرگ می تواند چالش برانگیز و پرهزینه باشد و این سازه ها باید در برابر طوفان های شدید تقویت شوند.

بادشکن و پوشش گیاهی

باد یکی از عوامل اصلی تسریع تبخیر سطحی است و ایجاد موانع در برابر آن می تواند میزان اتلاف آب را تا حدود 20 درصد کاهش دهد. کاشت درختان و بوته ها در اطراف مخزن سد یا ساختن دیوارهای بادگیر مصنوعی جریان هوا در سطح آب را مختل می کند. تحقیقات محققان ایرانی نشان می دهد که بادشکن های مصنوعی با تخلخل مناسب (حدود 40 درصد) می توانند سرعت باد را کاهش داده و تبخیر را در مناطق نزدیک به مانع کاهش دهند.

در استفاده از پوشش گیاهی طبیعی باید دقت زیادی کرد. بسیار مهم است که درختان مستقیماً روی دیواره یا بالای سد کاشته نشوند زیرا ریشه آنها می تواند آسیب جدی به ساختار سد وارد کند و حتی باعث نشت آب شود. علاوه بر این نباید فراموش کرد که گیاهان خود آب مصرف می کنند، بنابراین باید گونه هایی را انتخاب کرد که به آب کمتری نیاز دارند و تعادل مثبتی در صرفه جویی آب ایجاد می کنند.

همزن مکانیکی برای جلوگیری از تبخیر

اگرچه ممکن است عجیب به نظر برسد، اما استفاده از میکسرهای مکانیکی و سیستم های هوادهی می تواند به کاهش تبخیر کمک کند. آب سدها معمولاً طبقه بندی شده است. لایه سطحی در تماس مستقیم با نور خورشید نسبت به لایه های زیرین گرمتر می شود. آب داغ بیشتر مستعد تبخیر است. سیستم های اختلاط با چرخاندن آب و مخلوط کردن لایه های پایینی سرد با لایه سطحی گرم، دمای کلی سطح آب را کاهش می دهند.

این کاهش دما در سطح به طور مستقیم سرعت تبخیر را کاهش می دهد. علاوه بر این، جلوگیری از طبقه بندی حرارتی و رکود آب به بهبود کیفیت آب و کاهش رشد جلبک های سمی کمک می کند. این روش به ویژه در سدهایی که اختلاف دما بین سطح و عمق زیاد است موثر است.

انبار زیرزمینی به جای سدهای روباز

ذخیره آب در سفره های زیرزمینی یا ساخت سدهای زیرزمینی روشی است که تبخیر را تقریباً به صفر می رساند. سدهای زیرزمینی جریان آب های زیرزمینی را مسدود می کنند و دیواره های نفوذ ناپذیری را در زیر بستر رودخانه ها یا سفره های زیرزمینی ایجاد می کنند و یک مخزن مخفی ایجاد می کنند. این روش علاوه بر از بین بردن کامل تبخیر، از آلودگی آب و رشد جلبک ها و آفات نیز جلوگیری می کند.

این تکنیک که قدمتی چند هزار ساله دارد، اکنون با روش های نوین مهندسی در کشورهایی مانند برزیل، ژاپن و هند اعمال می شود. اگرچه این روش مستلزم شرایط زمین‌شناسی خاصی است و در همه جا قابل اجرا نیست، اما یکی از پایدارترین روش‌های مدیریت منابع آب برای مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شود. به این ترتیب زمین بالای مخزن برای کشاورزی یا استفاده های دیگر در دسترس باقی می ماند.

طراحی مهندسی سد

شکل هندسی مخزن سد به طور مستقیم بر میزان سطح تماس آب و هوا و در نتیجه میزان تبخیر تأثیر می گذارد. سدهایی که به صورت عمیق و باریک طراحی شده اند نسبت سطح به حجم کمتری دارند و بنابراین آب کمتری را از طریق تبخیر از دست می دهند. از طرفی بیشترین زباله در مخازن کم عمق و عریض رخ می دهد.

علاوه بر طراحی اولیه، مدیریت سازه نیز موثر است. تقسیم مخزن سد به سلول های متعدد به مدیران این امکان را می دهد که آب را بین مخازن جابجا کنند. با تمرکز آب در یک سلول و خالی نگه داشتن سلول های دیگر، سطح تماس کلی آب با هوا کاهش می یابد و در نتیجه تبخیر کمتری حاصل می شود.

مدیریت هوشمند

در نهایت یکی از موثرترین و ارزان ترین روش ها مدیریت صحیح مصرف و نگهداری است. نظارت دقیق بر سطح آب و میزان تبخیر، ترمیم نشتی ها و استفاده از روش های نوین آبیاری در پایین دست سد، نیاز به ذخیره طولانی مدت آب را کاهش می دهد. برای مصارف پایین دست توصیه می شود از خروجی های عمیق سد که دمای کمتری دارند، آب برداشت شود. هر چه تقاضا برای آب ذخیره شده بهتر مدیریت شود و هر چه سطح آب در معرض نور خورشید بیشتر باشد، تلفات ناشی از تبخیر کمتر می شود.