مرجع تخصصی آب و فاضلاب

توصیفی اجمالی در مورد آب های زیر زمینی

» سفره آب زیرزمینی (groundwater Table)

» تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

» تئوري هاي مربوط به منشأ آب هاي زيرزميني

» حالت هاي مختلف آب ها در قشر جامد زمين

» خواص فيزيكي آب هاي زيرزميني

» ساختمان شيميايي آب هاي زيرزميني

» مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

بحران كم آبي و تاثير آن در جهان
حجم آب در كره زمين ثابت و در مداري بسته به طور دايم در حال گردش است. همچنين تنها ٣درصد از كل آب هاي كره زمين كه براي مصارف انساني مانند كشاورزي و صنعت و شرب مناسب است شيرين مي باشد از اين مقدار نيز سه چهارم در يخ هاي قطبي و خارج از دسترس انسان است. بنابراين درصد بسيار كمي از آب دنيا براي ما قابل استفاده مي باشد.
پيش بيني محققان دانشگاه كلرادو، حاكي است كه ذخائر آب شيرين جهان هر سال كاهش مي يابد و تا ٢٥سال ديگر نيمي از جمعيت جهان با مشكل كمبود آب شيرين مواجه خواهند بود.
مطالعات نشان مي دهد اكنون يك سوم جمعيت دنيا در نقاطي زندگي مي كنند كه آب كافي ندارند.
در نواحي روستايي وضع به مراتب وخيم تر است. تنها ٢٩درصد مردم به منابع آب دسترسي دارند و تعداد كساني كه از تاسيسات بهداشتي استفاده مي كنند، حتي به ١٣درصد هم نمي رسد.
مجمع عمومي سازمان ملل متحد يادآور مي شود، نيمي از مردم جهان سوم حتي براي نوشيدن به آب پاكيزه دسترسي ندارندو با وجود اين كه سه چهارم بيماري هاي انساني به دليل فقدان آب سالم، مي باشد، مع هذا ٧٥درصد مردم جهان سوم از داشتن آب بهداشتي محروم اند.
بر پايه تخمين هاي سازمان بهداشت جهاني، ٨٠ درصد بيماري هايي كه گريبان گير انسان است، مستقيما با آب در ارتباط هستند.
اگر آب آشاميدني سالم در اختيار همه انسان ها باشد، بي شك مرگ ومير كودكان از بيماري هاي مختلف از جمله اسهال به نصف كاهش پيدا خواهد كرد.
ميزان متوسط بارندگي سالانه در اروپا حدودا ٧٥٠ميلي متر، در آسيا ٥٠٠ميلي متر، در ايران ٢٥٠ميلي متراست؛ بنابراين در مقايسه با كشورهاي پرباران، ايران از حداقل ريزش هاي جوي برخوردار است با توجه به تقسيم بندي هاي اقليمي، استان ما جزو مناطق خشك و نيمه خشك محسوب مي شود و تامين آب در چنين اقليمي واقعا دشوار و پرهزينه است.
در هر حال ما موظف هستيم، هيچ قطره آبي در هيچ گوشه اي از اين كشور بيهوده هدر نرود لذا بايد درچگونگي مصرف آب و در فعاليت هاي شخصي و روزانه در راستاي صرفه جويي از آب پاكيزه مسئولانه و دل سوزانه عمل كنيم.
همچنين با رشد جمعيت و گسترش شهرنشيني مصارف آبي افزايش مي يابد. از سوي ديگر اعداد و ارقام حكايت از گران بودن هزينه هاي تامين آب دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع سفره‌هاي آبدار


1-سفره آب آزاد

هر گاه لايه‌هاي نفوذ پذير مرتبط با سطح زمين بر روي يك لايه غير قابل نفوذ عمقي قرار گرفته باشد تشكيل سفره آب آزاد را مي‌دهد. اين نوع سفره آبي از بارشهاي جوي بطور مستقيم تغذيه ميکند و بعلت آنكه فاقد لايه پوششي غير قابل نفوذ مي‌باشد درمعرض خطر آلودگي‌هاي سطحي مثل فاضلاب‌ها قرار دارد. سطح آب اين قبيل سفره‌ها كه با كم و زياد شدن تغذيه و يا برداشت آب ، بالا و پايين مي‌گردد ، بنام سطح آب آزاد يا سطح ايستابي (Water Table) ناميده مي‌شود.

2-سفره آب نيمه آزاد

اگر چنانچه سفره آب بوسيله لايه غير قابل نفوذ و يا كم نفوذ پوشيده شده باشد بطوريكه سطح آب سفره بالاتر از سطح تحتاني لايه پوششي قرار داشته باشد، بنام سفره آب نيمه آزاد يا نيمه تحت فشار ناميده مي‌شود.


 3-سفره آب تحت فشار

اگر چنانچه سفره آب زيرزميني توسط دو لايه غير قابل نفوذ و يا نيمه قابل نفوذ از پايين و بالا احاطه شده باشد، تشكيل سفره آب تحت فشار را مي‌دهد. چنانچه دراين گونه سفره‌ها چاهي حفر گردد، سطح آب چاه بالاتر از سطح ايستابي سفره قرار مي‌گيرد بطوريكه ممكن است آب تا نزديكي سطح زمين برسد كه به آن سفره نيمه آرتزين مي‌گويند و يا آنكه آب از دهانه چاه به بيرون سرازير شود كه به آن سفره آبدار آرتزين يا سفره آبدار تحت فشار با جريان آزاد مي‌گويند. تغييرات سطح آب اين قبيل چاهها بستگي به فشار آب ناشي از شيب لايه آبدار، اختلاف ارتفاع منطقه تغذيه با محل تخليه (دهانه چاه) بزرگي خلل و فرج و شكاف‌هاي لايه آبدار دارد. سطح آب فرضي در داخل سفره تحت فشار و يا سطح آب در داخل چاه حفر شده در اين سفره را سطح پيزومتريك (piezometric) مي‌گويند. در اثر برداشت بيش از حد آب از سفره تحت فشار و كاهش ارتفاع آّب ، سطح پيزومتريك به زير سطح پائيني طبقه غير قابل نفوذ يا نيمه قابل نفوذ پوششي افت کرده و سفره آب آزاد بوجود مي‌آيد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

قنات يا كاريز
از زمانهاي بسيار قديم در ايران باستان براي بهره برداري از مخازن آب زيرزميني، در زمينهای آبرفتي كوهپايه‌ها توسط ابزار دستي حفاري مي‌گرديده است و امروزه نيز همچنان متداول مي‌باشد. يك رشته قنات از يك پشته يا گالري با شيب حدود يك متر در كيلومتر كه كار انتقال آب را به مظهر قنات بعهده داردو تعدادي چاه‌هاي قائم (ميله) تشكيل شده است. اولين چاه كه در نزديكي كوه تا برخورد به سفره آبي حفر مي‌گردد و عمق آن از بقيه چاه‌هاي مسير بيشتر مي‌باشد، مادر چاه قنات نام دارد. قسمتي از پشته كه از مادر چاه قنات شروع شده و بطرف دشت امتداد مي‌يابد در سفره آبي قرار دارد و آب از ديواره‌ها به داخل گالري وارد مي‌شود (بخش تركار قنات) و بقيه مسير بانزديك شدن به دشت و خارج شدن از سفره آبي فقط كار انتقال آب را بعهده دارد. (بخش خشكه كار قنات)  نحوه احداث يك رشته قنات به اين ترتيب است كه از محل خروج آب  (مظهر قنات) واقع در دشت، حفاري پشته آغاز و بطرف دامنه كوه امتداد مي‌يابد بطوريكه از داخل سفره ي آبدار عبور نمايد. چاه‌هاي قائم (ميله چاه) بفواصل حدود 30 تا 50 متر از يكديگر براي خارج نمودن مواد حفاري شده پشته و دست يابي به داخل آن جهت لايروبي و بازسازي‌هاي بعدي حفر مي‌گردد.

ارتفاع سقف پشته معمولا 120 سانتي متر و عرض آن حدود 60 سانتي متر و طول آن با توجه به وضعيت آبدهي منطقه ممكن است تا چند كيلو متر هم برسد. بخش خشكي پشته را كه در بالاي سطح ايستايي سفره قرار دارد، قسمت خشكه قنات مي‌نامند. دهانه چاهها را بعد از خاتمه عمليات مي‌بندند. هرنج قنات قسمت اوليه قنات را گويند كه از مظهر قنات به طرف دشت بصورت يك كانال روباز و بعمق حداكثر تا 4 متر حفر مي‌گردد.

در زمينهاي سست ريزشي (شولاتي)ديواره ميله‌ها را با طوقه (كول) سيماني و ديواره پشته را معمولا با كولهاي سفالي و يا سيماني جدار بندي و محافظت مي‌نمايند.

چنانچه نفود پذيري زمين در قسمت خشكه قنات زياد باشد براي جلوگيري از نفوذ و فرار آب، كف پشته را با ملات سيمان عايق بندي ميكنند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

سطح اب های زیر زمینی
هر پدیده ای که باعث بوجود آمدن تغییر در فشار آب زیرزمینی گردد موجب تغییر در سطح آب زیرزمینی خواهد شد. اختلاف بین برداشت و جانشینی آب زیرزمینی موجب نوسانات سطحی آن خواهد شد. تغییرات در جریانات رودخانه ها رابطه نزدیکی با تغییر سطح آب خواهد داشت. عوامل دیگری که موجب تغییرات در سطح آب زیرزمینی می توانند باشند عبارتند از پدیده جزر و مد ، متئورولوژی ، زلزله ،ایجاد بار اضافی در یک منطقه و بالاخره نشست در سطح زمین می تواند موجب تغییر در شرایط آب زیرزمینی شود.
تغییرات سطح آب زیرزمینی با زمان Time Variations of Level
تغییر طولانی مدت : Secular Variations
این نوع تغییرات سطح آب زیرزمینی شامل پریود های چندین ساله یا بیشتر از آن می باشد. دوره هایی از سال های خشک و مرطوب که طی آن ها مقدار بارش بالا یا پایین میانگین بوده می توانند نوسانات دراز مدت سطح را به وجود بیاورند.اما اگر از آب زیرزمینی برداشت شود باید توجه شود که اگر استخراج آب های زیرزمینی از حوضه بیشتر از مقدار تغذیه باشد ممکن است روند افت سطح آب های زیرزمینی برای سال ها ادامه پیدا کند. برای مثال استفاده بیش از یک قرن از سفره آبدار ماسه سنگ در منطقه متروپلتن شیکاگو باعث افت سطح پیزومتریک حداکثر تا 180 متر گردیده است.
تغییرات فصلی : (Seasonal Variations)
بیشتر آب های زیرزمینی نوسانات فصلی نشان می دهند. این نوسانات بیشتر متأثر است از بارش پمپاژ برای مصارف کشاورزی که به خوبی با تغییرات فصلی مطابقت دارند.بالاترین سطح آب معمولا در فصل بهار و پایین ترین سطح آب زیرزمینی در زمستان اتفاق می افتد. در مناطقی که زمستان ها آب یخ نمی بندد پمپاژ برای مصارف کشاورزی انجام می گیرد پایین ترین سطح معمولاً در آخرین روز های فصل آبیاری صورت می گیرد. شدت و ضعف نوسانات به مقدار تغذیه ، میزان پمپاژ و نوع سفره بستگی دارد که معمولاً در سفره تحت فشار بیشتر از سفره آبدار آزاد می باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

متخصصان حوزه آب می گویند اگر نانوذرات آهن درون پلیمرهایی کپسوله شوند آنگاه می توان از آنها برای تمیز کردن آب های زیرزمینی آلوده به مواد شیمیایی سمی استفاده کرد. در اطراف شهر سیدنی استرالیا صدها سایت آلوده وجود دارد که خاک آنجا به وسیله پسماندهای صنعتی به جای مانده از گذشته آلوده شده است.

آلودگی خاک یک مشکل تاریخی است، تا دهه 1970 مردم فکر می کردند که با دفن کردن مواد سمی درون خاک، این مواد به سادگی از بین می روند. در واقع لایه زیرین خاک به صورت یک فیلتر طبیعی عمل می کند. بنابراین امکان آلوده شدن محیط زیست توسط این مواد سمی مدفون در زیر زمین تا چند دهه جدی گرفته نمی شد.

در عمل پدیده از بین رفتن مواد سمی اتفاق نمی افتد در عوض این آلاینده های شیمیایی که از حلال ها و گازها خارج می شود به درون زمین نفوذ می کند و دست آخر پس از گذشتن از حفره ها و ترک های میکروسکوپی خاک خود را به آب های زیرزمینی می رسانند و آنها را آلوده می کنند. در واقع آلودگی آب ها به صورت غیرمستقیم انجام می شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آلودگی آبهای زیر زمینی تقریباً ناشی از فعالیتهای انسان است. در مناطقی که تراکم جهت زیاد و انسان استفاده می کند از خشکی، آبهای زیر زمینی خیلی آسیب پذیرند. تقریباًهر عملی که موجب تغییرات شیمیایی با هدر رفتن آب باشد ممکن است روی محیط زیست تأثیر بگذارد. زمانی که آبهای زیر زمینی آلوده شدند، از بین بردن آلودگی مشکل و هزینه زیادی دارد. برای جلوگیری از آلودگی، باید بفهمیم که چگونه آبهای سطحی و زیرزمینی با هم در ارتباط اند. آبهای سطحی و زیر زمینی به طور مستقیم با هم ارتباط دارند. در صورت وجود یک منبع سالم در مجاورت یک منبع آلوده، احتمال آلودگی آب بسیار زیاد است که منجر به آلودگی آبهای زیر زمینی می شود.
شبیه به خواص شیمیایی، فیزیکی و بیولوژی آلاینده، آلاینده می تواند منتشر کند آلودگی در محیط های دیگر به وسیله جریان های آبخیزه ( بعضی از آلاینده ها به خاطر خواص فیزیکی و شیمیایی، همیشه از جریان آبخیزها پیروی نمی کنند)
هم آب و هم آلاینده ها جاری می شوند در جهت پستی و بلندی زمین از مناطق اشباع شده به مناطق خالی. خاکهایی که دارای خلل و فرج و نفوذ پذیر هستند تمایل دارند به انتقال آب و آلاینده های مختلف با سرعت شیبی به داخل یک آبخیز. زمانی که آبهای زیر زمینی به طور آهسته جابجا می شوند: آلاینده ها وارد آبهای زیر زمینی می شوند. به خاطر همین جابجایی آهسته، آلاینده ها تمایل دارند که اثراتشان را به طور غلیظ و به شکل یک توده پر در آبهای زیر زمینی به جا بگذارد. ( شکل شمارۀ 1). این جریان در امتداد مسیر مشابهی از آبهای زیر زمینی جاری می شود. اندازه و سرعتع توده بستگی به مقدار و نوع آلاینده دارد. آبهای زیر زمینی و آلاینده ها می توانند به سرعت از میان صخره ها عبور کنند. این صخره ها موجب به وجود آمدن یک مشکل غیر عادی در کنترل آلاینده می شود به خاطر اینکه صخره ها به طور گسترده دارای فضای مختلفی هستند و پیروی نمی کنند از خطوط تراز سطح منطقه یا شیبهیدرولیکی زمینی آلاینده هایی که به آبهای زیر زمینی نفوذ کرده اند ممکن است به چاه های اطراف برسند که آب بعضی از این چاه ها قابل آشامیدن است. آلاینده هایی که درآبهای سطحی وجود دارند می توانند به آلودگی آبهای زیرزمینی کمک کنند. معمولاً بزرگترین تفاوت بین یک منبع آلاینده و آبهای زیرزمینی آن پدیده های طبیعی خواهند بود که باعث افزایش غلظت آلاینده است. پدیده هایی مانند آسایش، روپگال شدگی ممکن است قرار بگیرند در لایه هایی از خاک در منطقه اشباع نشده و سبب کاهش غلظت آلاینده قبل از آنکه به آبهای زیر زمینی وارد شود آلاینده هایی که بدون عبور از مناطق اشباع شده و به طور مستقیم وارد آبهای زیر زمینی می شوند غلظت کمتری نسبت به دیگر آلاینده ها دارند به هر حال به دلیل اینکه آبهای زیر زمینی به آهستگی جابجا می شوند آلاینده های ورودی به این آبها معمولاً غلظت کمتری نسبت به آب های سطحی دارند.
 
منابع آلودگی آبهای زیر زمینی
 منابع آلودگی ممکن است طبیعی، فعالیتهای انسان، اقامت، تجاری، صنعت و یا فعالیتهای کشاورزی باشد. آلاینده ها از راه های مختلفی می توانند وارد آبهای زیر زمینی شوند از جمله در اثر فعالیت هایی در سطح زمین مانند سرازیر شدن آبهای صنایع یا از طریق سیستم های ذخیره بنزین در زیرزمین و یا از طریفپق سازه های زیرزمینی مانند چاه ها.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

محل استقرار پمپاژ آب برحسب شرائط محل متغیر بوده و اغلب در محل برداشت آب (چاه، چشمه، رودخانه) می باشد. از نظر كلی باید محل استقرار پمپ را با درنظرگرفتن خطر طغیان رودخانه و یا خطر استغراق، قرارداده و گذشته از آن باید در مقابل خطرات ناشی از ریزش محل و رطوبت نامناسب و یخبندان محافظت نمود. در داخل محوطه ایستگاه پمپاژ و در كف ساختمان آن شیب 1% منظور نمود و برای هركدام از ماشین آلات موجود، پی و پایه مجرائی درنظر گرفته می شود.
با علم به اینكه ایستگاههای پمپاژ معمولاً در گودترین نقاط شهر واقع می شود، باید تدابیری برای جلوگیری از خرابی تلمبه خانه ها در اثر ورود آبهای سطحی حاصل از بارندگی درنظر گرفت.
در مواردیكه محل تلمبه خانه در داخل شهر است باید ساختمان آن از نظر وضع ظاهری، نظیر منازل مسكونی اطراف بوده و منظره ناخشایندی ایجاد نگردد.

الف- محل ایستگاه پمپاژ وقتی منبع تغذیه چشمه باشد:
درصورتیكه محل برداشت آب چشمه باشد چند حالت زیر مطرح می گردد:

۱- در صورتیكه ارتفاع چشمه ها از ارتفاع مخزن ذخیره بیشتر باشد آب در اثر نیروی ثقل به منبع تغذیه هدایت شده و احتیاجی به عمل پمپاژ نخوهد بود، كه در اغلب روستاهای دارای چشمه این پدیده در سهولت كار آبرسانی آن محل كمك زیادی خواهد نمود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب