سفره های آب زیر زمینی

[Mabna.]

آب زيرزميني آبي است که در زير سطح زمين ، درزه‌ها و فضاهاي حفره‌اي را در صخره‌ها و رسوبات پر مي‌کند.

اکثر آبهاي زيرزميني بطور طبيعي خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهاي زيرزميني سالها حتي قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقي مي‌مانند.
بيش از 90% آب آشاميدني کل جهان از آب زيرزميني است. مردم ما هر روز 1700 ميليارد ليتر آب مصرف مي کنند.

97% آبهاي کره زمين درون اقيانوسها است و 2% آن يخ زده است. ما آب مورد نياز خود را از 1% باقيمانده تهيه مي‌کنيم که از يکي از دو منبع زير بدست مي ايد:

سطح زمين (رودخانه‌ها ، درياچه‌ها و نهرها) و يا از آبهاي زيرزميني. امروز حدود 117 ميليون نفر ، يعني بيش از نيمي از جمعيت آمريکا متکي به آبهاي زيرزميني به عنوان منبع آب آشاميدني هستند. جاي تعجب نيست که کشف آلودگي آبهاي زيرزميني در تمام دنيا موجب بروز نگرانيهاي شديدي شده است.

 

[Mabna.]

سفره آب زيرزميني (groundwater Table):

سفره آب به لايه يا منطقه قابل نفوذي در زير سطح زمين گفته مي‌شود که آب در آن مي‌تواند جريان يابد. سفره آب همچنين بايد قابليت آبدهي خوبي داشته‌ باشد. سطح فوقاني سفره آب ، يا سطح ايستايي همواره افقي نيست و به‌طور طبيعي از منطقه تغذيه آن ، يعني محل و منطقه‌اي که آب زيرزميني را تامين مي‌کند، به طرف محل تخليه داراي شيب است. بطور کلي شکل سطح استيابي غالبا از شکل سطح زمين پيروي مي‌کند. ولي برآمدگيهاي آن هموارتر است. بنابراين ايستايي در نواحي پست در نزديک سطح زمين و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زيادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ايستايي بالا و در مناطق خشک و کوهستاني پايين است. در مناطق مرطوب سطح ايستايي ممکن است تا نزديک سطح زمين بالا بيايد. در گوديهاي چنين نقاطي ، ممکن است «آبگير» و در صورت وجود پوشش گياهي ، «باتلاق» بوجود ايد. تغييرات ارتفاع سطح ايستايي را بر حسب زمان به صورت نمودارهايي به نام هيدروگراف نشان مي‌دهند.سفره‌هاي داراي بازدهي قابل توجه اغلب در رسوبات ناپيوسته شني و ماسه‌اي تشکيل مي‌شوند.
آبرفتها ، يعني رسوباتي که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجاي گذارده مي‌شوند، معمولا سفره‌هاي آب زيرزميني خوبي تشکيل مي‌دهند. رسوبات رسي گرچه از تخلخل زيادي برخوردارند، ولي چون قابليت نفوذ کمي دارند، با وجود حجم آب زيادي که ممکن است در خود ذخيره کرده‌باشند، سفره آب زيرزميني تشکيل نمي‌دهند و به عنوان مواد غير قابل نفوذ در نظر گرفته مي‌شوند. در سنگهاي متراکم نيز آب معمولا در نمونه‌هايي ايجاد مي‌شود که از تخلخل ثانوي قابل توجه برخوردار باشند. در اين ميان بهترين سفره آبها معمولا در سنگهاي آهکي درز و شکافدار ايجاد مي‌شود.

 

[Mabna.]

تقسيم بندي سفره‌هاي آب زيرزميني:


سفره‌هاي آزاد:

در سفره‌هاي آزاد سطح ايستايي ، همان سطح فوقاني منطقه اشباع است.
مقدار فشار در سطح ايستايي سفره‌هاي آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ايستايي بسته به‌مقدار تغذيه يا تخليه آن ، آزادانه نوسان مي‌کند، زيرا لايه غير قابل نفوذي در بالاي ان قرار ندارد. حالت خاصي از سفره‌هاي آزاد «سفره‌هاي معلق» هستند.

اين سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهويه يا منطقه اشباع نشده خاک و در روي لايه‌هاي نفوذ ناپذيري که گسترش محدودي دارند، مثلا عدسيهاي رسي ، تشکيل مي‌شوند. از اين سفره‌هاي مقدار کمي آب و آن هم بطور موقت مي‌توان بدست آورد.

 

[Mabna.]

سفره‌هاي تحت فشار

سفره‌هاي تحت فشار يا محصور يا آرتزين در محلي تشکيل مي‌شود که آب زيرزميني بوسيله لايه‌اي نسبتا نفوذناپذير از بالا محدود شود و در نتيجه تحت فشاري بيش از اتمسفر است.

علت آنکه در سفره‌هاي تحت فشار آب از محل خود بالاتر مي‌ايد آن است که محل تغذيه سفره ، يعني منطقه‌اي که از طريق آن آب سفره تامين مي‌شود، در ارتفاعي بالاتر از سطح فوقاني منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.

در سفره‌هاي تحت فشار به‌جاي سطح ايستايي سطح پيرومتريک را در نظر مي‌گيرند و آن عبارت از سطحي فرضي است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هيدروستاتيک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد.
به زبان ساده‌تر منظور سطحي است که اگر چاهي در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنيم ارتفاع صعود يا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان مي‌دهد.

 

[Mabna.]

تئوري هاي مربوط به منشأ آب هاي زيرزميني :


براي منشأ آب هاي زيرزميني تئوري هاي متعددي بيان گرديده است که از همه مهمتر تئوري نفوذ آب در زمين است.
قسمت بزرگي از آبي که به صورت برف و باران به زمين مي رسد در زمين نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ ها و طبقات غير قابل نفوذ مخازن آب هاي زيرزميني را مي سازند. اين تئوري اولين بار در قرن 18 ميلادي توسط يک نفر فيزيکدان فرانسوي به نام ماريوت عنوان گرديده و بعد توسط لومونوسوف مورد تاييد واقع شد. با اين توصيف که ترکيب شيميايي اين آب ها پس از نفوذ در زمين ثابت نمي ماندو بر حسب سنگي که در آن جريان يافته است تغيير مي يابد.

تئوري فوق مدتي مورد قبول واقع شد ولي در مورد آب هايي که در مناطق مختلف زيرزميني محبوس بودند بدون اين که در آنجا نزولات آسماني قابل توجهي ديده شده باشد ، صادق نبود. لذا در اواخر قرن 20 تئوري جديدي توسط ولگر ارائه گرديد. اين تئوري منشأ آب هاي زيرزميني را از طريق آب هاي نفوذي قابل قبول نمي داند بلکه تشکيل آن ها را از تراکم بخار آب موجود در هوا که در بين ذرات و خلل و فرج سنگ ها نفوذ مي کند استنباط مي نمايد. بنابراين تئوري جديدي به نام تئوري تراکم آب به وجود مي ايد.

 

[Mabna.]

اين تئوري به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد مي شود و آن را غير واقعي اعلام مي دادند زيرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافي نيست که بتواند مستقلاً منابع عظيمي از آب هاي زيرزميني را تشکيل دهند.

در اوايل قرن 20 تئوري ديگري به نام تئوري آب هاي ابتدايي توسط يک نفر دانشمند اتريشي به نام E- Suess ارائه داده مي شود که از طرف بسياري از آبشناسان استقبال مي گردد. طبق اين تئوري بخارها و گازهايي که از ماگما در اعماق زمين برمي خيزد با نزديک شدن به سطح زمين متراکم شده و به صورت آب ابتدايي ظاهر مي گردند. تجربيات کافي امروزه اين نظريه را نيز رد مي کند.

 

[Mabna.]

تئوري آب هاي فسيل :

تئوري مذبور آب هاي زيرزميني نواحي عميق را به باقي مانده آب هاي حوضه هاي قديمي که در زير رسوبات مدفون شده اند ربط مي دهد. پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف و بررسي تئوري هاي فوق ، قريب به اتفاق متخصصين تئوري اول يعني تئوري آب هاي نفوذي را در مورد آب هاي زيرزميني قابل قبول مي دانند.

نفوذ آب در زمين تا برخورد به قشرهاي نفوذ ناپذير ادامه مي يابد. به محض اين که آب ها به اين قبيل لايه ها رسيدند و جريان آنها از هر طرف متوقف گرديد در خلال حفره هاي سنگ ها جمع شده و سفره هاي آبدار و يا مخازن زيرزميني آب را تشکيل مي دهند.

 

[Mabna.]

چون غالباً در اعماق زمين طبقات نفوذ پذير و غير قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحيه اي از زيرزمين چندين سفره آبدار بر روي يکديگر وجود داشته باشند. بالاترين سفره هاي آبدار زمين را که نزديک به سطح زمين است و چاه هاي معمولي به آن مي رسد سفره هاي آب سطحي و يا مخزن چاه ها مي نامند و سفره هاي زيرين را آب هاي عميق و مخصوصاً آن هايي که در اعماق زيادتر قرار دارند آب هاي محصور و يا سفره هاي محاط مي خوانند. مخازن سطحي آب هاي زيرزميني با تغيير نزولات و درجه گرماي بيرون بسيار تغيير مي کند. به همين جهت مقدار آب چاه هايي که از اين مخازن تغذيه مي نمايند سريعاً کم و زياد مي شود.

در صورتيکه چاه هاي عميق که از مخازنعميق تر زمين ( منطقه اشباعي دائم ) آب مي گيرند مقدار آبشان چندان تغيير نمي نمايد. به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاه هاي عميق ( مخصوصاً در نواحي مسکوني ) پاک تر از آب چاه هايي است که به مخازن سطحي مربوط مي شوند.عوارض خارجي سطح زمين باعث مي شود که سطح ايستايي آب هاي زيرزميني افقي نباشد. آنانکه در مجاورت دره ها که نيروي جذب سنگ هاي مخزن کمتر است و از مقاومت در مقابل مسير جريان آب در داخل زمين کسر مي شود سطح ايستايي پايين تر قرار مي گيرد ، بدين ترتيب سطح ايستايي آب هاي زيرزميني عموماً در کنار دره ها انحنا پيدا مي کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا مي رود.همانطوريكه برجستگي هاي سطح زمين باعث تقسيم آب هاي سطحي از يكديگر است ، چين خوردگي لايه هاي غير قابل نفوذ در اعماق زمين هم وسيله جدا بودن حوضه هايي از سفره هاي آبدار زيرزمين مي گردد و باعث مي شود تغييرات آب يك مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد.

 

[Mabna.]

حالت هاي مختلف آب ها در قشر جامد زمين:

قسمت عمده از آبي که بصورت برف و باران به زمين مي رسد پس از نفوذ در زمين و رسيدن به طبقات زيرين کليه درزها و شکاف ها و خلل و فرج بين ذرات سنگ ها را اشغال مي نمايد و پس از برخورد به سنگ هاي غير قابل نفوذ مخازن آب هاي زيرزميني را مي سازد. آب هاي زيرزميني به صورت زير ديده مي شوند :

1) آب محبوس 2) آب ثقلي يا آب آزاد 3) آب اشباع

 

[Mabna.]

آب محبوس :
آبي است که به وسيله نيروي چسبندگي مولکول ها در حجم سنگ نگاهداري مي شود و اين نيرو هميشه بزرگتر از نيروي ثقل است.


آب آزاد :
عبارت از مقدار آبي است که در داخل خلل و فرج و يا فضاهاي آزاد سنگ ها تحت تأثير نيروي ثقل جريان مي يابد مشروط بر اينکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد.


آب اشباع :
حداکثر مقدار آبي است که سنگ قابل نفوذ مي تواند در خود نگاهدارد. آب هاي محبوس از نظر کاني شناسي و سنگ شناسي بسيار حائز اهميت مي باشند. در صورتيکه آب هاي آزاد چون در داخل سنگ ها جريان مي يابند و يا ذخيره مي شوند از نقطه نظر آب هاي زيرزميني قابل توجه هستند.

 

[Mabna.]

خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني:

خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني شامل زلاليت ، رنگ ، بو ،‌طعم و درجه حرارت است كه در ذيل به طور خلاصه به هر يك مي پردازيم :


زلاليت :
آب هاي طبيعي به دو حالت صاف ( زلال ) و در ( تيره ) يافت مي شوند. آب موقعي كدر است كه مقدار مواد معدني و يا ساير مواد معلق در آن وجود داشته باشند. بنابراين كم و يا زياد بودن مواد فوق در شدت تيرگي آب بسيار مؤثر است.


رنگ :
آب آشاميدني معمولاً بي رنگ است ولي در محيط هاي وسيع به رنگ آبي ديده مي شود. رنگ آب هاي زيرزميني به علت وجود مواد خارجي تغيير مي كند. املاح آهن و يا هيدروژن سولفوره آب را به ترتيب به رنگ هاي قرمز و آبي درمي آورند. آب هايي كه داراي تركيبات منگنز هستند سياه رنگ است در صورتي كه آب باتلاق ها به علت زياد بودن اسيد هوميك زرد رنگ است.


بو:
به طور كلي آب هاي زيرزميني بدون بو هستند. وجود بوي مخصوص در آب نماينده اين است كه آب مزبور به وسيله چاه هاي مختلف تغذيه مي شود و يا اينكه در آن بعضي از مواد شيميايي داخل گرديده است.مثلاً بوي گنديده بعضي از آنها مربوط به اسيد هوميك است


طعم يا مزه:
طعم آب بسته به تركيب مواد مختلفي است كه در آن محلول هستند. اگر مقدار كلرورها ( نمك طعام و غيره ) آن حدود 300 ميلي گرم در ليتر باشد مزه شور دارد. چنانكه مقدار سولفات هاي محلول در آن از 400 تا 450 ميلي گرم در ليتر برسد مزه كاملاً تلخ مي دهد. اگر ازمناطقي كه ژيزمان هاي سولفوره دارند عبور كند مزه اسيد به خود مي گيرد. بنابراين مقدار مواد محلول و نوع بستري كه آب در آن جريان مي يابد و يا ذخيره مي شود در طعم آن مؤثر است.

حرارت:
درجه حرارت آب هاي زيرزميني با عمق سفره ، وجود كانون آتشفشاني و موقعيت جغرافيايي محل فرق مي كند. لذا از روي درجه حرارت مي توان آنها را به چند دسته به شرح زير تقسيم كرد :
- آب خيلي سرد ( حداكثر تا 5 درجه سانتي گراد)
- آب سرد ( 10 درجه سانتي گراد )
- آب نسبتاً ملايم ( 18 درجه سانتي گراد)
- آب ملايم ( 25 درجه سانتي گراد )
- آب ولرم ( 37 درجه سانتي گراد)
- آب گرم ( بالاتر از 40 درجه سانتي گراد)
درجه حرارت آب در اثر نمك يا گازهاي محلول در آن تغيير مي نمايد.

 

[Mabna.]

ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني:

بطوريكه مي دانيم آب از يون هاي هيدروژن H+ و هيدروكسيل OH- تركيب يافته و مقدار يون هاي مزبور در آب معمولي در درجه حرارت معين ثابت است. چنانكه مقدار هر يك از اين يون ها تغيير يابد آب حالت اسيدي ( يون هيدروژن زيادتر ) و يا حالت قليايي ( هيدروكسيل بيشتر ) به خود مي گيرد.از نظر PH آب را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:

آب هاي خنثي كه PH آنها در حدود 7 است
آب هاي اسيدي كه PH آنها كمتر از 7 است.
آب هاي قليايي كه PH آنها بيشتر از 7 است.

 

[Mabna.]

به طوركلي ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني بر حسب مصارف مختلف فرق مي كند.

ساختمان شيميايي آب آشاميدني غير از ساختمان شيميايي آب است كه در صنعت از آن استفاده مي شود. بنابراين در استخراج و بهره برداري از آب هاي زيرزميني مي بايست شرايط زمين شناسي و هيدرولوژيكي محل مورد نظر كاملاً بررسي و مطالعه گردد.

اگر از آب هاي زيرزميني براي تأمين مصارف شهري مخصوصاً آشاميدن بهره برداري نمايد بايد دقت شود كه آب مزبور به وسيله مواد آلي و يا ساير مواد زيان آور آلوده نگردد. اصطلاح سنگيني آب هم در مقوله ساختمان شيميايي آب مطرح مي شود.

آب موقعي سنگين است كه داراي كلسيم ( Ca ) و منيزيم ( Mg ) باشد. معمولاً هر 5 ميلي گرم كربنات كلسيم محلول در يك ليتر آب را يك درجه سختي مي نمايد.سنگيني تمام آب هاي طبيعي ممكن است منوط به وجود بيكربنات ها ، سولفات ها ،‌كلرورها يا نيترات هاي كلسيم و منيزيم و آهن و يا عناصر معدني ديگر باشد. ايجاد فلس هاي نامحلول روي ديواره مخازن و قشر سفيد ابري در ليوان مربوط به سنگيني آب است.

 

[Mabna.]

مشکلات و آلودگي آبهاي زيرزميني:


به دليل عدم شناخت صحيح و يا عدم درک ميزان آسيب پذيري سريع آبهاي زيرزميني ، سهل‌انگاري هاي زيادي صورت گرفته است.

اجازه داده‌ايم که بنزين و ساير مايعات مضر از مخازي زيرزميني به درون سفره‌هاي آبهاي زيرزميني نفوذ کند.
آلاينده‌ها ، از محل‌هاي دفن زباله يا سيستم هاي فاضلاب که بطور غلطي ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش مي‌‌کنند.
آبهاي زيرزميني از طريق زهاب حاصله از مزارع کشاورزي کود داده شده و مناطق صنعتي ، آلوده مي‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ريختن مواد شيميايي به داخل فاضلاب يا روي زمين ، آبهاي زيرزميني را آلوده مي‌کنند.