نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی
تازه های تحقیق
عنوان مقاله English
نویسندگان English
Freshwater scarcity has intensified the need for desalination plants in coastal regions as a reliable alternative for water supply. However, the discharge of concentrated brine effluents into marine environments has raised serious environmental concerns. This study aims to review previous research on the cumulative impacts of desalination plant effluents and to examine their major environmental consequences on marine ecosystems and coastal water resources. This study was conducted using a descriptive–analytical and review-based approach. Relevant scientific literature concerning the cumulative impacts of desalination plant discharges was systematically reviewed. In addition, results from a numerical modeling study conducted in the Persian Gulf were analyzed to illustrate the significance of considering the simultaneous effects of multiple desalination facilities. The findings indicate that the continuous discharge of saline and warm effluents from desalination plants can lead to increased salinity and seawater temperature, deterioration of water quality, and adverse impacts on marine ecosystems. Key environmental stressors include hypersaline conditions exceeding tolerance limits of marine organisms, thermal pollution altering species composition and disrupting food webs, and chemical additives such as antiscalants and coagulants released during the desalination process. These pollutants can accumulate in sediments and biota, resulting in long-term ecological damage. Numerical modeling results from the Persian Gulf further demonstrate that cumulative effects from multiple desalination units may considerably intensify environmental pressures on coastal and marine environments. Brine plume dispersion patterns are influenced by oceanographic conditions including currents, tidal cycles, and stratification, which transport and dilute effluents over varying distances. However, in semi-enclosed basins like the Persian Gulf, limited water exchange and high evaporation rates exacerbate pollutant accumulation. The study highlights the necessity of incorporating cumulative impact assessments into future planning, environmental evaluations, and management strategies for desalination projects. Considering the combined effects of multiple desalination plants is essential for ensuring sustainable management of marine resources and minimizing long-term environmental risks. Furthermore, integrated monitoring programs, improved discharge technologies, and adaptive management frameworks are recommended to mitigate adverse ecological effects and promote sustainable development of desalination capacity in water-scarce regions.
کلیدواژه‌ها English
مقدمه
با توجه به رشد جمعیت و افزایش نیاز به آب شیرین ناگزیر به استفاده از آب دریا برای تامین آب شیرین هستیم به همین دلیل روش‌های متعددی برای نمک‌زدایی از آب دریا ابداع گردیده‌است. استفاده از آب‌شیرین‌کن‌ها به عنوان یکی از اصلی‌ترین راهکارهای تامین آب شیرین، به ویژه در مناطق خشک و ساحلی، به سرعت گسترش پیدا کرده‌است (Rasoulpour & Akbari, 2024). عربستان سعودی، امارات متحده عربی و ایران، امروز بخش قابل توجهی از نیاز آبی خود را از طریق این واحدها تامین می‌کنند. با این وجود، توسعه گسترده و بدون برنامه آب‌شیرین‌کن‌ها نگرانی‌هایی را در مورد تاثیرات زیست‌محیطی آنها به وجود آورده‌است (Sharifinia et al., 2025).
کارخانه‌های نمک‌زدایی با توجه به نوع روش شیرین‌سازی و نحوه بهره‌برداری از آنها می‌توانند اثرهای کیفی مختلفی را بر محیط اطراف خود داشته‌باشند و به صورت کوتاه‌مدت و یا بلندمدت آثار نامطلوب زیست‌محیطی را بر اکوسیستم آبی داشته‌باشند (Stein et al., 2021). در حال حاضر، تلاش‌های کمی در جهت بررسی و تعیین اثرات سوء ناشی از تخلیه پساب به دریا صورت گرفته‌است. خروج این پساب‌ها بیشترین آثار منفی زیست محیطی‌ناشی از آب شیرین آنها را دربر دارد. سه عامل شوری، حرارت و مواد شیمیایی مهم‌ترین عواملی هستند که از طریق پساب‌های کارخانه‌های نمک‌زدایی وارد دریا می‌شوند (Backer et al., 2022; Omerspahic et al., 2022).
با توجه به این که محیط‌زیست دریا بخش مهمی از اکوسیستم ما را تشکیل می‌دهد و در صورت آسیب دیدن این بخش از اکوسیستم، پیامدهای ناگواری حیات انسان را بر روی زمین تهدید می‌کند.
بیشتر مطالعات پیشین تنها به بررسی اثرات یک آب‌شیرین‌کن پرداخته‌اند، در حالی که در محدوده‌ای مانند خلیج فارس، حضور همزمان چندین واحد نمک‌زدایی در فاصله‌های نزدیک می‌تواند اثراتی ایجاد کند که نه‌تنها جمع ساده اثرات تکی نیست، بلکه گاهی به صورت هم‌افزا باعث تشدید تغییرات محیطی می‌شود (Nesterov, 2025).
این مقاله با هدف مرور و تحلیل اثرات تجمعی توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها بر منابع آب و محیط‌زیست دریا تدوین شده و همچنین ضمن بررسی پژوهش‌های انجام شده در این زمینه، بخشی از نتایج مدل‌سازی شوری و دمای پساب در خلیج فارس نیز ارایه می‌شود تا اهمیت در نظر گرفتن تاثیر همزمان چند واحد آب‌شیرین‌کن در ارزیابی‌های زیست‌محیطی و تصمیم‌گیری‌های آینده روشن‌تر شود.
پیشینه پژوهش
در سال‌های اخیر، با افزایش استفاده از فناوری نمک‌زدایی برای تأمین آب شیرین در مناطق کم‌آب، توجه به پیامدهای زیست‌محیطی این فناوری نیز افزایش یافته است. یکی از مهم‌ترین آثار زیست‌محیطی فرایند نمک‌زدایی، تخلیه پساب شور یا کنسانتره به محیط دریایی است (Lattemann & Höpner, 2008; Roberts et al., 2010). این پساب معمولاً دارای شوری و چگالی بیشتری نسبت به آب دریا بوده و بسته به نوع فناوری نمک‌زدایی، می‌تواند حاوی ترکیبات شیمیایی حاصل از فرایند پیش‌تصفیه، مواد ضد رسوب، محصولات شست‌وشوی غشا و سایر ترکیبات باشد .(Roberts et al., 2010; Sirota et al., 2024) در نتیجه، تخلیه نامناسب پساب می‌تواند موجب افزایش موضعی شوری و تغییر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آب در محدوده پذیرنده شود. شدت این تغییرات به شرایط محل تخلیه و ظرفیت اختلاط و رقیق‌سازی محیط وابسته است (Lattemann & Höpner, 2008). میزان و گستره این اثرات به عواملی همچون حجم و شوری پساب، عمق محل تخلیه، سرعت و جهت جریان‌های دریایی، امواج، جزر و مد، مشخصات بستر و نحوه طراحی سیستم تخلیه وابسته است (Porto Pereira et al., 2024).
با توجه به اهمیت این موضوع، مطالعات متعددی به بررسی نحوه پخش، اختلاط و رقیق‌شدن پساب شور در محیط دریایی پرداخته‌اند. از آنجا که پساب شور دارای چگالی بیشتری نسبت به آب دریا است، پس از تخلیه می‌تواند به‌صورت یک جریان با شناوری منفی در نزدیکی بستر حرکت کرده و تحت تأثیر شرایط هیدرودینامیکی محیط گسترش یابد (Palomar et al., 2012; Sirota et al., 2024). در صورت کاهش نیافتن مناسب شوری در فاصله کوتاه از محل تخلیه، احتمال ایجاد نواحی با شوری بالاتر و در نتیجه ایجاد فشار بر اکوسیستم‌های دریایی افزایش می‌یابد (Clark et al., 2018). علاوه بر شوری، دما و برخی ترکیبات شیمیایی موجود در پساب نیز می‌توانند بر ویژگی‌های محیط پذیرنده اثرگذار باشند (Lattemann & Höpner, 2008; Roberts et al., 2010). در یک مطالعه مروری جدید، Driss et al. (2025) پیامدهای زیست‌محیطی نمک‌زدایی و به‌ویژه چالش‌های مرتبط با مدیریت پساب شور را بررسی کردند. این مطالعه نشان داد که افزایش شوری، تخریب زیستگاه و اختلال در تنوع زیستی از مهم‌ترین نگرانی‌های زیست‌محیطی مرتبط با تخلیه پساب شور هستند. نویسندگان همچنین بر اهمیت توسعه روش‌های مناسب تصفیه و مدیریت پساب، افزایش بهره‌وری انرژی و اتخاذ رویکردهای پایدار در توسعه واحدهای نمک‌زدایی تأکید کردند.
در کنار مطالعات تجربی و مروری، استفاده از مدل‌های عددی به‌عنوان ابزاری مؤثر برای پیش‌بینی رفتار پساب شور و ارزیابی اثرات زیست‌محیطی آن مورد توجه قرار گرفته است. Porto Pereira et al. (2024) یک ابزار مدل‌سازی برای بررسی همزمان رفتار پساب در میدان نزدیک و میدان دور توسعه دادند. در این مطالعه، مدل میدان نزدیک با یک مدل انتقال لاگرانژی تلفیق شد و اثر عواملی همچون سرعت جریان، مشخصات دیفیوزر، شوری و دمای آب دریا و شرایط موجی بر پراکنش پساب بررسی شد. نتایج نشان داد که ویژگی‌های سیستم تخلیه، به‌ویژه زاویه دیفیوزر، می‌تواند بر میزان رقیق‌سازی اولیه و طول میدان نزدیک اثر قابل توجهی داشته باشد. این مطالعه همچنین نشان داد که تلفیق مدل‌های میدان نزدیک و دور می‌تواند ابزار مناسبی برای ارزیابی مسیر حرکت توده شور و بررسی شرایط مختلف تخلیه باشد.
در سال‌های اخیر، توجه به بهینه‌سازی شرایط تخلیه پساب در مناطق ساحلی نیز افزایش یافته است. Shaghaghi et al. (2024) با استفاده از مدل‌سازی عددی، شرایط تخلیه کنسانتره حاصل از آب‌شیرین‌کن‌های ساحلی را بررسی کردند و نقش عواملی مانند محل و شرایط تخلیه و ویژگی‌های هیدرودینامیکی محیط را در میزان پراکنش و رقیق‌سازی پساب مورد ارزیابی قرار دادند. نتایج این پژوهش بر اهمیت طراحی و انتخاب مناسب شرایط تخلیه برای کاهش اثرات احتمالی پساب بر محیط دریایی تأکید دارد. این مطالعه از آن جهت برای پژوهش‌های منطقه‌ای اهمیت دارد که نشان می‌دهد ارزیابی عددی می‌تواند برای مقایسه سناریوهای مختلف تخلیه و تعیین شرایط مناسب‌تر برای کاهش اثرات زیست‌محیطی مورد استفاده قرار گیرد.
در مناطق خشک و نیمه‌خشک، اهمیت این موضوع به دلیل وابستگی بیشتر به فناوری نمک‌زدایی افزایش می‌یابد. خلیج فارس یکی از مهم‌ترین مناطق جهان از نظر تمرکز واحدهای نمک‌زدایی است و ویژگی‌های هیدرودینامیکی و اقلیمی خاص آن، از جمله نیمه‌بسته بودن حوضه، تبخیر زیاد و محدود بودن تبادل آب با آب‌های آزاد، ضرورت بررسی دقیق‌تر اثرات تخلیه پساب شور را افزایش می‌دهد. در چنین شرایطی، بررسی اثر یک واحد نمک‌زدایی به‌تنهایی ممکن است برای ارزیابی شرایط واقعی منطقه کافی نباشد؛ زیرا پساب حاصل از واحدهای مختلف می‌تواند در مقیاس منطقه‌ای بر الگوی شوری آب اثرگذار باشد.
در همین راستا، Nesterov (2025) با استفاده از یک مدل سه‌بعدی گردش آب، اثر واحدهای نمک‌زدایی ساحلی بر شوری خلیج فارس را در مقیاس منطقه‌ای بررسی کرد. در این پژوهش ظرفیت 738 واحد نمک‌زدایی ساحلی در مدل در نظر گرفته شد و نتایج دو شبیه‌سازی سه‌ساله، شامل شرایط پایه و شرایط همراه با اثر واحدهای نمک‌زدایی، با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان داد که افزایش شوری در مقیاس کل خلیج فارس نسبتاً محدود است، ام ا در نزدیکی محل‌های تخلیه و به‌ویژه در مناطقی با تبادل و تهویه ضعیف، افزایش شوری می‌تواند به میزان قابل توجهی بیشتر باشد. همچنین اثرات شوری در برخی مناطق می‌تواند تا فاصله قابل توجهی از محل تخلیه گسترش یابد. این نتایج اهمیت بررسی همزمان چندین واحد نمک‌زدایی و اثرات تجمعی آنها را در مقیاس منطقه‌ای نشان می‌دهد.
در ایران نیز مطالعاتی در زمینه انتشار و تخلیه پساب آب‌شیرین‌کن‌ها انجام شده است. به عنوان مثال، مقاله ارائه‌شده در شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران با استفاده از مدل عددی MOHID Water، نحوه پخش آلاینده‌ها در پیکره‌های آبی دریای عمان و منطقه بندر جاسک را بررسی کرده و نتایج آن نشان داده است که طراحی مناسب سیستم خروجی پساب می‌تواند در کاهش اثرات نامطلوب بر محیط پذیرنده مؤثر باشد (Rabi Purkismi et al., 2016). همچنین مطالعه‌ای ارائه‌شده در اولین همایش ملی یافته‌های نوین در علوم کشاورزی، محیط‌زیست و منابع طبیعی پایدار، به بررسی تخلیه پساب آب‌شیرین‌کن با استفاده از پخش‌کننده‌های میله‌ای (دیفیوزرها) پرداخته و نشان داده است که استفاده مناسب از سیستم پخش‌کننده می‌تواند با افزایش اختلاط و رقیق‌سازی، موجب کاهش چگالی و شوری توده پساب شود. همچنین افزایش فاصله محل تخلیه از ساحل و افزایش عمق تخلیه می‌تواند شرایط مناسب‌تری برای رقیق‌سازی پساب فراهم کند (Shaghaghi et al., 2024).
با وجود مطالعات متعدد انجام‌شده درباره اثرات زیست‌محیطی آب‌شیرین‌کن‌ها و نحوه انتشار پساب شور، بخش قابل توجهی از پژوهش‌ها بر بررسی یک واحد نمک‌زدایی، یک نقطه تخلیه یا مقیاس محدود پیرامون محل تخلیه تمرکز داشته‌اند. در این مطالعات، رفتار پساب در میدان نزدیک و دور و نقش پارامترهای هیدرودینامیکی و مشخصات دیفیوزر به‌طور گسترده بررسی شده است. با این حال، بررسی اثرات همزمان و تجمعی تعداد زیادی واحد نمک‌زدایی در مقیاس یک حوضه نیمه‌بسته، به‌ویژه با در نظر گرفتن پراکنش مکانی واحدها و شرایط هیدرودینامیکی منطقه، همچنان نیازمند مطالعات بیشتری است. نتایج مطالعه Nesterov (2025) نیز نشان می‌دهد که اثر واحدهای نمک‌زدایی تنها به محدوده بسیار نزدیک محل تخلیه محدود نمی‌شود و در مناطقی با گردش و تبادل آب ضعیف می‌تواند در مقیاس منطقه‌ای اهمیت بیشتری پیدا کند.
از این رو، با توجه به تمرکز بالای واحدهای نمک‌زدایی در اطراف خلیج فارس و اهمیت شوری به‌عنوان یکی از مهم‌ترین شاخص‌های اثرگذاری پساب شور، بررسی اثرات تجمعی این واحدها با استفاده از مدل‌سازی عددی می‌تواند تصویر جامع‌تری از پیامدهای زیست‌محیطی توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها ارائه دهد. بر این اساس، پژوهش حاضر با بهره‌گیری از مدل‌سازی عددی، به بررسی نحوه پراکنش پساب شور و اثرات تجمعی ناشی از تخلیه واحدهای نمک‌زدایی در خلیج فارس می‌پردازد و تلاش می‌کند نقش شرایط هیدرودینامیکی و توزیع مکانی واحدهای نمک‌زدایی را در تغییرات شوری محیط دریایی ارزیابی کند.
روش‌شناسی پژوهش
این پژوهش با هدف بررسی اثرات تجمعی توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها بر منابع آب و محیط‌زیست دریایی انجام شده‌است. در این مقاله هم به بررسی مطالعات پیشین پرداخته‌شده و هم مدل‌سازی عددی تا درک کامل‌تری از پیامدهای زیست‌محیطی حاصل از توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها به دست‌آید. با درک نکات مثبت تحقیقات انجام شده و توجه به نواقص آنها از انجام فعالیت‌های تکراری و اشتباهات رایج جلوگیری به عمل خواهدآمد. علاوه‌بر این، می‌توان تجارب به دست‌آمده را در جهت بهبود تحقیق پیش رو مورد استفاده قرار داد. به همین جهت در این بخش سعی می‌شود که مروری کلی بر تحقیقات انجام شده قبلی در زمینه بررسی پخش آلودگی ناشی از پساب خروجی از کارخانجات و صنایع انجام شود.
برای جمع‌آوری منابع، جست‌وجوی عظیمی در پایگاه‌های داده بین‌المللی از جمله ScienceDirect و Google Scholar و همینطور پایگاه‌های فارسی مثل Civilica و SID انجام گرفت. برای رسیدن به جدیدترین یافتهها بازه زمانی مطالعات بین سال‌های 2015 تا 2025 در نظر گرفته شد. تا بروزترین یافتهها درباره اثرات شوری، دما و ترکیبات شیمیایی پساب پوشش داده شود. معیار انتخاب مقالات بررسی اثرات پساب بر محیط‌های نیمه‌محصور (به ویژه خلیج فارس) و ارائه داده‌های کمی از ویژگی‌های پساب بود. در آخر، از میان منابع یافت شده، حدود 40 مقاله که ارتباط بیشتری با موضوع داشتند انتخاب و تحلیل شدند.
در ادامه، ابتدا مشخصات هر آب‌شیرین‌کن از جمله حجم و دمای پساب، ظرفیت تولید، میزان شوری خروجی و موقعیت مکانی در منطقه ساحلی استخراج شد. سپس با بهره‌مندی از مدل‌سازی عددی، الگوی احتمالی انباشت شوری و دما در حضور چندین واحد فعال بررسی شد. در نهایت این تحلیل باعث شد تا نواحی حساس و محدوده تاثیر تجمعی شناسایی شود. برای اعتبار بیشتر یافته‌های مرور ادبیات، بخشی از داده‌ها و نتایج مدل‌سازی عددی حاصل از پایان‌نامه‌ی نویسنده نیز مورد استفاده قرار گرفت. ترکیب این داده‌ها با مرور مطالعات موجود، دیدگاه دقیق‌تری از نحوه اثر همزمان چند واحد نمک‌زدایی بر محیط دریا ارائه می‌دهد.
بر اساس این تحلیل‌ها، چارجوب پیشنهادی برای ارزیابی اثرات تجمعی در طرح‌های توسعه پایدار آینده ارایه شده است که می‌تواند به تصمیم گیرندگان در مدیریت پایدار منابع آب و حفاظت از محیط‌زیست دریایی کمک کرد. برای بررسی تاثیر تجمعی واحدهای آب‌شیرین‌کن، موقعیت و ظرفیت آنها در سواحل خلیج فارس بررسی شد (شکل1). همانطور که مشخص است، تراکم این واحدها در سواحل جنوبی به ویژه در عربستان و امارات بیشتر است که می‌تواند بر تغییرات شوری منطقه اثرگذار باشد.
شکل 1. موقعیت و ظرفیت بهره برداری از سیستم‌های RO MSF وMED در سواحل حاشیه خلیج فارس
Figure 1. Location and operational capacity of RO, MSF, and MED systems on the Persian Gulf coast
(Al -Barwani and Purnama, 2008)
یافتهها و بحث
بررسی مطالعات انجام‌شده نشان می‌دهد که پدیده پخش شوری در محیط‌های آبی یک فرایند پیچیده است که به عوامل و پارامترهای مختلفی بستگی دارد. کارهای آزمایشگاهی انجام‌شده در این زمینه به بررسی برخی از این عوامل پرداخته‌اند. همچنین بکارگیری مدل‌های عددی دو و سه بعدی بطوری گسترده‌ای در پروژه‌های تحقیقاتی و صنعتی مورد استفاده قرار گرفته‌است و مدل‌های مختلفی برای این منظور طرح و توسعه داده شده‌اند. نتایج این مد‌سازی‌ها نشان می‌دهد که استفاده از مدل‌های عددی می‌تواند تعریف گویا و شناخت کافی از منطقه مورد مطالعه و تاثیر عوامل محیطی بر پخش شوری را ارائه دهد ((Bashitialshaaer, 2011.
یافته‌های آنها نشان می‌دهد که شوری پساب معمولا بین 5/1 تا 2 برابر شوری طبیعی آب دریا است و دمای آن نیز حدود 5 تا 10 درجه سانتی‌گراد بیشتر است. این موضوع، به ویژه در مناطق نیمه‌محصور و کم عمق مانند خلیج فارس، می‌تواند سبب افزایش تدریجی شوری در لایه‌های پایینی آب و کاهش اکسیژن محلول و در نتیجه تغییر در تعادل محیط‌زیست دریا شود. همچنین بررسی‌ها نشان می‌دهد که تعداد کمی از تحقیقات به اثرات تجمعی چند واحد نمک‌زدایی در یک منطقه پرداخته است در صورتی که در بسیاری از مناطق ساحلی، چندین آب‌شیرین‌کن در فواصل کم از یکدیگر قرار دارند در این شرایط اثرات پساب آب‌شیرین‌کن‌ها به صورت تکی معنا ندارد و پیامدهای حاصل از فعالیت تمام واحدها می‌تواند شدت و گستره آلودگی را چند برابر کند. (Chenoweth & Al-Masri, 2022; Chow et al., 2019). برای روشن‌تر شدن موضوع، نتایج مدل‌سازی عددی انجام‌شده در خلیج فارس مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه نحوه پخش شوری و حرارت ناشی از پساب کارخانه کارخانه‌های نمک‌زدایی خلیج فارس بررسی شد و نحوه پخش این آلاینده‌ها در محیط آبی توسط مدل هیدرودینامیکی سه بعدی کوهرنس شبیه‌سازی شد. در این مقاله، تمرکز اصلی بر تحلیل اثرات تجمعی توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها در خلیج فارس قرار گرفته‌است. برخلاف بسیاری از مطالعات پیشین که اثر هر واحد را به صورت جداگانه بررسی کرده‌اند، در این پژوهش اکثر واحدهای فعال در محدوده ساحلی به طور همزمان در مدل وارد شدند تا تاثیر هم‌افزایانه پساب‌ها بر تغییرات شوری و دمای آب بررسی شود.
برای مقایسه مفهومی، نتایج پژوهش‌های پیشین مانند Driss et al (2025) و pereira et al (2024) که عملکرد تک‌واحدی را بررسی کرده‌اند، به عنوان مبنایی برای درک تفاوت شدت اثرات استفاده شد.
برای شبیه‌سازی اثرات تجمعی آب‌شیرین‌کن‌ها بر خلیج فارس، دو پارامتر کلیدی یعنی شوری و دمای پساب نسبت به آب محیط در نظر گرفته‌شد. براساس داده‌های عملیاتی منطقه، شوری پساب به طور میانگین 5 psu بیشتر و دمای آن 7 درجه سانتی‌گراد بالاتر از آب دریای پیرامونی فرض شد. سایر شرایط مرزی شامل جریان‌های غالب فصلی و تبادل با دریای عمان از داده‌های میانگین زمستانی استخراج شد. مشخصات اصلی مدل در جدول 1 ارایه شده‌است.
جدول 1 . مفروضات کلیدی مدل
Table 1. Key Model Assumptions
|
لایه‌های بررسی شده |
فصل شبیه‌سازی شده |
میزان دمای پساب |
میزان شوری پساب |
|
سطح و بستر |
زمستان |
7 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای محیط |
5 psu بیشتر از شوری محیط |
شکل 2. پیش‌بینی پخش شوری توسط مدل در لایه سطحی در فصل زمستان (خروجی مدل عددی)
Figure 2. Prediction of salinity dispersion by the model in the surface layer during winter (numerical model output)
شکل 3. پیش‌بینی پخش شوری توسط مدل در لایه بستر در فصل زمستان (خروجی مدل عددی)
Figure 3. Prediction of salinity dispersion by the model in the bottom layer during winter (numerical model output)
شکل 2 و 3 پیش‌بینی پخش شوری را به ترتیب در لایه سطح و بستر در فصل زمستان نشان می‌دهد. همانطور که می‌بینیم، بیشترین غلظت شوری در نواحی جنوبی خلیج فارس، به ویژه در نزدیکی سواحل عربستان و امارات، مشاهده می‌شود که با تراکم بالای واحدهای نمک‌زدایی در این مناطق مطابقت دارد. در لایه سطحی، پراکندگی شوری نسبتا محدود است و اثر جریان‌های سطحی موجب رقیق‌سازی سریع‌تر پساب شور می‌شود. با این حال، در لایه بستر، به دلیل چگالی بالاتر پساب و حرکت کند جریان‌ها، انباشت شوری قابل توجه‌تر بوده و نواحی پرخطر به صورت لکه‌ای و گسترده‌تر ظاهر می‌شوند.
نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که در شرایط زمستانی با توجه به کاهش دما و افزایش چگالی آب، بخش عمده‌ای از پساب شور در لایه‌های زیرین تجمع می‌یابد. این موضوع باعث افزایش میانگین شوری در نواحی جنوبی تا حدود 2-3 psu بالاتر از مقدار طبیعی شده است.. این تغییرات باعث گسترش محدوده اثر پساب تا دو برابر نسبت به حالت تک‌واحد می‌شود. این الگو در سایر مطالعات در دریای سرخ و عمان نیز گزارش شده‌است.
همچنین نتایج شبیه‌سازی نشان داد که پساب وارد شده به آب، که شور و چگال می‌باشد به میزان زیادی به عمق رفته، پخش پساب در لایه‌های زیرین آب با سرعت بیشتر صورت می‌گیرد. در صورتی که بخش پساب در لایه‌های سطحی نسبت به بستر کمتر بوده و با توجه به جهت جریان‌های سطحی در تنگه، پساب در سطح در نزدیکی محل تخلیه باقی‌مانده و از انتشار آن جلوگیری می‌شود. پخش پساب با شوری بالا در لایه‌های نزدیک بستر می‌تواند اثرات نامطلوبی بر محیط‌زیست بستر دریا داشته‌باشد و سبب تغییر در اکوسیستم دریایی اطراف محل تخلیه شده و موجب از بین رفتن حیات بسیاری از موجودات دریایی بستر‌زی شود. زندگی بسیاری از موجودات دریایی که در بستر دریا زندگی می‌کنند مانند مرجان‌ها و سایر سخت‌پوستان و نرم‌تنان مطمئنا با افزایش شوری آب تحت تأثیر قرار گرفته و یا از بین می‌رود.
یافته‌های این پژوهش با نتایج گزارش‌شده توسط Driss et al (2025) و pereira et al (2024) هم‌خوانی دارد و تاکید می‌کند که اثرات تجمعی ناشی از چندین واحد نمک‌زدایی بسیار فراتر از یک واحد تک می‌باشد. این مساله ضرورت انجام ارزیابی‌های زیست‌محیطی منطقه‌ای به‌جای ارزیابی محلی را برجسته می‌کند. از جنبه اقتصادی و مدیریتی نیز نشان می‌دهد که نادیده گرفتن اثرات تجمعی در طرح‌های توسعه می‌تواند باعث کاهش بهره‌وری در شیلات، کاهش توریست و همچنین افزایش هزینه‌های نگهداری تاسیسات دریایی شود. لازم و ضروری است که ارزیابی‌های زیست‌محیطی از سطح تک‌واحد بالاتر رفته و اثر همزمان چندین واحد‌نمک‌زدایی را در واحد منطقه‌ای بررسی کنند.
نتیجهگیری
در مجموع، نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی و محاسبات انجام‌شده نشان می‌دهد که توسعه همزمان چندین واحد آب‌شیرین‌کن در مناطق ساحلی می‌تواند در مقایسه با احداث یک واحد منفرد، موجب تشدید و گسترش اثرات تجمعی تخلیه پساب شود. افزایش شوری و دمای آب در مجاورت نقاط تخلیه می‌تواند ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی محیط دریایی را تغییر داده و در صورت تداوم، بر پایداری اکوسیستم‌های حساس ساحلی اثرگذار باشد. این موضوع در مناطق نیمه‌محصوری مانند خلیج فارس، با توجه به نرخ بالای تبخیر و محدودیت نسبی تبادل آب، از اهمیت بیشتری برخوردار است.
نتایج بررسی سناریوهای مختلف نشان داد که فعالیت همزمان چندین واحد آب‌شیرین‌کن موجب ایجاد نواحی با شوری بالاتر در مجاورت بستر و افزایش گستره اثرگذاری پساب می‌شود. همچنین، تغییر دبی تخلیه پساب در محدوده سناریوهای بررسی‌شده، تأثیر قابل‌توجهی بر الگوی کلی انتشار نداشته و عمدتاً موجب تغییر در مساحت ناحیه تحت تأثیر شده است. افزایش شوری در نزدیکی بستر نیز می‌تواند بر ساختار و ویژگی‌های هیدرودینامیکی جریان اثرگذار باشد. تداوم چنین شرایطی، در صورت عدم مدیریت مناسب، می‌تواند پیامدهایی همچون کاهش کیفیت آب، تغییر شرایط اکولوژیکی بستر، کاهش اکسیژن محلول و ایجاد فشار مضاعف بر زیستگاه‌های حساس از جمله اجتماعات مرجانی و مانگروها را به همراه داشته باشد.
از منظر اقتصادی و اجتماعی نیز تداوم این روند می‌تواند با کاهش بهره‌وری فعالیت‌های شیلاتی، کاهش جذابیت گردشگری ساحلی و افزایش تعارض میان بخش‌های مختلف بهره‌بردار از منابع آب همراه باشد. بنابراین، در ارزیابی زیست‌محیطی پروژه‌های جدید آب‌شیرین‌کن، بررسی اثرات تجمعی و منطقه‌ای ناشی از استقرار همزمان چندین واحد، در کنار اثرات مربوط به هر واحد به صورت منفرد، ضروری است.
با توجه به نتایج این پژوهش، برای کاهش آثار نامطلوب ناشی از تخلیه پساب آب‌شیرین‌کن‌ها، پیشنهاد می‌شود:
محل و نحوه استقرار آب‌شیرین‌کن‌های جدید با توجه به شرایط هیدرودینامیکی منطقه، عمق آب، جهت و سرعت جریان و فاصله از زیستگاه‌های حساس تعیین شود.
در طراحی سامانه‌های تخلیه، استفاده از روش‌های افزایش اختلاط و رقیق‌سازی اولیه پساب، از جمله پخش‌کننده‌های چندخروجی و تخلیه در عمق مناسب، مورد توجه قرار گیرد.
به جای ارزیابی مستقل هر واحد، اثرات تجمعی چندین واحد آب‌شیرین‌کن در مقیاس منطقه‌ای در مطالعات ارزیابی اثرات زیست‌محیطی لحاظ شود.
پایش مستمر پارامترهایی نظیر شوری، دما، اکسیژن محلول و سایر شاخص‌های کیفی آب در محدوده تخلیه و مناطق پیرامونی انجام شود.
در تعیین ظرفیت توسعه واحدهای آب‌شیرین‌کن، ظرفیت طبیعی منطقه برای رقیق‌سازی و انتقال پساب و همچنین حساسیت اکوسیستم‌های ساحلی در نظر گرفته شود.
استفاده مجدد از پساب و بازیابی بخشی از نمک‌ها و مواد با ارزش موجود در پساب، در صورت امکان فنی و اقتصادی، به منظور کاهش حجم پساب دفعی مورد بررسی قرار گیرد.
تصمیم‌گیری درباره توسعه آب‌شیرین‌کن‌ها در چارچوب مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی و با در نظر گرفتن همزمان ملاحظات زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی انجام شود.
با توجه به محدودیت‌های مطالعه حاضر، برای تکمیل و توسعه نتایج پیشنهاد می‌شود در پژوهش‌های آینده:
اثرات تخلیه همزمان پساب چندین آب‌شیرین‌کن با در نظر گرفتن آرایش‌ها و فواصل مختلف نقاط تخلیه بررسی شود.
سناریوهای مختلف شرایط هیدرودینامیکی، از جمله تغییرات فصلی جریان، باد، جزر و مد و شرایط آرام و طوفانی، در شبیه‌سازی‌ها لحاظ شود.
اثرات بلندمدت و تجمعی تخلیه پساب بر شوری، دما، اکسیژن محلول و سایر پارامترهای کیفی آب بررسی شود.
برهم‌کنش پساب آب‌شیرین‌کن با رسوبات بستر و تغییرات احتمالی در ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی رسوبات مورد مطالعه قرار گیرد.
نتایج مدل عددی با داده‌های پایش میدانی در نقاط مختلف منطقه اعتبارسنجی و عدم‌قطعیت نتایج مدل ارزیابی شود. اثرات زیست‌محیطی تخلیه پساب بر زیستگاه‌های حساس مانند اجتماعات مرجانی، مانگروها و سایر جوامع کف‌زی به صورت کمی بررسی شود.
سناریوهای مختلف مدیریت و دفع پساب، از جمله رقیق‌سازی، استفاده از پخش‌کننده‌های مناسب، تخلیه در اعماق مختلف و روش‌های کاهش حجم پساب، از نظر زیست‌محیطی و اقتصادی با یکدیگر مقایسه شوند.
اثرات تغییرات اقلیمی، به‌ویژه افزایش دمای آب دریا، تغییر الگوی تبخیر و تغییرات احتمالی در هیدرودینامیک منطقه، بر پراکنش و ماندگاری پساب در مطالعات آتی لحاظ شود.
در نهایت، توسعه پایدار فناوری آب‌شیرین‌کنی در مناطق ساحلی مستلزم آن است که تصمیم‌گیری درباره احداث و بهره‌برداری از واحدهای جدید، نه به صورت منفرد، بلکه در چارچوب ظرفیت اکولوژیکی منطقه و اثرات تجمعی فعالیت‌های موجود و آتی انجام شود. تلفیق مدل‌سازی عددی، پایش مستمر محیطی و مدیریت یکپارچه مناطق ساحلی می‌تواند زمینه را برای کاهش آثار زیست‌محیطی تخلیه پساب و بهره‌برداری پایدارتر از منابع آب فراهم کند.
