توصیفی اجمالی در مورد آب های زیر زمینی

در ادامه مطلب موارد زیر شرح داده می شود:

» 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

آب های زیرزمینی (groundwaters)

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ،درزه‌هاو فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطورطبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دستنخورده باقی می‌مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است. مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیترآبمصرف می کنند. 97% آبهایکرهزمیندرون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از 1% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین(رودخانه‌ها،دریاچه‌هاونهرها)و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی بهعنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشفآلودگیآبهای زیرزمینیدر تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است.

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آنمی‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌ باشد. سطحفوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیهآن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارایشیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولیبرآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و درتپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و دردشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطحایستایی 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 سطحایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نامهیدروگرافنشان می‌دهند.سفره‌های دارای بازدهیقابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند.

آبرفتها ، یعنیرسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آبزیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چونقابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند،سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفتهمی‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخلثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا درسنگهایآهکیدرز و شکافدار ایجاد می‌شود.

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار درسطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیهیا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرارندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا درداخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشدهخاکو در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیلمی‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های تحت فشار یا محصور یاآرتزیندرمحلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدودشود و در نتیجه تحت فشاری بیش ازاتمسفراست. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محلتغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتراز سطح فوقانی منطقه اشباع در محلحفر چاهقرار دارد.در سفره‌های تحتفشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضیاست که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیمارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

تئوري هاي مربوط به منشأ آب هاي زيرزميني

برای منشأ آب های زیرزمینی تئوری هایمتعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است. قسمتبزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می رسد در زمین نفوذ کرده و پس ازبرخورد 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 ماریوتعنوان گردیده و بعد توسط لومونوسوف مورد تأیید واقع شد . با این توصیف که ترکیبشیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماندو بر حسب سنگی که در آن جریانیافته است تغییر می یابد .

تئوری فوق مدتی مورد قبول واقع شد ولی در مورد آبهایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که در آنجا نزولات آسمانیقابل توجهی دیده شده باشد ، صادق نبود . لذا در اواخر قرن 20 تئوری جدیدی توسط ولگرارائه گردید . این تئوری منشأ آب های زیرزمینی را از طریق آب های نفوذی قابل قبولنمی داند بلکه تشکیل آن ها را از تراکم بخار آب موجود در هوا که در بین ذرات و خللو فرج سنگ ها نفوذ می کند استنباط می نماید . بنابراین تئوری جدیدی به نام تئوریتراکم آب به وجود می آید .

این تئوری به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد میشود و آن را غیر واقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافینیست که بتواند مستقلاً منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند .

دراوایل قرن 20 تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشیبه نام E- 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 شدنبه سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی ظاهر می گردند . تجربیات کافی امروزهاین نظریه را نیز رد می کند .

بالاخره تئوری آب های فسیل مطرح می شود . تئوریمذبور آب های زیرزمینی نواحی عمیق را به باقی مانده آب های حوضه های قدیمی که درزیر رسوبات مدفون شده اند ربط می دهد . پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف وبررسی تئوری های فوق ، قریب به اتفاق متخصصین تئوری اول یعنی تئوری آب های نفوذی رادر مورد آب های زیرزمینی قابل قبول می دانند .

نفوذ آب در زمین تا برخورد بهقشرهای نفوذ ناپذیر ادامه می یابد . به محض این که آب ها به این قبیل لایه هارسیدند و جریان آنها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفرههای آبدار و یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می دهند .

چون غالباً در اعماق زمینطبقات نفوذ پذیر و غیر قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحیه ایاز زیرزمین چندین سفره آبدار بر روی یکدیگر وجود داشته باشند . بالاترین سفره هایآبدار زمین را که نزدیک به سطح زمین است و چاه های معمولی به آن می رسد سفره های آبسطحی و یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق و مخصوصاً آن هاییکه در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور و یا سفره های محاط می خوانند . مخازنسطحی آب های زیرزمینی با تغییر نزولات و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند . بههمین جهت مقدار آب چاه هایی که از این مخازن تغذیه می نمایند سریعاً کم و زیاد میشود .

در صورتیکه چاه های عمیق که از مخازنعمیق تر زمین ( منطقه اشباعی دائم ) آب می گیرند مقدار آبشان چندان تغییر نمی نماید . به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاههای عمیق ( مخصوصاً در نواحی مسکونی ) پاک تر از آب چاه هایی است که به مخازن سطحیمربوط می شوند .عوارض خارجی سطح زمین باعث می شود که سطح ایستایی آب هایزیرزمینی افقی نباشد . آنانکه در مجاورت دره ها که نیروی جذب سنگ های مخزن کمتر استو از مقاومت در مقابل مسیر جریان آب در داخل زمین کسر می شود سطح ایستایی پایین ترقرار می گیرد ، بدین ترتیب سطح ایستایی آب های زیرزمینی عموماً در کنار دره هاانحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می رود .همانطوريكه برجستگيهاي سطح زمين باعث تقسيم آب هاي سطحي از يكديگر است ، چين خوردگي لايه هاي غير قابلنفوذ در اعماق زمين هم وسيله جدا بودن حوضه هايي از سفره هاي آبدار زيرزمين مي گرددو باعث مي شود تغييرات آب يك مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد .

حالت هاي مختلف آب ها در قشر جامد زمين

قسمت عمده از آبی که بصورت برف و باران بهزمین می رسد پس از نفوذ در زمین و رسیدن به طبقات زیرین کلیه درزها و شکاف ها و خللو فرج بین ذرات سنگ ها را اشغال می نماید و پس از برخورد به سنگ های غیر قابل نفوذمخازن 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 ایننیرو همیشه بزرگتر از نیروی ثقل است.

2) آب آزاد: عبارت از مقدار آبی استکه در داخل خلل و فرج و یا فضاهای آزاد سنگ ها تحت تأثیر نیروی ثقل جریان می یابدمشروط بر اینکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد .

3) آب اشباع: حداکثر مقدارآبی است که سنگ قابل نفوذ می تواند در خود نگاهدارد . آب های محبوس از نظر کانیشناسی و سنگ شناسی بسیار حائز اهمیت می باشند . در صورتیکه آب های آزاد چون درداخل سنگ ها جریان می یابند و یا ذخیره می شوند از نقطه نظر آب های زیرزمینی قابلتوجه هستند .

پیشرفت اقتصاد و صنعت هر کشوری با مقدار آب های زیرزمینی رابطهمستقیم دارد بطوریکه آب مصرفی اکثر کارگاه های صنعتی بوسیله این آب ها تأمین میگردد.آب های زیرزمینی به علت داشتن عناصر مفید در فعل و انفعالات شیمیاییوارد می شوند . به علت خاصیت انحلال بعضی از مواد موجود در داخل سنگ ها از قبیل سنگطعام و آهک و غیره را به حالت محلول در می آورند و بدین نحو تغییراتی در ترکیب وساختمان سنگ روی می دهد.با داشتن قدرت حمل و رسوب گذاری تشکیلاتی از کانی هایمفید 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 درعمل دگرگونی سنگ ها بسیار مؤثر هستند .

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 ميشوند . آب موقعي كدر است كه مقدار مواد معدني و يا ساير مواد معلق در آن وجود داشتهباشند . 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 آبيديده مي شود . رنگ آب هاي زيرزميني به علت وجود مواد خارجي تغيير مي كند . املاحآهن و يا هيدروژن سولفوره آب را به ترتيب به رنگ هاي قرمز و آبي درمي آورند . آبهايي كه داراي تركيبات منگنز هستند سياه رنگ است در صورتي كه آب باتلاق ها به علتزياد بودن اسيد هوميك زرد رنگ است .

بو: به طور كلي آب هاي زيرزمينيبدون بو هستند . وجود بوي مخصوص در آب نماينده اين است كه آب مزبور به وسيله چاههاي 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 مقداركلرورها ( 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 مزهكاملاً تلخ مي دهد . اگر ازمناطقي كه ژيزمان هاي سولفوره دارند عبور كند مزه اسيدبه خود مي گيرد . بنابراين مقدار مواد محلول و نوع بستري كه آب در آن جريان مي يابدو يا ذخيره مي شود در طعم آن مؤثر است .

حرارت:درجه حرارت آب هايزيرزميني 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 :

- آبخيلي 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 .

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 توانبه سه دسته تقسيم كرد:

- آب هاي خنثي كه PH آنها در حدود 7 است

- آب هاياسيدي كه PH آنها كمتر از 7 است .

- آب هاي قليايي كه PH آنها بيشتر از 7 است .

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 آناستفاده مي شود . بنابراين در استخراج و بهره برداري از آب هاي زيرزميني مي بايستشرايط زمين شناسي و هيدرولوژيكي محل مورد نظر كاملاً بررسي و مطالعه گردد.اگراز آب هاي زيرزميني براي تأمين مصارف شهري مخصوصاً آشاميدن بهره برداري نمايد بايددقت 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 استكه داراي كلسيم ( Ca ) و منيزيم ( Mg ) باشد . معمولاً هر 5 ميلي گرم كربنات كلسيممحلول در يك ليتر آب را يك درجه سختي مي نمايد.سنگيني تمام آب هاي طبيعي ممكناست منوط به وجود بيكربنات ها ، سولفات ها ،‌كلرورها يا نيترات هاي كلسيم و منيزيمو آهن و يا عناصر معدني ديگر باشد . ايجاد فلس هاي نامحلول روي ديواره مخازن و قشرسفيد ابري در ليوان مربوط به سنگيني آب است .

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ،سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضراز مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، ازمحل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آنتراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شدهو مناطق صنعتی ، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخلفاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند

سفره آب زیرزمینی(groundwater Table)

تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

سفره‌های آزاد

سفره‌های تحت فشار

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی