سدها برای مدیریت منابع آبی اهمیت زیادی دارند و آب مورد نیاز برای کشاورزی، شرب و تولید برق را تأمین می کنند. بااین حال، یکی از بزرگ ترین مسائلی که مخازن آب با آن روبه رو هستند، تبخیر سطحی است که حجم عظیمی از آب شیرین را به بخار تبدیل می کند. با گرم تر شدن کره زمین و افزایش تنش های آبی، استفاده از استراتژی ها و تکنیک های نوین برای به حداقل رساندن این تلفات ضروری است. در ادامه به بررسی جامع ترین و مؤثرترین روش های موجود در جهان برای مقابله با تبخیر آب سدها می پردازیم.

پوشش های شناور یکی از مؤثرترین روش ها برای کاهش تبخیر هستند و می توانند تا 90 درصد از هدررفت آب جلوگیری کنند. این پوشش ها با ایجاد یک مانع فیزیکی مستقیم بین سطح آب و اتمسفر، مانع از برخورد مستقیم نور خورشید و وزش باد به سطح آب می شوند. انواع مختلفی از این پوشش ها وجود دارد که شامل پوشش های ورقه ای یکپارچه و سیستم های مدولار می شود. در سیستم های یکپارچه از ورقه های ژئوممبران مقاوم در برابر اشعه UV استفاده می شود که توسط سیستم های سنگین کننده در جای خود محکم می شوند تا باد آنها را جابه جا نکند.

در مقابل، سیستم های مدولار شامل هزاران قطعه پلاستیکی شناور (مانند توپ های سیاه یا قطعات شش ضلعی) هستند که به طور آزادانه روی آب شناور می شوند. این سیستم ها علاوه بر کاهش تبخیر، اجازه ورود آب باران به داخل سد را می دهند که مزیت بزرگی نسبت به ورقه های نفوذناپذیر است. همچنین توپ های سیاه پلاستیکی با جلوگیری از نفوذ نور، رشد جلبک ها را متوقف و کیفیت آب را حفظ می کنند، هرچند که ممکن است تبادل اکسیژن را تا حدی محدود کنند.

پنل های فتوولتاییک شناور (FPV) نه تنها برق تولید می کنند، بلکه با ایجاد سایه روی آب، نرخ تبخیر را به طور چشمگیری کاهش می دهند. این سیستم ها شامل آرایه هایی از پنل های خورشیدی هستند که روی سازه های شناور نصب می شوند. تحقیقات نشان داده است که این روش می تواند تا حدود 40 تا 50 درصد از تبخیر آب در نواحی پوشیده شده جلوگیری کند. نکته جالب اینجاست که آب موجود در زیر پنل ها باعث خنک شدن تجهیزات می شود و راندمان تولید برق را بین 5 تا 15 درصد افزایش می دهد.

این تکنولوژی به ویژه برای مناطق خشک و گرم مناسب است، زیرا از فضای موجود روی سطح سد بهره می برد و نیازی به اشغال زمین های ارزشمند خشکی ندارد. هرچند هزینه های اولیه نصب و چالش های مهندسی مانند مهارکردن پنل ها در برابر باد و امواج وجود دارد، اما مزیت دوگانه تولید انرژی و حفظ آب، آن را به گزینه ای جذاب تبدیل کرده است.

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

بااین حال، بزرگ ترین ضعف این روش حساسیت بالای آن به باد است. حتی وزش بادهای ملایم می تواند یکپارچگی لایه شیمیایی را از بین ببرد و اثر آن را خنثی کند. به همین دلیل، این روش نیازمند تمدید مداوم مواد شیمیایی (هر 2 تا 4 روز یک بار) است که هزینه های جاری را افزایش می دهد. محققان همچنان درحال کار روی ترکیبات پلیمری جدیدی هستند که مقاومت بیشتری در برابر باد و امواج داشته باشند.

سایه بان 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 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 سایه بان، تبخیر را کاهش می دهند. برخلاف پوشش های شناور که روی آب قرار می گیرند، این سایه بان ها تماسی با آب ندارند و پس از بارندگی به سرعت خشک می شوند که این امر از تجمع خاک و رشد علف های هرز روی پوشش جلوگیری می کند.

این روش برای مخازن کوچک تر و استخرهای ذخیره آب کشاورزی بسیار کارآمد است و می تواند تا 75 درصد از تبخیر جلوگیری کند. پارچه های سایه بان می توانند درصدهای مختلفی از نور UV را مسدود کنند. البته نصب کابل کشی های طولانی در سدهای عریض می تواند چالش برانگیز و پرهزینه باشد و این سازه ها باید در برابر طوفان های شدید مقاوم سازی شوند.

باد یکی از عوامل اصلی تسریع تبخیر سطحی است و ایجاد موانع در برابر آن می تواند نرخ هدررفت آب را تا حدود 20 درصد کاهش دهد. کاشت درختان و درختچه ها در اطراف مخزن سد یا نصب دیوارهای بادشکن مصنوعی، جریان هوا را در سطح آب مختل می کند. تحقیق پژوهشگران ایرانی نشان می دهد که بادشکن های مصنوعی با تخلخل مناسب (حدود 40 درصد) می توانند 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 ریشه های آنها می تواند به ساختار سد آسیب جدی وارد کند و حتی باعث نشت آب شود. همچنین باید توجه داشت که خود گیاهان نیز آب مصرف می کنند، بنابراین باید گونه هایی انتخاب شوند که نیاز آبی کمی دارند و تعادل مثبتی در حفظ آب ایجاد کنند.

اگرچه عجیب به نظر می رسد، اما استفاده از میکسرهای مکانیکی و سیستم های هوادهی می تواند به کاهش تبخیر کمک کند. در سدها، آب معمولاً لایه بندی می شود و لایه سطحی که در تماس مستقیم با نور خورشید است، گرم تر از لایه های زیرین می شود. آب گرم تر استعداد بیشتری برای تبخیر دارد. سیستم های اختلاط با گردش آب و مخلوط کردن لایه های سرد زیرین با لایه گرم سطحی، دمای کلی سطح آب را کاهش می دهند.

این کاهش دما در سطح، مستقیماً نرخ تبخیر را پایین می آورد. علاوه براین، جلوگیری از لایه بندی حرارتی و راکدماندن آب، به بهبود کیفیت آب و کاهش رشد جلبک های سمی نیز کمک زیادی می کند. این روش به ویژه در سدهایی که اختلاف دمای سطح و عمق زیاد است، کارایی بالایی دارد.

ذخیره آب در سفره های زیرزمینی یا ساخت سدهای زیرزمینی، روشی است که تبخیر را تقریباً به صفر می رساند. سدهای زیرزمینی با ایجاد دیواره های نفوذناپذیر در زیر بستر رودخانه ها یا آبخوان ها، جریان آب زیرزمینی را مسدود و مخزنی پنهان ایجاد می کنند. این روش علاوه بر حذف کامل تبخیر، از آلودگی آب و رشد جلبک ها و حشرات موذی نیز جلوگیری می کند.

این تکنیک که قدمتی چندهزار ساله دارد، امروزه با روش های مهندسی مدرن در کشورهایی مانند برزیل، ژاپن و هند اجرا می شود. اگرچه این روش نیازمند شرایط زمین شناسی خاصی است و نمی توان آن را در همه جا اجرا کرد، اما برای مناطق خشک و نیمه خشک یکی از پایدارترین روش های مدیریت منابع آب محسوب می شود. در این روش، زمین های بالای مخزن همچنان قابل استفاده برای کشاورزی یا سایر کاربری ها باقی می مانند.

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 می شوند، نسبت سطح به حجم کمتری دارند و در نتیجه آب کمتری را در اثر تبخیر از دست می دهند. در مقابل، مخازن کم عمق و وسیع بیشترین میزان هدررفت را تجربه می کنند.

علاوه بر طراحی اولیه، مدیریت سازه ای نیز مؤثر است. تقسیم کردن مخزن سد به چندین سلول به مدیران امکان می دهد تا آب را بین مخازن جابه جا کنند. با متمرکزکردن 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 رخ می دهد.

در نهایت، یکی از مؤثرترین و کم هزینه ترین روش ها، مدیریت صحیح مصرف و نگهداری است. پایش دقیق سطح آب و نرخ تبخیر، تعمیر نشتی ها و استفاده از روش های آبیاری نوین در پایین دست سد، نیاز به ذخیره سازی طولانی مدت آب را کاهش می دهد. برداشت آب از خروجی های عمیق سد که دمای پایین تری دارند نیز برای مصارف پایین دست توصیه می شود. هرچه تقاضا برای آب ذخیره شده بهتر مدیریت شود و آب مدت زمان کمتری در سطح وسیع در معرض خورشید بماند، تلفات ناشی از تبخیر کمتر خواهد بود.