قرار گرفتن ایران در کمربند بیابانی و تغییر اقلیم موجب شده تا دسترسی به منابع آب در کشور ما محدود شود و تنش آبی ایجاد شده به ویژه برای استان‎‌های مرکزی کشور، چالش‌هایی را ایجاد کرده است که تاکنون به انتقال آب از یک منطقه و ارسال آن به سایر نقاط کشور و همچنین اکتشاف منابع آب‌های کارستی توجه شده است ولی محققان کشور راهکارهای فناورانه‌ای را در این زمینه ارائه کردند که با بومی سازی آن علاوه بر آنکه هزینه‌های تامین آب را کاهش خواهد داد، موجب اشتغال‌زایی نیز می‌شود. در عرض جغرافیایی ۱۵ تا ۳۰ درجه شمال و جنوب خط استوا، مناطق خشکی بیابانی شکل گرفته‌ است که به واسطه دخالت عوامل طبیعی و غیرطبیعی گستره، آن‌ها رو به افزایش است. نقشه بیابان‌های دنیا نشان از ۵ کمربند اصلی بیابانی دارد که به این شرح است:

- صحرای "سونورا" در شمال‌غربی مکزیک که تا نواحی بیابانی جنوب‌غربی ایالات متحده امریکا امتداد دارد.

- صحرای "اتاکاما" که به‌ صورت نوار باریکی از جنوب "اکوادر" تا مرکز شیلی کشیده شده است.

- کمربند بسیار وسیعی که از اقیانوس اطلس شروع و به چین ختم می‌شود و شامل صحرای عربستان، بیابان‌های ایران و روسیه، بیابان "راجستان" در هند و پاکستان و صحرای "گبی" در چین و مغولستان است.

- سرزمین "کالاهاری" و سرزمین‌های خشک اطراف آن در جنوب آفریقا.

- قسمت اعظم قاره استرالیا

پراکندگی بیابان‌های دنیا

در کشور ما بیشتر به‌دلیل دخالت انسان در اکوسیستم نواحی خشک و نیمه‌خشک، هر روز بر وسعت بیابان‌ها افزوده می‌شود؛ گسترش زمین‌های زیرکشت، شیوه‌های نامناسب آبیاری و شور شدن منابع آب و خاک، عدم تعادل بین تعداد دام و ظرفیت مراتع، تخریب ناشی از فعالیت‌های عمرانی بدون توجه به مسائل زیست‌محیطی مانند سدسازی، راه‌سازی، از بین بردن پوشش گیاهی به‌منظور تامین سوخت در بین روستاییان و عشایر و... از جمله این موارد است.

بر اساس این تقسیم بندی، ایران روی کمربند خشک و نیمه‌خشک جهان قرار دارد از این رو نیازمند مدیریت صحیح منابع آبی است؛ چرا که به اعتقاد جغرافیدانان و کارشناسان، مدیریت نادرست منابع آب، سبب خشک شدن تالاب‌ها و سفره‌های آب زیرزمینی می‌شود که این فرایند پدیده بیابان‌زایی را تشدید خواهد کرد.

علاوه بر آن گفته شده که بارندگی در ایران یک سوم میانگین بارندگی در جهان و دلیل قرار گرفتن روی کمربند خشک جهان، میزان تبخیر آب در کشور حدود ۳ برابر میانگین جهانی است.

وجود این شرایط زندگی میلیون‌ها نفر را در ایران به‌طور مستقیم در معرض خطر و تهدید قرار ‌داده است؛ تغییر اقلیم، وقوع سیل، خشکسالی، گرد و غبار، تشدید فرسایش و تخریب خاک، گسترش آلاینده‌ها در چرخه منابع آب و در نتیجه ورود آنها به چرخه غذایی و سیستم تنفسی از جمله این تهدیدات است که حیات ساکنان مناطق خشک به شمار می‌رود.

بنابراین، امروزه حفاظت از آب، خاک و هوا نیازمند عزم ملی است که در این مسیر، اولین گام باید ایجاد هم افزایی میان دستگاه‌های متولی موضوع آب، خشکسالی، فرسایش و محیط زیست تعریف شود. و در گام دوم نیاز است تا متخصصان و عالمان، راهکارهایی برای رفع چالش‌های زیست محیطی موجود در آب، هوا و خاک با استفاده از فناوری ارائه کنند تا در سایه هم افزایی ایجاد شده میان دستگاه‌های مختلف از فناوری‌های ارائه شده، در جهت رفاه بیشتر مردم، بهره‌برداری شود.

توسعه فناوری‌های مرتبط با "تصفیه و نمک زدایی آب"، "الکترودیالیز"، "تولید میکرو فیلترها و اولترا فیلترهای تصفیه آب"، "روش‌های نوین حرارتی در نمک‌زدایی آب"، "فناوری‌های مرتبط با بهینه‌سازی آب و انرژی در طراحی"، "ساخت و بهره‌برداری از گلخانه‌ها"، "بهره‌برداری از زه‌آب‌های کشاورزی و پساب‌های صنعتی در توسعه عملیات شورورزی"، "توسعه فناوری‌های اکتشاف، استحصال و بهره‌برداری از منابع جدید آب برای مصارف مختلف شرب، صنعت و کشاورزی" از جمله فناوری‌هایی است که می‌توان با تکیه بر آنها، به جای انتقال آب از یک بخش کشور و ارسال پرهزینه آن به سایر بخش‌ها، بخشی از نیاز آبی کشور را مرتقع کرد.

بر این اساس است که نادرقلی ابراهیمی دبیر کارگروه تخصص فناوری‌های آب، خشکسالی، فرسایش و محیط زیست معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، بهره‌برداری از انواع سیستم‌های مدیریت توزیع و کاربرد آب در مزرعه، ایجاد ارزش افزوده و تولید محصولات فرآوری شده از انواع پسماندها، فاضلاب‌ها و ضایعات کشاورزی، خانگی، الکترونیکی و صنعت، اجرای طرح‌های کوچک مقیاس فناورانه در حوزه‌های مرتبط با هدف ایجاد اشتغال و توسعه کشت انواع گونه‌های گیاهی مقاوم به خشکی با هدف بیابان زدایی را برنامه‌های بلندمدت این کارگروه عنوان می‌کند.

فناوری‌هایی که برای توسعه منابع آبی عرضه شدند

*تکمیل زنجیره تولید سامانه‌های آب‌شیرین کن در کشور

یکی از اقدامات انجام شده در زمینه توسعه منابع آب شرب، حمایت از طراحی و تولید "پمپ‌های فشار قوی و توربوشارژر برای سامانه‌های آب‌شیرین کن" بوده است.

فناوری ساخت این پمپ‌های فشار قوی و توربوشارژرهای مورد استفاده در سیستم‌های اسمز معکوس در اختیار چند شرکت مطرح ژاپنی، اروپایی و امریکایی است که به دلیل شرایط تحریم، امکان همکاری با این شرکت‌ها و انتقال دانش فنی به داخل کشور فراهم نیست از این رو با تکیه بر توانمندی و تلاش متخصصان داخلی، طراحی و تولید نیمه صنعتی پمپ فشارقوی و توربوشارژر و آزمون‌های لازم با موفقیت طی شده است.

محصول نهایی طرح، تولید پمپ طبقاتی فشارقوی و توربوشارژر بازیابی انرژی است که با تولید این محصولات تمامی فناوری‌های طراحی و ساخت قطعات و تجهیزات مورد نیاز توسط یک شرکت دانش بنیان داخلی بومی‌سازی می‌شود.

*توسعه فناوری نمک‌زدایی

توسعه فناوری نمک‌زدایی به روش الکترودیالیز معکوس، پروژه دیگر مورد حمایت معاونت علمی و اجرا شده از سوی یکی از شرکت‌های دانش بنیان است.

سامانه‌های شیرین‌سازی آب به روش الکترودیالیز معکوس از مهمترین، سامانه‌های مورد استفاده در دنیا برای تولید آب شرب استاندارد از آب‌های لب‌شور سطحی و زیر زمینی به حساب می‌آید. در این روش از جریان الکتریسیته به منظور جهت دادن به یون‌های موجود در آب و در نتیجه حذف آنها از جریان آب اصلی استفاده می‌کند.

در حال حاضر پایلوت‌هایی برای تامین آب شرب مناطق روستایی در استان‌های خوزستان و بوشهر و سایر مناطق کشور اجرا شده و با تجاری‌سازی این فناوری انتظار می‌رود در آینده به شکل وسیع‌تری برای تامین آب شرب مورد استفاده قرار گیرد.

*توسعه فناوری‌های غشای سرامیکی سیلیکون کارباید

با همت و تلاش یکی از شرکت‌های دانش بنیان توسعه فناوری‌های غشا سرامیکی سیلیکونی کارباید در حال اجرا است. این فناوری به جداسازی املاح در فرآیندهای تصفیه آب به صورت فیزیکی، شیمیایی، بیوشیمیایی، میکروبی و غیره کمک می‌کند.

با بومی سازی این فناوری و توسعه آن گامی جدید در فرآیند تصفیه آب برداشته خواهد شد.

*استحصال آب باران

استحصال آب باران از سطوح آبگیر برای تولید آب دیونیزه، نیز از دیگر فناوری‌های نوین در حوزه آب، استحصال آب باران از سطوح آبگیر برای تولید آب دیونیزه است.

با توجه به اینکه حجم قابل توجهی از بارش باران کشور در شمال کشور است و این شهرها هوای پاک و سالمی دارند، آب باران این مناطق از کیفیت بسیار خوبی برخوردار است. با این‌حال متاسفانه این منابع طبیعی آب شیرین در نهایت از طریق رواناب‌ها و شیروانی‌های ساختمان‌ها وارد دریا شده و تبدیل به آب لب شور می‌شود.

این طرح با هدف استفاده بهینه از آب باران، کاهش هزینه‌های صرف شده برای تولید آب دیونیزه، کاهش قیمت نهایی محصول و کاهش هدر رفت آب شهری مطرح شده است تا با جمع آوری آب باران از سطوح بارانگیر و تصفیه آن به کمک فیلترهای مختلف محصولاتی تولید شود که می‌تواند گامی موثر در راستای بهینه‌سازی مصرف آب باشد.

استحصال آب باران از سطوح آبگیر برای تولید آب آشامیدنی نیز طرح دیگری است که به ثمر نشسته است. این سیستم، یک روش سبز و مقرون به صرفه برای جمع‌آوری آب باران و رواناب‌ها است. این فناوری ذخیره آب باران، برخلاف سیستم‌های بزرگ و متمرکز مانند سدها، نیاز به سرمایه‌گذاری زیاد و فناوری پیشرفته‌ای ندارد و در ابعاد کوچک قابل اجرا است.

*توسعه فناوری‌های شورورزی

یکی از مهم‌ترین معضلات و چالش‌هایی که کشورمان با آن دست و پنجه نرم می کند، وجود مناطق خشک و غیرقابل کشتی است که به وسعت زیادی در کشور پراکنده هستند. بر همین اساس یکی از اولویت‌های معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری در چند سال اخیر توسعه فناوری‌های شورورزی است.

"شورورزی"، تولید پایدار و اقتصادی محصولات کشاورزی با استفاده از منابع آب و خاک شوری که کشاورزی مرسوم در آنها یا اقتصادی و یا پایدار نیست، گفته می‌شود.

در حال حاضر پایلوت تثبیت کانون‌های فوق بحرانی تولید گرد و غبار با استفاده از منابع زه آب دشت آزادگان در پایین دست حوزه کرخه در سطح ۵۰ هکتار در حال بهره برداری است. در این پایلوت از زه آب‌های شور و بسیار شور پروژه‌های آبیاری و زهکشی دشت آزادگان به منظور تولید چوب، علوفه، مواد پروتئینی و آبزی پروری استفاده می‌شود همچنین بخشی از اراضی یکی از کانون‌های فوق بحرانی تولید گرد و غبار با همین روش، تثبیت شده است.

*تلاش برای بومی‌سازی روش‌های ایجاد سد ترکیبی زیرزمینی

یکی از فناوری‌های نوینی که معاونت علمی به دنبال توسعه آن است، فناوری ایجاد سد ترکیبی زیرزمینی و آب بندان آبشاری است. سدهای زیرزمینی سازه‌هایی هستند که جریان‌های زیرقشری و یا آب‌های زیرزمینی را مسدود می‌کنند و سبب ایجاد ذخایر آبی در زیر زمین می‌شوند.

برای اجرایی شدن این طرح در کشور، مطالعات زمین‌شناسی، مرفولوژی، نقشه‌برداری و مطالعات زیر سطحی به کمک فناوری ژئوالکتریک و ژئو رادار قبل و بعد از احداث سد زیرزمینی برای مشخص کردن بهترین مکان و ارزیابی عملکرد سد زیرزمینی انجام شده است.

*روش‌هایی برای کاهش تبخیر آب در ایران

در حالی که متوسط ظرفیت تبخیر سالانه در جهان ۷۰۰ میلی‌متر است، این میزان در ایران۲۱۰۰ میلی‌متر برآورده شده است و این موضوع نشان می دهد که تبخیر سالانه در ایران سه برابر متوسط تبخیر در دنیا است که این امر می‌تواند به روند سریع تبخیر آب در دریاچه‌ سدها و همچنین افزایش مصرف آب در بخش کشاورزی کمک کند.

در این زمینه محققان دانشگاهی و شرکت‌های دانش بنیان فناوری‌هایی را اجرایی کردند که از آن جمله می‌توان به طرح محققان دانشگاه امیرکبیر اشاره کرد. در این طرح محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با سنتز نانو کامپوزیت‌های پلیمری زیست تخریب‌پذیر روشی را برای کاهش تبخیر در گیاهان زراعی و زینتی ابداع کردند.

با استفاده از نانو کامپوزیت‌های تولید شده، می‌توان در بخش کنترل و کاهش مصرف آب در برنج بیش از ۸۰ درصد صرفه جویی خواهد شد. 

استفاده از صفحات فتوولتائیک از دیگر راهکارهایی است که منجر به کاهش تبخیر آب در پشت سدها خواهد شد.  بر این اساس یکی از شرکت‌های دانش بنیان با استفاده از صفحات فتوولتائیک که بر روی یک سوم دریاچه سدها قرار می‌گیرند، علاوه بر جلوگیری از تبخیر آب، می‌توان انرژی تجدیدپذیر را از خود صفحات فتوولتائیک که بر روی آب مخازن سد نصب شده، تولید کرد.

نانو پوشش‌های زیست سازگار از دیگر راهکارهای کاهش تبخیر آب است که در این زمینه محققان یکی از شرکت‌های دانش بنیان نانوپوشش‌هایی را ارائه کردیم که با اعمال آن بر روی سطح آب علاوه بر آنکه مانع تبخیر آب و موجب نگهداری آب ذخیره‌شده در پشت سد می‌شود، به راحتی می‌توان بازدیدهای دوره‌ای از سدها را انجام داد و این پوشش‌ها مانعی برای انجام بازبینی‌ها نخواهد بود؛ چرا که در هنگام بازبینی با استفاده از قایق‌های موتوری، این پوشش به کناری می‌رود و با خروج قایق از دریاچه پشت سد، این نانوذرات مجدداً به یکدیگر متصل خواهند شد.