معرفی انواع سد ها و سفره های آب زیرزمینی
سدهای زیرزمینی به صورت موانعی هستند که در زیر سطح زمین برای مهار جریان های آب زیر سطحی در آبرفت طبیعی ایجاد می گردند. این موانع می تواند به صورت موانع فیزیکی و یا هیدرولیکی باشند .معمولاً موانع هیدرولیکی در مجاورت سفره های آب شور در کنار دریا ، با هدف سد کردن آب شور دریا و حفاظت از سفره های آب شیرین در مجاورت آب شور انجام می گیرد.
سدهای زیرزمینی سیلابهایی را که منافذ ذرات درشت دانه بستر رودخانه را پر کرده و به سمت پائین دست از زیر زمین زهکش میشوند را کنترل میکند. سدهای زیرزمینی اجازة عبور آب باران بدون کاهش جریان به سمت اهالی در پائین دست میگردد. علاوه براین سدهای زیرزمینی هیچگونه نیازی به نگهداری نداشته و توسط ماسه یا گل مسدود نمیشوند. افت ناشی از تبخیز نیز غالبا" زمانیکه آب در ماسه ذخیره میگردد وجود ندارد.
وجود شرایط زمین شناسی و توپوگرافی مناسب زیر سطحی برای مخزن ذخیره آب و نیز برای محل احداث سد زیرزمینی ، مشابه آنچه برای سدهای روی سطح زمین در نظر گرفته می شود، حائز اهمیت است .که چنین شرایطی در محل مخروط افکنه های واقع در دامنه های کوهستانی دهانه خروجی دره ها و مسیل ها فراهم می باشد و نیز سنگ بستر در این گونه موارد بایستی دارای نفوذ پذیری خیلی کم و یا غیرقابل نفوذ جهت تجمع و ذخیره آب باشد.
بسیاری از کشورهای در حال توسعه در مناطقی که بارندگی به صورت فصلی و غیرقابل پیش بینی بوده ، واقع شده اند در این کشورها تهیه آب تا حد زیادی از طریق ذخیره کردن آن در فصل پر باران برای فصل های کم باران و در سال های مرطوب برای سال های خشک انجام می شود. یکی از راه های برطرف کردن کمبودهای فصلی آب ، استفاده از آبهای زیرزمینی است .ولی در برخی نواحی در اواخر فصل خشک ، حتی منابع آب زیرزمینی نیز به انتها می رسند و یا آب زیرزمینی در دسترس نیست و برای بهره برداری از آن نیاز به حفر چاه های عمیق و نصب پمپ است که البته این روش مقرون به صرفه نیست .
سفره های آب زیرزمینی خود به دو قسمت تقسیم می شوند :
الف) سفره های آزاد : در این نوع سطح ایستابی همان سطح فوقانی منطقه اشباع بوده و مقدار فشار در سطح ایستابی برابر فشار اتمسفر می باشد .
سفره های تحت فشار : به سفره های آرتزین یا محصور معروفند و در محلهایی تشکیل می شوند که اب زیرزمینی توسط لایه ای نسبتآ” نفوذ ناپذیر از بالا محدود شده و در نتیجه آن آب زیر زمینی تحت فشاری بیش از فشار اتمسفری دارد .
ب) گروه دوم مخازنی هستندکه در لایه های شکافدار، توده های آهکی و دولومیتی و همچنین بر اساس اطلاعاتی که در چند سال اخیر بدست آمده در توده های باز التی شکافدار تشکیل می شوند .مجموعه این مخازن به عنوان هیدروژئولوژی کارستیک شناسایی می شوند که به جای یک سفره زیر زمینی گسترده پیوسته یک مجموعه از شکافهای مرتبط که بعد عبور جریان آب است را به وجود می اورد . برای نمونه این نوع مخازن می توان غار آبی علی صدر در همدان را اشاره نمود . سدهای زیرزمینی را میتوان از بتن، سنگ و ملات و گابیون با پوشش ضد آب مثل ورقههای پلاستیکی یا لایة رسی و یا خاک تثبیت شده احداث نمود.سدهای زیرزمینی در مقایسه با سدهای معمولی که در عرض رودخانه یا نهر به منظور ذخیره آب ساخته می شوند ، آب سطحی را در مخازن بالادست سد جمع آوری می کنند ولی سدهای زیرزمینی جریان آب زیرزمینی را مسدود می کند و آب را در زیر سطح زمین ذخیره می نماید. همچنین به عنوان سازه جمع کننده ای که جریان آب زیرزمینی را منحرف می نماید به کار می رود.
آب زیرزمینی
تاثير آبهاي زير زميني بر توسعه منابع طبيعي
آبفشان (Geyser)
آبهای سطحی که به تدریج در شکاف یا مجرای آبفشان وارد میشود، هر قدر که پایینتر میرود چون درجه حرارت زمین بیشتر میگردد لذا درجه حرارت آب نیز زیادتر میگردد تا بالاخره به نقطهای میرسد که قسمتی از آب بخار میشود. بخار آب حاصله با ازدیاد حجم و فشار همراه بوده و به ناچار بر ستون آبی فوقانی خود فشار وارد میآورد، در این صورت آب به شکل فوارهای به خارج رانده میشود و پس از بیرون ریختن آب عمل فوران متوقف گشته ، دوباره پس از حصول شرایط عمل فوق تکرار میگردد. برخی آتشفشانها چون دارای CO2 محلول هستند میتوانند کربناتهای نامحلول میسر خویش را به شکل بی کربنات محلول در آورده و پس از فوران ، رسوبات آهکی به جای میگذارند.
مدت زمان فوران
مدت زمان فوران نیز در آبفشانها مختلف است. مثلا مدت فوران آبشفان معروف ایسلند ، که ارتفاع فوران آن به 30 متر میرسد، حدود 10 دقیقه است و این فوران به فاصله زمانی 24 تا 30 ساعت تکرار میشود. در همین آبفشان قطر دهانهای که از آن آب خارج میشود حدود 3 متر و اطراف آن را رسوبات آبفشان فرا گرفته است. در قسمت بالایی آبفشان ، حوضههای به عمق 18 و به عمق 2 متر تشکیل شده که پر از آب داغ است. دمای آب در سطح این حوض 80 تا 82 درجه سانتیگراد و در دهانه آبفشان در عمق 6 متری از سطح حوضه ، حدود 20 درجه سانتیگراد است.
زهکشی عمودی (چاه زهکش)
فرزين نجفي پور
حفر انهار زهکشی و یا استفاده از لوله های سفالی در بسیاری موارد مطلوب است ولی شرایطی نیز ممکن است سبب شود که تنزل سطح ایستابی با تخلیه از چاه ها نیز میسر بوده مقرون به صرفه نیز باشد. در سیستم های زهکشی افقی مانند زهکش های سفالی یا نهر زهکشی بخش عمده جریان به صورت افقی است ولی در چاه ها ابتدا بایستی نزولات آسمانی به طور عمودی از سطح الارض بگذرد و سپس در تحت الارض نفوذناپذیر با جریان افقی به چاه ها بپیوندد. به عبارت دیگر K/D سطح الارض و KD آبخوان (Aquifer) مورد نظر است. روش زهکشی از طریق تخلیه چاه ها در نقاطی که آب زیرزمینی تحت فشار نباشد و سفره آب آزاد موجود باشد، ارزانتر از تعبیه لوله های سفالی یا حفر انهار زهکشی است. به طور کلی برای اینکه چنین طرحی با موفقیت توام گردد نکات زیر بایستی در نظر گرفته شود.
1. ضخامت آبخوان اقلا 15 متر و خاک آن همگن باشد.
2. ضریب انتقال پذیری (Transmissivity) یا حاصلضرب K در ضخامت سفره آب D از 100 متر مربع در روز بیشتر باشد (T=KD).
3. آبدهی ویژه (Specific Yield) آبخوان رضایت بخش باشد.
4. دسترسی به برق ارزان قیمت.
اگر کیفیت آبی که تخلیه می شود مناسب باشد در این صورت می توان مجددا آن
را به مصارف آبیاری رسانید و بدین ترتیب از مخارج لازم کاست. از نظر
کشاورزی سطح ایستابی اقلا در عمق یک متری بایسستی قرار گیرد تا حوزه ریشه
گیاهان تهویه شود و اگر در چنین حالتی بارندگی یا آبیاری صورت گیرد سطح
ایستابی شروع به بالا رفتن نموده خللی در فعالیت ریشه ها نمودار خواهد شد.
از طرفی اگر سطح ایستابی در عمق 2.5 الی 3 متری تثبیت شود، بارندگی یا
آبیاری قادر نخواهد بود که به سولت منطقه ریشه گیاهان را تحت تاثیر قرار
دهد و از این جهت در حالت اخیر مقدار تخلیه از چاه ها کمتر و به تانی صورت
می گیرد. همین امر موجب خواهد شد که پمپ کوچک تری انتخاب نموده و انهار
تخلیه آب از مزرعه را نیز برای بده (Discharge) یا تخلیه کمتری
انتخابکنیم. بنابراین به صرفه ماست که در صورت مساعد بودن شرایط، سطح
ایستابی را در عمق بیشتری تثبیت نماییم. برای زهکشی باید چاه ها طوری در
سطح مزرعه حفر شوند که مخروط افت آنها و یا به عبارت دیگر شعاع تاثیرشان
در هم تداخل کند. بهترین الگو برای آرایش چاه ها قرار گرفتن آنها در گوشه
های یک شبکه مربعی یا مثلثی متساوی الاضلاع است.
هيدروليك چاه و بهره برداري از آبهاي زيرزميني
در مورد تعداد قنوات موجود در ايران ارقام متفاوتي ذكر شده است بنظر مي رسد در ايران 31000 رشته قنات وجود داشته باشد كه سالانه 10 ميليارد متر مكعب آب زيرزميني را از لايه هاي آبدار خارج مي ساند. استان خراسان با بيش از 11000 رشته بالاترين تعداد قنات را در سطح كشور دارا مي باشد. برخي از قناتهاي اين استان مانند قنات سناباد مشهد از 1200 سال قبل داير بوده است. عمق اولين چاه ( چاه مادر) در قنات بيدخت گناباد 350 متر و در قنات كيخسرو بجستان بيش از 400 متر مي باشد. آبدهي برخي از قناتها در ايران كم و حدود يكي دو ليتر در ثانيه است. در حالي كه برخي ديگر مانند قنات قصبه گناباد بيش از 350 ليتر در ثانیه آبدهي دارند. طول گالري قنات در بعضي موارد مانند قنات گناباد متجاوز از 70 كيلومتر است.
قناتها تا 50 سال پيش در ايران بخوبي كارائي داشته و مورد استفاده قرار مي گرفتند زيرا در اكثر لايه هاي آبدار ميزان تغذيه طبيعي بمراتب بيشتر و يا حداقل در حد استخراج آب توسط قنات بود. اما با ورود فناوري چاه و پمپ كه در مدت كوتاهي اين امكان را بوجود مي آورد كه در نقطه مورد نظر چاهي را حفر و آب استخراج كرد بتدريج سطح ايستابي در اكثر دشت ها افت پيدا كرد و گالري قناتها بعنوان تونلهاي خشك در بالاي سطح ايستابي قرار گرفتند. بدين ترتيب اكثر قناتها خشك و از چرخه استفاده خارج شدند. بطوريكه امروزه چاه اساسي ترين ابزار استفاده از ابهاي زيرزميني در آمده است. اما استفاده بيش از حد از آبهاي زيرزميني توسط چاهها نيز باعث گرديده است كه آبدهي آنها كاهش پيدا كرده و تعدادي از آنها نيز خشك شوند.
چاه و انواع آن
اولین حلقه چاه همیق در ایران در سال 1315 در نزدیكی تهران حفر شد. در استان راسان ، اولین حلقه چاه عمیق در سال 1329 در نزدیكی چناران حفاری گردید.
در ایران از اوایل دهه 1320 به بعد به تدریج حفر چاه متداول شده است. در حال حاضر حدود 230000 حلقه چاه عمیق و نیمه عمیق حفاری و مورد بهره برداری قرار می گیرد و سالانه حدود
34 میلیارد متر مكعب آب از منابع آبهای زیرزمینی توسط آنها بهره برداری می شود. در این صورت روشن است كه چاه به عنوان یك منبع آب ، از اهمیت زیادی بهره مند است.
چاههای آب را بسته به عمق ، روش حفر و استفاده ای كه از آنها به عمل می آید به انواع زیر تقسیم می كنند:
چاههای دستی
این چاههای قدیمی ترین و ابتدایی ترین چاههای آب به شمار می آیند كه در گذشته ، بیشتر از امروز متداول بوده و مورد استفاده واقع می شدند. در روستاهای ایران چاههای دستی زیاد است و از آب آن برای مصارف شرب چند واحد مسكونی و یا برای مصارف شرب و دام كوچ نشینان استفاده می شود. چاههای دستی را اغلب در رسوبات آبرفتی و با وسایل ابتدایی (كلنگ و بیل) تا عمق برخورد به سطح آب زیرزمینی و تا چند متری زیر ان حفر می كنند. چون حفر چاه با دست در اعماق زیاد ، با مشكلات فراوانت همراه است، لذا این چاهها را اغلب در نقاطی حفر می كنند كه عمق برخورد به سطح آب زیرزمینی زیاد نباشد(بین 5 تا 40 متر). آب این چاهها را با طناب و دلو ، یا با كمك حیوانات (گاو چاه) و یا توسط تلمبه های دستی به سطح زمین منتقل می سازند. امروزه از نوعی پمپ به نام «كف كش» نیز استفاده می كنند. به منظور ایمنی و جلوگیری از ریزش دیوارة چاه ، آن را توسط تخته سنگ ، آجر ، بتون و یا لولة جدار پوشش می دهند. این پوششها باید كشبك باشند و به آن اجازه ورود به چاه را بدهند.
پیرامون قنات
منتقل نمودند.
گسترش حفر قنات و زه كشی مصنوعی تا آنجا پیش رفت كه تمدن ایران باستان بر آن استوار شد و خدماتی كه ایرانیان طی تاریخ تمدن خود در این زمینه انجام داده اند، در نوع خود بی نظیر و از لحاظ فنی قابل تحسین است.
دامنه حفر قنات و پیشرفت تكنیك آن در ایران تا آن حد شكوفایی داشت كه به حق می توان ایرانیان را در این زمینه با مصریان در زمینه احداث سد و مهار آبهای سطحی و با رومیان در خصوص معماری و یا با مهندسین یونانی مقایسه كرد. در هر حال ، آنچه مسلم می باشد این است كه سرزمین نسبتاً خشك ایران بدون استفاده از آبهای زیززمینی قادر نبود مركز یكی از تمدن های كهن بشری در جهان ، درآید.
برای ما ایرانیان قنات ، چه به لحاظ تاریخی و چه از حیث این كه در ایران حدود 50000 رشته قنات وجود دارد كه 290000 رشته از آن دایر بوده و سالانه حدود 8 میلیارد متر مكعب آب زیرزمینی توسط آنها استحصال می شود ،حایز اهمیت فراوان است.
كسب اطلاع از وجود آبهای زیرزمینی در یك منطقه ، در گذشته آسان نبود. راههایی كه در آن زمان برای این منظور دنبال می كردند عبارت بود از:
1-شناخت كلی منطقه و شناسایی سایر منابع آب ، نظیر چشمه و غیره.
2-شناخت آبهای زیرزمینی از روی پوشش گیاهی ، و شناسایی گیاهانی كه در این رابطه حائز اهمیت بودند؛ مانند خارشتر ، نی ، كرك و پونه.