سدها برای مدیریت منبع های آبی اهمیت بسیاری دارند و آب مورد نیاز برای کشاورزی، شرب و تشکیل برق را فراهم می‌کنند. بااین‌حال، یکی از بزرگ‌ترین مسائلی که مخازن آب با آن مواجه می باشند، تبخیر سطحی است که حجم عظیمی از آب شیرین را به بخار تبدیل می‌کند. با گرم‌تر شدن کره زمین و افزایش تنش‌های آبی، منفعت گیری از استراتژی‌ها و تکنیک‌های نوین برای به حداقل رساندن این تلفات الزامی است. در ادامه به بازدید جامع‌ترین و مؤثرترین راه حلهای حاضر در جهان برای مقابله با تبخیر آب سدها می‌پردازیم.

پوشش‌های شناور برای جلوگیری از تبخیر آب سدها

پوشش‌های شناور یکی از مؤثرترین راه حلها برای افت تبخیر می باشند و می‌توانند تا ۹۰ درصد از هدررفت آب جلوگیری کنند. این پوشش‌ها با تشکیل یک مانع فیزیکی مستقیم بین سطح آب و اتمسفر، مانع از برخورد مستقیم نور خورشید و وزش باد به سطح آب خواهد شد. 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 منفعت گیری می‌شود که توسط سیستم‌های سنگین‌کننده در جای خود محکم خواهد شد تا باد آنها را جابه‌جا نکند.

در روبه رو، سیستم‌های مدولار شامل هزاران قطعه پلاستیکی شناور (همانند توپ‌های سیاه یا قطعات شش‌ضلعی) می باشند که به‌طور آزادانه روی آب شناور خواهد شد. این سیستم‌ها علاوه‌بر افت تبخیر، اجازه ورود آب باران به داخل سد را خواهند داد که مزیت بزرگی نسبت به ورقه‌های نفوذناپذیر است. این چنین توپ‌های سیاه پلاستیکی با جلوگیری از نفوذ نور، رشد جلبک‌ها را متوقف و کیفیت آب را نگه داری می‌کنند، هرچند که امکان پذیر تبادل اکسیژن را تا حدی محدود کنند.

پنل‌های خورشیدی شناور

پنل‌های فتوولتائیک شناور (FPV) نه‌تنها برق تشکیل می‌کنند، بلکه با تشکیل سایه روی آب، نرخ تبخیر را به‌طور چشمگیری افت خواهند داد. این سیستم‌ها شامل آرایه‌هایی از پنل‌های خورشیدی می باشند که روی سازه‌های شناور نصب خواهد شد. تحقیقات نشان داده است که این روش می‌تواند تا نزدیک به ۴۰ تا ۵۰ درصد از تبخیر آب در نواحی پوشیده‌شده جلوگیری کند. مسئله دلنشین اینجاست که آب حاضر در زیر پنل‌ها علتخنک‌شدن تجهیزات می‌شود و راندمان تشکیل برق را بین ۵ تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهد.

این تکنولوژی به‌اختصاصی برای مناطق خشک و گرم مناسب است، چون از فضای حاضر روی سطح سد منفعت می‌برد و نیازی به اشغال زمین‌های مورد قیمت خشکی ندارد. هرچند هزینه‌های اولیه نصب و چالش‌های مهندسی همانند مهارکردن پنل‌ها در برابر باد و امواج وجود دارد، اما مزیت دوگانه تشکیل انرژی و نگه داری آب، آن را به گزینه‌ای دلنشین تبدیل کرده است.

لایه‌های شیمیایی نامرئی

منفعت گیری از تک‌لایه‌های شیمیایی روشی است که در آن لایه‌ای به ضخامت یک مولکول از ترکیبات خاص (همانند الکل‌های زنجیر بلند یا کلسیم منیزیم استات) روی سطح آب پخش می‌شود تا مانع خروج مولکول‌های آب شود. این لایه‌ها نامرئی و زیست‌تخریب‌پذیر می باشند و می‌توانند به‌صورت خودکار روی سطح پخش شوند. در شرایط آزمایشگاهی، این مواد توانسته‌اند تا ۴۰ درصد تبخیر را افت 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 تاثییر آن را خنثی کند. به همین علت، این روش نیازمند تمدید مداوم مواد شیمیایی (هر ۲ تا ۴ روز یک‌بار) است که هزینه‌های جاری را افزایش می‌دهد. محققان هم چنان درحال کار روی ترکیبات پلیمری جدیدی می باشند که مقاومت بیشتری در برابر باد و امواج داشته باشند.

سایه‌بان‌های معلق

سایه‌بان‌های معلق که طبق معمولً با کابل‌های فولادی و پارچه‌های مخصوص روی سطح آب نصب خواهد شد، اجازه خواهند داد باران به راحتی داخل 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 افت خواهند داد. برخلاف پوشش‌های شناور که روی آب قرار می‌گیرند، این سایه‌بان‌ها تماسی با آب ندارند و بعد از بارندگی به شدت خشک خواهد شد که این کار از تجمع خاک و رشد علف‌های هرز روی پوشش جلوگیری می‌کند.

این روش برای مخازن کوچک‌تر و استخرهای ذخیره آب کشاورزی زیاد کارآمد است و می‌تواند تا ۷۵ درصد از تبخیر جلوگیری کند. پارچه‌های سایه‌بان می‌توانند درصدهای مختلفی از نور UV را مسدود کنند. یقیناً نصب کابل‌کشی‌های طویل 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 مهم تسریع تبخیر سطحی است و تشکیل مانع ها در برابر آن می‌تواند نرخ هدررفت آب را تا نزدیک به ۲۰ درصد افت 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 مشخص می کند که بادشکن‌های مصنوعی با تخلخل مناسب (نزدیک به ۴۰ درصد) می‌توانند شدت باد را افت دهند و تبخیر را در نواحی نزدیک به مانع کم کنند.

در منفعت گیری از پوشش گیاهی طبیعی باید دقت بسیاری به خرج داد. مسئله زیاد مهم این است که درختان نباید مستقیماً روی دیواره یا تاج سد کاشته شوند، چون ریشه‌های آنها می‌تواند به ساختار سد صدمه جدی داخل کند و حتی علتنشت آب شود. این چنین باید دقت داشت که خود گیاهان نیز آب مصرف می‌کنند، به این علت باید گونه‌هایی انتخاب شوند که نیاز آبی مقداری دارند و اعتدال مثبتی در نگه داری آب تشکیل کنند.

میکسرهای مکانیکی برای جلوگیری از تبخیر

اگرچه شگفت به نظر می‌رسد، اما منفعت گیری از میکسرهای مکانیکی و سیستم‌های هوادهی می‌تواند به افت تبخیر پشتیبانی کند. در سدها، آب طبق معمولً لایه‌بندی می‌شود و لایه سطحی که در تماس مستقیم با نور خورشید است، گرم‌تر از لایه‌های زیرین می‌شود. آب گرم‌تر توانایی بیشتری برای تبخیر دارد. سیستم‌های اختلاط با گردش آب و مخلوط‌کردن لایه‌های سرد زیرین با لایه گرم سطحی، دمای کلی سطح آب را افت خواهند داد.

این افت دما در سطح، مستقیماً نرخ تبخیر را پایین می‌آورد. علاوه‌براین، جلوگیری از لایه‌بندی حرارتی و راکدماندن آب، به بهبود کیفیت آب و افت رشد جلبک‌های سمی نیز پشتیبانی بسیاری می‌کند. این روش به‌اختصاصی 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 تشکیل دیواره‌های نفوذناپذیر در زیر بستر رودخانه‌ها یا آبخوان‌ها، جریان آب زیرزمینی را مسدود و مخزنی نهان تشکیل 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 راه حلهای مهندسی مدرن در کشورهایی همانند 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 راه حلهای مدیریت منبع های آب محسوب می‌شود. در این روش، زمین‌های بالای مخزن هم چنان قابل منفعت گیری برای کشاورزی یا دیگر کاربری‌ها باقی می‌همانند.

طراحی مهندسی سد

شکل هندسی مخزن سد تأثیر مستقیمی بر مقدار سطح تماس آب با هوا و در نتیجه مقدار تبخیر دارد. سدهایی که عمیق و باریک طراحی خواهد شد، نسبت سطح به حجم کمتری دارند و در نتیجه آب کمتری را در تاثییر تبخیر از دست خواهند داد. در روبه رو، مخازن کم‌عمق و گسترده بیشترین مقدار هدررفت را توانایی 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 افت می‌یابد و در نتیجه تبخیر کمتری رخ می‌دهد.

مدیریت هوشمند

در نهایت، یکی از مؤثرترین و کم‌هزینه‌ترین راه حلها، مدیریت صحیح مصرف و نگهداری است. پایش دقیق سطح آب و نرخ تبخیر، تعمیر نشتی‌ها و منفعت گیری از راه حلهای آبیاری نوین در پایین‌دست سد، نیاز به ذخیره‌سازی طویل‌زمان آب را افت می‌دهد. برداشت آب از خروجی‌های عمیق سد که دمای پایین‌تری دارند نیز برای مصارف پایین‌دست پیشنهاد می‌شود. هرچه تقاضا برای آب ذخیره‌شده بهتر مدیریت شود و آب زمان‌زمان کمتری در سطح گسترده در معرض خورشید بماند، تلفات ناشی از تبخیر کمتر خواهد می بود.