شناسایی نقاط آبدار زیرزمینی با روش های هیدروژئولوژیکی و ژئوفیزیکی
مسلما آب های زیرزمینی در همه جا به صورت یکسان وجود نداشته و در لایه های خاصی از ساختارهای زیرسطحی وجود دارد. عدم شناسایی و اطلاعات کافی از لایه های زیرسطحی حفاری های زیادی را با شکست روبرو کرده و موجب هدر رفت سرمایگذاری شده است. با توجه به هزینه های هنگفت حفاری و دردسرهای دریافت مجوز حفاری یا جابه جایی، قبل اقدام به حفاری نیاز مبرمی به داشتن اطلاعات کافی از ساختارهای زمین شناسی زیرسطحی و شرایط هیدروژئولوژیکی زمین مورد نظر می باشد.
مواردی که قبل از اقدام به حفاری و یا جابه جایی باید در مورد آنها بدانید:
- شناسایی لایه های زیرسطحی و نوع ساختار زمین شناسی
- حضور یا عدم حضور آب در محدوده زمین
- تعیین بهترین مکان در زمین مورد نظر
- در صورت حضور آب، تعیین عمق سطح ایستابی و عمق سنگ بستر ( ضخامت لایه آبدار )
- تعیین مقدار حجم و ذخیره سفره و میزان آبدهی چاه
- تعیین عمر مفید چاه با توجه به میزان پمپاژ آب معین و مصرف سالانه
با انجام مطالعات هیدروژئولوژیکی و استفاده از دستگاه ها و روش های ژئوفیزیکی پیشرفته توسط متخصصین زمین شناسی و ژئوفیزیک می توانید عمق و روش مناسب برای حفاری را تعیین و با کمترین هزینه بهترین نتیجه را کسب نمائید.
* دریافت مشاوره رایگان *
آب های زیرزمینی
آبهای زیرزمینی به آب‌هایی گفته می‌شود که در لایه‌های آبدار و اشباع زیر زمین تجمع پیدا کرده‌است. این آب‌ها فقط حدود ۴ درصد از مجموعه آب‌هایی را که فعالانه در چرخهٔ آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود ۵۰ درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آبهای زیرزمینی هستند.
آب زیرزمینی، آب موجود در زیر سطح زمین، منافذ خاک و شکستگی‌های تشکیلات سنگی است. هنگامی که یک واحد سنگی یا یک رسوب غیر محکم (کانسار) آورد قابل توجهی از آب ایجاد کند، آبخوان نامیده می‌شود. عمقی که در آن، منافذ خاک یا شکستگی‌ها و حفره‌های موجود در سنگها کاملاً از آب اشباع‌شده باشند، سطح ایستابی خوانده می‌شود. آب زیرزمینی از سطح تغذیه می‌شود؛ و ممکن است در سطح زمین نیز به صورت طبیعی در قالب چشمه‌ها و تراوشات طبیعی تخلیه شده و واحه‌ها یا تالاب‌هایی را به وجود آورد. آب های زیرزمینی، اغلب برای مصارف کشاورزی، شهری و صنعتی از طریق چاه برداشت می‌شوند. مطالعهٔ توزیع و حرکت آب های زیرزمینی، آب‌زمین‌شناسی یا هیدرولوژی آب زیرزمینی نامیده می‌شود.
معمولاً، تصور بر این است که آب زیرزمینی، آب جاری موجود در آبخوان های کم عمق است اما از نظر فنی، رطوبت خاک، لایه‌های منجمد آب در خاک، آب راکد در سنگ بستر با نفوذپذیری خیلی اندک و آب عمیق زمین‌گرمایی (ژئوترمال) یا سازندهای نفتی را نیز شامل می شود. احتمالاً قسمت اعظم زیرزمین حاوی مقداری آب است که در بعضی موارد ممکن است با مایعات دیگر مخلوط شده باشد. آب زیرزمینی فقط محدود و منحصر به زمین نیست. احتمالاً ایجاد بعضی از اشکال زمینی در مریخ متأثر از آب زیرزمینی است. شواهدی مبنی بر وجود آب مایع در سطح زیرین اروپا قمر سیارهٔ مشتری نیز وجود دارد.
اغلب، دسترسی به آب زیرزمینی نسبت به آب سطحی ارزان‌تر، راحت‌تر و مناسب تر و مستعد آلودگی کمتری است. از این رو، معمولاً برای تأمین آب از آن استفاده می شود. مثلاً، در ایالات متحده، آب زیرزمینی، بزرگترین منبع آب مصرفی را تأمین می کند و کالیفرنیا سالانه بیشترین میزان آب زیرزمینی نسبت به همهٔ ایالت‌های آمریکا را برداشت می کند. مخازن آب زیرزمینی حاوی مقدار آب بسیار بیشتری نسبت به ظرفیت همه مخازن سطحی و دریاچه‌های ایالات متحده از جمله دریاچه‌های بزرگ می‌باشد. مقدار زیادی از آب شهری صرفاً از آب زیرزمینی تأمین می‌شود.
آب زیرزمینی آلوده کمتر به چشم می‌آید و نسبت به آلودگی در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها سخت‌تر پاکسازی می شود. آلودگی آب زیرزمینی اغلب نتیجه دفع نادرست زباله‌ها در زمین است. مواد شیمیایی صنعتی و خانگی و محل‌های دفن زباله، استفاده بیش از حد از کودها و آفت‌کش‌ها در کشاورزی، تالاب های مواد زائد صنعتی (پساب های صنعتی)، پسماندها و فاضلاب فرآوری شده معادن، fracking صنعتی، گودال‌های آب نمکی میدان نفتی، نشت مخازن ذخیره و خطوط انتقال نفتی، شیرابه فاضلاب شهری و سیستم‌های سپتیک منابع اصلی (آلودگی) می‌باشد.
لایه های آبدار و مواد تشکیل دهنده آن
بخشی از آب های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط مخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کند. لایه های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان های مختلف بوجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی و … باعث می‌شود بخش های مختلف فضای زیر زمین ظرفیت های متفاوتی برای جذب، ذخیره و انتقال آب داشته باشد. لایه‌هایی از زمین که به صورت نسبی ظرفیت بالاتری برای جذب، ذخیره و انتقال آب دارند، لایه آبدار نامیده می شوند. به طور کلی در آب های زیر زمینی دو موضوع حائز اهمیت است. یک حجم آب موجود در داخل مواد که به تخلخل آن بستگی دارد و دیگری ضریب نفوذپذیری مواد که سرعت حرکت آب تابع مستقیمی از آن است. بر این اساس مواد نگهدارنده آب در لایه های آبدار به چند گروه تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:
آکیفر (Aquifer): واژه آکیفر که در فارسی به آن لایه آبدار زیرزمینی گفته می شود و اخیرا در برخی منابع با نام آبخوان (سفره) نیز مشاهده می کنید؛ اولین بار در سال 1896 توسط یک زمین شناس آمریکایی اهل آیوا به نام ویلیام هارمون نورت در یک گزارش آب زیر زمینی بکار برده شد. آکیفر به تشکیلاتی اطلاق می شود که علاوه بر دارا بودن آب قادر است در صورت برقراری شیب هیدرولیکی آب را از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال دهد. ضریب نفوذ ناپذیری ذاتی مواد تشکیل دهنده آکیفر در حدود 0.01 دارسی یا بالاتر از آن است. متاسفانه در نوشته های فارسی برای واژه آکیفر، سفره آب زیرزمینی به کار برده می شود که اصطلاح چندان مناسبی نیست و لذا هنگامی که لایه آبدار گفته می شود منظور همان آکیفرها می باشند. در بالا یا پایین آکیفرها ممکن است یک لایه محدود کننده غیر قابل نفوذ وجود داشته باشد.
آکی تارد (Aquitard): لایه هایی هستند که دارای آب می باشند ولی هدایت هیدرولیکی آن ها کم است. در صورتی که بین دو آکیفر، لایه آکی تارد واقع شده باشد انتقال آب از یک آکیفر به آکیفر دیگر ولو با سرعت کم امکان پذیر است. بنابراین آکی تاردها از نظر تغذیه آکیفرها در صورتی که در مجاورت آن واقع شده باشند حائز اهمیت می باشند. ولی اگر چاهی صرفا در آن ها حفر شود آبدهی نخواهد داشت. به طور خلاصه آکی تاردها لایه ای هستند با نفوذپذیری کم که می تواند آب را در خود ذخیره کند و آن را از یک آکیفر به آکیفر دیگر با سرعت کم انتقال دهد.
آکی کلود (Aquiclude): آکی کلود به لایه هایی گفته می شود که به دلیل داشتن منافذ زیاد می توانند آب را در خود ذخیره کنند اما هدایت آب در آن ها به قدری کم است که نمی توانند آب را به مقدار زیاد انتقال دهند. این لایه های آبدار معمولا به صورت لایه هایی در بالا و پایین آکیفرها قرار گرفته و برای آن ها مرزهای محدود کننده ای را ایجاد می کنند. لایه های رس نمونه ای از آکی کلودها هستند. در واقع هدایت هیدرولیکی آن ها به قدری کم است که می توان آن ها لایه های آبدار بسته یا محصور قلمداد کرد.
آکی فوژ (Aquifuge): آکی فوژ به لایه هایی گفته می شود، کاملا غیر قابل نفوذ که داراری منافذ متصل به هم نبوده و لذا قادر نیستند آب را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل سازند. اگر بین دو آکیفر لایه ای از آکی فوژ قرار داشته باشد ارتباط بین آن ها از نظر تبادل آب کاملا قطع می شود. یک لایه گرانیتی نمونه ای از یک آکی فوژ است. آن ها معمولا فاقد آب می باشند. در بعضی شرایط لایه های نازک عدسی مانند رسی در داخل آبرفت وجود دارد که آب نفوذی روی آن ها تجمع پیدا کرده و یک لایه آبدار کوچک موقت و مجزا را به وجود می آورد. اصطلاحا به این لایه های آبدار سفره های معلق (Perched) گفته می شود. درضمن این نکته را فراموش نکنید که در هیدرولوژی آب های زیرزمینی فقط آکیفرها ( لایه های آبدار ) از نظر بهره برداری موردنظر می باشند. لایه های آبدار (آکیفر) نیز بسته به این که سطح ایستابی مشخصی در آن ها وجود داشته باشد یا نه به دو گروه لایه آبدار غیر محصور (آزاد) و محصور (غیر آزاد) تقسیم بندی می شوند.
لایه های آبدار غیر محصور
لایه های آبدار غیر محصور که در نزدیک سطح زمین مشاهده می شوند به لایه هایی گفته می شوند که مواد تشکیل دهنده آن ها از سطح زمین تا لایه غیر قابل نفوذ انتهایی (لایه کف) دارای نفوذپذیری ذاتی نسبتا زیاد است. تغذیه این لایه ها می تواند از بارندگی هایی که روی آن ها باریده شده صورت گرفته و یا آن که از منابع دیگر تامین شود. اگر در این لایه ها چاهی حفر گردد سطح ایستابی مشخصی در آن ها مشاهده خواهد شد که لایه اشباع پایین و لایه هوادار بالا را از یکدیگر متمایز می سازد. سطح ایستابی در لایه های آبدار غیر محصور یک سطح افقی نبوده و بسته به محل تغذیه، یا پمپاژ دارای پستی و بلندی است. از مشخصات لایه های آبدار غیر محصور آن است که آب داخل این لایه ها تحت فشار هیدرواستاتیک بوده و مقدار این فشار در سطح ایستابی صفر است. لایه های غیر محصور را لایه های آبدار آزاد (Phreatic) نیز می گویند. بنابراین چنان چه چاهی در آن ها حفر شود پس از برخورد با آب، سطح آب در چاه بالا نخواهد آمد.
لایه های آبدار محصور
در لایه های آبدار محصور که به آن ها لایه های زیرین تحت فشار یا آرتزین (Artesian) نیز گفته می شود سطح ایستابی به آن معنی که در لایه های آبدار غیر محصور مشاهده می شود وجود نداشته بلکه به جای آن سطح فشار یا سطح پیزومتری مطرح است. در این وضعیت معمولا آکیفر بین دو لایه نسبتا غیر قابل نفوذ محصور شده و تغذیه آن از محلی صورت می گیرد که آکیفر با سطح زمین نماس پیدا می کند و ممکن است این محل در فاصله بسیار زیادی از محل حفر چاه واقع شده باشد. اگر در این آکیفرها چاهی حفر شود پس از برخورد چاه با این آکیفر، آب در داخل آن بالا آمده (چاه نیمه آرتزین) و ممکن است گاهی اوقات از سطح زمین نیز فوران نماید (چاه آرتزین) این چاه ها را به این دلیل آرتزین می نامند که برگرفته از نام منطقه آرتوز در فرانسه است که اولین بار این پدیده در آن جا مشاهده گردید. بالا آمدن آب در داخل چاه به این دلیل است که آب موجود در آکیفر در هر نقطه از آن تحت فشاری است برابر با فاصله عمودی آن نقطه تا سطح ایستابی واقعی. امتداد سطح ایستابی واقعی را سطح فشار یا سطح پیزومتریک گویند. اگر در آکیفرهای تحت فشار چاهی را حفر کنیم، آب در داخل آن تا سطح پیزومتریک بالا خواهد آمد. در واقع این سطح مشابه یک سطح ایستابی مجازی که در آکیفرهای غیر محصور دیده شد، عمل می کند.
سفره های آبدار
چه سنگهایی تشکیل سفره آبدار می‌دهند؟
آبهای زیرزمینی معمولا در سنگها و موادی که دارای تخلخل هستند، جمع می‌شوند. سنگی که سفره آبدار تشکیل می‌دهد، علاوه بر تخلخل باید دارای نفوذپذیری نیز باشد، تا بتواند آب زیرزمینی را از خود عبور دهد. مثلا مواد رسی با وجود تخلخل زیاد به علت نفوذ ناپذیر بودن ، نمی‌توانند تشکیل سفره آبدار را بدهند. سنگهایی که شکافهای متعدد و مرتبط به هم دارند، نیز برای تشکیل سفره آبدار مناسبند. بیش از 90 درصد سفره آبدار را سنگهای نامتراکم که قسمت اعظم آنها را شن و ماسه تشکیل می‌دهد، شامل می‌شود. گاهی نیز سنگهای آذرین و دگرگونی به علت داشتن شکستگی‌های زیاد ، می‌توانند تشکیل سفره آبدار بدهند. بطور کلی سه نوع سفره آبدار وجود دارد که در زیر راجع به آنها بحث می‌شود.
سفره‌های آزاد
سفره‌های آزاد ، لایه‌های آبداری هستند که بین آنها و سطح زمین لایه غیر قابل نفوذی وجود نداشته باشد. به سطح حد بالایی آب در این سفره (منطقه اشباع) سطح ایستابی گفته می‌شود. در سفره‌های آزاد سطح آب به حالت آزاد قرار دارد و فشار آن تقریبا برابر فشار اتمسفر است.
سفره معلق
گاهی در بالاتر از سطح ایستابی سفره‌های آزاد ، لایه کم و بیش غیر قابل نفوذ کوچکی دیده می‌شود که آب نفوذی به صورت یک عدسی در روی آن یک سفره کوچک تشکیل داده است، به این پدیده سفره آویزان یا سفره معلق و سطح آب محدود آن را سطح ایستابی معلق می‌گویند.
سفره‌های تحت فشار یا محصور
سفره تحت فشار یا سفره محصور ، لایه آبداری است که بین دو لایه غیر قابل نفوذ قرار گرفته و به سب بالاتر بودن سطح ایستابی در محل تغذیه سفره ، آب در سایر نقاط آن تحت فشار می‌باشد. اگر چاههایی در این نوع سفره حفر شود، سطح آب در چاهها بالا خواهد آمد. به یک سطح فرضی که سطح آب این چاهها را به هم وصل می‌کند، سطح پیزومتری گفته می‌شود. چنانچه سطح پیزومتری از سطح زمین بالاتر باشد، آب چاه خود به خود فوران خواهد کرد، چون این پدیده برای اولین بار در منطقه آرتوز فرانسه مطالعه شده، سفره‌های تحت فشار را سفره‌های آرتزین نیز می‌گویند.
ایجاد چشمه
سطح ایستابی در سفره‌های آزاد و سفره‌های معلق در جائی که سطح زمین را قطع می‌کند، باتلاقها و چشمه‌ها را بوجود می‌آورند. منشا چشمه‌های پر آب که گاه پس از خروج رودهای نسبتا مهمی را تشکیل می‌دهند، از سفره‌هایی است که در سنگهای آهکی پر حجم وجود دارند که آنها را چشمه‌های کارستیک می‌گویند. سفره‌های آزادی که سطح ایستابی آنها بستر رودها را قطع می‌کند، در مواقع کم آبی قسمتی از جریان رودخانه را تامین می‌کنند (رودهای زاینده). در مقابل زمانی که سطح آب در رودخانه بالاتر از سطح ایستابی سفره باشد، آب رودخانه سفره زیرزمینی را تغذیه خواهد کرد.
مرسی ،،،،، عالیییییی بود ،،،،