دانلود مقاله وضعیت آبهای زیرزمینی

وضعیت آب در کره زمین
مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر آب مصرف می کنند.

97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است.

ما آب مورد نیاز خود را از 1% 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 117 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 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 داشته‌باشد.

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.

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 خاک و در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل می‌شوند.

از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های 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 محل حفر چاه قرار دارد.

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 محل حفر 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.

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 آبهای زیرزمینی بطور طبیعی ، و بطور کلی تحت اثر وزن خود از نقاط مرتفع به سوی نقاط پست حرکت می‌کنند.

حرکت افقی آب در زیر زمین اغلب بسیار آهسته‌تر از رودخانه‌هاست، به نحوی که سرعت آب در رودخانه‌ها را با متر در ثانیه می‌سنجند در حالی که سرعت آبهای زیرزمینی با سانتیمتر در روز و حتی متر در سال سنجیده می‌شود.

جابجایی آب در زیر زمین در تجزیه و تحلیل حرکت آب زیرزمینی ، مسیر واقعی پرپیچ و خم مولکولهای آب از خلال منافذ رسوبات و درز و شکاف سنگها را به صورت مسیرها صافی در نظر می‌گیرند، بطوری که گویی مولکولهای آب مستقیما از درون ذرات جامد عبور می‌کند.

خطوط صاف مسیر حرکت مولکولهای آب را اصطلاحا «خط جریان» می‌گویند.

جریان آب زیرزمینی معمولا به‌صورت یکنواخت و ماندگار است.

با استفاده از ارتفاع سطح آب در چاههایی که در یک سفره حفر شده‌اند می‌توان «نقشه خطوط تراز ایستایی» را تهیه کرد.

این گونه نقشه‌ها از نظر مطالعه حرکت آب در زیر زمین و کسب اطلاعات در مورد سفره آب زیرزمینی بسیار مفید است.

خطوط تراز ابهای زیرزمینی را خطوط هم پتانسیل نیز می‌گویند.

جهت جریان آب زیرزمینی و نحوه ارتباط آب زیرزمینی با رودخانه‌ها و دریاچه ها را مشخص کرد، جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی را همچنین می‌توان بوسیله «رویابها» نیز مشخص کرد.

به این منظور مقداری مواد رنگی ، مواد نمکی یا مواد رادیواکتیو را به آب چاه افزوده و زمان دریافتشان را در چند چاه مجاور مشخص می‌کنند.

به ‌این وسیله ، با در دست داشتن فاصله چاهها از یکدیگر جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی معلوم می‌شود.

عوامل موثر در سرعت آب زیرزمینی شیب آبی : شیب آبی یا گرادیان هیدرولیک بین دو نقطه از سطح ایستایی عبارت از نسبت بین اختلاف ارتفاع دو نقطه به فاصله بین آن دو نقطه است و منعکس کننده کاهش بار ناشی از اصطکاک در طول حرکت آب بین آن دو نقطه می‌باشد.

نفوذپذیری : نفوذپذیری به معنی قابلیت عبور آب از زمین است.

نفوذپذیری علاوه بر اندازه فضاهای خالی سنگ و خاک به ارتباط بین آن فضاهای خالی با یکدیگر نیز بستگی دارد.

سنگی که تخلخل زیادی دارد، اگر منافذ آن به هم ، راه نداشته ‌باشند، غیر قابل نفوذ خواهد بود.

نفوذپذیری خاک و سنگ را به روشهای مختلفی در صحرا و آزمایشگاه می‌توان تعیین کرد.

رایجترین روش صحرایی تعیین نفوذپذیری استفاده از آزمایش پمپاژ و در آزمایشگاه بکارگیری آزمایشهای «بار ثابت» ، «بارافتادن» یا «بارخیزان» است.

در خاکها ، یکنواخت نبودن و حالت لایه‌لایه تاثیر مهمی بر نفوذپذیری دارد.

به نحوی که معمولا نفوذپذیری افقی مصالح به مراتب بیشتر از نفوذپذیری قائم در آنهاست.

در اغلب شرایط ، نفوذپذیری سنگها تابعی از وضعیت درزها و شکستگیهایشان ، از جمله فاصله آنها از یکدیگر ، مقدار باز شدگی و پر شدگی آنها و بالاخره اندازه حفرات و نحوه توزیع آنها است.

به دلیل نامنظم بودن این اشکال و عدم تداومشان در سنگ ، اغلب ممکن است برآورد نفوذپذیری سنگ با خطای قابل ملاحظه‌ای همراه شود.

نفوذپذیری یکی از مهمترین پارامترهای تعیین‌کننده ویژگیهای مصالح است.

بالارفتن آب به خلاف نیروی گرانشی و بر اثر نیروی موئینه ، شسته شدن رسوبات ریز از میان رسوبات درشت و ایجاد پدیده رکاب و بالاخره از دست رفتن مقاومت برخی خاکها بر اثر بارگذاری ناگهانی به‌ روی آنها ، هم در ارتباط با نفوذپذیری مصالح ایجاد می‌شود.

تخلیه طبیعی آب از زیر زمین آبی که در زیر زمین حرکت می‌‌کند سرانجام بطور طبیعی از زیر زمین خارج می‌شود.

با نزدیک شدن سطح ایستابی به سطح زمین ، آب زیرزمینی مستقیما از طریق خاک تبخیر می‌شود یا جذب گیاهان شده و بر اثر عمل تفریق به اتمسفر باز می‌گردد.

در پاره‌ای از نقاط ، با نزدیک شدن سطح ایستایی به سطح زمین و تبخیر آب یک منطقه تبخیری و شوره‌زار بوجود می‌آید.

بخش مهمی از آبهای زیرزمینی مستقیما وارد آبهای سطحی ، یعنی رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و دریاها می‌شود.

رودخانه‌هایی که آب زیرزمینی را زهکشی می‌کنند «رود زاینده» یا آبزا نامیده می‌شوند.

چشمه هر جا که سطح ایستایی ، سطح زمین را قطع نماید، آب به‌صورت جریان سطحی تخلیه می‌شود.

اگر مقدار تخلیه کم یا در سطح وسیعی پخش شده‌ باشد «سطح تراوش» ایجاد می‌شود.

آبهای زیرزمینی بصورت «چشمه» نیز از زمین خارج می‌شوند.

چشمه نوعی تخلیه طبیعی آب زیرزمینی است که بصورتی متمرکز رخ می‌دهد.

تقسیم‌بندی چشمه‌ها چشمه‌های ثقلی : آنهایی هستند که در شرایط مناسب ، بر اثر جریان آب بوسیله نیروی گرانشی ، در سطح زمین ظاهر می‌شوند.

وقتی سطح ایستایی به‌هر علتی به وسیله سطح زمین قطع شود ممکن است یک چشمه تشکیل شود.

از این رو به چشمه‌های ثقلی «چشمه‌های سطح ایستایی» هم می‌گویند.

در شرایطی که یک لایه نسبتا قابل نفوذ آبدار در روی یک لایه تقریبا غیر قابل نفوذ ، که توسط سطح زمین قطع گردیده، قرار بگیرد، چشمه تشکیل می‌شود.

همچنین وقتی یک سفره آب زیرزمینی به وسیله یک مجرا به سطح زمین راه یابد، چشمه تشکیل می‌شود.

آبهای زیرزمینی موجود در سنگهای آهکی ، که گاهی منابع بسیار بزرگی را تشکیل می‌دهند، ممکن است چشمه‌های پر آب بوجود آورند.

چشمه‌های غیر ثقلی : یا چشمه‌های آرتزین آنهایی هستند که آبشان با فشاری بجز فشار هیدرواستاتیک به خارج رانده می‌شود.

منبع تامین فشار در این چشمه‌ها معمولا فرآیندهای درونی زمین است.

آب این نوع چشمه‌ها معمولا گرمتر از چشمه‌های معمولی و حاوی مواد معدنی بیشتر است.

به‌همین جهت به «چشمه‌های آب گرم» یا «چشمه‌های معدنی» نیز معروفند.

چشمه‌های آب معدنی در ایران فراوان‌اند.

نوعی از چشمه‌های آب گرم به آبفشان معروف‌اند.

آب آبفشانها به تناوب و با نیروی زیاد به بیرون می‌جهد.

فرسایش و رسوبگذاری توسط آبهای زیرزمینی آبهای زیرزمینی نیز در ضمن حرکت خود تغییرات زیادی را بوجود می‌آورند.

آبهای زیرزمینی به علت سرعت بسیار کمشان نمی‌توانند، همانند رودخانه‌ها ، از راه سایش با کندن مستقیم سنگها باعث فرسایش زمین شوند.

ولی قادرند به تدریج مقادیر بسیار زیادی از مواد را حل کرده با خود ببرند و در مقاومت مواد تاثیر منفی بگذارند.

در شرایط مناسب با اتصال مجراهای انحلالی و فراختر شدن آنها «غار» تشکیل شده و جریانهای رودخانه‌ای زیرزمینی ایجاد می‌شود.

عمل انحلال بیشتر در امتداد درزها ، گسل‌ها یا سطوح لایه بندی سنگها ، مخصوصا سنگهای آهکی ، انجام می‌شود.

در اغلب موارد کف غار از واریزه‌های سقف آن پوشیده شده‌است.

در صورتی که غارها و حفرات به اندازه کافی به سطح زمین نزدیک باشند فروریزش آنها حفراتی را در سطح زمین ایجاد می‌کند.

که به آنها «توپوگرافی کارستی» گفته می‌شود.

مواد محلولی که بوسیله آبهای زیرزمینی جابجا می‌شوند ممکن است با تغییر شرایطی چون تغییر فشار و دما ، افزایش مواد محلول ، تبخیر آب ، فعالیت باکتریها و غیره ، در نقاط دیگری بار دیگر رسوب کنند.

به این ترتیب ممکن است موادی مثل کلسیم کربنات ، سیلیس و اکسید آهن در لابه‌لای رسوبات دیگر ته‌نشین شوند و ذرات ناپیوسته آن رسوبات را به‌هم بچسبانند و سنگ متراکم و یکپارچه‌ای را بوجود آورند.

به این مواد اصطلاحا «سیمان» گفته می‌شود.

مواد محلولی که بوسیله آبهای زیرزمینی حمل می‌شوند، گاهی نیز ممکن است جانشین مواد دیگر شوند.

یعنی آب زیرزمینی همزمان با حمل کردن مواد موجود ، مواد جدیدی را به جای آن ته‌نشین سازد.

رسوب مواد محلول در آب زیرزمینی ، در سقف و کف غارها اغلب قندیلها و اشکال جالبی را بوجود می‌آورد.

وقتی آبهای زیرزمینی در سطح زمین ظاهر می‌شوند ممکن است بخشی از مواد محلول خود را در محل ظهور باقی بگذارند.

این گونه رسوبات ، به‌خصوص بوسیله چشمه‌های معدنی فراوان تشکیل می‌شود.

یکی از رسوباتی که در دهانه اغلب چشمه‌های معدنی یافت می‌شود.

کربنات کلسیم در دهانه چشمه‌ها را ممکن است بر اثر خروج گاز > حفره‌دار نیز شده‌ باشند، تراورتن می‌نامند.