سرفصل های درس آبهای زیرزمینی پیشرفته

نام بسته درسی : آب های زیرزمینی پیشرفته

————————————

فهرست:

فصل اول : مقدمه

فصل دوم : خواص سنگ ها و خاک ها

فصل سوم : سازندهای آبدار

فصل چهارم: اصول حرکت آبهای زیرزمینی

فصل پنجم : هیدرولیک‌ آبهای زیرزمینی

فصل ششم : هیدرولیک چاهها

فصل هفتم : هیدرولیک جریان ناپایدار در چاهها

فصل هشتم: افت در چاهها

بخشی از بسته درسی آب های زیرزمینی :

فصل اول : مقدمه

1-۱ تعریف

آبهای زیرزمینی بسیار با ارزش و بیشترین منابع آب توزیع شده در روی زمین محسوب می‌شود و برخلاف دیگر منابع زمینی هر ساله توسط بارشهای جوی تغذیه می‌شود.

بدلیل نیاز فیزیولوژیکی بشر٬ حیوانات و گیاهان به آب٬ منابع آبی در جهان بااهمیت‌ترین منبع طبیعی است. بطوریکه بقاء کلیه موجودات زنده از پیدایش تا پایان جهان به آب وابسته است و عدم وجود آن به معنای نابودی حیات امری حتمی است. آب نه تنها پشتیبان زندگی در زمین است بلکه رشد اقتصادی٬ صنعتی و کشاورزی ملتها را هدایت می‌کند. ازدیاد جمعیت٬ توسعه صنعت و کشاورزی وابستگی بیش از پیش انسان متمدن به آب٬ ارزش منابع آبی را در زمین دو چندان می‌کند از این رو ضرورت چاره‌اندیشی تامین آب بسیار ملموس‌تر گشته است.

مقدار آب ذخیره شده در زیرزمین بیش از ۳۰ برابر تمام آبهای موجود در دریاچه‌ها٬ رودخانه‌ و مخازن آبی است و سه هزار برابر مقدار آب موجود در رودخانه‌ها و کانالهای آب می‌باشد .

این موضوع نشان دهنده اهمیت آبهای زیرزمینی برای دنیای امروز است. در واقع این منبع ذخیره شده در زیرزمینی حتی در گذشته موجب برپائی تمدن‌ها در عرصه دشتها و اراضی دور از رودخانه‌ها گشته است و امروز نیز به سهم خود کمک موثری در رشد اقتصادی جوامع بشری می‌نماید.

آبهای زیرزمینی به آبی گفته می‌شود که در فشاری بیش از فشار اتمسفر در منطقه اشباع و بین سنگها و خاکها در زیرزمین قرار گرفته است. اکثر آبها وقتی تحت جریان نفوذ به داخل زمین هدایت می‌شوند به منابع آبی زیرزمینی می‌پیوندند. بعبارتی باعث تجدید حیات و تغذیه منابع آبی در زیرزمین می‌شوند (شکل ۱-۱)

آبهای نفوذی زمانی که به سطح ایستایی منابع آب زیرزمینی می‌رسند باعث تقویت سفره‌های زیرزمینی می‌شوند. معمولا سطح ایستایی مرز بالایی منابع آب زیرزمینی است که همیشه در نوسان بوده و در فشاری برابر فشار اتمسفر است. تغذیه منابع آب زیرزمینی همچنین می‌تواند از طریق نشت افقی یا عمودی بستر رودخانه و یا منابع سطحی آب انجام پذیرد.

در شرایط طبیعی منابع آب زیرزمینی به دریاچه‌ها یا رودخانه‌ها و حتی به اقیانوسها تخلیه شده و بخشی از آن در محیط سنگها و در داخل سازنده‌های زمینی محبوس می‌باشند. منابع آب زمینی حتی توسط حرکت عمودی بطرف بالا٬ از سطح ایستایی به سطح زمین می‌رسد.

شکل ۱-۱: نمایش شکل عمومی تغذیه و خروج جریان آب در محیط تخلخل که بر روی یک لایه نفوذناپذیر قرار گرفته است.

اصولا چون مقدار آب در کره زمین ثابت است و میزان آنرا نمی‌توان افزایش داد به مرور به شکل یک کالای کمیاب در می‌آید و این نه تنها از مسائل مهم کشورهایی نظیر ایران است که میزان بارش سالانه کمی را دارد بلکه کشورهای صنعتی را نیز در برگرفته زیرا با توسعه تکنولوژی و وابستگی بشر با تکنیک به آب افزایش یافته است.  آبهای مورد استفاده از منابع زیرزمینی تهیه می‌گردد کشاورزی بزرگترین مصرف کننده آب است که قریب به ۸۰ درصد آب مصرفی را تشکیل می‌دهد.

جدول ۱-۱ نیاز آبی بعضی از تولیدات صنعتی و گیاهی  (تود ۱۹۷۰)

سال ۲۰۰۰ سهم آب در بخش کشاورزی به ۶۲ درصد کل مصرف آب در جهان میرسد در حالی که در سال ۱۹۰۰ این رقم ۹۰ درصد بود. در همین وضعیت مصرف آب در بخش صنعت به ۲۵ درصد و مصرف آب در شهرها نیز از ۲ درصد در سال ۱۹۰۰ به ۹ درصد در سال ۲۰۰۰ افزایش می‌یابد. آب مصرفی بخش کشاورزی از لحاظ کمیت نسبت به سایر بخش بیشتر است به این ترتیب که ۱۵ هزار متر مکعب برای آبیاری یک هکتار زمین برنج لازم است. در صورتیکه این مقدار آب می‌تواند برای ۱۰۰ چادرنشین با ۴۵۰ راس دام برای مدت سه سال کافی باشد.

آب مصرفی در بخش صنعت نیز زیاد است ولی بیشتر آن بار دیگر به سیستم گردش آب باز می‌گردد که در نهایت با این مقدار آب آلودگیها فضولات صنعتی٬ مواد شیمیائی و فلزات سنگین وارد جریان آب می‌شود که نیاز به پالایش دارد.

بطور کلی آب در طبیعت به صور مختلف یافت می‌شود که امروزه هر یک در علم مخصوص بخود مورد مطالعه قرار می‌گیرد. دانش مربوط به مطالعه آبهای زیرزمینی شاخه‌ای از علم هیدرولوژی به شمار می‌آید.

هیدرولوژی آبهای زیرزمینی[1] علمی است که با استفاده از قوانین ریاضی٬ فیزیک و علم زمین‌شناسی به پیدایش٬ حرکت٬ توزیع٬ کیفیت٬ گسترش و بهره‌برداری از آبهای زیرزمینی را می‌پردازد. به عبارتی علم آبهای زیرزمینی به روابط متقابل آب و مواد زمینی در یک محیط اشباع زمینی می‌پردازد. بطوریکه حرکت و کیفیت آبهای زیرزمینی بستگی ژئولوژی منطقه دارد. بنابراین این روشهای مطالعه و تحقیقاتی مسائل هیدرولوژی آبهای زیرزمینی بطور کلی بر یکی از دو مبنای زیر استوار است.

الف ـ روشی که بیشتر از قوانین حرکت٬ فیزیک٬ مکانیک سیالات و ریاضی سود جسته و کمتر روی مسائل زمینی تکیه دارد. در این روش مسائل آب در زیرزمین بیشتر از جنبه مکانیک سیالات جریان آب در محیط متخلخل مورد بررسی و مطالعه قرار می‌گیرد هرچند در این روش نتایج بسهولت قابل بیان و تعمیم است. ولی تطابق آنها با مسائل ریاضی و فیزیک پیچیده‌گی خاصی را ایجاد می‌کند و اشکالات زیادی هم تولید می‌شود. مطالعه آبهای زیرزمینی از این جنبه تحت عنوان  هیدرولوژی آبهای زیرزمینی است.

ب ـ روشی که بر طبیعت و مسائل زمین‌شناسی استوار است مشاهده و تحقیق در شرایط طبیعی اساس آنرا تشکیل می‌دهد. مطالعه آبهای زیرزمینی از این جنبه تحت عنوان آب زمین‌شناسی[2] نامیده می‌شود.

1-2 چرخه هیدرولوژی و آبهای زیرزمینی

حرکت مداوم و وابستگی اشکال مختلف آب به طبیعت اساس مفهوم هیدولوژی[3] را تشکیل می‌دهد و مسیر پیدایش یا وقوع آبهای موجود در کره زمین و گردش آن را در طبیعت بنام چرخه هیدرولوژی نامیده می‌شود.

گردش آب در لایه‌ای بقطر تقریبی ۱۶ کیلومتر انجام می‌پذیرد که ۱۵ کیلومتر آن در اتمسفر (پوشش گازی زمین) و حدود یک کیلومتر هم پوشش جامد در سطح و تحت‌الارض صورت می‌گیرد که بخش سطحی آن شامل هیدروسفر و توده‌های آبی برف و یخ که در سطح زمین گسترش یافته است می‌شود و بخش تحت‌الارضی آن شامل تشکیلات سنگی که عبارتست از تشکیلات سنگی قاره‌ها و سنگهای سختی که در زیر کره آب قرار گرفته و در اثر نفوذ و جریان‌های زیرزمینی و تشکیل سفره‌های آب زیرزمینی را می‌دهد. آب در این لایه‌ها از مسیرهای پیچیده‌ای حرکت می‌کنند که تشکیل چرخه هیدرولوژی را می‌دهد (شکل ۲-۱).

این چرخه مرکز بررسیهای علم هیدرولوژی است و عامل این حرکت مداوم مقدار انرژی است که خورشید به کره زمین می‌رساند. از حدود  کیلو کالری گرمای سالیانه که خورشید به سطح زمین می‌رساند ۲۵ درصد آن صرف همین حرکت در چرخه می‌شود و باعث ۱۸۸۵ میلی‌متر تبخیر و ۲۰۰۰ میلی‌متر بارش در سال می‌شود.

بنابراین چرخه هیدرولوژی فرآیند مداوم و مستمری است که باعث تبخیر آب اقیانوسها ـ دریاچه‌ها ـ دریاها و سایر سطوح آبی به اتمسفر با ریزش‌های جوی از اتمسفر به سطح زمین از سطح زمین به دریاها و اقیانوسها از طریق بیخیر و تعرق دوباره به اتمسفر برمی‌گردد و موتور این حرکت هم مقدار انرژی است که خورشید سالیانه به سطح زمین می‌رساند.

آبهای زیرزمینی بخشی از چرخه هیدرولوژی را تشکیل میدهد بطوریکه بخشی از آن فعال و بخشی دیگر در چرخه فعال نیست و از زمانهای بسیار بسیار قدیم از چرخه هیدرولوژی جدا گردیده و در زمین محبوس شده‌اند. آبهائیکه هم اکنون در چرخه هیدرولوژی فعالند منشاء جوی دارند و به نام آبهای جوی[4] موسومند در واقع بخش عمده آبهای زیرزمینی منشاء جوی دارند بطوریکه ریزش‌های جوی چه بطور مستقیم و چه از طریق جریانات سطحی آب به زمین نفوذ و با برخورد به لایه‌های غیرقابل نفوذ یا قابلیت نفوذ کم تشکیل منابع عظیم آب زیرزمینی را می‌دهد.

این آبها ممکن است پس از نفوذ در زمین در اثر نیروی ثقل جریان یافته و با پیوستن به سفره‌های آب زیرزمینی و پس از طی مسافت کوتاه در مدت زمان کوتاه از طریق چشمه‌ها یا جریانات زیر سطحی بستر رودخانه‌ها و غیره به سطح زمین برگردد و یا به رودخانه‌ها بپیوندد. این نوع آبهای زیرزمینی چون همیشه در جزیان است بنام آبهای زنده یا متحرک[5] نامیده می‌شود اما اگر در اثر نفوذ عمقی آب به اعماق زمین کشیده شود نسبت به آبهای اول دارای حرکتی کند و آهسته می‌باشند  و ممکن است مسافت بسیار طولانی را طی کند و همچنین ممکن است ماهها یا سالها طول بکشد تا به اتمسفر تخلیه گردد. این گونه آبها را در هیدرولوژی آبهای زیرزمینی بنام آبهای عمقی[6] می‌شناسند از مشخصات اساسی آبهای عمقی تعادل شیمیایی آنها با کیفیت شیمیایی محیط‌های مربوطه است که این تعادل در آبهای زنده متحرک دیده نمی‌شود.

آبهای زیرزمینی که از دورانهای بسیار قدیم از چرخه هیدرولوژی بواسطه بروز عوامل طبیعی مثل زلزله، آتشفشان و …. جدا شده و مجسوس مانده‌اند را بنام آبهای ذاتی[7] شناخته شده است. این آبها نیز در اصل از آبهای جوی سرچشمه گرفته‌اند ولی به عللی که اشاره شد ممکن است میلیونها سال باشد که از چرخه هیدرولوژی جدا مانده‌اند و احتمال اینکه این آبها منشاء دریایی داشته باشند است که بتدریج در اثر رسوب‌گذاری در داخل رسوبات نگهداری و ضبط شده‌اند. این آبها ممکن است در اثر فشردگی و عوامل دیگر طبیعی آزاد گشته و بصورت چشمه ظاهر شوند که در این صورت بنام آب وازاد[8] نامیده می‌شود.

برای مشاوره اینجا بزنید