خانه / آبخیزداری وهیدرولوژی / آب های زیرزمینی (groundwaters)
آب های زیرزمینی (groundwaters)

آب های زیرزمینی (groundwaters)

آب های زیرزمینی (groundwaters)

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه‌ها و فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقی می‌مانند. بیش از ۹۰% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است. مردم ما هر روز ۱۷۰۰ میلیارد لیتر آب مصرف می کنند. ۹۷% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و ۲% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از ۱% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و نهرها) و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود ۱۱۷ میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است.

سفره آب زیرزمینی (groundwater table)

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آن می‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌ باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند.سفره‌های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند.

آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آب زیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند،سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته می‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می‌شود.

 55

تقسیم بندی سفره های آب زیرزمینی

سفره های آزاد

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاکو در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیلمی‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره های تحت فشار
سفره‌های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محلحفر چاه قرار دارد.در سفره‌های تحت فشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

58

تئوری های مربوط به منشأ آب های زیرزمینی

برای منشأ آب های زیرزمینی تئوری های متعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است . قسمت بزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می رسد در زمین نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ ها و طبقات غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازند . اینتئوری اولین بار در قرن ۱۸ میلادی توسط یک نفر فیزیکدان فرانسوی به نام ماریوت عنوان گردیده و بعد توسط لومونوسوف مورد تأیید واقع شد . با این توصیف که ترکیب شیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماندو بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می یابد .

تئوری فوق مدتی مورد قبول واقع شد ولی در مورد آب هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که در آنجا نزولات آسمانی قابل توجهی دیده شده باشد ، صادق نبود . لذا در اواخر قرن ۲۰ تئوری جدیدی توسط ولگر ارائه گردید . این تئوری منشأ آب های زیرزمینی را از طریق آب های نفوذی قابل قبول نمی داند بلکه تشکیل آن ها را از تراکم بخار آب موجود در هوا که در بین ذرات و خلل و فرج سنگ ها نفوذ می کند استنباط می نماید . بنابراین تئوری جدیدی به نام تئوری تراکم آب به وجود می آید .

این تئوری به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد می شود و آن را غیر واقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافی نیست که بتواند مستقلاً منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند .

در اوایل قرن ۲۰ تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشی به نامE- Suess ارائه داده می شود که از طرف بسیاری از آبشناسان استقبال می گردد . طبق این تئوری بخارها و گازهایی که از ماگما در اعماق زمین برمی خیزد با نزدیک شدن به سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی ظاهر می گردند . تجربیات کافی امروزه این نظریه را نیز رد می کند .

بالاخره تئوری آب های فسیل مطرح می شود . تئوری مذبور آب های زیرزمینی نواحی عمیق را به باقی مانده آب های حوضه های قدیمی که در زیر رسوبات مدفون شده اند ربط می دهد . پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف و بررسی تئوری های فوق ، قریب به اتفاق متخصصین تئوری اول یعنی تئوری آب های نفوذی را در مورد آب های زیرزمینی قابل قبول می دانند .

نفوذ آب در زمین تا برخورد به قشرهای نفوذ ناپذیر ادامه می یابد . به محض این که آب ها به این قبیل لایه ها رسیدند و جریان آنها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفره های آبدار و یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می دهند .

چون غالباً در اعماق زمین طبقات نفوذ پذیر و غیر قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحیه ای از زیرزمین چندین سفره آبدار بر روی یکدیگر وجود داشته باشند . بالاترین سفره های آبدار زمین را که نزدیک به سطح زمین است و چاه های معمولی به آن می رسد سفره های آب سطحی و یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق و مخصوصاً آن هایی که در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور و یا سفره های محاط می خوانند . مخازن سطحی آب های زیرزمینی با تغییر نزولات و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند . به همین جهت مقدار آب چاه هایی که از این مخازن تغذیه می نمایند سریعاً کم و زیاد می شود .

در صورتیکه چاه های عمیق که از مخازن عمیق تر زمین ( منطقه اشباعی دائم ) آب می گیرند مقدار آبشان چندان تغییر نمی نماید . به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاه های عمیق ( مخصوصاً در نواحی مسکونی ) پاک تر از آب چاه هایی است که به مخازن سطحی مربوط می شوند .عوارض خارجی سطح زمین باعث می شود که سطح ایستایی آب های زیرزمینی افقی نباشد . آنانکه در مجاورت دره ها که نیروی جذب سنگ های مخزن کمتر است و از مقاومت در مقابل مسیر جریان آب در داخل زمین کسر می شود سطح ایستایی پایین تر قرار می گیرد ، بدین ترتیب سطح ایستایی آب های زیرزمینی عموماً در کنار دره ها انحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می رود.همانطوریکه برجستگی های سطح زمین باعث تقسیم آب های سطحی از یکدیگر است ، چین خوردگی لایه های غیر قابل نفوذ در اعماق زمین هم وسیله جدا بودن حوضه هایی از سفره های آبدار زیرزمین می گردد و باعث می شود تغییرات آب یک مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد .

 45

حالت های مختلف آب ها در قشر جامد زمین

قسمت عمده از آبی که بصورت برف و باران به زمین می رسد پس از نفوذ در زمین و رسیدن به طبقات زیرین کلیه درزها و شکاف ها و خلل و فرج بین ذرات سنگ ها را اشغال می نماید و پس از برخورد به سنگ های غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازد. آب های زیرزمینی به صورت زیر دیده می شوند :

۱) آب محبوس ، ۲) آب ثقلی یا آب آزاد ، ۳) آب اشباع

۱) آب محبوس : آبی است که به وسیله نیروی چسبندگی مولکول ها در حجم سنگ نگاهداری می شود و این نیرو همیشه بزرگتر از نیروی ثقل است .

۲) آب آزاد : عبارت از مقدار آبی است که در داخل خلل و فرج و یا فضاهای آزاد سنگ ها تحت تأثیر نیروی ثقل جریان می یابد مشروط بر اینکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد .

۳) آب اشباع : حداکثر مقدار آبی است که سنگ قابل نفوذ می تواند در خود نگاهدارد . آب های محبوس از نظر کانی شناسی و سنگ شناسی بسیار حائز اهمیت می باشند . در صورتیکه آب های آزاد چون در داخل سنگ ها جریان می یابند و یا ذخیره می شوند از نقطه نظر آب های زیرزمینی قابل توجه هستند .

پیشرفت اقتصاد و صنعت هر کشوری با مقدار آب های زیرزمینی رابطه مستقیم دارد بطوریکه آب مصرفی اکثر کارگاه های صنعتی بوسیله این آب ها تأمین می گردد.آب های زیرزمینی به علت داشتن عناصر مفید در فعل و انفعالات شیمیایی وارد می شوند . به علت خاصیت انحلال بعضی از مواد موجود در داخل سنگ ها از قبیل سنگ طعام و آهک و غیره را به حالت محلول در می آورند و بدین نحو تغییراتی در ترکیب و ساختمان سنگ روی می دهد.با داشتن قدرت حمل و رسوب گذاری تشکیلاتی از کانی های مفید را در زمین ایجاد می نمایند مانند معادن مس ، منگنز ، کربنات ژیپس و غیره .

آب های زیرزمینی در تشکیل گازهای کانی ساز مخصوصاً مخازن آب های گرم و معدنی در عمل دگرگونی سنگ ها بسیار مؤثر هستند .

خواص فیزیکی آب های زیرزمینی

خواص فیزیکی آب های زیرزمینی شامل زلالیت ، رنگ ، بو ،‌طعم و درجه حرارت است که در ذیل به طور خلاصه به هر یک می پردازیم :

زلالیت : آب های طبیعی به دو حالت صاف ( زلال ) و در ( تیره ) یافت می شوند. آب موقعی کدر است که مقدار مواد معدنی و یا سایر مواد معلق در آن وجود داشته باشند. بنابراین کم و یا زیاد بودن مواد فوق در شدت تیرگی آب بسیار مؤثر است.

رنگ : آب آشامیدنی معمولاً بی رنگ است ولی در محیط های وسیع به رنگ آبی دیده می شود . رنگ آب های زیرزمینی به علت وجود مواد خارجی تغییر می کند. املاح آهن و یا هیدروژن سولفوره آب را به ترتیب به رنگ های قرمز و آبی درمی آورند. آب هایی که دارای ترکیبات منگنز هستند سیاه رنگ است در صورتی که آب باتلاق ها به علت زیاد بودن اسید هومیک زرد رنگ است.

بو: به طور کلی آب های زیرزمینی بدون بو هستند. وجود بوی مخصوص در آب نماینده این است که آب مزبور به وسیله چاه های مختلف تغذیه می شود و یا اینکه در آن بعضی از مواد شیمیایی داخل گردیده است. مثلاً بوی گندیده بعضی از آنها مربوط به اسید هومیک است

طعم یا مزه: طعم آب بسته به ترکیب مواد مختلفی است که در آن محلول هستند. اگر مقدار کلرورها (نمک طعام و غیره) آن حدود ۳۰۰ میلی گرم در لیتر باشد مزه شور دارد. چنانکه مقدار سولفات های محلول در آن از ۴۰۰ تا ۴۵۰ میلی گرم در لیتر برسد مزه کاملاً تلخ می دهد . اگر ازمناطقی که ژیزمان های سولفوره دارند عبور کند مزه اسید به خود می گیرد . بنابراین مقدار مواد محلول و نوع بستری که آب در آن جریان می یابد و یا ذخیره می شود در طعم آن مؤثر است .

حرارت: درجه حرارت آب های زیرزمینی با عمق سفره ، وجود کانون آتشفشانی و موقعیت جغرافیایی محل فرق می کند . لذا از روی درجه حرارت می توان آنها را به چند دسته به شرح زیر تقسیم کرد :

– آب خیلی سرد (حداکثر تا ۵ درجه سانتی گراد)

– آب سرد (۱۰ درجه سانتی گراد)

– آب نسبتاً ملایم (۱۸ درجه سانتی گراد)

– آب ملایم (۲۵ درجه سانتی گراد)

– آب ولرم (۳۷ درجه سانتی گراد)

– آب گرم (بالاتر از ۴۰ درجه سانتی گراد)

درجه حرارت آب در اثر نمک یا گازهای محلول در آن تغییر می نماید .

ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی

بطوریکه می دانیم آب از یون های هیدروژن H+ و هیدروکسیل OH- ترکیب یافته و مقدار یون های مزبور در آب معمولی در درجه حرارت معین ثابت است . چنانکه مقدار هر یک از این یون ها تغییر یابد آب حالت اسیدی ( یون هیدروژن زیادتر ) و یا حالت قلیایی ( هیدروکسیل بیشتر ) به خود می گیرد.از نظر PH آب را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

– آب های خنثی که PH آنها در حدود ۷ است.

– آب های اسیدی که PH آنها کمتر از ۷ است.

– آب های قلیایی که PH آنها بیشتر از ۷ است.

به طورکلی ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی بر حسب مصارف مختلف فرق می کند.ساختمان شیمیایی آب آشامیدنی غیر از ساختمان شیمیایی آب است که در صنعت از آن استفاده می شود . بنابراین در استخراج و بهره برداری از آب های زیرزمینی می بایست شرایط زمین شناسی و هیدرولوژیکی محل مورد نظر کاملاً بررسی و مطالعه گردد.اگر از آب های زیرزمینی برای تأمین مصارف شهری مخصوصاً آشامیدن بهره برداری نماید باید دقت شود که آب مزبور به وسیله مواد آلی و یا سایر مواد زیان آور آلوده نگردد . اصطلاح سنگینی آب هم در مقوله ساختمان شیمیایی آب مطرح می شود . آب موقعی سنگین است که دارای کلسیم ( Ca ) و منیزیم ( Mg ) باشد . معمولاً هر ۵ میلی گرم کربنات کلسیم محلول در یک لیتر آب را یک درجه سختی می نماید.سنگینی تمام آب های طبیعی ممکن است منوط به وجود بیکربنات ها ، سولفات ها ،‌کلرورها یا نیترات های کلسیم و منیزیم و آهن و یا عناصر معدنی دیگر باشد . ایجاد فلس های نامحلول روی دیواره مخازن و قشرسفید ابری در لیوان مربوط به سنگینی آب است .

  1. انواع سفره های آب زیرزمینی

۱- سفره آب آزاد(Unconfined Aquifer)
بالاترین سطح منطقه اشباع شده را تشکیل می دهد .اینگونه سفره را سفره غیر آرتزین نیز می نامند. در چنین سفره هایی شکل و شیب سطح آب به عواملی مثل ورود آبهای سطحی ،تخلیه،وجود چاه،پمپاژو عوامل دیگر بستگی دارد.بالا و پایین رفتن سطح آب از تغییرات میزان ذخیره آب موجود تبعیت می کند. قسمت بالایی شکل پست قبل مقطع یک سفره ازاد را نشان می دهد.

۲-سفره محصور(Confined Aquifer)
سفره محصور ،سفره آرتزین و یا سفره فشار دار هم نامیده می شود.اینگونه سفره ها هنگامی بوجود می آیند که آب زیر زمینی تحت فشاری بیش ازفشار اتمسفر،به وسیله یک طبقه غیرقابل نفوذ – که روی آن قرار گرفته_محصور میشود.در اینگونه سفره ها اگر چاهی حفر شود،سطح آب از سطح طبقه محصور کننده بالاتر میرود(شکل پست قبل).تغذیه سفره محصور از قسمتهایی انجام میگیرد که طبقه محصور کننده به زمین برسدو یا به طریقی حذف شود.در این صورت این قسمت از سفره محصور هم ارز یک سفره آزاد خواهد بود. منطقه ای که آب از آنجا ه داخل زمین فرو میرودرا ناحیه تغذیه کننده(recharge area)گویند.بالا و پایین رفتن سطح آب درون چاهی که در محصور حفر شده است ،بیشتر تابع تغییر فشار سفره است تا تغییر حجم آن،بنابراین سفره محصور خود حجم کمی به عنوان ذخیره در اختیار دارد و فقط قادر است در اثر تخلیه مصنوعی و یا طبیعی آب را از ناحیه تغذیه کننده به محل خود هدایت کند.
سطح پیزومتریک در یک سفره آب محصور عبارت از یک سطح فرضی است که ازفشار هیدروستاتیکی آب درون سفره تبعیت می کند وعملا سطح آب درون چاهی که در یک سفره حفر می شود،ارتفاع سطح پیزومتریک را در آن نقطه نشان می دهد . در مواردی که سطح پیزومتریک بالاتر از سطح زمین قرار گیرد ،یک چاه جهنده خواهیم داشت. سطح پیزو متریک در عین حال ،ادامه سطح ایستابی در ناحیه تغذیه کننده نیز هست.خطوط تراز آب زیر زمینی و نیمرخ سطح پیزومتریک را در این مورد نیز می توان از روی اطلاعات حاصله از چاههای موجود رسم کرد .بایستی به این نکته توجه کرد که هنگامی که سطح پیزومتریک به سطح یا طبقه نفوذ ناپذیر محصور کننده برسد،سفره محصور تبدیل به یک سفره آزاد خواهد شد و اغلب اتفاق می افتد که یک سفره آزاد در بالای یک سفره محصور باشد.

۳-سفره محلی
سفره محلی حالت ویژه ای از سفره آزاد است .این نوع سفره ها هنگامی بوجود می آیند که قسمتی از آب زیرزمینیبه وسیله یک طبقه نسبتا غیر قابل نفوذ کوچک،از حوضه اصلی جدا شود. مثلا وجود عدسی های رسی در رسوبات متخلخل نفوذ پذیر ،باعث می شود که مقداری آب در بالای آن جمع شود. بدیهی است چاهی که به داخل یک سفره محلی نفوذ کند ،فقط مقدار کمی آب می دهد.

چگونگی تجمع آب در زیر زمین
آب زیرزمینی در قسمتهای متخلخل و نفوذ پذیر زمین جمع میشود بنابراین بجز در موارد بسیار نادر -که در زیر زمین غارهای آهکی وجود داردو ممکن است در آنها آب جمع شود-در حالت کلی آب در داخل سنگها جمع میشود(در خلل و فرج سنگ )و از درون منفذها حرکت میکند.این خلل و فرج و منافذ سنگ تخلخل نام دارد.برای بررسی بیشتر آبهای زیرزمینی نیاز است که ابتدا مفهوم تخلخل تشریح شود.

تخلخل
مهمترین ویژگی سنگ از نقطه نظر تجمع و حرکت آب از درون آنها تخلخل آنهاست . معمولا در ساختار سنگ مقداری فضای خالی پراکنده و خلل و فرج وجود دارد .طبق تعریف ،تخلخل سنگ یا خاک درصد فضای خالی نسبت به کل حجم آن است .تخلخل از رابطه زیر محاسبه می شود:

۱۰۰*(حجم کل/حجم فضای خالی)=درصد تخلخل

به لحاظ نحوه و زمان بوجود آمدن خلل و فرجها در سنگ،تخلخل به دو صورت اولیه و ثانویه وجود دارد:

تخلخل اولیه
تخلخل اولیه همزمان با تشکیل سنگ در آن بوجود میآید. به عنوان مثال درسنگهای رسوبی آواری ،دانه ها در تماس کامل با یکدیگر قرار نمی گیرند و بین آنها فضای خالی باقی می ماند . بدیهی است در این سنگها ،شکل و دانه بندی ذرات تشکیل دهنده نقش مهمی در میزان تخلخل دارد. اگر اندازه ذرات کم وبیش مساوی باشد تخلخل بیشتر است .اما اگر ابعاد ذرات متفاوت باشد،از انجا که ذرات ریزتر در بین فضای خالی موجود قرار می گیرندلذا تخلخل سنگ کمتر می شود.بدیهی است سیمان این سنگها نیز در اندازه تخلخل آنها موثر است.بدینصورت که اگر سیمان بخوبی فضای بین ذرات را پر کند تخلخل سنگ کمتر میشود.
تخلخل اولیه در سنگهای آذرین خروجی ممکن است بدلیل خروج حبابهای گاز قابل توجه باشد ولی در مورد سایر سنگها اهمیت کمتری دارد.

تخلخل ثانوی
تخلخل ثانوی بعد از تشکیل سنگ در آن بوجود می آید و در این مورد شکستگیهای سنگ نقش بسزایی دارد.از آنجا که آب زیر زمینی می تواند از لابلای این شکستگیها عبور کند ،لذا به مرور،در اثر انحلال باعث عریض شدن و افزایش تخلخل سنگ می شود.

از طرفی از نقطه نظر حرکت آبهای زیرزمینی در داخل زمین وسنگ ،خلل و فرجها به دو شکل تخلخل کلی و تخلخل موثر تعریف میشوند:

تخلخل کلی و تخلخل موثر
آنچه که ازرابطه” ۱۰۰*(حجم کل/حجم فضای خالی)=درصد تخلخل” بدست می آید تخلخل کلی سنگ است،اما از نقطه نظر حرکت آبهای زیرزمینی ،فقط آن قسمت از فضای خالی سنگ دارای اهمیت است که آب بتواند از آنها عبور کند.آن قسمت از خلل وفرج سنگ که آب قادر به حرکت در آنها باشد را تخلخل موثر گویند.در مورد بعضی از سنگها ،فضای خالی بقدری کوچک است که عملا آب قادر به عبور از آنها نیست و در برخی دیگر از سنگها اگر چه ابعاد فضای خالی نسبتا بزرگ است اما از آنجا که این فضا های خالی به هم ارتباط ندارند لذا آب نمیتواند از انها عبور کند.
درصد تخلخل سنگها و مواد متراکم نشده از حدود ۰ تا ۵۰ تغییر می کند برخی از این تخلخلهای تقریبی در زیر مشاهده میشود:

خاک :درصد تخلخل ۶۰-۵۰
رس :درصد تخلخل۵۵-۴۵
سیلت :درصد تخلخل۵۰-۴۰
ماسه درشت دانه:۴۰-۳۵
ماسه یکنواخت:۴۰-۳۰
ماسه متوسط تا ریز:۳۵-۳۰
شن:۴۰-۳۰
شن و ماسه:۳۵-۲۰
ماسه سنگ:۲۰-۱۰
شیل:۲۰-۱
آهک:۱۰-۱

 64

 

توزیع آبهای زیرزمینی در جهت قائم
سنگها و مواد موجود در زیر زمینرا از نظر آبهای زیرزمینی به دو ناحیه بخش بندی کرد.یکی ناحیه اشباع شده(Zone of saturation) و دیگری ناحیه هوادار(Zone of aretion) در ناحیه اشباع ،تمام شکافهاو منافذ سنگ به وسیله آب و تحت فشار هیدروستاتیک پر شده در صورتیکه در ناحیه هوادار ،قسمتی از منافذ توسط آب و قسمتی هم بوسیله هوا اشغال شده است .(مانند شکل)

اگر مبنا را سطح زمین در نظر بگیریم رفتار زمین در واکنش به آب در جهت قائم به سمت پایین بدین شکل است:
-ابتدا سطح زمین
-اولین ناحیه :ناحیه هوادار
این ناحیه به ترتیب ازبالا به پایین در جهت عمق به ترتیب شامل:
۱-منطقه آب خاکی ۲- منطقه متوسط یا آب نم ثقلی.۳- منطقه مویین یا آب مویین .
است.
دومین ناحیه :ناحیه اشباع است .
سطح و ابتدای این ناحیه را سطح ایستابی گویند و بعد از این سطح منطقه آب زیرزمینی شروع میشود.
7845

784

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی، سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، از محل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند.

آلودگی آبهای زیر زمینی

آلودگی آبهای زیرزمینی در اثر نفوذ آلودگی از سطح زمین و یا اطراف منبع آن صورت می‌گیرد و در این میان ، ریشه‌های درختان و یا گیاهانی که به منبع راه یافته‌اند نیز مورد توجه است.

موارد مورد توجه در یک منبع آب زیرزمینی
در یک منبع آب زیرزمینی ، عواملی چون عمق آب ، عمق ایستایی ، تغییراتی که ممکن است در اثر پمپاژ حاصل گردد، باید تعیین شود و تجزیه آب چاه و آبهای اطراف آن ، نشان خواهد داد که این منبع زیرزمینی از یک محل یا بیشتر تغذیه می‌شود.

علل آلودگی آبهای زیرزمینی
آلودگی آبهای زیرزمینی ممکن است از آبهایی که به آن وارد می‌شود و یا از منابع دور دست باشد و اگر این آلودگی از منابع دور دست وارد آب شود، تعیین محل آلوده کننده بسیار مشکل است. اگر بعد از پمپاژ ، آلودگی در آب مشاهده شود، باید مطالعه‌ای در منابع آلودگی اطراف چاه ، مثل چاه‌های توالت به عمل آید. عوامل موثر در ممانعت از آلودگی آبهای زیرزمینی به عمق چاه ، وضع طبیعی محلی که چاه در آن قرار دارد و جهت حرکت آبهای زیرزمینی مربوط است.
در هر صورت ، شعاعی که تحت اثر آن ممکن است آب زیرزمینی آلوده گردد، معمولا از حدود ۲۰ برابر تغییرات سطح ایستابی دراثر پمپاژ چاه بیشتر نیست. و اگر زمین اطراف چاه از سنگهای شکسته باشد، این مهم کمی زیادتر است. به عنوان مثال اگر تغییرات ایستابی چاهی ، ۰٫۵ متر باشد، شعاع آلودگی آن ۱۰ متر خواهد بود.
+96
سرعت واقعی جریان آب به چاه
سرعت واقعی جریان آب از هر نقطه به چاه ، با فاصله آن از چاه تغییر می‌کند و این سرعت در هر نقطه برابر است با سرعت واقعی جریان آب در موقع ورود به چاه تقسیم بر مجذور فاصله. مثلا اگر سرعت حرکت آب در موقع ورود به چاه ۵۰ میلیمتر بر ثانیه باشد، در فاصله ۱۰ متری، ۰٫۵ میلیمتر و در ۵ متر، ۲ میلیمتر در ثانیه خواهد بود.
باید توجه داشت که این رابطه ، یک رابطه تجربی تقریبی است، وگرنه برای محاسبه سرعت واقعی بطور دقیق ، به آزمایشات محاسبات بسیار طولانی و پیچیده‌ای نیاز است.

تاثیر عمق چاه در تصفیه آب
اقشار مختلف زمین ، خود عامل مهمی در تصفیه آبهای آلوده است، اگر عمق چاه ۱۰ متر باشد، این ضخامت زمین نمی‌تواند چاه را از آلودگیهای موجود در سطح زمین مصون نگهدارد، ولی اگر این عمق به ۲۰ تا ۲۵ متر برسد، باید انتظار داشت که تصفیه طبیعی صورت بگیرد و آلودگیهای موجود در سطح زمین عملا قادر به نفوذ در آب چاه نشوند. در صورت تماس فاضلاب با آبهای زیرزمینی ، مقادیر اکثر آنیونها بویژه نیترات و کلرورها در آنها بالا خواهد رفت و این امر یکی از بهترین علائم هشدار دهنده است.

19

بدیهی است در صورت این آلودگی علاوه بر آنیونها و کاتیونها بعضی از انواع باکتریها و ویروسهای فاضلاب نیز می‌توانند وارد جریان آبهای زیرزمینی شوند. می‌توان انتظار داشت که در شرایط مطلوب ، زمین ، قادر به تصفیه طبیعی ۹۹ درصد آلودگیها باشد. ولی برای اینکه زمین قادر به این تصفیه طبیعی باشد، باید نحوه و چگونگی دفع فاضلاب را با دقت تمام با احتساب جوانب امر صورت گیرد.

انواع آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی و نحوه از بین بردن آنها
متاسفانه ، ورود آلوده کننده‌های فاضلاب ، باعث فعالیت‌های غیر هوازی خواهد شد، ولی اگر آلودگی در حین نفوذ رقیق شده باشد، مشکلات ناشی از آنها کمتر خواهد بود. تخلیه فاضلاب‌های صنعتی در زمین نیز با ورود فلزات سنگین که اغلب خاصیت سمی دارند، آلودگیهای شدید شیمیایی و احیانا” میکروبی در آبهای زیرزمینی تولید می‌نماید و چه‌بسا اتفاق می‌افتد که دیگر از این آبهای زیرزمینی نتوانیم در مصارف عمومی استفاده کنیم و باید برای مصرف مجدد ، متحمل هزینه‌های گزافی گردیم.
برای جلوگیری از فعالیت باکتریهای بی‌هوازی در تخلیه مواد جامد دفعی در گودال ، می‌توانیم از محلول ۲۰ میلی‌گرم در لیتر ، کرومات و یا ترکیبات نیتراتی استفاده کنیم، البته مقدار معرف آنها با در نظر گرفتن جوانب امر باید تعیین شود.
نفت یکی از آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی است.این ماده ممکن است حتی آب زیرزمینی را برای همیشه غیر قابل استفاده نماید و در امر پمپاژ هم بعلت حل پوششهای قیری ، مشکلات جدی ایجاد می‌کند. آلوده کننده‌هایی که در ضمن فعالیتهای کشاورزی ممکن است وارد آبهای زیرزمینی گردند (نظیر حشره کشها) ، گاها فاجعه‌های بزرگی به بار می‌آورند. مثلا ممکن است ضمن کلرینه کردن آبهای زیرزمینی با ایجاد ترکیبات جدید کلردار مواد جدید که مسومیت آنها به مراتب از خود حشره کشها زیادتر است، ایجاد نمایند (نظیر کلرور فنیل).

پ4

جمع بندی مطالب

  • باکتریها و ویروسها در حین نفوذ آب و یا حرکت آن ، به آبهای زیرزمینی می‌پیوندند، ولی این عوامل هیچگاه در خلاف جهت جریان آبها حرکت نخواهد نمود.
  • حرکت عوامل مندرج در فوق ، در حین پمپاژ آبهای زیرزمینی تشدید می‌شود.
  • وضع باکتریها و ویروسها بعد از پیوستن به آبهای زیرزمینی مشابه وضع آنها در آبهای سطحی است.
  • مقدار باکتریها و ویروسهایی که قبل از رسیدن به منابع آب زیرزمینی قابل حذف هستند، متناسب با عوامل مختلف از همه مهمتر فاصله آنها از منبع و قابلیت نفوذپذیری زمین است.
  • بهترین نوع زمین مواد برای حذف باکتریها ، زمین با دانه بندی یکنواخت از ماسه‌های ریز با درصدی رس می‌باشد.
  • حداکثر مسافتی که باکتریها و ویروسها در حالت عمودی می‌توانند حرکت نمایند تقریبا ۱۰ فوت است.
  • غالب مواد شیمیایی نظیر نفت ، حشره کشها ، و دترجنتها می‌توانند همراه آب به زمین نفوذ و به آبهای زیرزمینی داخل گردند.

درباره سید امین خسروی

من سید امین خسروی دانش آموخته مهندسی آبخیزداری از دانشگاه ارومیه هستم و این تارنما رو جهت فراهم آوردن مرجعی برای دانشجویان رشته های منابع طبیعی و محیط زیست و کشاورزی با تاکید بر رشته های مرتع و آبخیزداری و جنگلداری برپاکردم. خوشحال میشم با ارائه نظراتتون و لینک ادرس ما در وبلاگ وسایتتون و ارسال پاورپوینت و تحقیقات کلاسیتون به ایمیل ما ،مارو در هر چه بهتر شدن سایت یاری کنید. ادرس ایمیل سایت: aminkhosravi1471@gmail.com

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*

کد امنیتی مقابل را وارد نمایید * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

رفتن به بالا