پروژه

اثر خشکسالی بر کاهش کمی و کیفی آب‌های زیرزمینی

اثر خشکسالی بر کاهش کمی و کیفی آب‌های زیرزمینی

مقدمه

یکی از واقعیت‌های تاریخی این است که در بسیاری از مناطق خشک دنیا، خاورمیانه، هندوستان، شمال آفریقا، آمریکای مرکزی و ... تمدن‌های پیشرفته کشاورزی ظهور یافته و پس از شکوفایی فنا شده‌اند. به هر دلیلی که انسان‌های اولیه نواحی خشک را بر نواحی مساعد‌تر مناطق معتدله که دارای بارندگی‌های قابل اعتمادتری هستند برای تولیدات زراعی خود انتخاب کرده باشند تردیدی نیست که آن‌ها مناطقی را برگزیده‌اند که توازن بین فعالیت‌های خود و محیط آن بی‌نهایت ناپایدار است. متأسفانه منابع آب نیز معمولاً در جایی متمرکز است که کمتر نیازی به آن است و در جایی متمرکز است که کمتر نیازی به آن است و در جایی که نیاز به آب وجود دارد آب کمتر است و در نتیجه توسعه منابع آب غالباً به بهای از بین‌ رفتن منابع قبلی امکان‌پذیر می‌باشد.

مسأله اساسی و بهره‌برداری از نواحی خشک همواره این بوده است که بتوان بین نیازهای انسان و توانایی تولید زمین توازنی ایجاد نمود و بشر به ندرت به این هدف دست یافته است. از بین بردن پوشش گیاهی باعث تشدید فرسایش آب و بادی گردیده و فرایندی که معمولاًَ غیر قابل برگشت است آغاز شده است، در اکثر مناطقی که تولیدا زراعی براساس آبیاری قرار گرفته عاقبت کار عواقب وخیمی نظیر کاهش ذخایر آبی به ویژه در سفرهای آب زیرزمینی و در نتیجه شور و باتلاقی شدن زمین‌های حاصل خیز و تبدیل آن‌ها به اراضی لم‌یزرع بوده است.

اثر کمی خشکسالی بر آب‌های زیرزمینی

آب زیرزمینی آبی است که در عمق نسبتاً متوسطی از سطح زمین درلایه‌های متشکله از مواد متخلخل جمع می‌شود و سطح بالایی منطقه اشباع را سطح ایستابی می‌نامند.

آب زیرزمینی مهم‌ترین منبع آب در مناطق خشک است و میزان آب زیرزمینی که در عمق کمتر از 800 متری زمین ذخیره شده حدود 3000 برابر مقدار کلی آبی است که در تمام رودخانه‌های جهان جاری است و این مقدار با 000/304/140 کیلومتر مکعب می‌باشد. سهم کشور از این میزان 42ـ40 میلیارد مکعب ذخیره‌سازی و 30ـ25 میلیارد متر مکعب بهره‌برداری می‌باشد.

به طور کلی از 500/573 کیلومتر مکعب آبی که سالانه از سطح اقیانوس‌ها و خشکیها تبخیر می‌شود حدود 90 درصد به صورت بارش و 10 درصد دیگر توسط جریان‌های هوا به زمین باز می‌گردد که 35 درصد آن شکل جریان‌های رودخانه‌ای و توده‌های شناور یخ به اقیانوس‌ها باز می‌گردد و 65 درصد دیگر از خشکیها به مصرف می‌رسد.

بخش اعظم بارش‌های جوی صرف تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی می‌گردد که لازمه این عمل نفوذ آب در لایه‌های زمین می‌باشد. نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی به ویژه در کویر در اعصار گذشته (در فاصله 3500 ـ1500 سال پیش) هنگامی که آب و هوای منطقه مرطوب و سردتر بوده انجام شده است. این دوره‌های بارانی(پلوویال) با یخبندان‌هایی که اروپا را در عصر یخبندان متأثر کرده بود مرتبط بوده است، از آن جا که این آب در گذشته وارد سفره شده اغلب به عنوان آب فسیل منظور می‌شود ولی مانند آب‌های زیرزمینی دیگر جبران‌پذیر نیستند لذا خشکسالی بر آب‌های فسیلی بر مناطق خشک که زیاد هم هستند بی‌تأثیر می‌باشد.

به استثناء آب‌های فسیلی سایر آب‌های زیرزمینی ورود آن به چرخه‌ای نرمال هیدرولوژی به طرق زیر تغذیه می‌گردند:

1ـ نفوذ آب رودها و سیلاب‌ها

2ـ نفوذ بارندگی‌ها در سطح همان دشت در بالای سفره زیرزمینی

3ـ جریان‌های زیرزمینی: این جریان در اثر ایجاد گرادیان‌هایی است که بین بار هیدرولیکی دو نقطه در سیستم خاک به وجود می‌آید و به  دلیل حرکت این جریان‌ها از مناطق مرطوب عمدتاً خشکسالی منطقه‌ای اثر چندانی بر تغذیه سفره‌های زیرزمینی از این طریق نخواهد داشت.

آثار کمی خشکسالی بر سفره‌های آب زیرزمینی به ویژه در مناطق خشک که مقدار بارندگی در سال‌های مختلف به طور طبیعی متفاوت است و اغلب امکان دارد که چندین سال نسبتاً باران کم ببارد و به عبارتی دوره خشکی طولانی گردد و از سوی دیگر 5 درصد از بارندگی‌های این مناطق عامل ایجاد 50 درصد از جریان آب رودخانه‌ها بوده و 15 درصد سیلاب‌ها در حدود 90 درصد جریان آب رودخانه‌ای را تشکیل می‌دهد به نحوی ظاهر می‌شود که امکان رسیدن آن به سفره را به حداقل می‌رساند و این در شرایطی است که در مناطق خشک و بیابانی آن قسمت از بارندگی‌ها که به سفره آب زیرزمینی می‌رسد کم است و معمولاً از 5 درصد تجاوز نمی‌کند. از آثار خشکسالی بر سفره‌های زیرزمینی آن است که آب‌دهی ممتد یا آب‌دهی سالم را به مخاطره انداخته و از بین می‌برد، (آب‌دهی ممتد یا آب‌دهی سالم شدت استخراج آب زیرزمینی برای مصارف انسانی است بدون آن که نقصان حاصل در ذخیره آب آن چنان باشد که به خود زیر زمین آبده و یا کیفیت آب لطمه وارد شود و یا استخراج آب از نظر اقتصادی مقدور نباشد).

 با توجه به فرمول زیر:

پایین رفتن سالانه سطح آب = تغییرات سالانه انبارش

آب دهی ویژه * مساحت زمین آب‌دهی * در می‌یابیم که تنها فاکتور قابل تغییر پایین رفتن سالانه سطح آب در خشکسالی است که به طور مستقیم در میزان انبارش آب در سفره و ذخیره سازی آن تأثیر گذاشته و آن را کاهش می‌دهد.

یکی دیگر از اثرات خشکسالی‌ها این است که وقتی سبب کاهش مخزن آب زیرزمینی در سفره‌های آزاد می‌شود گاهی این امر موجب پایین افتادن سطح ایستابی تا زیر کف بستر  رود شده و تا آ‌ن جا پیش می‌رود که یک رودخانه زاینده به رودخانه تغذیه کننده تبدیل می‌شود، نمونه بارز آن اتفاقی بود که در خشکسالی 76ـ1975 رخ داد و سبب نشست آب رودخانه تایمز در آهک‌ها شد.

آثار کیفی خشکسالی بر آب‌های زیرزمینی موقعیت جغرافیایی محل، وضع آب و هوایی تأثیر زیادی در کیفیت آب دارد. غالباً آب‌های مناطق کوهستانی خیلی شیرین و یا کم نمک‌تر از آب‌های مناطق دشتی و کویری است و به طور کلی می‌توان گفت که آب‌های مناطق خشک دنیا هم چون بیابان‌های‌ آسیا و آفریقا و ... از آب‌های مناطق معتدل و مرطوب آسیایی و اروپایی نمک بیشتری دارد و در مناطق مرطوب عامل اصلی آلودگی آب وجود فاضلاب‌های آلی است ولی در مناطق خشک بارزترین شکل آلودگی آب شوری است. نامناسب‌ بودن شرایط آب و هوایی مانند کم بودن میزان بارندگی، بالا بودن درجه حرارت و شدت تبخیر باعث بالا رفتن غلظت املاح می‌شود.بر اثر تبخیر زیاد آب، نمک‌های موجود در آن به حد اشباع می‌رسد و رسوب به جا می‌گذارد این رسوب در شرایط مختلف متفاوت است معمولاً در مناطق معتدل و کوهستانی بیشتر از نوع توف‌های آهکی و در مناطق بیابانی ابتدا به صورت گچ و بعد قشری از نمک می‌باشد. هر چه قدر میزان رطوبت و بارندگی بیشتر باشد به همان نسبت از مقدار تبخیر کاسته می‌شود و از بد شدن کیفیت آب جلوگیری به عمل می‌آید اما پدیده خشکسالی کاملاً برخلاف این روند بوده و موجب از بین رفتن کیفیت و یا کاهش کیفیت آب می‌گردد. اگر میزان بارندگی به اندازه کافی باشد نمک از لایه سطحی خاک شسته شده و به اعماق پایین‌تر انتقال می‌یابد، این امر موجب می‌شود که در سطح زمین لایه‌ای نسبتاً عاری از نمک به وجود آید ولی دیر یا زود تجمع نمک در اعماق نیز تولید اشکال خواهد نمود. کاهش بارندگی سبب می‌شود آب‌های زیرزمینی برای رسیدن به محل برداشت مسافت بیشتری را طی کنند و در طول راه املاح بیشتری را در خود حل کنند و در طول راه املاح بیشتری را در خود حل کنند و از طرف دیگر چون در گذرگا‌ه‌های زیرزمینی دانه‌بندی رسوبات به سمت پایین دشت به تدریج ریزتر می‌شود سرعت جریان آب زیرزمینی هم کندتر و مدت زمان تماس آب با رسوبات افزایش می‌یابد، در نتیجه مقدار مواد محلول در آب نیز زیادتر می‌شود. به طور کلی طبق قوانین هیدروئوشیمی کیفیت آب‌های زیرزمینی در جهت جریان از ابتدا تا انتها به سه صورت در می‌آید:

1ـ در منطقه نفوذ به صورت بی‌کربنات‌ها

2ـ بعد از عبور از منطقه نفوذ به حالت سولفات‌ها

3ـ درانتها به صورت کلرورها

کیفیت آب به ویژه در مناطق خشک از اهمیت خاصی برخوردار است. در این مناطق نیمرخ خاک محتوی مقداری خاک است که یا از هوازدگی سنگ‌های مادر به وجود آمده‌اند و یا آن که توسط آب آبیاری وارد شده‌اند.

با توجه به موارد ذکر شده غلظت املاح در آب‌های زیرزمینی به ویژه در شرایط خشکسالی و خشکی افزایش می‌یابد که این افزایش باعث تخریب خاک در اثر آبیاری خواهد شد.. به عنوان مثال با مصرف 100 میلی‌متر باشد مثل آن است که بر هر هکتار زمین یک تن نمک اضافه شود.

این در حالی است که در برخی از مناطق گرم و خشک مانند ام‌الربیعه علیا غلظت نمک به 9000 گرم در متر مکعب بالغ می‌گردد. در مناطق خشک، آب به ویژه آب زیرزمینی مهمترین منبع نمک‌هایی است که وارد خاک می‌شوند.

موارد زیر مهم‌ترین خصوصیات کیفی آب می‌باشند که در اثر خشکسالی موجب کاهش کیفیت آن می‌گردند:

1ـ شوری یا غلظت کل نمک‌های محلول : در اثر خشکی و افزایش غلظت کل نمک‌ها فشار اسمزی که یک خاصیت تلفیقی از نمک‌ها است و به نوع خاصی از نمک بستگی ندارد افزایش می‌یابد ( نمودار شماره 1و2).

2ـ قلیایی بودن (سدیک بودن) یا غلظت سدیم موجود در آب

3ـ ترکیبات آنیونی آب به ویژه کربنات‌ها و بی‌کربنات‌ها

4ـ غلظت بر و دیگر عناصری که برای گیاه می‌توانند سمی باشند: در تمام آب‌های طبیعی بر با غلظت‌های مختلف وجود دارد. این عنصر برای رشد گیاه الزامی است ولی اگر غلظت آن از حد معینی حتی به مقدار کم تجاوز کند آثار سمی خواهد داشت.در اثر خشکسالی غلظت بر افزایش یافته و پس از آبیاری با آب مورد نظر به تدریج در خاک تجمع پیدا کرده و غلظت آن به حدی می‌رسد که حالت سمی پیدا کند غلظت کمتر از یک ppm این عنصر خساراتی را ایجاد نمی‌کند،

 بین 2ـ1 PPM در گیاهان حساس ‌ایجاد اشکال می‌کند بین 4ـ2 PPM فقط گیاهان مقاوم دوام می‌آورند و بیش از این مقدار برخی تمام گیاهان نامناسب است. مقاومت برخی از گیاهان در برابر افزایش بر در جدول شماره (1): حدود غلظت بر در آب آبیاری برای گیاهان حساس، نیمه حساس و مقاوم است کربنات کلسیم را در خود حل کند. افزایش غلظت بی‌کربنات‌ها موجب می‌گردد پس از هر بار آبیاری کلسیم و منیزیم با بی‌کربنات‌ها وارد فعل و انفعالات شده و پس از خشک شدن به صورت بی‌کربنا‌ت‌های غیر محلول رسوب کند. با کم شدن کلسیم محلول خاک، غلظت نسبی سدیم افزایش یافته و پخشیدگی خاکدانه و کاهش نفوذپذیری و در نهایت کاهش و یا نابودی حاصلخیزی خاک را در پی دارد. برای مشخص ساختن کیفیت آب از نظر وجود کربنات‌ها و بی‌کربنات‌ها از معیاری به نام باقی مانده کربنات سدیم استفاده می‌شود:

Rsc= (c-o-)-(c+a++M+g+)

بر اساس RSC به دست آمده در حالات زیر کیفیت آب از نظر کربنات‌ها مشخص می‌گردد:

1ـ 25/1 = RSC< متوسط بودن کیفیت آب

2ـ 25/1=RSC> نامناسب بودن کیفیت آب

در نقاط معتدل و مرطوب و یا شرایط ترسالی نقاطی که تغذیه آب به طور منظم صورت می‌گیرد آب معمولاً سریع از میان برون‌زدگی‌های سفره عبور می‌کند به طوری که زمان تماس آن با سنگ‌ها محدود می‌شود.

هر ماده‌ای که قابلیت انحلال آن بالا است مثل کلرور سدیم از هم سریع‌تر از سیستم خارج می‌شود و زمان کمی برای کانی‌هایی که دیرتر حل می‌شوند باقی خواهد ماند تا بتوانند به میزان قابل توجهی وارد محلول شوند. در نتیجه آب زیرزمینی در منطقه برون زد سفره مناطق مرطوب دارای مواد محلول کمتری هستند.

 

گیاهان مقاوم غلظت بر2 تا4 پی‌پی‌ام

گیاهان نیمه حساس غلظت بر 1تا2 پی‌پی‌ام

گیاهان حساس غلظت بر 3/0 تا 1 پی‌پی‌ام

هویج

باقلا

مرکبات

کاهو

فلفل سبز

زردآلو

کلم

ذرت

هلو

شلغم

گندم

گیلاس

پیاز

جو

انجیر

یونجه

زیتون

انگور

چغندر لبویی

نخود

سیب

چغندر قند

تربچه

گلابی

خرما

گوجه‌فرنگی

آلو

مارچوبه

پنبه

 

 

سیب‌زمینی

 

 

آفتاب‌گردان

 

 

در مناطق خشک و نیمه خشک و یا در شرایط خشکسالی وضعیت می‌تواند به طور قابل توجهی تفاوت داشته باشد زیرا تبخیر و تعرق معمولاً در بیشتر اوقات سال و یا تمام سال از میزان بارندگی تجاوز می‌کند و بیرون زدگی سفره ممکن است علاوه بر انحلال، محل تجمع مواد نیز باشد. از همان زمانی که کانی‌های قابل حل در سفره در گذشته نشست نمودند آب زیرزمینی ممکن است شور شده باشد، اگر سفره به اندازه کافی نزدیک به سطح زمین باشد آب زیرزمینی کانی‌ها بوده و آن‌ها را تا سفره آب زیرزمینی حمل می‌نماید و در نتیجه املاح آب زیرزمینی را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال در دره ایندوس Indus valley پاکستان آبیاری متمادی گاهی اوقات سبب بالا آمدن سطح آب زیرزمینی تا سطح زمین شده است. در نتیجه باقی مانده مواد تبخیری افزایش یافته و منطقه وسیعی از زمین‌هایی که حاصل خیز بودند در اثر افزایش نمک خاک خسارت دیده‌اند.

 نتیجه‌گیری

از آن جا که کلیه فعالیت‌های بیولوژیک و  ادامه حیات و عوامل وابسته به آن به وجود آب بستگی دارد و این مایه حیات تحت تاثیر پدیده‌های جوی و نحوه برخورد با آن از نظر کمی و کیفی دچار تغییر می‌گردد لذا هر گونه تغییر منفی در کمیت و کیفیت آب باعث بروز آثار منفی بر زندگی انسان به صورت مستقیم و غیر مسقتیم خواهد شد. آثار زیان بار ناشی از تاثیر خشکسالی بر کیفیت و کمیت آب‌های زیرزمینی:

ـ خشک شدن واحه‌ها

ـ عدم جوانه‌زنی بذور و زادآوری گونه‌های طبیعی به دلیل شور شدن خاک سطحی

ـ کاهش نفوذ پذیری خاک

ـ افزایش PH خاک

ـ حل شدن مواد آلی و تیره شدن رنگ خاک

ـ تجمع نمک در ناحیه ریشه گیاهان و نابودی پوشش گیاهی

ـ کاهش تولیدات کشاورزی

ـ پراکنده شدن ذرات خاک و مسدود شدن منافذ آن

ـ افزایش هزینه پمپاژ

ـ نشست کردن زمین‌ها به وجود آمدن شکافه در سطح آن‌ها

ـ تداخل آب شور دریا با آب شیرین

ـ غیر اتصادی شدن تاسیسات به وجود آمده

ـ از دست دادن آب دهی ممتد یا آب‌دهی سالم سفره‌های زیرزمینی

منابع

1ـ پازوش، هرمز ـ 1369 ـ شناخت آب‌های زیرزمینی (ژئوهیدرولوژی) ـ انتشارات دانشگاه تهران

2ـ زاهدی ، مجید ـ 1370 ـ هیدرولوژی آب‌های سطحی ـ انتشارات نیا

3ـ علیزاده، امین ـ 1368 ـ کیفیت آب آبیاری ـ انتشارات آستان قدس رضوی

4ـ کردوانی ، پرویز ـ 1371ـ منابع و مسایل آب در ایران جلد اول ـ انتشارات آگاه

5ـ کردوانی ، پرویز ـ 1371 ـ منابع و مسایل آب در ایران جلد دوم ـ نشر قومس

6 ـ کوچکی ، عوض ـ راشد محصل . محمد حسن ـ 1364ـ اصول و عملیات دیم‌کاری ـ جهاددانشگاهی دانشگاه شهید

7ـ کوچکی عوض ـ علیزاده، امین ـ 1365 ـ اصول زراعت در مناطق خشک جلد اول ـ آستان قدس رضوی.

8 ـ کوچکی عوض ـ علیزاده ، امین ـ 1365 ـ اصول زراعت در مناطق خشک جلد اول ـ آستان قدس رضوی

9ـ کوچکی ، عوض ـ سرمدنیا غلامحسین ـ 1366 ـ جنبه‌های فیزیولوژیکی زراعت دیم ـ جهاد دانشگاهی دانشگاه شهید چمران

11ـ ولایتی، سعداله ، شهریار ـ 1370ـ مقدمه‌ای بر آب زیرزمینی ـ انتشارات خراسان.

منابع آب شیرین به خصوص ذخایر آب‌های زیر زمینی که چرخ‌های اقتصادی را در شاخه‌های ، کشاورزی، صنعت، شرب و بهداشت به حرکت در می‌آورد، یکی از نیازهای اساسی جهت رشد و توسعه اقتصادی هر کشور محسوب می‌گردد. بنابراین مطالعه منابع آب و حفاظت کیفی ذخایر آب‌های سطحی و زیرزمینی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. ترکیب و غلظت املاح آب نتیجه تأثیر عوامل گوناگونی است که از مبدا تا انتها روی آن تأثیر می‌گذارد. از هنگامیکه آب به صورت نزولات جوی بر روی سطح زمین می‌بارد تا هنگامیکه به صورت ذخایر آبهای زیرزمینی در درون سفره‌های آب تجمع می‌یابد عوامل مختلفی اعم از طبیعی و غیرطبیعی بر روی آن تأثیر گذاشته و باعث تغییر کیفیت آن می‌گردد. از این رو کیفیت آب در سفره‌های آب زیرزمینی مختلف و یکسان نبوده و در نتیجه محصولات کشاورزی که با آبیاری چنین آبهائی به دست می‌آید، از نظر کمی و کیفی متفاوت خواهد بود.

مقدمه

عوامل مختلفی که در طبیعت بر روی کیفیت آبهای زیرزمینی تأثیر می‌گذرد که این عوامل را می‌توان به دو دسته طبیعی و غیر طبیعی تقسیم‌بندی نمود. عوامل طبیعی مختلفی از قبیل : عوامل زمین‌شناسی، عوامل آب و هوائی و موقعیت جغرافیائی، شرایط هیدروژئولوژیکی، اختلاط آبهای با ترکیبات مختلف تبادل کاتیونی و آب‌های فسیلی بر روی کیفیت آبهای زیرزمینی تأثیر می‌گذارد [3و4] بطور کلی کیفیت آب با طی مسافت زیاد و عبور از بین رسوبات تغییر می‌کند. هر اندازه آبهای زیرزمینی مسافت بیشتری را طی نمایند اصلاح بیشتری را در طول مسیر خود حل نمود و به تدریج از نظر کیفی به تکامل می‌رسند از اینرو دانشمندی به نام چبو تار و براساس نتایج حاصل از ده‌هزار آنالیز شیمیایی نمونه‌های آب‌چاه‌های در استرالیا نتیجه‌گیری نموده است. در سازندهای زمین‌شناسی از لایه‌ای به لایه دیگر قابلیت انحلال کانیها تغییر می‌کند لذا این تغییرات باعث می‌شود که ترکیب شیمیایی آبهای زیرزمینی نیز در لایه‌های مختلف و در نواحی متفاوت متغیر باشد در بین سازندهای زمین‌شناسی رسوبات تبخیری تأثیر به سزایی در تخریب کیفیت آبهای زیرزمینی دارا می‌باشد.

و تقریباً 15 درصد از سطح کشور را رسوبات تبخیری می‌پوشاند و در حدود 115 عدد گنبد نمکی در جنوب ایران شناخته شده است. که غلظت مواد محلول در آبهای زیرزمینی شوری که در تماس با این گنبدها می‌باشد بسیار بالاست.

علاوه بر عوامل طبیعی عوامل غیر طبیعی و مصنوعی نیز از قبیل : فاضلاب‌های شهری، صنعتی و معدنی و همچنین شیرابه زباله‌های خانگی شهری صنعتی رادیواکتیویته‌ای که نتیجه فعالیت‌های صنعتی معدنی و کشاورزی می‌باشند نیز بر روی کیفیت آبهای زیرزمینی تأثیر می‌گذارند.

نوشته‌ی شهرک علمی و تحقیقاتی اصفهان

مجموعه مقالات آب

7ـ5 ـ آبهای زیرزمینی

7ـ5ـ1ـ پیدایش آبهای زیرزمینی ـ منشاء اصلی آبهای زیرزمینی آبهای سطحی است که در زمین فرو می‌روند ولی منابع دیگری نیز مانند آب موجود در رسوبات، آب موجود در ماگما و نیز تراوش آب دریاها، در تأمین آب زیرزمینی نقشی به عهده دارند.

آبهای زیرزمینی در سنگها و مواد متخلخل که به نام سفره آبدار یا آبخیز موسومند جمع می‌شوند. تخلخل را می‌توان به عنوان درصد فضای خالی موجود در سنگ تعریف کرد. سنگی که آبخیز را تشکیل می‌دهد علاوه بر تخلخل بایستی نفوذپذیری نیز داشته باشد تا آب زیرزمینی بتواند از درون آن حرکت کند. مثلاً مواد رسی با وجود تخلخل خوبی که دراند، به علت غیر قابل نفوذ بودن نمی‌توانند آبخیز تشکیل دهند. سنگهائی که شکافهای متعدد و مرتبط به هم دارند نیز برای تشکیل آبخیز مناسب‌اند.

بیش از 90 درصد سفره‌های آبدار را سنگهای نامتراکم که قسمت اعظم آنها شن و ماسه است، تشکیل می‌دهند. گاهی نیز سنگهای آذرین و دگرگونی سفره آبدار به وجود می‌آورند.

به طور کلی آبخیزها را می‌توان به دو دسته آزاد و محصور تقسیم کرد. در آبخیز آزاد سطح آب به حالت آزاد قرار دارد و فشار آن تقریباً برابر فشار آتمسفر است ولی در آبخیز محصور، که به نام سفره آرتزین یا آبخیز فشاردار هم خوانده می‌شود، آب زیرزمینی تحت فشاری بیش از فشار آتمسفر به وسیله یک طبقه غیر قابل نفوذ که روی آن قرار گرفته، محصور شده است. در شکل 7ـ23 این دو نوع سفره دیده می‌شود.

مناطق زیر سطح زمین را از نظر آبهای زیرزمینی می‌توان به دو ناحیه هوادار و اشباع شده تقسیم کرد (ش 7ـ24) . در ناحیه هوادار، که در قسمت فوقانی هر منطقه قرار دارد، قسمتی از منافذ توسط آب و قسمتی هم توسط هوا اشغال شده است و این منطقه تا سطح زمین ادمه می‌یابد در صورتیکه در ناحیه اشباع شده که در زیر آن قرار دارد، تمام شکافها و روزنه‌های سنگ به وسیله آب و در تحت فشار هیدروستاتیک پر شده است. ناحیه اشباع از بیش از طرف بالا به سطح آب زیرزمینی و از طرف پائین، به یک طبقه غیر قابل نفوذ محدود می‌شود.

7ـ5ـ2ـ سطح آب زیرزمینی یا سطح ایستایی ـ در یک سفره آزاد، سطح آب در داخل چاهی که به داخل سفره نفوذ کرده است به نام سطح ایستایی خوانده می‌شود. عمق سطح آب زیرزمینی در مناطق مختلف متفاوت است. مثلاً در نواحی نزدیک دریا، این سطح خیلی به زمین نزدیک است ولی در بعضی جاها ممکن است به چندین ده متر برسد.

7ـ 5 ـ 3 ـ حرکت آبهای زیرزمینی ـ آبهای زیرزمینی معمولاً ساکن نیست و حرکتی دارد که از اصول هیدرولیک پیروی می‌کند و در مورد آن رابطه دارسی به شرح زیر صادق است:

   

در این رابطه    Q شدت جریان، A سطح مقطع شیب سطح ایستابی یا پیزومتریک و ضریب ثابت موسوم به ضریب نفوذپذیری است. سرعت حرکت آبهای زیرزمینی در حد بسیار وسیعی تغییر می‌کند. مطالعات انجام شده میزان این سرعت را از 150 سانتی‌متر در روز تا 150 سانتی‌متر در سال به دست داده است (29). بایستی توجه داشت که به هنگام عبور آب از طبقات با نفوذپذیری مختلف ممکن است منکسر شده و جهت جریان آن عوض شود.

7ـ5ـ4ـ ترکیب آبهای زیرزمینی ـ آبهای زیرزمینی همیشه مقداری ملاح مختلف به صورت محلول با خود همراه دارند. چگونگی و غلظت این املاح به محیط، سرعت و منابع ‌آب زیرزمینی بستگی دارد ولی به طور کلی می‌توان گفت که مقدار املاح آن از آبهای سطحی زیادتر است زیرا در داخل زمین، طبقات قابل انحلال ، آسان‌تر در آب حل می‌شود.

مهمترین عناصر موجود در آب زیرزمینی کلسیم، منیزیم، سدیم ، پتاسیم، آهن، آلومینیوم، بر، فلوئور و ترکیباتی نظیر کربنات، بیکربنات، سولفات، کلرور، ونیترات است.

7ـ5 ـ 5 ـ دمای آبهای زیرزمینی ـ آزمایشهای مختلف نشان داده که دمای آب زیرزمینی در اعماق 10 تا 20 متر با اختلاف 2 تا 3 درجه، برابر دمای متوسط سالیانه هوای محیط است. در پائین‌تر از عمق 20 متر، دمای آب زیرزمینی تقریباً به ازای هر 30 متر یک درجه اضافه می‌شود. البته در مورد دمای آبهای زیرزمینی استثناهائی نظیر چشمه‌های آبگرم وجود دارد که در بحث چشمه‌ها به آن اشاره خواهیم کرد.

7ـ5 ـ 6 ـ چشمه‌ها ـ هر گاه یک مخزن آب زیرزمینی به سطح زمین مرتبط شده و آب آن در سطح جاری شود، چشمه به وجود می‌آید.چشمه‌ها  انواع مختلف دارند و می‌توان آنها را از نظر نوع سنگ، شدت جریان ، درجه حرارت و عوامل دیگر تقسیم‌بندی کرد ولی به طور کلی می‌توان آنها را در دو دسته عمده زیر جای داد:

الف ـ  چشمه‌هائی که نیروی ثقل در تشکیل آنها مؤثر نیست مثل چشمه‌های آتشفشانی که همراه سنگهای آتشفشانی هستند.

ب ـ چشمه‌هائی که حاصل تأثیر نیروهای ثقلی هستند که قسمت عمده چشمه‌ها را تشکیل می‌دهند.

از نقطه نظر دیگر نیز می‌توان چشمه‌ها را دو دسته دایمی و فصلی تقسیم‌بندی کرد.

چشمه‌های دایمی با آبخیزهای وسیع مرتبط‌اند و در تمام طول سال جریان دارند ولی چشمه‌های فصلی، فقط در مواقع ویژه‌ای از سال یعنی هنگامی که سطح ایستایی در اثر بارندگی بالا می‌آید جریان پیدا می‌کنند. در شکل 7ـ25 نمونه چند چشمه نشان داده شده است.

از نظر دما نیز چشمه‌ها به دو دسته چشمه‌های معمولی و چشمه‌های گرم تقسیم می‌شوند.

الف ـ چشمه‌های معمولی ـ که دمای آب آنها معمولی است.

ب ـ چشمه‌های معدنی یا چشمه‌های آبگرم ـ آب این چشمه‌ها معمولاً گرم است ولی دمای بعضی از آنها ممکن ست در حد آبهای معمولی باشد که در این حال معمولاً مقدار زیادی گاز و مواد دیگر دارند.

دمای آب چشمه‌های معدنی در حد وسیعی تغییر می‌کند. مثلاً درجه حرارت چشمه آبعلی 15 درجه و دمای چشمه معدنی "قیزچه" در حوالی مشکین شهر 82 درجه سانتیگراد است. از نظر رنگ و بو نیز چشمه‌های  معدنی متفاوت‌اند. دهانه بعضی از آنها به علت رسوب املاح آهن زرد و یا قرمز رنگ است و بعضی وقتها هم به رنگهای شیری، آبی و سبز دیده می‌شوند اکثر این چشمه‌ها، بدون بوی محسوس‌اند ولی تعدادی از آنها نیز به علت وجود سولفور هیدورژن بوی زننده‌ای دارند. به عنوان مثال می‌توان چشمه معدنی "قوتو سو" را در حوالی مشکین شهر نام برد که بوی زننده سولفور هیدروژن آن از چند صد متری به مشام می‌رسد. PH چشمه‌ها نیز متفاوت است. PH خیلی از آنها حدود 7 است. ولی به عنوان PH کم می‌توان از چشمه "توتورسو"، که ذکری از آن به میان آمد، نام برد که PH آن در حدود 5/2 است. از جمله مشخصات دیگر این چشمه‌ها خواص درمانی آنهاست. وجود بعضی املاح و گازها در این چشمه‌ها، سبب شده است که در علاج بسیاری از بیماریها، به ویژه بیماریهای پوستی مؤثر باشند. از نظر منشاء ، چشمه‌های معدنی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

اول ـ چشمه‌های با منشأ سطحی ـ آبی که در زمین فرو می‌رود، هر گاه به حوالی توده‌های گرم داخل زمین، مثل محل‌هائی که فعالیت آتشفشانی دارند، برسد، دمای آن افزایش می‌یابد و ممکن است به حد جوش برسد و در مرحله بعدی، در اثر فشار بخارهای موجود، به سطح زمین جریان پیدا کند. نظیر این  چشمه‌ها را به تعداد خیلی زیاد می‌توان در اطراف آتشفشانهای خاموش دماوند، سهند و سبلان مشاهده کرد. ممکن است گرم شدن آب در نتیجه حرارت طبیعی زمین باشد زیرا همانطوریکه بعداً خواهیم دید، تقریباً به ازای هر 30 متر عمق، یک درجه به دمای سنگها اضافه می‌شود و بدین‌ترتیب در عمق 2500 متری، دما حدود 100 درجه است که می‌تواند آبهای موجود در آن عمق را به جوش آورد و در اثر فشار به سطح زمین برساند.

دوم ـ چشمه‌های با منشاء عمیق ـ آب این چشمه‌ها که تعداد آنها اندک است از داخل زمین منشاء می‌گیرد. چنانکه خواهیم دید، در داخل زمین مخلوط مذابی به نام ماگما تشکیل می‌شود که گاهی نیز به صورت آتشفشانها در سطح زمین جریان می‌یابد. همراه این ماده مذاب، مقداری بخار آب نیز هست که ممکن است از ماگما جدا شود و در زمین جریان یابد.

بایستی توجه داشت که بیشتر چشمه‌های معدنی از نوع اول‌اند.

7ـ5ـ7ـ قنوات ـ قنات قدیمی‌ترین وسیله استفاده از آبهای زیرزمینی در ایران است و مبتکر آن نیز ایرانیان‌اند. قنات یک مجرای زیرزمینی است که به وسیله چاههائی موسوم به میله به خارج ارتباط دارد. آخرین چاه قنات به نام مادر چاه مرسوم است و محلی که در آنجا آب قنات در سطح زمین جریان می‌یابد مظهر قنات نامیده می‌شود (ش 7ـ26).

تمام طول مجرای قنات آبده نیست و قسمتی از آن فقط رل انتقال آب را دارد. وضعیت سطح آب زیرزمینی نیز نسبت به کف کانال در سه حالت در شکل 7ـ26 نشان داده شده است. طول قناتها متفاوت و معمولاً از یک کیلومتر بیشتر است. در ناحیه یزد قناتهایی

 با طول بیش از 60 کیلومتر وجود دارد. امتداد قنات معمولاً با امتداد خطوط جریان آب موازیست. برای حفر قنات ابتدا محل مظهر قنات و مادر چاه را تعیین و پس از حفر مادر چاه، از محل مظهر شروع به حفاری می‌کنند. بعد از مقداری پیشروی، جهت تهویه و همچنین حمل مواد کنده شده به سطح زمین، چاه جدیدی حفر می‌شود. غالباً قناتها ساده نیستند بلکه چندین رشته دارند که در امتدادهای مختلف حفر شده  است که این امر باعث زیادتر شدن آبدهی قنات می‌شود ( ش 7ـ27).

 7ـ5ـ8ـ چاهها ـ چاه حفره‌ای استوانه‌ای شکل و معمولاً قائم است و به منظور زه‌کشی آب زیرزمینی و جمع‌آوری آن حفر می‌شود ( ش7ـ28).

 برای حفر چاه روشهای متفاوتی وجود دارد که ذکر انواع آنها از هدف این کتاب به دور است. فقط بایستی توجه کنیم که پس از حفر ممکن است سطح آب زیرزمینی بالاتر از سطح آب اولیه و حتی بالاتر از دهانه چاه باشد که در این صورت آب بدون اعمال هیچگونه نیروئی، از چاه خارج می‌شود و حتی ممکن است از دهانه آن فوران کند. در این صورت یک چاه برجهنده وجود خواهد داشت (ش 7ـ29). در حال کلی سطح آب زیرزمینی از دهانه

 چاه پائین‌تر است و بایستی آب را به وسیله تلمبه از چاه بیرون کشید. هنگامی که عمل پمپاژ از داخل چاه شروع می‌شود سطح آب زیرزمینی به تدریج پائین می‌رود و سطح آب در اطراف چاه به شکل مخروط در می‌آید (ش7ـ30). پائین رفتن آب آنقدر ادامه می‌یابد تا سطح آب در چاه به سطح ثابتی برسد. برای تعیین معادله سطح تعادل آب در حالت تعادل بسته به وضعیت سفره آبدار، شدت و نحوه جریان، معادلات متعددی وجود دارد که از ذکر آنها خودداری می‌شود.

 7ـ6ـ یخچالهای طبیعی

7ـ6ـ1ـ شکل و ابعاد ـ یخچالهای طبیعی همراه با برف موجود در سطح زمین و نیز یخ‌های شناور در دریاها، نمایشگر قسمت جامد آبکره‌اند. یخچالها توده‌های عظیمی از یخ‌اند که قسمت اعظمشان از یخ شدن برفها به وجود آمده است.

هر چند یخچالهای طبیعی از نظر ابعاد بسیار متفاوت‌اند ولی معمولاً ابعاد زیاد بزرگی ندارند. مثلاً در بین بیش از یک هزار یخچال طبیعی که در آمریکا وجود دارد، حجم تعداد کمی از آنها 50 کیلومتر مکعب تجاوز می‌کند ولی به عنوان مثال می‌توان از یکی از یخچالهای آلاسکا نام برد ه بیش از 80 کیلومتر طول و به تفاوت بین 5 تا 8 کیلومتر عرض دارد.

هر چند یخچالها باعث می‌شوند که مقداری از آب ظاهراً در خارج از چرخه آب‌شناسی قرار گیرد ولی نمی‌توان آنها را کاملاً به صورت قسمت مجزائی از آبکره درنظر گرفت زیرا یخچالها در حقیقت قسمتهای فعالی از این واحداند و همیشه مقداری از آب به صورت یخ در می‌آید و بر عکس مقداری از یخها آب می‌شود و به آب دریاها می‌پیوندند. آب شدن یخ یخچالها و یا اضافه شدن یخهای جدید به آن تابع شرایط آب و هوای محل و میزان برف منطقه است. براساس محاسبات انجام شده، اگر تمام یخ یخچالها ذوب شود، قادر است لایه‌ای از آب به ضخامت 60 متر در روی تمام آبهای موجود فعلی تشکیل دهد.

آب زیر زمینی Ground water

آب زیر زمینی به آبی گفته می شود که زیر زمین و لا به لای سنگها پخش شده است . آب دائما بین اتمسفر ، خشکی ، اقیانوس ها و دریاها و رودها در گردش است . آب به صورت باران ، برف و تگرگ بر زمین می بارد مقداری از این بارش بلافاصله تبخیر می شود و به اتمسفر باز می گردد مقداری در سطح زمین جاری می شود و نهایتاً نهرها ، جویبارها و رودها را به وجود می آورد و مقداری نیز به درون خاک و لا به لای سنگ های زیر زمینی نفوذ می کند . بیش تر این آب زیر زمینی از طریق ریشه گیاهان جذب می شود و بالا می آید .

آب زیر زمینی آبی است که از زیر سطح زمین بالا می آید سطوح آب زیر زمینی را سطح ایستایی می نامند آب ، درون لایه ای از ماده متظل و آبده جمع می‌شود این لایه چاه هایی را تا درون این لایه های آبده خو می کنند تا آب را به سطح زمین بیاورند .

آب بسیاری از چشمه ها نیز از منبع آب های زیر زمینی تامین می شود .

آبی که صابون در آن خوب کف نمی کند آب سخت نامیده می شود . در مقابل آبی را که به راحتی با صابون تشکیل کف می دهد آب نرم یا شیرین می نامند سختی آب به ترکیبات محلول در ان مربوط می شود . هنگام عبور آب از درون خاک و لابه لای سنگ ها ، مقداری از این ترکیبات در آن حل می شوند . سختی آب بر دو نوع است :

موقت و دائمی ، سختی موقت را می توان با جوشاندن آب ، برطرف کرد این نوع سختی را کربنات های هیدروژنی کلسیم که هنگام عبور آب از سنگ های آهکی

 ( نظیر گچ ) در آن حل می شوند ، به وجود می آورند .

با جوشاندن آب ، کربنات های هیدروژنی محلول به کلسیم نامحلول تغییر می کنند و رسوبی را به وجود می آورند که معمولا در مناطق دارای آب سخت ، درون کمتری ها دیده می شود .

سختی دائمی را می توان با استفاده از نرم کننده ها یا سختی گیرهای تبادل کننده یون - نظیر پرموتیت - برطرف کرد .

ترکیباتی که باعث سختی آب می شوند عبارتند از : کلریدها ، کربنات ها و سولفات های فلزی چون سدیم ، کلسیم ، منیزیم و آهن ، سختی دائمی آب را نمی توان با جوشاندن برطرف کرد . این نوع سختی را سولفات کلسیم و دیگر نمک های محلول در آب به وجود می آورند . در مناطقی که آب دارای سختی دائمی است حتی پس از جوشاندن آب ، صابون به سختی در آن کف می کند .

آب water

بیش از دو سوم بدن انسان از آب است . بعضی جانوران مانند « چتر دریایی » تقریباً به طور کامل از آب تشکیل شده‌اند. اولین شکل‌های حیات که بر روی زمین ظاهر شدند، در محیط زیست آبی تکامل یافتند این مایع شفاف برای هر موجود زنده‌ای در سیارة ما ضروری است.   



JavaScript Codes


Javascripts