آب مایعیست که حیات بدون آن میسر نیست و محور اصلی علم هیدرولوژی (آبشناسی) را تشکیل می دهد. مولکول های آب از اتمهای اکسیژن وهیدروژن تشکیل شده و توسط پیوند هیدورژنی به هم متصل می شوند .اتمهای مذکور خود توسط نیروی کووالانس به هم متصل شده اند و فرمول شیمیایی مولکول آب H2O است . اتمهای هیدروژن دارای بار مثبت با زاویه ای نزدیک به 105 درجه دور اتم اکسیژن با بار منفی را گرفته اند و این وضعیت حالتی قطبی به این پیوند می دهد. دیمانسیون بالک آب در دمای 20 درجه سانتیگراد برابر 2100000000 نیوتن بر متر مربع است.
آب ماده ای است بی رنگ ، بی بو، بی طعم ، در حالت خالص دارای PH تقریباً 7 ، چگالی تقریباً 1g/cm ( در دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار 1 اتمسفر) ، در 100 درجه سانتیگراد به جوش می آید و در 4 درجه کاهش چگالی می دهد و در صفر درجه یخ می بندد.
آب تنها ماده طبیعی است که به سه حالت جامد، مایع و گاز(بخار) بطور طبیعی در کره زمین پیدا می شود. در حالتی که تبدیل به یخ می شود یخ چگالی کمتری نسبت به آب سرد دارد بنابراین یخها ر وی آب شناور می شوند. از طرفی نوعی عایق در سطح تشکیل می شود و دمای آب در مناطق میانی تعدیل می شود. آب کشش سطحی بسیار بالایی دارد. به عبارت دیگر آب چسبنده و الاستیک است و تمایل دارد که بجای پخش شدن، بصورت فشرده و قطره‌ای باشد. کشش سطحی یکی از دلایل خاصیت مؤینگی آب است و باعث میشود تا آب و مواد محلول موجود در آن در داخل ریشه گیاهان و مویرگهای بدن انسان و آوندهای گیاهی حرکت کند. مسئله تغییر حجم هنگام تبدیل به یخ شدن در طبیعت بسیار مهم است بعنوان مثال پدیده هائی چون تخریب فیزیکی، هوازدگی سنگها و متلاشی شدن لوله های انتقال آب از اثرات این پدیده است. آب خالص تقریباً بو، مزه و رنگ ندارد.
آب در زندگی روزانه
وجود هر گونه حیات، متکی به وجود آب است. آب در بیشتر فرایندهای متابولیسمی بدن، نقش حیاتی دارد. هنگام گوارش غذا، مقادیر قابل توجهی آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.تقریباً 70 درصد وزن بدن را آب تشکیل می‌دهد. برای عملکرد درست، بدن ، روزانه به 1 تا 7 لیتر آب نیاز دارد البته این میزان آب به مقدار فعالیت بدن ، دمای هوا ، رطوبت و دیگر عوامل بستگی دارد. آب از طریق ادرار ، مدفوع ، تعریق و همچنین از طریق بازدم به شکل بخار آب دفع میشود.
بدن انسان به آبی نیاز دارد که نمک یا ناخالصی های دیگر ( مثل باکتری یا دیگر عوامل بیماری‌زا و یا مواد شیمیایی) نداشته باشد. البته برخی مواد محلول در آب طعم و مزه آن را بهتر هم می‌کند. امروزه ، با توجه به رشد روز افزون جمعیت ، میزان سرانه آب آشامیدنی کاهش یافته است.
راه حل های تحت بررسی، تولید بیشتر آب ، بهبود توزیع و جلوگیری از هدر رفتن آن می‌باشد.
موقعیت جهانی آب
مقدار آب موجود در کره زمین تقریبا ثابت بوده است. این آب به مصارف آشامیدن ، کشاورزی ، صنعت و ... می رسد و زندگی بشر را بهبود می بخشد. اگر کره زمین از فضا روئیت شود ، رنگ طبیعی آن آبی دیده می شود یعنی کره ای که بیشتر سطح آن را آب پوشانده است. یعنی بخش اعظم سطح زمین را اقیانوس‌ها و دریاها فرا گرفته اند. از نقطه نظر حجم و اندازه ، در حدود 97.2%از آبهای موجود در جو زمین و آب موجود در خاکها و آبهای زیرزمینی می باشند.
آب شیرین
انسان برای انجام فعالیت هایش به آب شیرین نیاز دارد. آب شیرین ، یعنی آبی که میزان نمکهای آن بسیار کم باشد. آب اقیانوس ها و دریاها شور هستند و استفاده از آنها نیازمند تصفیه کردن آنهاست که این امر به احداث مرکز تصفیه خانه آب با مکانیزم های پیشرفته تصویه نیاز دارد. هزینه بالای این امر سبب شده که انسان به آب های شیرین موجود در خشکیها و اتمسفر زمین قانع باشد. حجم آب شیرین در جهان بسیار کم و در حدود 2.8% از حجم کل آب جهان است. برای مصرف آب شیرین اندک موجود در جهان محدودیت هایی هم وجود دارد ، زیرا مقداری از آبهای شیرین جهان به شکل یخ در یخچالهای قطبی و کوهستانی قرار دارد که به این صورت قابل بهره برداری نمی باشند. اما انسان به آبهای شیرین موجود در رودها ، دریاچه‌ها ، و آبهای زیرزمینی دسترسی دارد. البته آبهای زیرزمینی که در لایه‌های داخلی زمین موجود هستند ، لازمه دسترسی به آنها مسائلی همچون اکتشاف ، حفر چاه ، کانال کشی ، و به کار بردن دستگاههای پمپ آب ، ایجادتاسیسات و لوله کشی را در پی دارد.
گردش طبیعی آب
آب های موجود در زمین همواره در حال تغییر شکل هستند. این آبها ، حالات مایع ، جامد و گاز به خود می گیرند ، جلوه‌های طبیعی آب بسیار وسیع است. مقداری از آن در زمین نفوذ کرده و آبهای زیرزمینی را تشکیل می دهد. قدری از آن هم در درون شاخه‌ها ، برگ‌ها ، تنه و ریشه درختان ذخیره می شود. آیا جلوه های دیگری از آب هم می شناسید؟
آب موجود در اتمسفر زمین بر اثر گردش طبیعی آن هر 9 روز یک بار بین آسمان و زمین جابجا می شود. در هر سال این عمل چندین مرتبه تکرار می شود. حجم آبی که در هر سال به وسیله گردش آب در طبیعت فراهم می شود ، در
حدود 40000 کیلومتر مکعب است. انسان با تکنولوژی امروزی می تواند 25000 کیلومتر مکعب آنرا مورد بهره برداری قرار دهد. ریزش های جوی در همه جای سیاره زمین یکسان نیست و در برخی جاها بارندگی بیشتر از سایر مکانهاست.
وضعیت آبهای ایران
با توجه به قرار گرفتن ایران در نواحی خشک و بیابان ، مقدار بارندگی و حجم آبهای ایران کافی نیست. و ریزش های جوی نیز بطور یکنواخت صورت نمی گیرد. میانگین بارندگی سالانه در جهان در حدود 800mm تبخیر واقعی و 900mm تبخیر بالقوه می شوند. کشور ایران با اینکه 1.1% از مساحت خشکی های جهان را داراست ، فقط 0.345% از آبهای موجود در خشکیهای جهان را در اختیار دارد. از سوی دیگر در اغلب مناطق ایران ، ریزشهای جوی بصورت محلی و فصلی است که نیاز چندانی به آب برای کشاورزی در پاییز و زمستان نیست ، همچنین بارندگی به طور یکنواخت در کشور توزیع نمی شود.
محدودیت منابع آب و توزیع فصلی نامناسب بارندگی دال بر این است که بایستی منابع آبهای موجود سطحی و زیرزمینی را به خوبی شناسای و مطالعه کرده و با برنامه ریزی دقیق ، بهره برداری صحیح از آنها صورت گیرد. البته مردم ایران از اول با این مشکل مواجه بوده اند و با حفر قنات و کاریز ، بهره برداری از آبهای زیرزمینی را ابداع کرده اند. با احداث سد و بندهای متعددی نیز آبهای سطحی را مورد استفاده قرار می دهند.
آنچه باید بدانیم
حجم آب های شیرین قابل استفاده توسط انسان بسیار محدود است.
میزان بارندگی سالانه ایران بسیار کمتر از میانگین بارندگی جهانی است.
پراکندگی بارش در همه جای ایران یکسان نیست و بیشتر بارندگی در زمان نامناسب برای کشاورزی صورت می گیرد.
برای بهره برداری صحیص از منابع آب بایستی ابتدا منابع را خوب شناخته و بر روی آنها برنامه ریزی دقیق انجام داد.
اجزای چرخه آب
1- آب مایعی است که در دمای صفر تا 100 درجه سانتیگراد بین انجماد و تبخیر باقی می‌ماند.
2- آب گرمای ویژه بالایی دارد که به این معنی است که می‌تواند گرما و زیادی را جذب کند یا از دست بدهد بدون اینکه درجه حرارت تغییر کند. این مسئله برای نگه داشتن و یکسان نگه داشتن گرمای بدن پستانداران، مثل خودمان خیلی مهم است.
3- آب گرمای پنهان تبخیر بالایی دارد. به این علت، آب به کندی از استخرها و دریاچه‌ها بخار میشود یعنی جاهائیکه اشکال زندگی زیادی به آنها وابسته هستند.
4- آب در حالت جامد کم چگالتر از مایع می‌باشد، بنابراین یخ غرق شده شناور میشود. این خصوصیت اجازه زندگی در نواحی قطبی، نیمه قطبی، جائیکه یخ شناور میشود و اجازه زندگی موجودات زنده در زیر آب را می‌دهد وا می‌دهد. اگر یخ سنگین تر از آب بود. غرق می‌شد و یخ بیشتری در بالای آن تشکیل می‌شد. در نتیجه همه زندگی آب در یخ به دام می‌افتد زمانیکه آنقدر سرد میشود که آب یخ می‌بندد.
5- آب یک حلال قابل ملاحظه نه تنها برای دلایل اشاره شده در بالا بلکه برای گازهایی نظیر اکسیژن و دی اکسید کربن می‌باشد. اکسیژن باید در فاز آبی سلول‌های زنده به منظور استفاده در اکسیداسیون غذایی قابل حل باشد. در همان زمان گازهای دیگر، دی اکسید کربن، باید برای خارج شدن از سلول قابل حمل باشد تا از شش‌ها خارج شود.
6- آب دارای کشش سطحی است. مولکول‌های آب روی سطح یک حوضچه آرام و ساکن تمایل به کشیده شدن به داخل آب دارند به این منظور که سطح مایع سخت می‌باشد. این سختی کشش سطحی نامیده میشود. این حالت می‌تواند یک سنی کوچک مثل سوزن خیاطی را نگه دارد. این پوست روی آب می‌تواند حشرات در حال پرواز به دام بیاندازد بطوریکه دیگر قادر به پرواز نباشند.
7- آب ویسکوزیته یا غلظت دارد. یک شخص می‌تواند اثرات ویسکوزیته آب را در طول یک رود یا روخانه را با حواشی یکسان ببیند. آب در طول حواشی رودخانه آرام می‌باشد هنگامیکه جریان در مرکز شدید و تند می‌باشد. این مقاومت بین لایه‌ها ویسکوزیته یا غلظت نامیده میشود این خصوصیت به ماهیهای کوچک برای زندگی کردن نزدیک ساحل را می‌دهد زمانیکه ماهیهای بزرگتر توانائی شنا کردن در جریانات قوی را دارند. غلظت همچنین مسئول تشکیل گرداب، ایجاد آشفتگی که منجر به مخلوط کردن خوب هوا در آب و پراکندگی یکنواخت بیشتر میکروارگانیسم ها میشود.