در جهان از چه روش‌هایی برای کاهش تبخیر آب سدها استفاده می‌شود؟

سدها برای مدیریت منابع آبی اهمیت زیادی دارند و آب مورد نیاز برای کشاورزی، شرب و تولید برق را تأمین می‌کنند. بااین‌حال، یکی از بزرگ‌ترین مسائلی که مخازن آب با آن روبه‌رو هستند، تبخیر سطحی است که حجم عظیمی از آب شیرین را به بخار تبدیل می‌کند. با گرم‌تر شدن کره زمین و افزایش تنش‌های آبی، استفاده از استراتژی‌ها و تکنیک‌های نوین برای به حداقل رساندن این تلفات ضروری است. در ادامه به بررسی جامع‌ترین و مؤثرترین روش‌های موجود در جهان برای مقابله با تبخیر آب سدها می‌پردازیم.

پوشش‌های شناور برای جلوگیری از تبخیر آب سدها

پوشش‌های شناور یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش تبخیر هستند و می‌توانند تا ۹۰ درصد از هدررفت آب جلوگیری کنند. این پوشش‌ها با ایجاد یک مانع فیزیکی مستقیم بین سطح آب و اتمسفر، مانع از برخورد مستقیم نور خورشید و وزش باد به سطح آب می‌شوند. انواع مختلفی از این پوشش‌ها وجود دارد که شامل پوشش‌های ورقه‌ای یکپارچه و سیستم‌های مدولار می‌شود. در سیستم‌های یکپارچه از ورقه‌های ژئوممبران مقاوم در برابر اشعه UV استفاده می‌شود که توسط سیستم‌های سنگین‌کننده در جای خود محکم می‌شوند تا باد آنها را جابه‌جا نکند.

در مقابل، سیستم‌های مدولار شامل هزاران قطعه پلاستیکی شناور (مانند توپ‌های سیاه یا قطعات شش‌ضلعی) هستند که به‌طور آزادانه روی آب شناور می‌شوند. این سیستم‌ها علاوه‌بر کاهش تبخیر، اجازه ورود آب باران به داخل سد را می‌دهند که مزیت بزرگی نسبت به ورقه‌های نفوذناپذیر است. همچنین توپ‌های سیاه پلاستیکی با جلوگیری از نفوذ نور، رشد جلبک‌ها را متوقف و کیفیت آب را حفظ می‌کنند، هرچند که ممکن است تبادل اکسیژن را تا حدی محدود کنند.

پنل‌های خورشیدی شناور

پنل‌های فتوولتائیک شناور (FPV) نه‌تنها برق تولید می‌کنند، بلکه با ایجاد سایه روی آب، نرخ تبخیر را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند. این سیستم‌ها شامل آرایه‌هایی از پنل‌های خورشیدی هستند که روی سازه‌های شناور نصب می‌شوند. تحقیقات نشان داده است که این روش می‌تواند تا حدود ۴۰ تا ۵۰ درصد از تبخیر آب در نواحی پوشیده‌شده جلوگیری کند. نکته جالب اینجاست که آب موجود در زیر پنل‌ها باعث خنک‌شدن تجهیزات می‌شود و راندمان تولید برق را بین ۵ تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهد.

این تکنولوژی به‌ویژه برای مناطق خشک و گرم مناسب است، زیرا از فضای موجود روی سطح سد بهره می‌برد و نیازی به اشغال زمین‌های ارزشمند خشکی ندارد. هرچند هزینه‌های اولیه نصب و چالش‌های مهندسی مانند مهارکردن پنل‌ها در برابر باد و امواج وجود دارد، اما مزیت دوگانه تولید انرژی و حفظ آب، آن را به گزینه‌ای جذاب تبدیل کرده است.

لایه‌های شیمیایی نامرئی

استفاده از تک‌لایه‌های شیمیایی روشی است که در آن لایه‌ای به ضخامت یک مولکول از ترکیبات خاص (مانند الکل‌های زنجیر بلند یا کلسیم منیزیم استات) روی سطح آب پخش می‌شود تا مانع خروج مولکول‌های آب شود. این لایه‌ها نامرئی و زیست‌تخریب‌پذیر هستند و می‌توانند به‌صورت خودکار روی سطح پخش شوند. در شرایط آزمایشگاهی، این مواد توانسته‌اند تا ۴۰ درصد تبخیر را کاهش دهند.

بااین‌حال، بزرگ‌ترین ضعف این روش حساسیت بالای آن به باد است. حتی وزش بادهای ملایم می‌تواند یکپارچگی لایه شیمیایی را از بین ببرد و اثر آن را خنثی کند. به همین دلیل، این روش نیازمند تمدید مداوم مواد شیمیایی (هر ۲ تا ۴ روز یک‌بار) است که هزینه‌های جاری را افزایش می‌دهد. محققان همچنان درحال کار روی ترکیبات پلیمری جدیدی هستند که مقاومت بیشتری در برابر باد و امواج داشته باشند.

سایه‌بان‌های معلق

سایه‌بان‌های معلق که معمولاً با کابل‌های فولادی و پارچه‌های مخصوص روی سطح آب نصب می‌شوند، اجازه می‌دهند باران به راحتی وارد سد شود و تبادل اکسیژن نیز مختل نشود. این ساختارها با مسدودکردن تابش مستقیم خورشید و به دام انداختن هوای مرطوب در حد فاصل سطح آب و سایه‌بان، تبخیر را کاهش می‌دهند. برخلاف پوشش‌های شناور که روی آب قرار می‌گیرند، این سایه‌بان‌ها تماسی با آب ندارند و پس از بارندگی به سرعت خشک می‌شوند که این امر از تجمع خاک و رشد علف‌های هرز روی پوشش جلوگیری می‌کند.

این روش برای مخازن کوچک‌تر و استخرهای ذخیره آب کشاورزی بسیار کارآمد است و می‌تواند تا ۷۵ درصد از تبخیر جلوگیری کند. پارچه‌های سایه‌بان می‌توانند درصدهای مختلفی از نور UV را مسدود کنند. البته نصب کابل‌کشی‌های طولانی در سدهای عریض می‌تواند چالش‌برانگیز و پرهزینه باشد و این سازه‌ها باید در برابر طوفان‌های شدید مقاوم‌سازی شوند.

بادشکن‌ها و پوشش گیاهی

باد یکی از عوامل اصلی تسریع تبخیر سطحی است و ایجاد موانع در برابر آن می‌تواند نرخ هدررفت آب را تا حدود ۲۰ درصد کاهش دهد. کاشت درختان و درختچه‌ها در اطراف مخزن سد یا نصب دیوارهای بادشکن مصنوعی، جریان هوا را در سطح آب مختل می‌کند. تحقیق پژوهشگران ایرانی نشان می‌دهد که بادشکن‌های مصنوعی با تخلخل مناسب (حدود ۴۰ درصد) می‌توانند سرعت باد را کاهش دهند و تبخیر را در نواحی نزدیک به مانع کم کنند.

در استفاده از پوشش گیاهی طبیعی باید دقت زیادی به خرج داد. نکته بسیار مهم این است که درختان نباید مستقیماً روی دیواره یا تاج سد کاشته شوند، زیرا ریشه‌های آنها می‌تواند به ساختار سد آسیب جدی وارد کند و حتی باعث نشت آب شود. همچنین باید توجه داشت که خود گیاهان نیز آب مصرف می‌کنند، بنابراین باید گونه‌هایی انتخاب شوند که نیاز آبی کمی دارند و تعادل مثبتی در حفظ آب ایجاد کنند.

میکسرهای مکانیکی برای جلوگیری از تبخیر

اگرچه عجیب به نظر می‌رسد، اما استفاده از میکسرهای مکانیکی و سیستم‌های هوادهی می‌تواند به کاهش تبخیر کمک کند. در سدها، آب معمولاً لایه‌بندی می‌شود و لایه سطحی که در تماس مستقیم با نور خورشید است، گرم‌تر از لایه‌های زیرین می‌شود. آب گرم‌تر استعداد بیشتری برای تبخیر دارد. سیستم‌های اختلاط با گردش آب و مخلوط‌کردن لایه‌های سرد زیرین با لایه گرم سطحی، دمای کلی سطح آب را کاهش می‌دهند.

این کاهش دما در سطح، مستقیماً نرخ تبخیر را پایین می‌آورد. علاوه‌براین، جلوگیری از لایه‌بندی حرارتی و راکدماندن آب، به بهبود کیفیت آب و کاهش رشد جلبک‌های سمی نیز کمک زیادی می‌کند. این روش به‌ویژه در سدهایی که اختلاف دمای سطح و عمق زیاد است، کارایی بالایی دارد.

ذخیره‌سازی زیرزمینی به‌جای سدهای روباز

ذخیره آب در سفره‌های زیرزمینی یا ساخت سدهای زیرزمینی، روشی است که تبخیر را تقریباً به صفر می‌رساند. سدهای زیرزمینی با ایجاد دیواره‌های نفوذناپذیر در زیر بستر رودخانه‌ها یا آبخوان‌ها، جریان آب زیرزمینی را مسدود و مخزنی پنهان ایجاد می‌کنند. این روش علاوه‌بر حذف کامل تبخیر، از آلودگی آب و رشد جلبک‌ها و حشرات موذی نیز جلوگیری می‌کند.

این تکنیک که قدمتی چندهزار ساله دارد، امروزه با روش‌های مهندسی مدرن در کشورهایی مانند برزیل، ژاپن و هند اجرا می‌شود. اگرچه این روش نیازمند شرایط زمین‌شناسی خاصی است و نمی‌توان آن را در همه جا اجرا کرد، اما برای مناطق خشک و نیمه‌خشک یکی از پایدارترین روش‌های مدیریت منابع آب محسوب می‌شود. در این روش، زمین‌های بالای مخزن همچنان قابل استفاده برای کشاورزی یا سایر کاربری‌ها باقی می‌مانند.

طراحی مهندسی سد

شکل هندسی مخزن سد تأثیر مستقیمی بر میزان سطح تماس آب با هوا و در نتیجه میزان تبخیر دارد. سدهایی که عمیق و باریک طراحی می‌شوند، نسبت سطح به حجم کمتری دارند و در نتیجه آب کمتری را در اثر تبخیر از دست می‌دهند. در مقابل، مخازن کم‌عمق و وسیع بیشترین میزان هدررفت را تجربه می‌کنند.

علاوه‌بر طراحی اولیه، مدیریت سازه‌ای نیز مؤثر است. تقسیم‌کردن مخزن سد به چندین سلول به مدیران امکان می‌دهد تا آب را بین مخازن جابه‌جا کنند. با متمرکزکردن آب در یک سلول و خالی نگه داشتن سلول‌های دیگر، سطح تماس کلی آب با هوا کاهش می‌یابد و در نتیجه تبخیر کمتری رخ می‌دهد.

مدیریت هوشمند

در نهایت، یکی از مؤثرترین و کم‌هزینه‌ترین روش‌ها، مدیریت صحیح مصرف و نگهداری است. پایش دقیق سطح آب و نرخ تبخیر، تعمیر نشتی‌ها و استفاده از روش‌های آبیاری نوین در پایین‌دست سد، نیاز به ذخیره‌سازی طولانی‌مدت آب را کاهش می‌دهد. برداشت آب از خروجی‌های عمیق سد که دمای پایین‌تری دارند نیز برای مصارف پایین‌دست توصیه می‌شود. هرچه تقاضا برای آب ذخیره‌شده بهتر مدیریت شود و آب مدت‌زمان کمتری در سطح وسیع در معرض خورشید بماند، تلفات ناشی از تبخیر کمتر خواهد بود.