توسعه پایدار زیست‌محیطی با پایش آب

به گزارش خبرنگار ایمنا، هجدهم سپتامبر روز جهانی «پایش آب» است. این روز در سال ۲۰۰۳ به‌عنوان یک برنامه آموزشی با هدف آگاهی افکار عمومی و مشارکت آحاد مردم در حفاظت از منابع آب سراسر جهان از طریق توانمندسازی شهروندان در جهت پایش منابع آب محلی خود آن‌ها نام‌گذاری شده است.

امروزه کیفیت و عدم دسترسی به آب به عنوان یک چالش اساسی در سراسر جهان و ایران درحال ظهور است و نیاز فزاینده‌ای به پایش کیفیت آب در طیف وسیعی از منابع شامل، آب آشامیدنی، فاضلاب شهری و صنعتی تا آب‌های محیطی رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، آب‌های زیرزمینی و اقیانوس‌ها وجود دارد.

موضوعات موجود در مورد کیفیت آب پیچیده است و شامل طیف گسترده‌ای از آلاینده‌های شیمیایی و بیولوژیکی و نوظهور است که بسیار نگران‌کننده هستند. فعالیت‌های پایش می‌تواند به درک، حفاظت و بهبود زیستگاه‌های آبی و تجزیه و تحلیل داده‌های کیفیت آب جهت کَمی کردن تغییرات محیطی و توسعه بهترین شیوه‌های مدیریتی برای تصمیمات آگاهانه، کمک کند. بنابراین، شبکه پایش کیفیت آب عنصر اصلی یا کلیدی برای مدیریت و حفاظت از اکوسیستم آبی است.

اهمیت پایش آب

اهمیت پایش منابع آب شرب با توجه به محدود بودن منابع آب شیرین و نقش آب در بقای زندگی بسیار ضروری است. آب آشامیدنی بهداشتی، آب گوارایی است که عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن در حد استانداردهای مصوب باشد و مصرف آن عارضه سویی در کوتاه مدت یا دراز مدت در انسان ایجاد نکند.

آلودگی آب آشامیدنی سبب تغییر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب شده به گونه‌ای که آن را برای مصرف انسان زیان‌آور می‌سازد. هدف از پایش منابع آب آشامیدنی انجام برنامه‌ها و فعالیت‌هایی است که به منظور سنجش و بررسی روند تغییرات کیفی منابع آب آشامیدنی در دوره‌های زمانی مختلف انجام می‌شود، به‌طوری که برنامه‌های پایش کیفیت منابع آب می‌توانند آب مناسب برای مصارف مختلف را تضمین کنند.

پایش متداول و سنتی کیفیت آب شامل نمونه‌برداری در محل و انتقال نمونه‌ها به آزمایشگاه و آزمایش تعیین خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب است. سیستم‌های پایش کیفی آب سنتی به علت قابلیت تغییرپذیری بالای مکانی، زمانی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی یا میکروبی آب، دارای محدودیت‌های زیادی هستند. علاوه بر این، چندین عامل خطا وجود دارد که می‌توانند بر رویکرد پایش دستی آب به‌صورت سنتی تأثیر بگذارند. این خطاها شامل: خطاهای انسانی، خطای مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و سایر خطاها است.

مدیریت مدرن آب به شناسایی مطمئن‌تر صحت بالا و سریع‌تر آلاینده‌ها نیاز دارد تا پاسخ به موقع و بجا دهد. پایش در زمان واقعی می‌تواند پاسخ یا واکنش سریع به نگرانی‌های مربوط به کیفیت آب را که ناشی از آلودگی منابع طبیعی یا عمدی است، فراهم کند و بیش‌ترین حفاظت از سلامت عمومی را میسر سازد.

در حالت ایده‌آل، همه پایش کیفیت آب باید به صورت Real-time انجام شود، تا بتوان دقیق‌ترین و صحیح‌ترین قضاوت در خصوص کیفیت آب را ارائه داد. برای ارزیابی تغییرات کیفی آب، شناسایی روندها و تعیین وضعیت کیفیت آب و اکوسیستم آبی، شناسایی آلودگی‌های نوظهور و آلاینده‌ها و دستیابی سریع جهت غربالگری آب برای مواد سمی و عوامل بیماری‌زا می‌توان از اطلاعات Real-time استفاده کرد. کاربرد مهم دیگر آن، پایش و بهینه‌سازی فرآیندهای تصفیه آب و فاضلاب برای اطمینان از انطباق با استانداردهای کیفی آب است.

حفاظت و بهره‌برداری بهینه و پایدار از منابع آبی مانند هر نوع توسعه دیگری نیازمند برنامه مدیریتی است که مشتمل بر مراحل و گام‌های خاص خود است و باید با اولویت‌بندی و برنامه اجرایی مدون به اجرا گذاشته شود. هدف اصلی مدیریت کیفیت، تضمین پایداری کمیت و کیفیت منابع آب به منظور تأمین مصارف مختلف است.

به طور کلی اجزا اصلی مدیریت کیفیت منابع آب را می‌توان در سه محور اصلی پیشگیری، پایش و کنترل برشمرد. مرحله پایش شامل تمام برنامه‌ها و فعالیت‌هایی است که به منظور اندازه‌گیری و سنجش کیفیت آب و بررسی روند تغییرات کیفی منابع آبی در دوره‌های زمانی مختلف صورت می‌پذیرد و بالاخره کنترل در برگیرنده اقدامات اجرایی است که برای جلوگیری از آلودگی منابع آب ناشی از فعالیت مراکز آلوده کننده انجام می‌شود.

با توجه به مشکلات کمی و کیفی منابع آب کشور و واقع شدن ایران در منطقه خشک و نیمه خشک و رویارویی با بحران‌های کم آبی، تدوین برنامه‌های مدیریت کیفی برای تمام منابع آبی، راهکاری ضروری و غیر قابل اجتناب در جهت حفاظت و بهره‌برداری پایدار از منابع آبی است. در بین اجزای مدیریت کیفیت منابع آب، پایش کیفی آب دارای اهمیت ویژه‌ای است.

بنابراین انجام پایش ضمن ارائه اطلاعات مورد نیاز به منظور شناخت وضعیت موجود کیفیت منابع آب با تعیین نوسانات کیفی، زمینه مناسب را برای اجرای اقدامات کنترلی به موقع فراهم کرده و به‌علاوه روند و گرایش کیفی منابع آبی را جهت تدوین برنامه‌های حفاظت و بهره‌برداری مشخص می‌کند. به عبارت دیگر پایش کیفی حلقه میانی فعالیت‌های پیشگیری و کنترل آلودگی و تکمیل کننده فرایند مدیریت کیفیت منابع آب است.

آلاینده‌های منابع آبی / پارامترهای پایش

آلاینده‌های آب می‌توانند منابع مختلفی داشته باشند. به‌طور کلی منابع آلاینده به دو گروه طبیعی (شرایط هواشناسی، هیدرولوژی و زمین‌شناسی) و انسان‌ساز (فاضلاب انسانی «شهری و روستایی» و روان‌آب‌های سطحی، پساب‌های صنعتی، معدنی، عمرانی و نیروگاهی، زه‌آبهای کشاورزی و دامپروری، نشتاب ناشی از مواد زائد جامد محل دفن زباله و باران‌های اسیدی) تقسیم می‌شوند.

مهمترین عامل در تعیین انتخاب پارامترها، تعیین هدف برنامه پایش است به عبارتی با تعیین اهداف برنامه پایش می‌توان پارامترهای مورد اندازه‌گیری را نیز تعیین کرد. به‌طور کلی سه محیط آب، ذرات (مواد معلق و رسوب) و موجودات زنده را برای پایش کیفیت آب در نظر گرفت اما فعالیت‌های پایش عمدتاً بر روی نمونه‌های آب انجام می‌شود. کیفیت آب و ذرات (مواد معلق و رسوب) معمولاً به وسیله آنالیزهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی تعیین می‌شوند.

پایش زیستی شامل مطالعه موجودات زنده و نوع پاسخ آنها در مقابل تغییرات محیطی است که به منظور تعیین شرایط زیست محیطی یک زیست‌بوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از انواع روش‌های پایش زیستی، ارزیابی زیستی بوده که مستلزم جمع‌آوری، آماده‌سازی و آنالیز جانوران آبزی به منظور تعیین سلامت جوامع زیستی در یک رودخانه است. کیفیت آب را اغلب می‌توان به‌وسیله یک متغیر و یا مجموعه‌ای بیش از صد متغیر مختلف مورد بررسی قرار داد.

با این وجود در بیشتر موارد کیفیت آب توسط تعداد محدودی متغیر شیمیایی، فیزیکی و زیستی به خوبی توصیف می‌شود. متغیرهای منتخب در برنامه‌های پایش بستگی به اهداف برنامه پایش و مصارف موجود و پیش‌بینی شده آب دارند. مصارف آشامیدنی و خانگی، آبیاری اراضی کشاورزی، مصارف صنعتی و تفریحی هر یک کیفیت آب خاص خود را می‌طلبد.

اهمیت پایش آب محیط زیستی

انتخاب نوع برنامه پایش زیستی یا شیمیایی و تعادل بین این دو روش بستگی به هدف برنامه پایش دارد. از آنجا که موجودات زنده به هر نوع تأثیرات نامطلوب بر روی زیست‌بوم آبی واکنش نشان می‌دهند، لذا روش پایش زیستی از قابلیت تشخیص زود هنگام و سریع هر نوع تأثیر نامطلوب بر روی زیست‌بوم آبی داراست. داده‌های زیستی به‌طور مستقیم به شرایط اکولوژیک سامانه آبی یا به عبارت دیگر سلامت اکولوژیک سامانه آبی وابسته است. درحالی‌که چنین چیزی در مورد داده‌های شیمیایی صادق نیست. با این وجود داده‌های زیستی نسبت به داده‌های شیمیایی دقیق و روشن نیست.

بنابراین اجرای برنامه‌های پایش زیستی می‌تواند وجود هرگونه استرس در زیست‌بوم آبی را مشخص کند، به عبارتی با انجام پایش زیستی می‌توان تاریخچه وضعیت آلودگی یک محیط آبی سطحی جاری را تا حدی تعیین کرد. بنابراین در برنامه‌های پایش زیست محیطی در مقیاس وسیع، کاربرد این روش پایش می‌تواند بسیار مفید باشد. از سوی دیگر اجرای برنامه‌های پایش شیمیایی در ارتباط با پایش سازگاری و در جاهایی که نوع مواد آلاینده و نوع مشکلات مرتبط با کیفیت آب به دقت مشخص شده، اطلاعات ارزشمندی را تولید می‌کند.

اهمیت تدوین دستورالعمل پایش کیفیت منابع آب

در بسیاری از کشورها پایش کیفیت منابع آب یکی از برنامه‌های اصلی سازمان‌های مرتبط با آب است. بیشتر این کشورها دستورالعمل‌هایی برای پایش تهیه یا با استفاده از آئین‌نامه‌های منتشر شده توسط سایر کشورها یا سازمان‌های بین‌المللی این کار را انجام می‌دهند.

بر این اساس پروگرام پایش کیفیت منابع آب می‌توانند کیفیت مناسب منابع آب برای کاربری‌های مختلف را تضمین کنند. به عبارت دیگر، همان‌گونه که برای کاربری‌های مختلف آب مانند شرب، نیازمند منبع آب با کیفیت خاصی است و بدون کیفیت مورد نظر تخصیص از منبع آب برای شرب امکانپذیر نیست، بدون پایش، اطلاع مستمر از کیفیت منبع آب، روند تغییرات آن، برنامه‌ریزی برای تخصیص بهینه برای کاربری‌های گوناگون و طراحی و اجرای برنامه‌های مدیریتی امکانپذیر نخواهد بود. به‌طور کلی پایش کیفیت آب، یک سامانه حیاتی پشتیبان برای تصمیم‌گیری در برنامه‌های مدیریت آب به حساب می‌آید.

پایش کیفیت منابع آب مسائل مختلفی از قبیل عوامل مورد سنجش، مکان اندازه‌گیری، دوره زمانی و تواتر اندازه‌گیری، چگونگی اندازه‌گیری، روش ثبت و نگهداری داده‌ها و اطلاعات و غیره را در بر می‌گیرد. طرح تهیه ضوابط و معیارهای فنی صنعت آب کشور برای یکسان و استاندارد کردن پایش کیفیت آب‌های سطحی جاری، اقدام به تهیه دستورالعمل پایش کیفیت آب‌های سطحی جاری کرده است.

این دستورالعمل مسائل مختلفی را که به‌هنگام طراحی و اجرای یک برنامه پایش باید لحاظ شوند، شامل هدف‌گذاری، چگونگی طراحی برنامه پایش، ملاحظات و نیازمندی‌ها به هنگام اجرای برنامه، روش‌های تجزیه و تحلیل داده‌ها و تولید اطلاعات، روش‌های ثبت و ذخیره‌سازی داده‌ها و اطلاعات، و در پایان بازنگری و اصلاح برنامه پایش را در بر می‌گیرد.

پایش میزان مصرف آب‌های سطحی و زیرسطحی با کمک سنسورها

محققان کشور سامانه‌ای برای پایش آب‌های سطحی و زیر سطحی معرفی کردند که علاوه بر آنکه امکان میزان برداشت از آب‌های زیر سطحی را فراهم می‌کند، داده‌هایی چون میزان تبخیر آب، باران‌سنجی و برف سنجی را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. سامانه پایش مطالعات آب، نرم افزاری تحت وب است که با دریافت اطلاعات سنسورهای الکتریکی و مکانیکی از ایستگاه‌ها امکان تهیه گزارش‌های متنوع را برای کارشناسان و مدیران فراهم می‌آورد.

تحت شبکه و چندکاربره بودن، تعریف کاربران به تعداد نامحدود، اعمال سطح دسترسی بر روی بخش‌های مختلف سامانه و ایستگاه‌ها، دارای نقشه OSM و ماهواره به عنوان نقشه پایه، امکان افزودن نقشه‌های آب به تعداد نامحدود، ثبت داده سنسورهای مکانیکی توسط نرم‌افزار اندروید، مشاهده آخرین وضعیت ارسال داده‌ها از ایستگاه‌ها و مقایسه داده‌های سنسورهای مکانیکی و الکتریکی از امکانات و قابلیت‌های این سامانه است. این سامانه امکان گزارش‌گیری از دما، میزان بارندگی، تبخیر سطحی، شدت و جهت باد از ایستگاه‌ها در بازه‌های زمانی مختلف و تهیه گزارش مقایسه آب‌های سطحی و زیر سطحی را برای کاربران فراهم می‌کند.

کاربرد سیستم‌های هوشمند پایش کیفی آب

پایش منابع آب از منظر کمی و کیفی موضوعات بسیار مهمی هستند و لازم است این پایش‌ها به صورت هوشمند صورت گیرند. سیستم‌های هوشمند پایش کیفی آب با استفاده از حس‌گرها می‌توانند پارامترهای کیفی آب شامل: pH، اکسیژن محلول، دما، پتانسیل اکسیداسیون-احیاء و کدورت به صورت Real time و مداوم اندازه‌گیری کنند که برای تشخیص سریع آلودگی‌ها و ایجاد پاسخ سریع به آلودگی‌ها اهمیت حیاتی دارند.

طی دهه‌های گذشته پایش‌هایی به‌منظور بهره‌برداری از منابع آب‌های سطحی و زیرزمینی صورت گرفته است، اما اکنون با توجه به محدودیت منابع آب لازم است این پایش‌ها به‌صورت هوشمند انجام شوند. برای بهره‌برداری از منابع آب‌های زیرزمینی می‌توان با هوشمندسازی چاه‌ها و هوشمندسازی میزان برداشت از ذخایر آب زیرزمینی میزان بهره‌برداری خود از منابع آب زیرزمینی را مدیریت کنیم.

بنابراین با توجه به محدودیت منابع آب شیرین در کشور، ضرورت دارد که مسئولین و تصمیم سازان مرتبط با مدیریت منابع آب استفاده حداکثری از سیستم‌های هوشمند پایش کیفی آب جهت پایش و کنترل منابع آب در دستور کار خود قرار دهند تا از آلودگی منابع آب به فاضلاب‌های شهری، صنعتی و کشاورزی یا شیرابه زباله جلوگیری یا به حداقل برسد تا از صرف هزینه‌های هنگفت برای تصفیه و سالم سازی آب خودداری شود.

اهداف برنامه‌های پایش آب

هدف اصلی برنامه‌های پایش کیفیت آب‌های سطحی در حالت کلی جمع‌آوری اطلاعات مورد نیاز از کیفیت موجود منابع آب سطحی به منظور کاربرد در برنامه‌ریزی و تخصیص منابع آب برای مصارف گوناگون و همچنین تدوین برنامه‌های کلان مدیریت حوضه‌های آبریز و نیز پراگرم‌های مدیریت زیست محیطی و کنترل آلودگی‌ها است.

بنابراین برنامه‌های پایش باید در نهایت بتوانند به تحقق اهداف عالی این قبیل برنامه‌ها کمک کنند. موارد مختلفی از انواع اهداف، پاسخ‌ها و اطلاعات در تمهیدات پایش کیفیت آب دنبال می‌شوند. این موارد مختلف کیفیت آب را از جنبه‌های مختلفی بر اساس نوع متغیرهای مورد نظر جایگاه کنونی، تغییرات مکانی و زمانی موارد استفاده و تأثیرات آلاینده‌ها مورد بررسی قرار می‌دهند. این تفاوت‌ها منجر به پیگیری رویه‌های مختلفی برای طراحی و تحقق تدابیر پایش، انتخاب متغیرهای مورد اندازه‌گیری و سایر اطلاعات مورد نیاز برای تغییرات مورد نیاز ارائه می‌شوند.