اهميت آب
«و الله انزل من السماء ماء فاحيا به الارض بعد موتها ان في ذلك لايه لقوم يسمعون».
سوره مباركه نحل ـ آيه 65
«و خداوند از آسمان ها باران را فرستاد تا زميني را پس از مرگ زنده گرداند و البته در اين كار آياتي است براي آنان كه سخن حق را مي شنوند.»
آب مهم ترين ماده حيات و آباداني است. اين ماده سرآغاز حيات و جزء اصلي تمام موجودات زنده است. براساس نظريه تكامل، آب، متان و آمونياك تركيبات اصلي اوليه موجود در جو زمين هستند كه عامل توليد نخستين آمينو اسيد مي باشند. اين جسم به عنوان نقطه آغازين حيات جانوري شناخته مي شود.
درصد بالايي از جرم هر سلول زنده را آب تشكيل مي دهد. آب بخش عمده اي از شكبه وسيع سلولي بدن انسان را تشكيل مي دهد و بدون وجود آب حياتي نخواهد بود. در تمدن بشري آب اهميت ويژه اي دارد. در ايران باستان آب را يكي از چهار ركن اساسي (آب، خاك، باد و آتش) مي دانستند.
در قرآن كريم پنجاه و شش آيه در مورد پيدايش و اهميت آب و وابستگي حيات به اين ماده ارزشمند آورده شده است.
آب يكي از فراوان ترين مواد موجود در كره زمين است و يگانه ماده اي است كه به صورت طبيعي در شكل هاي جامد (يخ)، مايع و گاز (بخار آب) وجود دارد. آشاميدن و رفع نيازهاي فردي نخستين نگرش بشر به آب بوده است.
تاريخچه استفاده از آب و مهندسي آب به زمان باستان و ايجاد نخستين زندگي گروهي بشر باز مي گردد. نخستين شهرها در تمدن باستان در كنار رودخانه ها و درياچه هاي تشكيل شد روش هاي آب رساني و آبياري به وجود آمد كه در اين ميان دسترسي به منابع آب اهميت ويژه اي براي حيات بشر از دو ديدگاه كمي و كيفي داشته است.
انسان ها در ابتدا بيشتر به كميت آب توجه داشتند، هر چند كه در آن عصر آب هاي موجود از كيفيت نسبي بالايي برخوردار بودند و آلودگي هاي آب ناشي از رشد صنعت و غيره وجود نداشت.
با توجه به كمبود منابع آب، ارزش اين ماده حياتي در ايران زمين شناخته شده بود. هردوت و گزنفون در اين باره قلم فرسايي نموده اند كه ايرانيان هيچ چيز آلوده و كثيفي را در آب نمي ريزند و در پاك نگاه داشتن آب و خاك مراقبت مي نمايند.
ساخت كانال هاي آبياري در شش هزار سال پيش در تپه هاي سيالك كاشان، ساخت سدهاي سكامي و لاكوريان در بلوچستان با سابقه چهار هزار سال پيش و طراحي قنات ها و ساخت آن در سه هزار سال پيش نشان دهنده اهميت اين ماده ارزشمند و توانمندي ايرانيان در مهندسي و طراحي امور آب بوده است.
درعصر جديد نيز ارائه خواص فيزيكي آب توسط لئوناردو داوينچي، شناسايي عناصر تشكيل دهنده آب توسط پريستلي و لاووازيه و تعيين ارتباط بين بيماري وبا و آب چاه ها موجب زمينه سازي دانش هاي جديد و نظام مهندسي گوناگون در زمينه هاي آب و فاضلاب گرديد.
اگر كره زمين از ارتفاع بالا نگريسته شود، به شكل كره اي آبي رنگ مشاهده مي شود. زيرا بخش بزرگي از سطح آن را اقيانوس ها و درياها فرا گرفته است. از 510 ميليون كيلومتر مربع سطح زمين 361 ميليون كيلومتر مربع آن با آب پوشيده است.
1ـ 1 منابع آب
منابع گوناگوني براي تأمين آب وجود دارد. از نظر مقدار حجم 2/97 درصد از آب هاي موجود در سياره زمين در اقيانوس ها و درياها انباشته شده اند و فقط 8/2 درصد از آب ها به شكل رودخانه ها، يخچال ها، آب موجود در اتمسفر، آب موجود در خاك ها و سفره هاي آب زيرزميني مي باشند.
جدول 1ـ 1 تركيب درصد منابع آب (به جز آب اقيانوس ها و درياها) كره زمين
|
منبع آب
|
درصد
|
|
يخچال ها
|
15/2
|
|
سفره هاي زيرزميني
|
62/0
|
|
آب درياچه هاي شيرين
|
009/0
|
|
آب درياچه هاي شور مانداب ها
|
008/0
|
|
آب درون خاك
|
005/0
|
|
اتمسفر
|
001/0
|
|
رودها
|
0001/0
|
1ـ 1ـ 1 آب هاي جوّي
اين آب ها به صورت ابر در محيط وجود دارند و به صورت باران و برف و تگرگ بارش نموده و به سطح زمين مي رسند. اين آب توسط انرژي خورشيدي از تبخير منابع سطحي آب مانند اقيانوس ها به وجود مي آيد.
بخارهاي به وجود آمده به صورت توده هاي ابر فشرده مي شوند و در اثر باد جابه جا مي شوند. آب تشكيل دهنده آب هاي جوي تقريباً خالص است و در اثر بارش آلودگي ها و گرد و غبار هوا را حذف مي كند. باران و برف باريده شده منابع تازه اي از آب را به وجود مي آورند.
1ـ 1ـ2 آب اقيانوس ها
آب در ابتدا كره زمين را پوشانيده بود. با ظاهر شدن خشكي ها آب هاي سطح زمين تشكيل اقيانوس ها را دادند. بخشي از آب اقيانوس ها در دو قطب به صورت انبوهي از يخ مي باشد و بخشي از آب اقيانوس ها در اثر تبخير تبديل به آب هاي جوي مي شوند.
آب اقيانوس ها و درياها داراي ناخالصي هاي زيادي است و براي مصرف آشاميدن، كشاروزي و صنعتي مناسب نيست.
1ـ آب هاي سطحي
بخشي از بارش هاي برف و باران آب هاي سطحي را تشكيل مي دهند. آب هاي سطحي به صورت نهر، رودخانه و درياچه ها مي باشند. لذا اين آب براي موارد شرب، كشاورزي و صنعتي استفاده مي شود.
بخشي از اين آب توسط كانال هاي آب به محل هاي ذخيره آب مانند سدها و آبگيرها هدايت مي شود. نوع و ميزان مواد موجود در آب هاي سطحي بستگي به مسير عبور آب دارد. علاوه بر اين، آب هاي مورد استفاده قرار گرفته به صورت پساب هاي صنعتي و فاضلاب هاي خانگي مي توانند سبب آلودگي بيشتر آب هاي سطحي شوند.
كيفيت آب هاي سطحي از لحاظ مقدار مواد محلول و معلق به دليل سيلابي و طوفاني شدن و تغيير دما در طي فصل هاي مختلف سال متغيير است ولي به طور كلي كدر بودن آلودگي آب هاي سطحي بيشتر از آب هاي زير زميني است.
1ـ1ـ 4 آب هاي زير زميني
بشر از ديرباز به وجود منابع آب هاي زيرزميني پي برده است و از آن استفاده
مي نمايد. منبع اصلي تأمين آب بارش هاي جوي است كه از ميان ذرات خاك و سنگ عبور مي كند. بخشي از آب اين منبع مانند چشمه ها و چاه هاي آرتزين به طور طبيعي در سطح زمين در اختيار قرار مي گيرد و بخش ديگري از آب اين منبع در اثر حفاري و تأمين مسير عبور آب مانند قنات ها و چاه ها در اختيار قرار مي گيرد.
مي نمايد. منبع اصلي تأمين آب بارش هاي جوي است كه از ميان ذرات خاك و سنگ عبور مي كند. بخشي از آب اين منبع مانند چشمه ها و چاه هاي آرتزين به طور طبيعي در سطح زمين در اختيار قرار مي گيرد و بخش ديگري از آب اين منبع در اثر حفاري و تأمين مسير عبور آب مانند قنات ها و چاه ها در اختيار قرار مي گيرد.
آب هاي زير زميني نيز مانند آب هاي سطحي در جريان اند و حركت آن با توجه به وضع زمين شناسي منطقه است. در آب هاي زيرزميني مقدار مواد معلق بسيار ناچيز مي باشد ولي به طور كلي مقدار مواد محلول معدني آن به طور معمول از آب هاي سطحي بالاتر ولي مقدار مواد آلي و مواد معلق آن كمتر است.
1ـ 1ـ 5 آب هاي اصلاح شده
افز ايش مصرف آب به دليل گسترش جوامع بشري سبب كاهش منبع آب گرديده است و در نتيجه فاضلاب ها و پساب ها نيز به همان ميزان افزايش يافته است. آب هاي مورد استفاده قرار گرفته شده در بسياري از مناطق جهان به عنوان يك منبع آب به مراتب مورد استفاده قرار مي گيرد. مصارف مختلفي را براي اين گونه آب ها مي توان متصور شد و با توجه به نوع مصرف، نوع و ميزان تصفيه مختلف است. موارد زير برخي از كاربردهاي اين گونه آب ها را مشخص مي سازد.
الف) مصارف آبياري پارك ها، كشتزارها، باغات و مناظر طبيعي.
ب) استفاده مجدد صنعتي
پ) تزريق به آب هاي زيرزميني.
ت) افزايش باتلاق ها و مرداب ها به منظور مرطوب نگه داشتن سطح زمين و حفظ مناظر طبيعي.
هم اكنون در بسياري از نقاط جهان از پساب براي آبياري استفاده مي شود. در كاليفرنيا بيش از چهل ميليون متر مكعب از اين گونه آب ها براي آبياري چراگاه ها و زمين هاي كشاورزي براي توليد محصولاتي مانند يونجه، كتان، جو و چغندر قند با اطمينان استفاده مي گردد ولي در مورد تغذيه سفره هاي آب زير زميني توسط اين گونه آب ها بايستي مطالعات و دقت لازم به عمل آيد تا از لحاظ بهداشتي مشكلاتي را براي انسان به وجود نياورد.
متخصصين بهداشت در مورد تركيبات و موجودات زنده پساب ها و فاضلاب ها و توانمندي انسان در كاهش اين تركيبات نگراني هاي زيادي دارند. اين موضوع با افزايش مقدار و تنوع مواد شيميايي و سمي، اهميت و حساسيت بيشتري مي يابد.
فرآيند بازيافت پساب ها و فاضلاب ها بايد مناسب با كاربرد آب هاي اصلاح شده باشد. با توجه به نوع و ميزان تصفيه به عمل آمده، هزينه ها در يك دامنه وسيع تغيير مي كند. بيشترين هزينه اصلاح و تصفيه آب به منظور مصرف هاي عمومي مي باشد كه در آن بايستي، از روش هاي پيشرفته تصفيه استفاده گردد.
1ـ2 انسان ـ آب ـ آباداني
انسان براي انجام فعاليت هاي خود به آب شيرين نياز دارد. آب شيرين يعني آبي كه ميزان نمك هاي محلول آن بسيار كم باشد. آب درياها و اقيانوس ها شور مي باشد و استفاده كردن از آن ها مستلزم سرمايه گذاري جهت احداث دستگاه هاي آب شيرين كن با صرف انرژي و هزينه زياد مي باشد.
مقدار زيادي از آب هاي شيرين جهان به شكل يخ در يخچال هاي قطبي و كوهستاني قرار دارد. بنابراين در حال حاضر استفاده انسان از آب هاي شيرين موجود در رودها، درياچه ها و آب هاي زير زميني بيشتر از ساير موارد مي باشد.
حجم آبي كه در هر سال به وسيله گردش آب در طبيعت فراهم مي شود، 40 هزار كيلومتر مكعب است كه انسان با علم و فن آوري امروزي خود مي تواند 25 هزار كيلومتر مكعب از اين آب را مورد استفاده قرار دهد و بقيه از دسترس وي خارج مي باشد.
بررسي هاي آماري نشان مي دهد كه ميانگين مصرف آشكار در كشورهاي پيشرفته براي هر نفر در روز 300 ليتر است در حالي كه مصرف نهان آب براي هر نفر در روز حدود 6000 ليتر مي باشد و به شرح جدول (1ـ 2) برآورد گرديده است.
جدول 1ـ 2 موارد مصرف نهان سرانه آب
|
مورد مصرف
|
ميزان مصرف (ليتر)
|
|
آبياري كشت زارها و تهيه و توليد مواد غذايي
|
2600
|
|
تأمين انرژي (برق، سوخت و ....)
|
2400
|
|
صنايع و معادن
|
700
|
|
امور بازرگاني و خدمات
|
34
|
با توجه به قرار گرفتن ايران در نواحي خشك و نيمه خشك ميزان بارندگي و حجم آب هاي شيرين ايران به اندازه كافي نيست و ريزش هاي جوي در همه جا يكسان نمي باشد. جدول (1ـ 3) ميزان بارندگي و تبخير ساليانه در نواحي مختلف كره زمين را با ايران مقايسه مي كند.
كشور ايران با اين كه 1/1 درصد از مساحت كل خشكي جهان را به خود اختصاص داده است، فقط 34/0 درصد از آب هاي موجود در كل خشكي جهان را در اختيار دارد. مجموع بارندگي ساليانه در ايران حدود 400 ميليارد متر مكعب است كه 284 ميليارد متر مكعب آن به طور مستقيم تبخير مي شود و تنها بخش كمي از آن به صورت آب هاي سطحي و آب هاي زير زميني تأمين كننده منابع آبي كشور است. در حال حاضر مجموع كل آب در دسترس كشور 90 ميليارد متر مكعب مي باشد.
جدول 1ـ 3 بارندگي و تبخير ساليانه در نواحي مختلف جهان بر حسب ميلي متر
|
نام قاره
|
بارندگي ساليانه
|
تبخير واقعي ساليانه
|
|
اروپا
|
734
|
415
|
|
آسيا
|
726
|
433
|
|
آفريقا
|
686
|
547
|
|
آمريكا
|
1159
|
724
|
|
استراليا
|
734
|
510
|
|
ميانگين كل
|
800
|
485
|
|
ايران
|
255
|
180
|
سهم سرانه آب براي هر ايراني در سال هاي مختلف مطابق جدول (1ـ 4) برآورده گرديده است.
جدول 1ـ 4 سهم سرانه آب با توجه به جمعيت كشور در سه دوره
|
سال
|
جمعيت (ميليون نفر)
|
سهم سرانه (متر مكعب)
|
|
1320
|
9
|
10000
|
|
1340
|
20
|
4500
|
|
1378
|
65
|
1350
|
ميزان توزيع آب به طور ميانگين براي مصارف مختلف در ايران به صورت جدول (1ـ 5) برآورد گرديده است.
جدول 1ـ 5 ميانگين مصارف مختلف آب كشور
|
ميزان مصرف (درصد)
|
مورد مصرف
|
|
85
|
كشاورزي
|
|
8
|
آب آشاميدني، شهري روستايي
|
|
7
|
صنايع و معادن، بازرگاني و غيره
|
آمار تفكيك شده مقدار آب مصرفي براي برخي مصارف كشاورزي و صنعتي به صورت جدول (1ـ6) برآورد گرديده است.
جدول 1ـ 6 ميزان مصرف آب براي واحد توليدات گوناگون
|
ميزان مصرف (ليتر)
|
ماده توليدي
|
|
500
|
يك كيلو گرم برنج
|
|
150
|
يك كيلو گرم گندم
|
|
130
|
يك قوطي كمپوت گيلاس
|
|
250
|
يك كيلو كاغذ
|
|
300
|
يك كيلو فولاد
|
|
600
|
يك كيلو كود شيميايي
|
|
550
|
تصفيه هر ليتر نفت خام
|
|
12
|
توليد برق براي هر لامپ 200 واتي در شبانه روز
|
با توجه به آمار و ارقام موجود پذيرش موارد زير اجتناب ناپذير است. به دليل موقعيت خاص جغرافيايي كشور،كاهش ريزش هاي جوي و محدوديت هاي منابع آب سهم ايران از كل منابع تجديد شونده در جهان تنها 34/0 درصد مي باشد و با توجه به ساكن بودن يك درصد از كل جمعيت جهان در كشور، ايران فقيرترين كشور از لحاظ منابع آبي سرانه در قاره آسيا است.
ميزان بارندگي در ايران حتي از يك سوم ميانگين بارندگي در جهان كمتر مي باشد. پيش بيني گرديده است كه در سال 1400 كشور ايران با كمبود شديد آب مواجه مي شود و با كاهش موجودي سرانه آب در سال به كمتر از 1000 متر مكعب، كشور با بحران جدي كم آبي روبه رو مي گردد. با توجه به اين موارد لازم است از هم اكنون برنامه ريزي هاي مناسب انجام پذيرد.
ادامه زندگي ما به آب وابسته است ولي به دليل در دسترس بودن آن، كمتر به وجود آب ارج نهاده ايم و زماني ارزش آب را به خوبي درك مي كنيم كه جريان آب ناگهان قطع شود و بحران آب ايجاد گردد. به هر ترتيب رشد بي رويه جمعيت، گسترش صنايع و نياز به آب براي تأمين غذا موجب رشد تصاعدي آلودگي آب و ساير موارد موجود در محيط زيست شده است.
به اين ترتيب پيش بيني مي شود بحران آب در آينده اي نزديك به بزرگ ترين بحران تبديل شود. كاهش اثرات اين مشكلات در كشور، نيازمند بررسي هاي هدف دار و راهبردي مي باشد و موارد زير بايستي مورد توجه قرار داده شود:
الف) كنترل رشد جمعيت با برنامه ريزي هاي مناسب.
ب) بهينه سازي مصرف آب در كشاورزي با به كارگيري شيوه هاي نوين.
پ) اشاعه فرهنگ صرفه جويي در كليه امور زندگي شامل آب، برق و گاز.
ت) جلوگيري از آلوده شدن آب ها و محيط زيست.
ث) كشف منابع جديد آب و به كارگيري شيوه هاي مناسب در بهره برداري.
ج) استفاده و بهينه سازي شيوه هاي مدرن تصفيه آب از جمله الكترودياليز، اسمز معكوس و تقطيري.
امیر حسین مرتضوی