مقاله ای مختصر درباره آبهای زیرزمینی
آب های زیرزمینی (groundwaters)
آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه*ها و فضاهای حفره*ای را در صخره*ها و رسوبات پر می*کند. اکثر
آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست
نخورده باقی می*مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است. مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر
آب مصرف می کنند. 97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از
1% باقیمانده تهیه می*کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه*ها ، دریاچه*ها و نهرها) و یا از
آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به
عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای
شدیدی شده است.
سفره آب زیرزمینی (groundwater table)
سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می*شود که آب در آن می*تواند جریان یابد. سفره آب
همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته* باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به*طور طبیعی
از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه*ای که آب زیرزمینی را تامین می*کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است.
بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می*کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین
ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه*ها و کوه*ها در عمق زیادتر قرار دارد.
بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق
مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در
صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت
نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می*دهند.سفره*های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و
ماسه*ای تشکیل می*شوند.
آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره*ها و دشتها برجای گذارده می*شوند، معمولا سفره*های آب زیرزمینی خوبی
تشکیل می*دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب
زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده*باشند،سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی*دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در
نظر گرفته می*شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه*هایی ایجاد می*شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه
برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می*شود.
تقسیم بندی سفره های آب زیرزمینی
سفره های آزاد
در سفره*های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره*های آزاد برابر
فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به*مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می*کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در
بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره*های آزاد «سفره*های معلق» هستند. این سفره*ها معمولا در داخل منطقه تهویه
یا منطقه اشباع نشده خاکو در روی لایه*های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیلمی*شوند.
از این سفره*های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می*توان بدست آورد.
سفره های تحت فشار
سفره*های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می*شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه*ای نسبتا نفوذناپذیر از
بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره*های تحت فشار آب از محل خود بالاتر
می*آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه*ای که از طریق آن آب سفره تامین می*شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح
فوقانی منطقه اشباع در محلحفر چاه قرار دارد.در سفره*های تحت فشار به*جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر
می*گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار
مطابقت دارد. به زبان ساده*تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود
یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می*دهد.
تئوری های مربوط به منشأ آب های زيرزمينی
برای منشأ آب های زیرزمینی تئوری های متعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است .
قسمت بزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می رسد در زمین نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ ها و
طبقات غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازند . اینتئوری اولین بار در قرن 18 میلادی توسط یک نفر
فیزیکدان فرانسوی به نام ماریوت عنوان گردیده و بعد توسط لومونوسوف مورد تأیید واقع شد . با این توصیف که ترکیب
شیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماندو بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می یابد .
تئوری فوق مدتی مورد قبول واقع شد ولی در مورد آب هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که
در آنجا نزولات آسمانی قابل توجهی دیده شده باشد ، صادق نبود . لذا در اواخر قرن 20 تئوری جدیدی توسط ولگر ارائه
گردید . این تئوری منشأ آب های زیرزمینی را از طریق آب های نفوذی قابل قبول نمی داند بلکه تشکیل آن ها را از
تراکم بخار آب موجود در هوا که در بین ذرات و خلل و فرج سنگ ها نفوذ می کند استنباط می نماید . بنابراین تئوری
جدیدی به نام تئوری تراکم آب به وجود می آید .
این تئوری به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد می شود و آن را غیر واقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود
در فضا به اندازه کافی نیست که بتواند مستقلاً منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند .
در اوایل قرن 20 تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشی به نامE- Suess ارائه
داده می شود که از طرف بسیاری از آبشناسان استقبال می گردد . طبق این تئوری بخارها و گازهایی که از ماگما در
اعماق زمین برمی خیزد با نزدیک شدن به سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی ظاهر می گردند . تجربیات
کافی امروزه این نظریه را نیز رد می کند .
بالاخره تئوری آب های فسیل مطرح می شود . تئوری مذبور آب های زیرزمینی نواحی عمیق را به باقی مانده آب های
حوضه های قدیمی که در زیر رسوبات مدفون شده اند ربط می دهد . پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف و
بررسی تئوری های فوق ، قریب به اتفاق متخصصین تئوری اول یعنی تئوری آب های نفوذی را در مورد آب های
زیرزمینی قابل قبول می دانند .
نفوذ آب در زمین تا برخورد به قشرهای نفوذ ناپذیر ادامه می یابد . به محض این که آب ها به این قبیل لایه ها رسیدند و
جریان آنها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفره های آبدار و یا مخازن زیرزمینی
آب را تشکیل می دهند .
چون غالباً در اعماق زمین طبقات نفوذ پذیر و غیر قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحیه ای از زیرزمین
چندین سفره آبدار بر روی یکدیگر وجود داشته باشند . بالاترین سفره های آبدار زمین را که نزدیک به سطح زمین است
و چاه های معمولی به آن می رسد سفره های آب سطحی و یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق
و مخصوصاً آن هایی که در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور و یا سفره های محاط می خوانند . مخازن سطحی
آب های زیرزمینی با تغییر نزولات و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند . به همین جهت مقدار آب چاه هایی که از
این مخازن تغذیه می نمایند سریعاً کم و زیاد می شود .
در صورتیکه چاه های عمیق که از مخازن عمیق تر زمین ( منطقه اشباعی دائم ) آب می گیرند مقدار آبشان چندان تغییر
نمی نماید . به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاه های عمیق ( مخصوصاً در نواحی مسکونی ) پاک تر از آب چاه هایی
است که به مخازن سطحی مربوط می شوند .عوارض خارجی سطح زمین باعث می شود که سطح ایستایی آب های
زیرزمینی افقی نباشد . آنانکه در مجاورت دره ها که نیروی جذب سنگ های مخزن کمتر است و از مقاومت در مقابل
مسیر جریان آب در داخل زمین کسر می شود سطح ایستایی پایین تر قرار می گیرد ، بدین ترتیب سطح ایستایی آب های
زیرزمینی عموماً در کنار دره ها انحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می 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 .
حالت های مختلف آب ها در قشر جامد زمين
قسمت عمده از آبی که بصورت برف و باران به زمین می رسد پس از نفوذ در زمین و رسیدن به طبقات زیرین کلیه
درزها و شکاف ها و خلل و فرج بین ذرات سنگ ها را اشغال می نماید و پس از برخورد به سنگ های غیر قابل نفوذ
مخازن آب های زیرزمینی را می سازد. آب های زیرزمینی به صورت زیر دیده می شوند :
1) آب محبوس ، 2) آب ثقلی یا آب آزاد ، 3) آب اشباع
1) آب محبوس : آبی است که به وسیله نیروی چسبندگی مولکول ها در حجم سنگ نگاهداری می شود و این نیرو همیشه
بزرگتر از نیروی ثقل است .
2) آب آزاد : عبارت از مقدار آبی است که در داخل خلل و فرج و یا فضاهای آزاد سنگ ها تحت تأثیر نیروی ثقل جریان
می یابد مشروط بر اینکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد .
3) آب اشباع : حداکثر مقدار آبی است که سنگ قابل نفوذ می تواند در خود نگاهدارد . آب های محبوس از نظر کانی
شناسی و سنگ شناسی بسیار حائز اهمیت می باشند . در صورتیکه آب های آزاد چون در داخل سنگ ها جریان می یابند
و یا ذخیره می شوند از نقطه نظر آب های زیرزمینی قابل توجه هستند .
پیشرفت اقتصاد و صنعت هر کشوری با مقدار آب های زیرزمینی رابطه مستقیم دارد بطوریکه آب مصرفی اکثر کارگاه
های صنعتی بوسیله این آب ها تأمین می گردد.آب های زیرزمینی به علت داشتن عناصر مفید در فعل و انفعالات شیمیایی
وارد می شوند . به علت خاصیت انحلال بعضی از مواد موجود در داخل سنگ ها از قبیل سنگ طعام و آهک و غیره را
به حالت محلول در می آورند و بدین نحو تغییراتی در ترکیب و ساختمان سنگ روی می دهد.با داشتن قدرت حمل و
رسوب گذاری تشکیلاتی از کانی های مفید را در زمین ایجاد می نمایند مانند معادن مس ، منگنز ، کربنات ژیپس و غیره
.
آب های زیرزمینی در تشکیل گازهای کانی ساز مخصوصاً مخازن آب های گرم و معدنی در عمل دگرگونی سنگ ها
بسیار مؤثر هستند .
خواص فيزيكی آب های زيرزمينی
خواص فيزيكی آب های زيرزمينی شامل زلاليت ، رنگ ، بو ،*طعم و درجه حرارت است كه در ذيل به طور خلاصه به
هر يک می پردازيم :
زلاليت : آب های طبيعی به دو حالت صاف ( زلال ) و در ( تيره ) يافت مي شوند. آب موقعی كدر است كه مقدار مواد
معدنی و يا ساير مواد معلق در آن وجود داشته باشند. بنابراين كم و يا زياد بودن مواد فوق در شدت تيرگی آب بسيار مؤثر
است.
رنگ : آب آشاميدنی معمولاً بی رنگ است ولی در محيط های وسيع به رنگ آبی ديده می شود . رنگ آب های
زيرزمينی به علت وجود مواد خارجی تغيير مي كند. املاح آهن و يا هيدروژن سولفوره آب را به ترتيب به رنگ های
قرمز و آبی درمی آورند. آب هایی كه دارای ترکیبات منگنز هستند سیاه رنگ است در صورتی كه آب باتلاق ها به علت
زیاد بودن اسید هومیک زرد رنگ است.
بو: به طور كلی آب های زیرزمینی بدون بو هستند. وجود بوی مخصوص در آب نماینده این است كه آب مزبور به
وسیله چاه های مختلف تغذیه می شود و یا اینكه در آن بعضی از مواد شیمیایی داخل گردیده است. مثلاً بوی گندیده بعضی
از آنها مربوط به اسید هومیک است
طعم یا مزه: طعم آب بسته به ترکیب مواد مختلفی است كه در آن محلول هستند. اگر مقدار كلرورها (نمک طعام و غیره)
آن حدود 300 میلی گرم در لیتر باشد مزه شور دارد. چنانكه مقدار سولفات های محلول در آن از 400 تا 450 میلی گرم
در لیتر برسد مزه كاملاً تلخ می دهد . اگر ازمناطقی كه ژیزمان های سولفوره دارند عبور كند مزه اسید به خود می گیرد .
بنابراین مقدار مواد محلول و نوع بستری كه آب در آن جریان می یابد و یا ذخیره می شود در طعم آن مؤثر است .
حرارت: درجه حرارت آب های زیرزمینی با عمق سفره ، وجود كانون آتشفشانی و موقعیت جغرافیایی محل فرق می كند
. لذا از روی درجه حرارت می توان آنها را به چند دسته به شرح زیر تقسیم كرد :
- آب خیلی سرد (حداكثر تا 5 درجه سانتی گراد)
- آب سرد (10 درجه سانتی گراد)
- آب نسبتاً ملایم (18 درجه سانتی گراد)
- آب ملایم (25 درجه سانتی گراد)
- آب ولرم (37 درجه سانتی گراد)
- آب گرم (بالاتر از 40 درجه سانتی گراد)
درجه حرارت آب در اثر نمك یا گازهای محلول در آن تغییر می نماید .
ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی
بطوریكه می دانیم آب از یون های هیدروژن H+ و هیدروكسیل OH- تركیب یافته و مقدار یون های مزبور در آب
معمولی در درجه حرارت معین ثابت است . چنانكه مقدار هر یك از این یون ها تغییر یابد آب حالت اسیدی ( یون
هیدروژن زیادتر ) و یا حالت قلیایی ( هیدروكسیل بیشتر ) به خود می گیرد.از نظر PH آب را می توان به سه دسته
تقسیم كرد:
- آب های خنثی كه PH آنها در حدود 7 است.
- آب های اسیدی كه PH آنها كمتر از 7 است.
- آب های قلیایی كه PH آنها بیشتر از 7 است.
به طوركلی ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی بر حسب مصارف مختلف فرق می كند.ساختمان شیمیایی آب آشامیدنی
غیر از ساختمان شیمیایی آب است كه در صنعت از آن استفاده می شود . بنابراین در استخراج و بهره برداری از آب
های زیرزمینی می بایست شرایط زمین شناسی و هیدرولوژیكی محل مورد نظر كاملاً بررسی و مطالعه گردد.اگر از آب
های زیرزمینی برای تأمین مصارف شهری مخصوصاً آشامیدن بهره برداری نماید باید دقت شود كه آب مزبور به وسیله
مواد آلی و یا سایر مواد زیان آور آلوده نگردد . اصطلاح سنگینی آب هم در مقوله ساختمان شیمیایی آب مطرح می شود .
آب موقعی سنگین است كه دارای كلسیم ( Ca ) و منیزیم ( Mg ) باشد . معمولاً هر 5 میلی گرم كربنات كلسیم محلول در
یك لیتر آب را یك درجه سختی می نماید.سنگینی تمام آب های طبیعی ممكن است منوط به وجود بیكربنات ها ، سولفات
ها ،*كلرورها یا نیترات های كلسیم و منیزیم و آهن و یا عناصر معدنی دیگر باشد . ایجاد فلس های نامحلول روی دیواره
مخازن و قشرسفید ابری در لیوان مربوط به سنگینی آب است .
مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی
به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی، سهل*انگاری های زیادی صورت
گرفته است. اجازه داده*ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره*های آبهای زیرزمینی نفوذ
کند. آلاینده*ها ، از محل*های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده*اند، به داخل آن تراوش می**کنند.
آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی، آلوده می*شوند. صاحبان
خانه*ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می*کنند.
منبع: وبلاگ مهندس فراهانی - hfarahani48.blogfa.com
به نقل از www.khakzad.com
