پديد آورنده :
مشايخ، عماد
عنوان :
تخمين تلفات تبخيري از مخازن كشاورزي و راندمان كاهش تبخير پوشش‌هاي شناور با استفاده ازمدل‌سازي مكانيكي و سنجش از دور
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مهندسي و مديريت منابع آب
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد راهنما :
ميلاد امين زاده، حميدرضا صفوي
توصيفگر ها :
پوشش هاي شناور , كاهش تبخير , مخازن كشاورزي , مدل سازي , سنجش از دور
استاد داور :
رامتين معيني، محمدحسين گل محمدي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/12/16
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/12/16
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Rapid population growth and projected climate change with frequent droughts intensify the fresh water demands and highlight protection of limited fresh water resources. With some estimates, half of the stored water in small reservoirs is lost via evaporation. Application of modular floating elements offers a simple and effective solution for suppression of evaporative losses. Study of evaporation rate and energy balance in partially covered water reservoirs is often limited to laboratory-scale experiments and theoretical investigations; hence, nuanced aspects of water and cover energy coupling and the effect of environmental factors in reservoirs-scale are often ignored. The present study aims to investigate evaporation rate and energy balance of water bodies in reservoir-scale with accounting for the important role of meteorological parameters. We thus measured evaporative loss, vertical water temperature profile, bottom heat transfers and variation of atmospheric forcing in a one-year period using two reservoirs (25 m2 surface area and 2 m depth) in Isfahan University of Technology. One of the reservoirs was covered with polystyrene discs (50 cm diameter and 5 cm thickness) and results were compared with uncovered reservoir. The covers significantly altered surface energy balance and stored energy in the water body. The results showed almost 75 suppressions in evaporation loss. Also, the leading study combining energy balance equations and mass transfer at the reservoir surface provides a physics-based framework for better prediction of evaporation losses to all effective factors including radiative and thermal properties of floating bodies, region climate and reservoir characteristics in evaporation loss calculations. After corresponding model results with field observations, the results were generalized and extended to the entire country of Iran using data from the MERRA2 meteorological model. The results indicate that floating elements perform quite differently in different various places and over time. They were often less efficient in places with a higher potential for evaporation. Calculating real evaporative losses needs correct data from agricultural reservoirsʹ seasonal storage. As such, the current study evaluated high-resolution multispectral satellite images (Sentinel-2 satellite) utilizing the Google Earth Engine system in order to ascertain the current state of agricultural lands in Iran. Over 100,000 tiny reservoirs with a total size of 480 square kilometers have been located across Iranʹs agricultural districts. Actual evaporation losses from the surface of these reservoirs were estimated at 620 million cubic meters during half of 2019 (from April to September), and it is predicted that if at least 90% of the surface of these reservoirs is covered by floating objects, at least 495 million cubic meters of evaporation can be avoided. However, worries about environmental and economic effects keep the usage of this method an intriguing and disputed topic, but the calculations performed in this work might aid in evaluating the practicality and viability of this technical option for increasing water savings.
استاد راهنما :
ميلاد امين زاده، حميدرضا صفوي
استاد داور :
رامتين معيني، محمدحسين گل محمدي
