نشریه آب و توسعه پایدار
پیاپی 1 (پاییز و زمستان 1392)

یکی از زیرساخت های اساسی هر جامعه ای، تاسیسات تامین آب شرب و بهداشت می باشد. توسعه جوامع بدون اتکا به منابع آبی پایدار و مناسب امکان پذیر نبوده و با چالش های فراوانی روبرو خواهد بود. کشور ایران با توجه به روند رو به رشد توسعه در تمامی ابعاد، نیازمند اجرای طرح های تامین آب مورد نیاز بخش های شرب، بهداشت و صنایع بوده و از سوی دیگر با توجه به موقعیت جغرافیایی و اقلیمی کشور، با کمبود شدید منابع آبی نیز مواجه می باشد. به این ترتیب مدیریت صحیح منابع آبی در اختیار و همچنین تامین آب از روش های غیرمتعارف آب نظیر احداث تاسیسات نمک زدایی آب های شور و لب شور و همچنین بازچرخانی و استفاده مجدد آب، از رویکردهای اساسی و گزینه های گریزناپذیر برای آینده کشور می باشد. استفاده از رویکرد گسترش تاسیسات نمک زدایی برای تامین آب شرب و بهداشت و ماهیت این تاسیسات، زمینه حضور بخش خصوصی را به منظور سرمایه گذاری در احداث این تاسیسات فراهم آورده است. از این رو جذب و سرمایه گذاری بخش خصوصی در احداث تاسیسات نمک زدایی در قالب ترتیبات قراردادی، به عنوان یک راهکار از طریق شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور پی گیری و با پیش بینی قوانین و بسترهای مناسب جهت تحقق این هدف، طی سالیان اخیر، تجربه بسیار موفقی در این زمینه صورت پذیرفته است.

طی سال های اخیر در اثر تغییر اقلیم کره زمین و بروز خشکسالی ها و از طرفی افزایش جمعیت جهان مشکلاتی برای بشر در تامین آب و غذای مورد نیاز به وجود آمده است. بحران آب در کشورهایی همچون ایران که دارای اقلیم خشک و نیمه خشک هستند، جدی تر است. در واقع با توجه به منابع موجود و تقاضای فعلی، منابع آب موجود جوابگوی تامین نیاز آیندگان نخواهد بود. لذا توجه به شیوه های نوین تامین آب بسیار ضروری است. یکی از شیوه های متداول در جهان، توجه به آب مجازی و آبرانه محصولات و تجارت آب مجازی است. دراین مقاله مفهوم آب مجازی و آبرانه و مفاهیم مرتبط با آن از جمله بهره وری آب، آب تجدیدپذیر، الگوی مصرف خانوار و تعاریفی همچون برداشت، مصرف و آب برگشتی شرح گردیده و همچنین سعی شده تا این مفاهیم به صورت شماتیک و خلاصه شده در جداول و در عین حال به صورت جامع شرح داده شود. در نهایت به مشکلات و چالش های محاسبه آب مجازی در ایران و راهکارهای رفع آن اشاره شده است.

در شبکه های انتقال آب چگونگی استقرار لوله ها در ترانشه، متاثر از موقعیت مکانی، توپوگرافی مسیر و همچنین عوامل اقتصادی بوده که باید در طراحی این پروژه ها مد نظر قرار گیرد. ارزیابی رفتار این سازه های زیرزمینی و بررسی اثرات متقابل آن بر بستر اطراف لوله های مدفون در اثر بارگذاری های معمول، می تواند تحلیل مناسبی را برای انجام طراحی صحیح به مهندسین ناظر و طراحان این پروژه ها ارائه دهد. از این رو تعیین و تحلیل این مجاری و خطوط انتقال در اثر اعمال نیروهای موجود و تاثیرگذار در نشست و در پاره ای از مسائل تغییرشکل های جانبی امری ضروری می نماید. بدین منظور محدوده ای از طرح انتقال و توزیع آب سد دوستی به مشهد انتخاب گردید. سپس با احتساب بارگذاری های مختلف، مشخصه های لوله فولادی به کار رفته و مصالح پر کننده ترانشه، به بررسی نشست و تغییر شکل لوله و بستر آن توسط دو مدل عددی اجزای محدود Ansys و Plaxis پرداخته شد. میانگین جابجایی لوله در راستای قائم با پلاکسیس و انسیس بترتیب برابر 5/22 و 5/8 میلی متر شد. همچنین در مقطع مورد بررسی، لایه سطحی (آسفالت) 5 سانتی متر فرو نشست داشت. فرونشست سطحی با افزایش فشار داخلی لوله تا حد مجاز کاهش یافت. بدلیل مدل کردن بهتر اندرکنش سازه با خاک و نیروهای جانبی تاثیرگذار و در نظر گرفتن تغییر شکل های جانبی در جدار لوله، نتایج بدست آمده از مدل انسیس در مورد نشست کلی لوله و جناحین از پلاکسیس بهتر بوده و توصیه می شود در طراحی ها، نتایج این مدل لحاظ شود.

توسعه شهری به روش های کنونی، تاثیرات منفی فراوانی بر منابع آب و نیز بر اکولوژی شهری گذاشته و سبب شده محیط های شهری از اهداف توسعه پایدار فاصله بگیرند. در محدوده هیدرولوژی، مطالعات نشان می دهد که مدیریت آب باران در شهرها به روش سنتی تاثیرات منفی از جمله افزایش حجم رواناب ها و افزایش دبی های اوج را در پی داشته است. همچنین روش های سنتی مدیریت آب های شهری، با حذف پوشش گیاهی بومی و افزایش سطوح سخت، سطح سرانه فضای سبز شهری را تا حد زیادی کاهش داده است. مفهوم طراحی شهری حساس به آب طی دهه های اخیر در برخی کشورها از جمله استرالیا توسعه یافته است. این مفهوم به عنوان راهکاری پایدار در توسعه شهری، برای رفع بسیاری از مشکلات حاصل از روش های سنتی مدیریت چرخه آب از جمله افزایش سطوح سخت و کاهش فضای سبز شهری، نویدبخش بوده است. این مقاله به توصیف و بحث در مورد مفهوم طراحی شهری حساس به آب، اهداف و مقایسه آن با مفهوم سنتی در زمینه مدیریت چرخه آب در شهرها می پردازد. امید است که مقاله حاضر، به گسترش این مفهوم و ارزیابی آن برای توسعه شهری پایدار در ایران کمک نماید.

حذف نیترات از آب های آلوده یکی از مباحث مهم زیست محیطی است. در این تحقیق جذب نیترات توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت و برای تعیین عوامل موثر در جذب از سیستم ناپیوسته استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان داد بیشینه ظرفیت نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم برای جذب نیترات در pH برابر با 5، در زمان تماس 120 دقیقه می باشد. از مدل های تعادلی (لانگمویر و فروندلیچ) و غیر تعادلی (هو و همکاران و لاگرگرن) برای بررسی فرآیند جذب استفاده شد. ضرایب تبیین به دست آمده بین داده های اندازه گیری شده و مدل هو و همکاران (98/0=R2) و همچنین داده ها و مدل لاگرگرن (95/0=R2) نشان داد که مدل هو و همکاران داده های آزمایشگاهی را بهتر توصیف می کند. همچنین روابط مربوط به ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ برای جذب نیترات توسط نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم نشان داد، ایزوترم فروندلیچ (99/0=R2) نسبت به لانگمویر (91/0=R2) برای توصیف فرایند جذب مناسب تر بوده و مطابقت بیشتری با داده های آزمایشگاهی دارد.

امروزه مسئله پایش کیفیت آب در مراحل مختلف تولید ازاهمیت بالایی برخوردار است. پایش کیفیت آب در شبکه های توزیع به عنوان آخرین مرحله در فرایند تولید آب اهمیت ویژه ای دارد. دراین میان از روش های مختلفی جهت پایش شبکه استفاده می شود. در این مقاله معیارهای انتخاب نقاط ثابت نمونه برداری، مزایا و چالش های پیش روی آن، به همراه شرحی از کلیه فعالیت های انجام گرفته برای انتخاب نقاط نمونه برداری و پایش و بروزرسانی آن ها در شهر مشهد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده عملکرد بسیار مناسب این نقاط در بررسی روند تغییرات پارامترهای شیمیایی بود. ولی با توجه به وسعت شبکه و وجود تعداد زیاد چاه هایی که مستقیما به شبکه تزریق می شوند، پیشنهاد می شود برای پارامترهایی مانند کلر باقیمانده در شبکه (با توجه به اهمیت آن و تعداد آزمون مورد نیاز در سطح شبکه) تعداد نمونه برداری از نقاط تصادفی، حداقل دو برابر تعداد نمونه برداری از نقاط ثابت باشد. در خصوص آزمون میکروبی نیز، نمونه برداری از نقاط تصادفی حداقل برابر با تعداد نمونه برداری از نقاط ثابت صورت گیرد. این مقدار می تواند برای شبکه های مختلف متفاوت بوده و باید بصورت مجزا بررسی گردد.

با توجه به جایگاه آب های زیرزمینی به عنوان یکی از منابع آبی قابل استفاده و همچنین رو به کاهش، مطالعه و مدیریت مناسب بهره برداری از آن دارای اهمیت ویژه ای است. از طرفی مدیریت صحیح منابع آب مستلزم داشتن اطلاع از تغییرات مکانی سطح آب زیرزمینی در سطح حوضه مورد مطالعه می باشد. برای دست یابی به اطلاعات مورد نظر، میان یابی و پهنه بندی صحیح سطح ایستابی براساس تعداد مشخصی داده معلوم لازم است. در سال های اخیر استفاده از روش های میان یابی زمین آماری به دلیل دقت قابل قبولی که دارند رو به گسترش است. در مطالعه حاضر، دقت روش زمین آماری کریجینگ معمولی (OK)، وزن دهی عکس فاصله (IDW)، توابع پایه شعاعی (RBF) و چند جمله ای جهانی (GPI) برای تخمین سطح ایستابی مورد ارزیابی قرار گرفته است. داده های سطح ایستابی مربوط به تعداد 31 حلقه چاه واقع در دشت زاهدان که در سال 1390 برداشت شده اند، می باشد. برای ارزیابی روش ها از تکنیک اعتبارسنجی متقابل (cross-validation) با معیارهای آماری ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین انحراف خطا (MBE) استفاده شده است. براساس نتایج حاصل روش کریجینگ معمولی با مدل نیم تغییر نمای گوسی با m9/7 = RMSE و m97/0- = MBE به عنوان مناسب ترین روش جهت تخمین سطح ایستابی انتخاب شد. نقشه پهنه بندی سطح ایستابی در سطح منطقه حاکی از این است که مناطق جنوب و جنوب غرب نسبت به مناطق شمال و شمال شرق دارای سطح ایستابی بالاتری است.

رطوبت خاک متغیر کلیدی برای درک فرآیندهای هیدرولوژیکی و شار انرژی در سطح زمین می باشد. بنابراین پیش بینی دقیق آن در طرح های آبیاری، مدیریت زراعی، پیش بینی خشکسالی و سیل، مدیریت کیفیت آب و پیش بینی هوا و تغییر اقلیم اهمیت بالایی دارد. اما علیرغم اهمیت زیاد آن، اندازه گیری صحرایی با توجه به تغییرات زیاد زمانی- مکانی خصوصیات خاک و همچنین هزینه های بالای آن منطقی نیست. بر این اساس استفاده از مدل های فیزیکی به عنوان راهکاری برای رفع این مشکل مدنظر پژوهشگران قرار گرفت. در مطالعه حاضر، مدل مفهومی و نیمه توزیعی SWAT برای برآورد رطوبت خاک حوضه آبریز نومل مورد بررسی قرار گرفت. الگوریتم SUFI2، در بسته نرم افزاری SWAT-CUP برای واسنجی براساس رطوبت اندازه گیری شده و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAT در سطح حوضه استفاده شد. نتایج نشان داد که مقدار r-factor در اکثر زیرحوضه ها کمتر از 1 و در کل حوضه 01/1 و مقدارp-factor در زیرحوضه ها بین 50-99 درصد و در کل حوضه 90 درصد بودند. این مقادیر بیانگر واسنجی خوب رطوبت در حوضه و عدم قطعیت کم پیش بینی ها است. ضریب 2bR بعد از واسنجی 58 درصد بوده است که نشان دهنده دقت قابل قبول واسنجی مدل در حوضه است. براساس این نتایج می توان از مدل SWAT به عنوان ابزاری برای تخمین رطوبت خاک هم از نظر توزیع مکانی (در مقیاس زیرحوضه) و هم از نظر توزیع زمانی (در مقیاس روزانه) به همراه باند تخمین عدم قطعیت 95 درصد در مطالعات مربوط به آب و کشاورزی استفاده نمود.

سیستم های آبیاری تحت فشار از اقتصادی ترین روش ها در به کار بردن آب، کود و سایر مواد شیمیایی کشاورزی در زمان و مقدار مناسب است. یک راه اساسی جهت مدیریت بهینه آبیاری تحت فشار، خودکارسازی با استفاده از دستگاه هواشناسی کشاورزی اینترنتی است. مطالعه موردی، طرح شبکه آبیاری تحت فشار باغ مادری زیتون علی آباد منجیل با وسعت 105 هکتار در شهرستان رودبار واقع در استان گیلان است. هدف از انجام این مطالعه بررسی تاثیر خودکارسازی آبیاری تحت فشار بر کاهش مصرف در انرژی و آب می باشد. نتایج نشان داد که با استفاده از خودکارسازی در آبیاری تحت فشار مقدار 21750 مترمکعب آب در سال می توان ذخیره کرد. همچنین به میزان 52704 کیلو وات انرژی در سال کمتر استفاده شد که اگر هر کیلووات 120 تومان در نظر گرفته شود حداقل 6324480 تومان در سال در هزینه برق صرفه جویی خواهد شد.

آب در توسعه استان خراسان رضوی، مهمترین و در عین حال محدود کننده ترین عامل محسوب می شود. از یک طرف کاهش شدید منابع آب ناشی از بهره برداری های غیر مجاز و بی رویه، و از طرف دیگر رشد شدید تقاضا در بخش های مختلف مصرف، نقش این ماده حیاتی را در زمینه توسعه برجسته تر نموده است. در این مطالعه تعدادی شاخص مبتنی بر آب تجدیدپذیر برای بررسی تعادل کمی منابع آب حوضه آبریز قره قوم بکار رفته است. بر این اساس نسبت مصرف به آب تجدیدپذیر در حوضه آبریز معادل 24/1 برآورد شد؛ که با توجه به استاندارد، نشانه عدم تعادل در بیلان است. سرانه آب تجدیدپذیر (شاخص فالکن مارک) نیز در حوضه آبریز معادل (نفر/m3)562 بدست آمده است که نشان دهنده ناکافی بودن آب مورد نیاز برای پشتیبانی توسعه پایدار می باشد. متوسط نیاز آبی خالص الگوی کشت موجود در این حوضه حدود 8852 متر مکعب در هکتار است، در حالی که مقدار آب تجدیدپذیر به ازای هر هکتار از اراضی فاریاب حوضه آبریز قره قوم فقط 6551 متر مکعب می باشد. در نتیجه به شرط تخصیص تمامی آب تجدیدپذیر برای آبیاری، حداکثر 74 درصد اراضی فاریاب فعلی آب مورد نیاز برای آبیاری را در اختیار خواهند داشت. در مجموع توسعه فعلی حوضه آبریز قره قوم منجر به عدم تعادل منابع آب حوضه گشته و ناپایدار خواهد بود. وقوع خشکسالی طولانی مدت در این شرایط می تواند برای ادامه حیات ساکنین منطقه بسیار مخاطره آمیز باشد. پایداری توسعه در ارتباط با منابع آب منوط به بازیابی تعادل و سپس مصرف بهینه آب در تمام بخش های مصرف، به ویژه در بخش کشاورزی، خواهد بود.

کشاورزی حفاظتی به مجموعه ای از اقدامات شامل نگهداری مقدار مناسبی از بقایای گیاهی در سطح خاک، رعایت تناوب زراعی مناسب و کاهش هر چه بیشتر عملیات خاک ورزی گفته می شود که سبب صرفه جویی در زمان و انرژی و تقویت منابع آب و خاک می شود. از جمله اثرات کشاورزی حفاظتی که می تواند بر هیدرولیک روش های آبیاری سطحی موثر باشد، تغییر در ضریب زبری و نفوذپذیری خاک است. در این پژوهش از جمع بندی نتایج بررسی ها، مقدار افزایش ضریب زبری و شدت نفوذ آب در خاک به ترتیب 35 و 25 درصد در شرایط کشاورزی حفاظتی تخمین زده شد. نتایج شبیه سازی آبیاری سطحی در شرایط کشاورزی حفاظتی با مدل SIRMOD نشان داد زمان پیشروی آب به طور متوسط 2/37 درصد نسبت به کشاورزی مرسوم افزایش می یابد. این افزایش را می توان به دلیل بالا رفتن ضریب زبری ناشی از وجود بقایای گیاهی در سطح مزرعه دانست. تغییر شیوه خاک ورزی از مرسوم به حفاظتی باعث تغییر در راندمان کاربرد و راندمان آبیاری نشد. یکنواختی توزیع آب در مزرعه به خاطر استفاده از شیوه کشاورزی حفاظتی 9 درصد کاهش نشان داد. کشاورزی حفاظتی باعث 36 درصد کاهش در تلفات رواناب انتهایی شد که مزیت قابل توجه این شیوه می باشد. از طرف دیگر کشاورزی حفاظتی به طور متوسط نفوذ عمقی آب به زیر منطقه توسعه ریشه را 54 درصد افزایش داد.

چرا ارزیابی آب بدون درآمد (NRW) برای شرکت های آب و فاضلاب مهم تلقی می شود؟ عموما عقیده بر این است که در همه شرکت های آب و فاضلاب، آب بدون درآمد بخشی از آب تزریق شده به شبکه را تشکیل می دهد، اما صرفا داشتن مقدار آن جهت درک مشکلات شرکت های آب و فاضلاب و طرح یک برنامه ریزی و استراتژی اساسی برای کاهش این میزان هدررفت کفایت نمی کند. بنابراین روش ها و ابزارهایی لازم است تا در جهت کمک و پایه گذاری یک نقطه شروع در این خصوص عمل نماید. در این مقاله سعی بر این است تا خلاصه ای از اصطلاحات و روش شناسی آب بدون درآمد ارائه شود.