آب‌های زیرزمینی: تفاوت میان نسخه‌ها

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
بخش لایه آبدار تکمیل شد و بخش چرخه آب اضافه گردید
برچسب‌ها: جمع عربی واژگان فارسی ویرایشگر دیداری
←‏اشکال مختلف آب‌های زیرزمینی: جابجا شد. بخش مخاطرات تکمیل شد.
خط ۱۸: خط ۱۸:


حجم آب زیرزمینی یک آبخوان با اندازه گیری سطوح آب در چاههای محلی و با بررسی سوابق زمین شناسی ثبت شده از چاههای حفاری به منظور تعیین میزان، عمق و ضخامت رسوبات و سنگ های حامل آب، تخمین زده می‌شود. قبل از سرمایه گذاری در چاههای بهره‌برداری، چاههای آزمایشی حفر می شوند تا عمق هایی که در آن به آب می رسیم اندازه گیری شده و نمونه های خاک، سنگ و آب برای آنالیزهای آزمایشگاهی جمع آوری شوند. همچنین آزمایشات پمپاژ در چاههای آزمایشی برای تعیین ویژگی های جریان آبخوان انجام می شود.<ref name=":0" />
حجم آب زیرزمینی یک آبخوان با اندازه گیری سطوح آب در چاههای محلی و با بررسی سوابق زمین شناسی ثبت شده از چاههای حفاری به منظور تعیین میزان، عمق و ضخامت رسوبات و سنگ های حامل آب، تخمین زده می‌شود. قبل از سرمایه گذاری در چاههای بهره‌برداری، چاههای آزمایشی حفر می شوند تا عمق هایی که در آن به آب می رسیم اندازه گیری شده و نمونه های خاک، سنگ و آب برای آنالیزهای آزمایشگاهی جمع آوری شوند. همچنین آزمایشات پمپاژ در چاههای آزمایشی برای تعیین ویژگی های جریان آبخوان انجام می شود.<ref name=":0" />

⚫
== اشکال مختلف آب‌های زیرزمینی ==
⚫
اشکال مختلف آب در زیرزمین
⚫
*[[آب هیگروسکوپی]]: آبی است که به صورت قطره‌های ریز در اطراف دانه‌های رسوب می‌چسبد.
⚫
*[[آب غشایی]]: آبی است که به صورت یک قشر نازک، اطراف دانه‌های رسوب را می‌پوشاند.
⚫
*[[آب ثقلی]]: آبی است که اطراف و بین دانه‌های رسوب را پر می‌کند و اگر امکان حرکت برایش وجود داشته باشد از محل خود تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین یا ثقل، حرکت کرده و جریان می‌یابد.
⚫
*[[آب مویینگی]]: بخشی از آب است که بر روی سطح آب زیرزمینی و سوار برآن، در میان رسوبات دانه ریز قرار می‌گیرد. رسوبات دانه ریز، فضای لوله مانند و پیچ و خم داری ایجاد می‌کنند که تحت تأثیر نیروی موئینگی، بخشی از آب زیرزمینی را در خلاف جهت نیروی ثقل تا ارتفاع چندین متری به بالا می‌کشند. ضخامت آب موئینگی به قطر دانه‌های رسوب بستگی داشته و هرچه دانه‌های رسوب ریزتر باشند ضخامت قشر موئینگی نیز بیشتر خواهدبود.<ref>کتاب جغرافیای آبها از دکتر سعداله ولایتی</ref>


== چرخه آب ==
== چرخه آب ==
خط ۲۹: خط ۳۶:
به دلیل عدم شناخت صحیح یا عدم درک میزان آسیب‌پذیری سریع آب‌های زیرزمینی، سهل انگاری‌های زیادی صورت گرفته‌است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مجاری زیرزمینی به درون سفره‌های آب‌های زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها، از محل‌های دفن زباله یا سیستم‌های فاضلاب که به‌طور 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 زیر زمینی در طی روند نفوذ خود به لایه‌های آبدار بسته به نوع خاک و آلاینده‌های موجود در خاک ممکن است حاوی مواد معدنی و آلی شوند. به عنوان مثال زمین‌های آهکی چون دارای کربنات و بی کربنات هستند، آبهایی که از این نوع زمین‌ها نفوذ می‌کنند حاوی کربنات و بی کربنات بوده و سختی آب را بالا می‌برند. یا اینکه در اثر نفوذ مواد آلاینده نظیر [[آلاینده]]‌های نفتی در سطح زمین یا چاه‌های جذبی فاضلاب ممکن است در اثر نفوذ، این مواد به سطح آب‌های زیر زمینی رسیده و منبع آب را آلوده نمایند.
به دلیل عدم شناخت صحیح یا عدم درک میزان آسیب‌پذیری سریع آب‌های زیرزمینی، سهل انگاری‌های زیادی صورت گرفته‌است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مجاری زیرزمینی به درون سفره‌های آب‌های زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها، از محل‌های دفن زباله یا سیستم‌های فاضلاب که به‌طور 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 زیر زمینی در طی روند نفوذ خود به لایه‌های آبدار بسته به نوع خاک و آلاینده‌های موجود در خاک ممکن است حاوی مواد معدنی و آلی شوند. به عنوان مثال زمین‌های آهکی چون دارای کربنات و بی کربنات هستند، آبهایی که از این نوع زمین‌ها نفوذ می‌کنند حاوی کربنات و بی کربنات بوده و سختی آب را بالا می‌برند. یا اینکه در اثر نفوذ مواد آلاینده نظیر [[آلاینده]]‌های نفتی در سطح زمین یا چاه‌های جذبی فاضلاب ممکن است در اثر نفوذ، این مواد به سطح آب‌های زیر زمینی رسیده و منبع آب را آلوده نمایند.


استفاده از آب زیرزمینی در سراسر جهان با مشکلات خاصی مواجه است. درست همانطور که آب رودخانه در بسیاری از مناطق جهان بیش از حد مورد استفاده قرار گرفته و آلوده شدند، آبخوان ها نیز چنین مشکلی دارند. تفاوت عمده این است که آبخوان ها خارج از محدوده دید هستند. مشکل اصلی دیگر این است که آژانس های مدیریت آب، هنگامی که "[[آبدهی پایدار]]" آبخوان و آب رودخانه را محاسبه می کنند، غالبا همان آب را دو بار، یک بار در آبخوان و یک بار در رودخانه متصل شونده (به آن آبخوان) به حساب می آورند. مثلا در استرالیا قبل از اینکه اصلاحات قانونی براساس چارچوب اصلاح آب مصوب [[:en:Council_of_Australian_Governments|شورای دولت های استرالیا]] در دهه 1990 آغاز شود، بسیاری از ایالات استرالیا از طریق سیاست های دولتی جداگانه، که دارای ارتباطات ضعیف و رقابتی بودند، آب سطحی و زیرزمینی را اداره می کردند.
=== برداشت بیش از حد یا سفره آب افت‌کننده (فرونشست در اثر برداشت آب) ===
منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند؛ بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از [[کشورهای جهان]] برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر گرانش به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، [[قنات]]‌ها و چشمه‌های آن است.


اثرات اضافه برداشت از آب زیرزمینی اگرچه واقعا غیر قابل انکار است دهه ها یا قرن ها زمان می برد تا آشکار شود. در یک مطالعه کلاسیک در سال 1982، Bredhoeft و همکارانش<ref name=":1">{{Cite journal|last=Sophocleous|first=Marios|date=2002-02-01|title=Interactions between groundwater and surface water: the state of the science|url=https://doi.org/10.1007/s10040-001-0170-8|journal=Hydrogeology Journal|language=en|volume=10|issue=1|pages=52–67|doi=10.1007/s10040-001-0170-8|issn=1435-0157}}</ref> موقعیتی را طراحی کردند که استخراج آب زیرزمینی در یک حوضه بین قاره ای، برابر با کل میزان تغذیه سالانه بود و چیزی برای پوشش گیاهی که طبیعتا وابسته به آب زیرزمینی است باقی نمی‌گذاشت. با نزدیک‌تر کردن محل برداشت آب به پوشش‌های گیاهی، 30 درصد تقاضای اصلی پوشش گیاهی به دلیل تأخیر در حرکت آب زیرزمینی تا 100 سال تأمین می‌شد و در پانصدمین سال این میزان به 0% کاهش می یافت که نشان دهنده مرگ کامل پوشش گیاهی وابسته به آب زیرزمینی بود. علم لازم برای انجام این محاسبات ده ها سال در دسترس بوده است؛ با این حال، آژانس های مدیریت آب، عموماً اثراتی را که خارج از بازه‌های زمانی انتخابات سیاسی ظاهر می‌شوند (3 تا 5 سال) نادیده می‌گیرند. پژوهشگران قویا استدلال کرده اند که آژانس های مدیریتی باید محدوده های زمانی مناسب را در برنامه ریزی آب زیرزمینی بکار گیرند.<ref name=":1" /> این به معنی محاسبه مجوزهای برداشت آب زیرزمینی بر اساس دهه ها و گاهی اوقات قرن ها خواهد بود.
در سال [[۲۰۰۵ (میلادی)]] [[چین]]، [[هند]] و [[ایران]] رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به‌طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه [[چناران]] در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوچک اما بسیار پراهمیتی برای کشاورزی است، در سال‌های پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین ۲٫۸ متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تأمین آب کشاورزی و همچنین تأمین آب آشامیدنی شهر [[مشهد]] عامل این اتفاق بوده‌اند.


همانطور که آب در سطح زمین حرکت می کند، نمک های محلول به خصوص [[سدیم کلرید]] را جمع می کند. جایی که این آب از طریق [[تبخیر-تعرق|تبخیر و تعرق]] وارد اتمسفر می شود، این نمک ها باقی می مانند. در مناطق [[آبیاری|آبیاری‌شده]]، [[زهکشی]] ضعیف خاک ها و آبخوان های کم‌عمق منجر به بالا آمدن سطح ایستابی به لایه سطحی در مناطق کم عمق می شود. مشکلات اصلی [[تخریب زمین]] ناشی از [[شوری خاک]] و آبگرفتگی با افزایش سطوح نمک در آب های سطحی همراه می‌شود. در نتیجه، آسیب اصلی به اقتصادهای محلی و محیط های طبیعی وارد می‌گردد.<ref>{{Cite journal|last=Ludwig|first=Donald|last2=Hilborn|first2=Ray|last3=Walters|first3=Carl|date=1993-04-02|title=Uncertainty, Resource Exploitation, and Conservation: Lessons from History|url=https://science.sciencemag.org/content/260/5104/17|journal=Science|language=en|volume=260|issue=5104|pages=17–36|doi=10.1126/science.260.5104.17|issn=0036-8075|pmid=17793516}}</ref>

در اینجا لازم است تا چهار اثر مهم مختصرا ذکر شوند. اول، راهکارهای کاهش سیل، که به منظور حفاظت از زیرساخت های ایجاد شده بر روی دشت های سیلابی بکار گرفته می‌شوند، پیامد ناخواسته‌ای بر کاهش [[تغذیه آبخوان]] به همراه دارند. دوم، کاهش و تخلیه طولانی مدت آب زیرزمینی در آبخوان های وسیع به [[فرونشست زمین|فرونشست]] زمین و آسیب های زیرساختی منجر می شود. سوم، [[تداخل آب شور]]، چهارم، زهکشی خاک های حاوی اسید سولفات که اغلب در دشت های ساحلی کم عمق وجود دارند، به اسیدی شدن و آلودگی جریان های رودخانه ای منجر می شود.<ref>{{Cite journal|last=Sommer|first=Bea|last2=Sommer|first2=Bea|last3=Horwitz|first3=Pierre|last4=Horwitz|first4=Pierre|date=2001|title=Water quality and macroinvertebrate response to acidification following intensified summer droughts in a Western Australian wetland|url=https://www.publish.csiro.au/mf/mf00021|journal=Marine and Freshwater Research|language=en|volume=52|issue=7|pages=1015–1021|doi=10.1071/mf00021|issn=1448-6059}}</ref>

یکی دیگر از دلایل نگرانی این است که افت آب زیرزمینی در آبخوان های بهره‌برداری شده، این پتانسیل را دارد که آسیب شدیدی به اکوسیستم های خاکی و آبی وارد کند – در بعضی موارد بسیار واضح و آشکار است اما در سایر موارد به دلیل طولانی بودن زمانی که خسارت و آسیب در آن رخ می دهد، کاملا غیر منتظره است.<ref>{{Cite journal|last=Zektser|first=S.|last2=Loáiciga|first2=H. A.|last3=Wolf|first3=J. T.|date=2005-02-01|title=Environmental impacts of groundwater overdraft: selected case studies in the southwestern United States|url=https://doi.org/10.1007/s00254-004-1164-3|journal=Environmental Geology|language=en|volume=47|issue=3|pages=396–404|doi=10.1007/s00254-004-1164-3|issn=1432-0495}}</ref>

=== برداشت بیش از حد ===
منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند؛ بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از [[کشورهای جهان]] برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر گرانش به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، [[قنات]]‌ها و چشمه‌های آن است. بارزترین مشکل (تا آنجایی که به استفاده انسانی از آب زیرزمینی مربوط می شود) پایین آمدن سطح ایستابی فراتر از دسترسی چاههای موجود می باشد. در نتیجه، برای رسیدن به آب زیرزمینی، چاهها باید عمیق تر شوند؛ در بعضی مناطق (مثل [[کالیفرنیا]]، [[تگزاس]] و [[هند]]) سطح ایستابی به دلیل پمپاژ گسترده چاه، صدها پا افت داشته است.<ref>{{Cite journal|last=Perrone|first=Debra|last2=Jasechko|first2=Scott|date=2019|title=Deeper well drilling an unsustainable stopgap to groundwater depletion|url=https://www.nature.com/articles/s41893-019-0325-z|journal=Nature Sustainability|language=en|volume=2|issue=8|pages=773–782|doi=10.1038/s41893-019-0325-z|issn=2398-9629|via=}}</ref> مثلا در منطقه [[پنجاب (هند)|پنجاب]] هند از سال 1979 سطح آب زیرزمینی 10 متر افت داشته و نرخ تخلیه شتاب گرفته است.<ref>{{یادکرد وب|عنوان=Punjab: A tale of prosperity and decline|نشانی=https://blogs.ei.columbia.edu/2009/07/28/punjab-a-tale-of-prosperity-and-decline/|وبگاه=State of the Planet|تاریخ=2009-07-28|بازبینی=2020-10-18|کد زبان=en}}</ref> در سال [[۲۰۰۵ (میلادی)]] [[چین]]، [[هند]] و [[ایران]] رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به‌طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه [[چناران]] در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوچک اما بسیار پراهمیتی برای کشاورزی است، در سال‌های پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین ۲٫۸ متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تأمین آب کشاورزی و همچنین تأمین آب آشامیدنی شهر [[مشهد]] عامل این اتفاق بوده‌اند.

== فرونشست ==
ترمیم فرونشست زمین در دشت‌ها که نتیجه افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است.
ترمیم فرونشست زمین در دشت‌ها که نتیجه افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است.


در این حالت آبرفت از حالت اشباع خارج شده و کاهش فشار منفذی و نهایتاً فرونشست زمین را باعث می‌شود. از علائم این نشست که حاصل افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است و ایجاد شکاف در سطح زمین است.
در این حالت آبرفت از حالت اشباع خارج شده و کاهش فشار منفذی و نهایتاً فرونشست زمین را باعث می‌شود. از علائم این نشست که حاصل افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است و ایجاد شکاف در سطح زمین است.

⚫
== اشکال مختلف آب‌های زیرزمینی ==
⚫
اشکال مختلف آب در زیرزمین
⚫
* [[آب هیگروسکوپی]]: آبی است که به صورت قطره‌های ریز در اطراف دانه‌های رسوب می‌چسبد.
⚫
* [[آب غشایی]]: آبی است که به صورت یک قشر نازک، اطراف دانه‌های رسوب را می‌پوشاند.
⚫
* [[آب ثقلی]]: آبی است که اطراف و بین دانه‌های رسوب را پر می‌کند و اگر امکان حرکت برایش وجود داشته باشد از محل خود تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین یا ثقل، حرکت کرده و جریان می‌یابد.
⚫
* [[آب مویینگی]]: بخشی از آب است که بر روی سطح آب زیرزمینی و سوار برآن، در میان رسوبات دانه ریز قرار می‌گیرد. رسوبات دانه ریز، فضای لوله مانند و پیچ و خم داری ایجاد می‌کنند که تحت تأثیر نیروی موئینگی، بخشی از آب زیرزمینی را در خلاف جهت نیروی ثقل تا ارتفاع چندین متری به بالا می‌کشند. ضخامت آب موئینگی به قطر دانه‌های رسوب بستگی داشته و هرچه دانه‌های رسوب ریزتر باشند ضخامت قشر موئینگی نیز بیشتر خواهدبود.<ref>کتاب جغرافیای آبها از دکتر سعداله ولایتی</ref>


== جستارهای وابسته ==
== جستارهای وابسته ==

نسخهٔ ‏۱۸ اکتبر ۲۰۲۰، ساعت ۰۶:۰۰

نوع رایج چشمه‌های آشامیدن آب در روستاهای اوکراین که شیپوت نامیده می‌شوند.

آب‌های زیرزمینی به آب‌هایی گفته می‌شود که در لایه‌های آب‌دار و اشباع زیر زمین تجمع پیدا کرده‌است. این آب‌ها فقط حدود ۴ درصد از مجموعه آب‌هایی را که فعالانه در چرخه آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود ۵۰ درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آب‌های زیرزمینی هستند.

آب زیرزمینی، آب موجود در زیر سطح زمین، منافذ خاک و شکستگی های تشکیلات سنگی است. هنگامی که یک واحد سنگی یا یک رسوب غیر محکم (کانسار) آورد قابل توجهی از آب ایجاد کند، آبخوان نامیده می شود. عمقی که در آن، منافذ خاک یا شکستگی ها و حفره های موجود در سنگ ها کاملا از آب اشباع شده باشند، سطح ایستابی خوانده می شود. آب زیرزمینی از سطح تغذیه  می شود؛ و ممکن است در سطح زمین نیز به صورت طبیعی در قالب چشمه ها و تراوشات طبیعی تخلیه شده و واحه‌ها یا تالاب هایی را به وجود آورد. آب های زیرزمینی، اغلب برای مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی از طریق چاه برداشت می شوند. مطالعه توزیع و حرکت آب های زیرزمینی، هیدروژئولوژی یا هیدرولوژی آب زیرزمینی نامیده می شود.

معمولا، تصور بر این است که آب زیرزمینی، آب جاری موجود در آبخوان های کم عمق است اما از نظر فنی، رطوبت خاک، لایه‌های منجمد آب در خاک، آب راکد در سنگ بستر با نفوذپذیری خیلی اندک و آب‌ عمیق ژئوترمال (زمین گرمایی) یا سازندهای نفتی را نیز شامل می شود. احتمالا قسمت اعظم زیرزمین حاوی مقداری آب است که در بعضی موارد ممکن است با مایعات دیگر مخلوط شده باشد. آب زیرزمینی فقط محدود و منحصر به زمین نیست. احتمالا ایجاد بعضی از اشکال زمینی در مریخ متأثر از آب زیرزمینی است. شواهدی مبنی بر وجود آب مایع در سطح زیرین Europa قمر سیاره مشتری نیز وجود دارد.[۱]

اغلب، دسترسی به آب زیرزمینی نسبت به آب سطحی ارزان‌تر، راحت‌تر و مناسب تر و مستعد آلودگی کمتری است. از این رو، معمولا برای تأمین آب از  آن استفاده می شود. مثلا، در ایالات متحده، آب زیرزمینی، بزرگترین منبع آب مصرفی را تأمین می کند و کالیفرنیا سالانه بیشترین میزان آب زیرزمینی نسبت به همه ایالت ها را برداشت می کند.[۲] مخازن آب زیرزمینی حاوی مقدار آب بسیار بیشتری نسبت به ظرفیت همه مخازن سطحی و دریاچه های ایالات متحده از جمله دریاچه های بزرگ می باشد. مقدار زیادی از آب شهری صرفا از آب زیرزمینی تأمین می شود.[۳]

آب زیرزمینی آلوده کمتر به چشم می آید و نسبت به آلودگی در رودخانه ها و دریاچه ها سخت تر پاکسازی می شود. آلودگی آب زیرزمینی اغلب نتیجه دفع نادرست زباله ها در زمین است. مواد شیمیایی صنعتی و خانگی و محل های دفن زباله، استفاده بیش از حد از کودها و آفت کش ها در کشاورزی، تالاب های مواد زائد صنعتی (پساب های صنعتی)، پسماندها و فاضلاب فرآوری شده معادن، fracking صنعتی، گودال های آب نمکی میدان نفتی، نشت مخازن ذخیره و خطوط انتقال نفتی، شیرابه فاضلاب شهری و سیستم های سپتیک منابع اصلی (آلودگی) می باشد.

لایه آب‌دار و آبخوان

بخشی از آب‌های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط متخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کنند. لایه‌های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان‌های مختلف به وجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی و … باعث می‌شود، بخش‌های مختلف فضای زیرزمین ظرفیت‌های متفاوتی برای جذب، ذخیره و انتقال آب داشته باشند. لایه‌هایی از زمین که به صورت نسبی ظرفیت بالاتری برای جذب، ذخیره و انتقال آب دارند، آبخوان نامیده می‌شوند. به دلیل نفوذپذیری بیشتر این لایه‌ها، بخش اعظم آب نفوذ کرده در عمق زمین، به صورت طبیعی جذب آن‌ها می‌شود. بسته به شرایط احاطه‌کننده آن، یک لایه آب‌دار می‌تواند مانند یک مخزن زیرزمینی آب را ذخیره یا مانند یک رودخانه زیرزمینی آب را به لایه‌های مجاور و عمیق‌تر منتقل نماید. ابعاد این مخازن یا رودخانه‌های زیرزمینی می‌توانند از چند ده متر تا چند صد کیلومتر متفاوت باشد. به دلیل وابستگی شدید انسان به منابع زیرزمینی آب، شناسایی، مطالعه و مدیریت لایه‌های آب‌دار دارای اهمیت بسیارزیادی است.

آبخوان لایه ای با بستر متخلخل و حاوی آب زیرزمینی است که آن را انتقال می دهد. هنگامی که آب مستقیما بین سطح و ناحیه اشباع شده آبخوان جریان یابد، آبخوان آزاد است. به دلیل وجود نیروی گرانش که باعث جریان رو به پایین آب می شود، بخش های عمیق تر آبخوان های آزاد، معمولا اشباع تر هستند. سطح بالایی این لایه اشباع شده از آبخوان آزاد، سطح ایستابی یا سطح آب اشباع نامیده می شود. زیر سطح ایستابی، جایی که همه منافذ کاملا از آب اشباع شده اند، منطقه آب اشباع است. لایه‌ای با تخلخل کم که امکان انتقال محدود آب زیرزمینی را فراهم می کند تحت عنوان aquitard شناخته می شود. Aquiclude لایه‌ای است با تخلخل بسیار کم که در واقع نسبت به آب زیرزمینی غیر قابل نفوذ است. آبخوان تحت فشار، سفره آبی است که توسط یک لایه نسبتا غیر قابل نفوذ از سنگ یا بستری مثل aquiclude یا aquitard پوشیده شده است. اگر یک آبخوان محدود از منطقه تغذیه خود به یک لایه پایین تر جریان یابد، آب زیرزمینی در مسیر جریان خود تحت فشار قرار می گیرد. این امر به ایجاد چاه های آرتزین منجر می شود که آب در آنها آزادانه و بدون نیاز به پمپ، جریان می یابد و به ارتفاع بالاتری نسبت به سطح ایستابی استاتیک آبخوان آزاد واقع در بالای خود فواره خواهد زد.

ویژگی های آبخوان ها از نظر زمین شناسی و ساختار و توپوگرافی لایه‌ای که در آن شکل می گیرند، متفاوت است. به طور کلی، آبخوان های پرآب تر در سازه های رسوبی ایجاد می شوند. در مقایسه، سنگ های کریستالی هوازده و شکسته شده مقدار کمتری آب زیرزمینی را در خود جا می‌دهند. مواد آبرفتی که رسوبات اصلی در دره‌ها هستند و در دره های اصلی رودخانه جمع شده اند، از پربارترین منابع آب زیرزمینی هستند. ظرفیت گرمایی ویژه آب و اثر عایق بندی خاک و سنگ می تواند تأثیر اقلیم را بر آب کاهش داده و دمای آب زیرزمین را نسبتا ثابت نگاه دارد. در مناطقی که دمای آب زیرزمینی با این اثر در حدود c˚10 یا (F˚50) حفظ می شود، برای کنترل دمای داخل سازه ها در سطح، می توان از آب زیرزمینی استفاده کرد. مثلا، در هوای گرم، آب زیرزمینی نسبتا خنک می تواند از طریق رادیاتورها در یک خانه پمپ شود و سپس در چاه دیگری به زمین برگردانده شود. در طی فصول سرد، به دلیل اینکه آب زیرزمینی نسبتا گرم است، آب در مسیری مشابه به عنوان منبع حرارتی برای پمپ های گرمایی که نسبت به استفاده از هوا کارآمدتر هستند، مورد استفاده قرار می گیرد.

حجم آب زیرزمینی یک آبخوان با اندازه گیری سطوح آب در چاههای محلی و با بررسی سوابق زمین شناسی ثبت شده از چاههای حفاری به منظور تعیین میزان، عمق و ضخامت رسوبات و سنگ های حامل آب، تخمین زده می‌شود. قبل از سرمایه گذاری در چاههای بهره‌برداری، چاههای آزمایشی حفر می شوند تا عمق هایی که در آن به آب می رسیم اندازه گیری شده و نمونه های خاک، سنگ و آب برای آنالیزهای آزمایشگاهی جمع آوری شوند. همچنین آزمایشات پمپاژ در چاههای آزمایشی برای تعیین ویژگی های جریان آبخوان انجام می شود.[۳]

اشکال مختلف آب‌های زیرزمینی

اشکال مختلف آب در زیرزمین

  • آب هیگروسکوپی: آبی است که به صورت قطره‌های ریز در اطراف دانه‌های رسوب می‌چسبد.
  • آب غشایی: آبی است که به صورت یک قشر نازک، اطراف دانه‌های رسوب را می‌پوشاند.
  • آب ثقلی: آبی است که اطراف و بین دانه‌های رسوب را پر می‌کند و اگر امکان حرکت برایش وجود داشته باشد از محل خود تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین یا ثقل، حرکت کرده و جریان می‌یابد.
  • آب مویینگی: بخشی از آب است که بر روی سطح آب زیرزمینی و سوار برآن، در میان رسوبات دانه ریز قرار می‌گیرد. رسوبات دانه ریز، فضای لوله مانند و پیچ و خم داری ایجاد می‌کنند که تحت تأثیر نیروی موئینگی، بخشی از آب زیرزمینی را در خلاف جهت نیروی ثقل تا ارتفاع چندین متری به بالا می‌کشند. ضخامت آب موئینگی به قطر دانه‌های رسوب بستگی داشته و هرچه دانه‌های رسوب ریزتر باشند ضخامت قشر موئینگی نیز بیشتر خواهدبود.[۴]

چرخه آب

آب زیرزمینی حدود 30 درصد از منابع آب شیرین جهان که تقریبا 0/76 درصد از کل آب جهان که شامل اقیانوس ها و یخ های دائمی است را تشکیل می دهد.[۵][۶] ذخایر آب زیرزمینی جهان تقریبا برابر با کل میزان آب شیرین ذخیره شده در بسته های برفی و یخی از جمله قطب های شمال و جنوب می باشد. این امر، آب زیرزمینی را به منبعی مهم تبدیل می کند که به عنوان یک ذخیره طبیعی عمل کرده و در کمبود آب سطحی مانند مواقع خشکسالی می تواند مؤثر باشد و مانند بافر عمل می کند. آب زیرزمینی به طور طبیعی توسط آب سطحی ناشی از بارش، جویبارها و رودخانه ها تغذیه می شود تا زمانی که به سطح ایستابی برسد. برخلاف مخازن کوتاه مدت مثل آب شیرین سطحی و اتمسفری (از چند دقیقه تا سال ها ماندگاری)، آب زیرزمینی، مخزن و ذخیره ای بلند مدت از چرخه طبیعی آب (از روزها تا هزاران سال ماندگاری [۷][۸]را می‌تواند فراهم کند.

حوضه بزرگ آرتزین (GAB) در استرالیای مرکزی و شرقی یکی از بزرگترین سیستم های آبخوان تحت فشار در جهان می باشد که تقریبا 2 میلیون کیلومترمربع امتداد دارد. متخصصان هیدروژئولوژی با تجزیه و تحلیل عناصر کمیاب موجود در آبی که از عمق زمین گرفته شده است، توانسته اند مشخص کنند که آب حاصل از این آبخوان ها می تواند بیش از یک میلیون سال قدمت داشته باشد. هیدروژئولوژیست ها با مقایسه قدمت آب زیرزمینی بخش های مختلف GAB دریافتند که این قدمت در طول حوضه افزایش می یابد. در امتداد قسمت شرقی که آبخوان ها تغذیه می شود، قدمت کمتر است. همانطور که آب زیرزمینی به سمت غرب در سراسر قاره، جریان می یابد، قدمت آب افزایش می یابد و قدیمی ترین آب های زیرزمینی در بخش های غربی واقع شده اند. یعنی آب زیرزمینی برای اینکه بتواند حدود 1000 کیلومتر مسافت را از محل تغذیه خود در عرض یک میلیون سال طی کرده باشد باید با سرعت متوسط حدود 1 متر در سال حرکت کند.

مطالعات اخیر نشان می‌دهد که تبخیر آب زیرزمینی می تواند نقش بسیار مهمی در چرخه آب محلی به ویژه در نواحی خشک ایفا کند.[۹] دانشمندان در عربستان سعودی طرح هایی را برای بازیابی و بازیافت این رطوبت تبخیری جهت آبیاری محصولات زراعی پیشنهاد داده اند. در عکس مقابل یک فرش منعکس کننده 50 سانتی متر مربعی ساخته شده از مخروط های پلاستیکی کوچک کنار هم به مدت 5 ماه در یک منطقه بیابانی خشک بدون گیاه، بدون باران و آبیاری قرار داده شد. این طرح موفق شد که به میزان کافی تبخیر زمینی را به دام بیندازد و متراکم کند تا به بذرهایی که به طور طبیعی در زیر آن مدفون شده اند، با فضای سبزی حدود 10 درصد مساحت فرش، حیات بخشد. پیش بینی می شود اگر بذرها قبل از قرار دادن این فرش کاشته شوند، منطقه وسیع تری سبز خواهد شد.[۱۰]

مخاطرات آب‌های زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح یا عدم درک میزان آسیب‌پذیری سریع آب‌های زیرزمینی، سهل انگاری‌های زیادی صورت گرفته‌است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مجاری زیرزمینی به درون سفره‌های آب‌های زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها، از محل‌های دفن زباله یا سیستم‌های فاضلاب که به‌طور 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 زیر زمینی در طی روند نفوذ خود به لایه‌های آبدار بسته به نوع خاک و آلاینده‌های موجود در خاک ممکن است حاوی مواد معدنی و آلی شوند. به عنوان مثال زمین‌های آهکی چون دارای کربنات و بی کربنات هستند، آبهایی که از این نوع زمین‌ها نفوذ می‌کنند حاوی کربنات و بی کربنات بوده و سختی آب را بالا می‌برند. یا اینکه در اثر نفوذ مواد آلاینده نظیر آلاینده‌های نفتی در سطح زمین یا چاه‌های جذبی فاضلاب ممکن است در اثر نفوذ، این مواد به سطح آب‌های زیر زمینی رسیده و منبع آب را آلوده نمایند.

استفاده از آب زیرزمینی در سراسر جهان با مشکلات خاصی مواجه است. درست همانطور که آب رودخانه در بسیاری از مناطق جهان بیش از حد مورد استفاده قرار گرفته و آلوده شدند، آبخوان ها نیز چنین مشکلی دارند. تفاوت عمده این است که آبخوان ها خارج از محدوده دید هستند. مشکل اصلی دیگر این است که آژانس های مدیریت آب، هنگامی که "آبدهی پایدار" آبخوان و آب رودخانه را محاسبه می کنند، غالبا همان آب را دو بار، یک بار در آبخوان و یک بار در رودخانه متصل شونده (به آن آبخوان) به حساب می آورند. مثلا در استرالیا قبل از اینکه اصلاحات قانونی براساس چارچوب اصلاح آب مصوب شورای دولت های استرالیا در دهه 1990 آغاز شود، بسیاری از ایالات استرالیا از طریق سیاست های دولتی جداگانه، که دارای ارتباطات ضعیف و رقابتی بودند، آب سطحی و زیرزمینی را اداره می کردند.

اثرات اضافه برداشت از آب زیرزمینی اگرچه واقعا غیر قابل انکار است دهه ها یا قرن ها زمان می برد تا آشکار شود. در یک مطالعه کلاسیک در سال 1982، Bredhoeft و همکارانش[۱۱] موقعیتی را طراحی کردند که استخراج آب زیرزمینی در یک حوضه بین قاره ای، برابر با کل میزان تغذیه سالانه بود و چیزی برای پوشش گیاهی که طبیعتا وابسته به آب زیرزمینی است باقی نمی‌گذاشت. با نزدیک‌تر کردن محل برداشت آب به پوشش‌های گیاهی، 30 درصد تقاضای اصلی پوشش گیاهی به دلیل تأخیر در حرکت آب زیرزمینی تا 100 سال تأمین می‌شد و در پانصدمین سال این میزان به 0% کاهش می یافت که نشان دهنده مرگ کامل پوشش گیاهی وابسته به آب زیرزمینی بود. علم لازم برای انجام این محاسبات ده ها سال در دسترس بوده است؛ با این حال، آژانس های مدیریت آب، عموماً اثراتی را که خارج از بازه‌های زمانی انتخابات سیاسی ظاهر می‌شوند (3 تا 5 سال) نادیده می‌گیرند. پژوهشگران قویا استدلال کرده اند که آژانس های مدیریتی باید محدوده های زمانی مناسب را در برنامه ریزی آب زیرزمینی بکار گیرند.[۱۱] این به معنی محاسبه مجوزهای برداشت آب زیرزمینی بر اساس دهه ها و گاهی اوقات قرن ها خواهد بود.

همانطور که آب در سطح زمین حرکت می کند، نمک های محلول به خصوص سدیم کلرید را جمع می کند. جایی که این آب از طریق تبخیر و تعرق وارد اتمسفر می شود، این نمک ها باقی می مانند. در مناطق آبیاری‌شده، زهکشی ضعیف خاک ها و آبخوان های کم‌عمق منجر به بالا آمدن سطح ایستابی به لایه سطحی در مناطق کم عمق می شود. مشکلات اصلی تخریب زمین ناشی از شوری خاک و آبگرفتگی با افزایش سطوح نمک در آب های سطحی همراه می‌شود. در نتیجه، آسیب اصلی به اقتصادهای محلی و محیط های طبیعی وارد می‌گردد.[۱۲]

در اینجا لازم است تا چهار اثر مهم مختصرا ذکر شوند. اول، راهکارهای کاهش سیل، که به منظور حفاظت از زیرساخت های ایجاد شده بر روی دشت های سیلابی بکار گرفته می‌شوند، پیامد ناخواسته‌ای بر کاهش تغذیه آبخوان به همراه دارند. دوم، کاهش و تخلیه طولانی مدت آب زیرزمینی در آبخوان های وسیع به فرونشست زمین و آسیب های زیرساختی منجر می شود. سوم، تداخل آب شور، چهارم، زهکشی خاک های حاوی اسید سولفات که اغلب در دشت های ساحلی کم عمق وجود دارند، به اسیدی شدن و آلودگی جریان های رودخانه ای منجر می شود.[۱۳]

یکی دیگر از دلایل نگرانی این است که افت آب زیرزمینی در آبخوان های بهره‌برداری شده، این پتانسیل را دارد که آسیب شدیدی به اکوسیستم های خاکی و آبی وارد کند – در بعضی موارد بسیار واضح و آشکار است اما در سایر موارد به دلیل طولانی بودن زمانی که خسارت و آسیب در آن رخ می دهد، کاملا غیر منتظره است.[۱۴]

برداشت بیش از حد

منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند؛ بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورهای جهان برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر گرانش به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، قنات‌ها و چشمه‌های آن است. بارزترین مشکل (تا آنجایی که به استفاده انسانی از آب زیرزمینی مربوط می شود) پایین آمدن سطح ایستابی فراتر از دسترسی چاههای موجود می باشد. در نتیجه، برای رسیدن به آب زیرزمینی، چاهها باید عمیق تر شوند؛ در بعضی مناطق (مثل کالیفرنیا، تگزاس و هند) سطح ایستابی به دلیل پمپاژ گسترده چاه، صدها پا افت داشته است.[۱۵] مثلا در منطقه پنجاب هند از سال 1979 سطح آب زیرزمینی 10 متر افت داشته و نرخ تخلیه شتاب گرفته است.[۱۶] در سال ۲۰۰۵ (میلادی) چین، هند و ایران رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به‌طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه چناران در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوچک اما بسیار پراهمیتی برای کشاورزی است، در سال‌های پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین ۲٫۸ متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تأمین آب کشاورزی و همچنین تأمین آب آشامیدنی شهر مشهد عامل این اتفاق بوده‌اند.

فرونشست

ترمیم فرونشست زمین در دشت‌ها که نتیجه افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است.

در این حالت آبرفت از حالت اشباع خارج شده و کاهش فشار منفذی و نهایتاً فرونشست زمین را باعث می‌شود. از علائم این نشست که حاصل افت سطح آب سفره‌های زیرزمینی است و ایجاد شکاف در سطح زمین است.

جستارهای وابسته

منابع

  1. ↑ Europa – The Ocean Moon: Search For An Alien Biosphere.
  2. ↑ National Geographic Almanac of Geography.
  3. ↑ ۳٫۰ ۳٫۱ «What is Hydrology?». www.usgs.gov. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۱۰-۱۷.
  4. ↑ کتاب جغرافیای آبها از دکتر سعداله ولایتی
  5. ↑ «Where is Earth's Water?». www.usgs.gov. دریافت‌شده در ۲۰۲۰-۱۰-۱۷.
  6. ↑ Water in crisis : a guide to the world's fresh water resources.
  7. ↑ Bethke, Craig M.; Johnson, Thomas M. (2008). "Groundwater Age and Groundwater Age Dating". Annual Review of Earth and Planetary Sciences (به انگلیسی). 36 (1): 121–152. doi:10.1146/annurev.earth.36.031207.124210. ISSN 0084-6597.
  8. ↑ Gleeson, Tom; Befus, Kevin M.; Jasechko, Scott; Luijendijk, Elco; Cardenas, M. Bayani (2016). "The global volume and distribution of modern groundwater". Nature Geoscience (به انگلیسی). 9 (2): 161–167. doi:10.1038/ngeo2590. ISSN 1752-0908.
  9. ↑ Assessment of groundwater evaporation through groundwater model with spatio-temporally variable fluxes (PDF).
  10. ↑ Al-Kasimi, S. M. «Existence of Ground Vapor-Flux Up-Flow: Proof & Utilization in Planting The Desert Using Reflective Carpet». www.scirp.org.
  11. ↑ ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ Sophocleous, Marios (2002-02-01). "Interactions between groundwater and surface water: the state of the science". Hydrogeology Journal (به انگلیسی). 10 (1): 52–67. doi:10.1007/s10040-001-0170-8. ISSN 1435-0157.
  12. ↑ Ludwig, Donald; Hilborn, Ray; Walters, Carl (1993-04-02). "Uncertainty, Resource Exploitation, and Conservation: Lessons from History". Science (به انگلیسی). 260 (5104): 17–36. doi:10.1126/science.260.5104.17. ISSN 0036-8075. PMID 17793516.
  13. ↑ Sommer, Bea; Sommer, Bea; Horwitz, Pierre; Horwitz, Pierre (2001). "Water quality and macroinvertebrate response to acidification following intensified summer droughts in a Western Australian wetland". Marine and Freshwater Research (به انگلیسی). 52 (7): 1015–1021. doi:10.1071/mf00021. ISSN 1448-6059.
  14. ↑ Zektser, S.; Loáiciga, H. A.; Wolf, J. T. (2005-02-01). "Environmental impacts of groundwater overdraft: selected case studies in the southwestern United States". Environmental Geology (به انگلیسی). 47 (3): 396–404. doi:10.1007/s00254-004-1164-3. ISSN 1432-0495.
  15. ↑ Perrone, Debra; Jasechko, Scott (2019). "Deeper well drilling an unsustainable stopgap to groundwater depletion". Nature Sustainability (به انگلیسی). 2 (8): 773–782. doi:10.1038/s41893-019-0325-z. ISSN 2398-9629.
  16. ↑ "Punjab: A tale of prosperity and decline". State of the Planet (به انگلیسی). 2009-07-28. Retrieved 2020-10-18.
  • Viessman, W.et al, introduction to hydrology IEP, New york, 1972.
  • Brown, Lester (Lead Author); Brian Black and Galal Hassan Galal Hussein (Topic Editors). 2007. "*Aquifer depletion." In: Encyclopedia of Earth. Eds. Cutler J. Cleveland (Washington, D.C. : Environmental Information Coalition, National Council for Science and the Environment). [First published in the Encyclopedia of Earth September 14, 2006; Last revised February 12, 2007; Retrieved July 15, 2008].
  • https://web.archive.org/web/20080729004234/http://www.earth-policy.org/Books/Out/Ote6_2.htm
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=آب‌های_زیرزمینی&oldid=30175759»