تخمين تلفات تبخيري از مخازن كشاورزي و راندمان كاهش تبخير پوشش‌هاي شناور با استفاده ازمدل‌سازي مكانيكي و سنجش از دور

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

رشد جمعيت و تغييرات گسترده اقليمي كه معمولاً با تشديد خشكسالي‌ها همراه هستند، موجب افزايش روزافزون مصرف آب شيرين در نقاط مختلف جهان شده كه نياز به روش‌هاي محافظت از منابع محدود آب را بيش از پيش برجسته مي‌كند. بابرخي برآوردها، تبخير موجب هدر رفت تقريباً نيمي از حجم مخازني كه در نواحي خشك براي تأمين آب مورد نياز در فصول كم آب مورد استفاده قرار مي‌گيرند، مي‌شود. امروزه استفاده از اجسام شناور (بويژه در مقياس‌هاي كوچك) به‌عنوان روشي نسبتاً ساده و مؤثر در ميان روش‌هاي موجود براي حفاظت از مخازن آب در برابر تبخير شناخته مي‌شود. بررسي تبخير و تعادل انرژي در مخازني كه با اجسام شناور پوشانده شده‌اند اغلب محدود به مطالعات تجربي در مقياس آزمايشگاهي و مطالعات تئوري مي‌شود كه معمولاً در آن‌ها جنبه‌هاي كليدي تبادل انرژي ميان اجسام شناور و آب و نيز عوامل مؤثر محيطي در مقياس مخزن ناديده گرفته مي‌شوند. ازاينرو مطالعه حاضر به بررسي دقيق جريان تبخير و تعادل انرژي در سطوح آب پوشيده شده با اجسام شناور در مقياس مخزن و در حضور عوامل تأثيرگذار محيطي از جمله پارامترهاي هواشناسي پرداخته است. بدين منظور پارامترهاي كليدي ازجمله نرخ تبخير، تغييرات دماي آب در عمق، تبادل حرارت از كف، دماي پوشش‌ها به‌همراه پارامترهاي هواشناسي براي يك بازه يك ساله در دو مخزن با مساحت هر يك 25 مترمربع و عمق 2 متر در دانشگاه صنعتي اصفهان مورد بررسي قرار گرفت. سطح يكي از مخازن با پوشش‌هاي ديسكي پلي‌استايرني به قطر 50 و ضخامت 5 سانتي‌متر پوشانده شد و كليه نتايج با مخزن روباز به‌عنوان شاهد مقايسه گرديد. بررسي‌ها نشان داد حضور پوشش‌هاي شناور نقش قابل توجهي در كاهش انرژي ورودي به مخزن و افزايش تبادلات حرارتي با هوا نسبت به مخزن آزاد دارد. نتايج بدست آمده بيانگر بازدهي 75 درصدي پوشش‌هاي شناور در كاهش تلفات تبخيري است. همچنين مطالعه پيشرو با تركيب معادلات تعادل انرژي و انتقال جرم در سطح مخزن به ارائه چارچوبي مبتني بر فيزيك براي پيش‌بيني بهتر تلفات تبخيري پرداخته است؛ تا تمامي عوامل مؤثر از جمله خواص تابشي و حرارتي اجسام شناور، اقليم منطقه و مشخصات مخزن در محاسبات تلفات تبخير از مخزن پوشيده شده توسط اجسام شناور لحاظ گردد. يافته‌هاي مدل در لايه‌بندي حرارتي و دماي سطح مخازن با مشاهدات ميداني كاملاً تطابق داشت. همچنين نرخ تبخير روزانه مدل در مخازن سرپوشيده و آزاد بترتيب با RMSE 2/1 و 3/0 ميلي‌متر بر روز بدست آمد. سپس براي تعميم و گسترش نتايج مدل به محدوده مطالعاتي (كشور ايران) از داده‌هاي مدل هواشناسي MERRA2 بهره‌گرفته شد. نتايج بدست آمده بخوبي نشان مي‌دهد كه پوشش‌هاي شناور در مناطق مختلف راندمان كاهش تبخير متفاوتي دارند. به‌صورت كلي، پتانسيل تبخير منطقه با راندمان كاهش تبخير پوشش‌هاي شناور در همان منطقه رابطه عكس داشت. محاسبه حجم تلفات تبخيري نيازمند اطلاعات دقيقي از ذخيره‌سازي فصلي مخازن كشاورزي است. براين‌اساس، مطالعه پيشرو به تجزيه و تحليل تصاوير ماهواره‌اي چند طيفي با وضوح بالا (ماهواره سنتينل-2) با استفاده از سامانه گوگل ارث انجين جهت بررسي وضعيت فعلي مناطق كشاورزي در ايران پرداخته است. در سطح كل مناطق كشاورزي ايران، بيش از 100 هزار مخزن كوچك شناسايي شد كه با مساحت كل 480 كيلومتر مربع در حال بهره‌برداري هستند. تلفات تبخير از سطح اين مخازن حدود 620 ميليون متر مكعب در طي شش ماه دوم سال آبي 98-97 تخمين زده شد و پيش‌بيني مي‌شود در صورت پوشش حداقل 90 درصد از سطوح اين مخازن بوسيله اجسام شناور مي‌توان از تبخير حداقل 495 ميليون متر مكعب جلوگيري كرد. با اين وجود نگراني‌ها در مورد پيامدهاي زيست محيطي و برخي ملاحظات اقتصادي موجب شده تا استفاده از اين راهكار هنوز يك موضوع جذاب و قابل بحث باشد. اما محاسبات انجام شده در اين مطالعه مي‌تواند ارزيابي و امكان‌سنجي اين راه‌حل فني براي افزايش صرفه‌جويي در مصرف آب را ساده‌تر نمايد.

210483

مهندسي و مديريت منابع آب

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

رامتين معيني، محمدحسين گل محمدي

ميلاد امين زاده، حميدرضا صفوي