آب های زیر زمینی

آبخوان

آبخوان یا سفره آب زیرزمینی یک لایه آبدار زیرزمینی است که در لایه های تحکیم نیافته (گراول، ماسه و سیلت) یا در سنگ های دارای درز و شکاف ایجاد می شود. این آب می تواند از طریق چاه بهره برداری شود. آبخوان ناتراوا و آبخوان کم تراوا، نام هایی است که به لایه های آبدار با درجات مختلف قابلیت آب دادن و ذخیره سازی داده می شود.

برخی تعاریف آبخوان:

• آبخوان آزاد: آبخوانی است که فشاری بر سطح ایستابی آن وارد نمی شود.
• آبخوان تحت فشار: آبخوانی است که فشار آب زیرزمینی در آن از فشار جو بیشتر است.
• آبخوان کم تراوا: واحد زمین شناختی سیرشده ای را که در شرایط هیدرولیکی عادی آب چندانی از آن نمی گذرد آبخوان کم تراوا می گویند.

تئوری های مربوط به منشأ آب های زیرزمینی

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 غیرقابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازند. این تئوری را نخستین بار فیزیکدانی فرانسوی به نام ماریوت، در قرن ۱۸ میلادی بیان کرد و پس از چندی لومونوسوف آن را تأیید نمود، با این توصیف که ترکیب شیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماند و بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می یابد. تئوری فوق مدتی مورد پذیش بود ولی در مورد آب هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که در آنجا بارش آسمانی قابل توجهی دیده شده باشد، درست نبود؛ لذا در پایان سده ۲۰ ولگر تئوری تازه ای ارائه کرد. 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 غیرواقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافی نیست که بتواند مستقلا منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند. در اوایل قرن ۲۰ تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشی به 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 شدن به سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی پدیدار می گردند. تجربیات کافی امروزه این نظریه را نیز رد می کند. سرانجام تئوری آب های فسیل مطرح می شود. در این تئوری آب های زیرزمینی نواحی عمیق به باقی مانده آب های حوضه های قدیمی که در زیر رسوبات مدفون شده اند ربط داده می شود. 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 آن ها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفره های آبدار یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می دهند.

چون غالبا در اعماق زمین طبقات نفوذ پذیر و غیرقابل نفوذ به طور متناوب 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 یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق و مخصوصا آن هایی که در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور یا سفره های محاط می خوانند. مخازن سطحی آب های زیرزمینی با تغییر بارش و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند. از همین رو مقدار آب چاه هایی که از این مخازن تغذیه می نمایند سریعا کم و زیاد می شود. در صورتی که 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 (مخصوصا 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. آنان که 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 عموما در کنار دره ها انحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می رود. همان طوری که برجستگی های سطح زمین باعث تقسیم آب های سطحی از یکدیگر است، چین خوردگی لایه های غیرقابل نفوذ در اعماق زمین هم وسیله جدا بودن حوضه هایی از سفره های آبدار زیرزمین می گردد و باعث می شود تغییرات آب یک مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد.

تغذیه آب های زیرزمینی

تغذیه آب های زیرزمینی (Groundwater recharge‎) یا زهکشی عمیق یا نفوذ عمقی آب فرآیندی است که در آن آب از سطح زمین رو به پایین به سمت آب های زیرزمینی حرکت می کند. این فرآیند معمولا در منطقه vadose (قسمتی از زمین که بین سطح زمین و آب های زیر زمینی قرار دارد)، زیر ریشه های گیاه رخ می دهد و اغلب به عنوان منبع ریزش (آب) برای سطح سفره های آب در نظر گرفته می شود. تغذیه آب های زیر زمینی، هم به صورت طبیعی (از طریق چرخه آب) و هم از طریق فرآیندهای انسان - محیطی (به عنوان مثال، «تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی»)، که در آن آب باران یا آب تصفیه شده به سطوح زیرین زمین هدایت می شود، صورت می گیرد. آب های زیر زمینی تمیز اند وقابل آشامیدن می باشند.

فرآیندها

آب های زیرزمینی به طور طبیعی توسط باران و برف ذوب شده و تا حدی هم توسط آب های سطحی (رودخانه ها و دریاچه) تغذیه می شوند. برخی از فعالیت های انسان از جمله فرش کردن کف زمین، توسعه، یا کندن کنده درختان، ممکن است تا حدودی مانع تغذیه طبیعی زمین شوند. این فعالیت ها باعث از دست دادن خاک سطحی و در نتیجه کاهش نفوذ آب، افزایش رواناب سطحی و کاهش تغذیه می شوند. استفاده از آب های زیرزمینی، به ویژه برای آبیاری، همچنین ممکن است سفره های آب را کاهش دهد. تغذیه آب های زیرزمینی در مدیریت پایدار آب های زیرزمینی فرآیند مهمی است، چرا که در دراز مدت، میزان حجم آب جمع شده در سفره آب، باید کمتر یا مساوی حجم آب شارژ شده باشد. تغذیه به حرکتنمک اضافی جمع شده در ناحیه ریشه به لایه های عمیق تر خاک، یا به سیستم آب زیرزمینی کمک می کند. ریشه های درختان، موجب اشباع در آب های زیرزمینی می شوند که این باعث کاهش رواناب می شود. سیل با حرکت خاک رس پایین دست، نفوذپذیری بستر رودخانه را به طور موقت افزایش می دهد، و این امر موجب افزایش شارژ آبخوان (سفره) می شود. اهمیت تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی در هند به طور فزاینده ای در حال رشد است، زیرا در هند پمپاژ آب های زیرزمینی توسط کشاورزان، موجب خالی شدن منابع زیرزمینی شده است. در سال ۲۰۰۷، دولت هند، بنابر توصیه های مؤسسه بین المللی مدیریت آب، ۱۸۰۰ کرور روپیه (معادل ۴۰۰ میلیون دلار، هر یک کرور برابر ۱۰ میلیون واحد است) اختصاص داد به تأمین مالی پروژه های تغذیه چاه (گسترده، کم عمق، که معمولاً با بتن اندود می شود)، که در ۱۰۰ حوزه در هفت ایالتی که در آن از آب ذخیره شده سفره های سنگ سخت بیش از بهره برداری شده بوده است. مسئله زیست محیطی دیگر، دفع زباله از طریق جریان آب مانند مزارع لبنیات، صنایع، و رواناب شهری است.

تالاب

تالاب، به حفظ سطح سفره آب و اعمال کنترل بر روی آغاز هیدرولیک کمک می کند، در واقع نیروی لازم برای تغذیه آب های زیرزمینی و تخلیه به آب های دیگر را نیز به خوبی فراهم می کند. میزان تغذیه آب های زیرزمینی توسط یک تالاب به خاک، پوشش گیاهی، سایت، نسبت محیط به حجم و شیب سفره آب بستگی دارد. تغذیه آب های زیرزمینی، در درجه اول، از طریق خاک های معدنی لبه های تالاب صورت می گیرد. خاک زیرین اکثر تالاب ها، نسبتا نفوذ ناپذیر است. نسبت بالای محیط به حجم، از جمله در تالاب کوچک، بدان معنی است که سطح نفوذ آب به آب های زیرزمینی، بالا است. تغذیه آب های زیرزمینی در تالاب های کوچک مانندچاه های چمنزاری معمول است، که می تواند طور قابل توجهی به تغذیه منابع آب زیرزمینی منطقه ای کمک کند. بر اساس تحقیقات، در هر فصل، تغذیه آب های زیرزمینی تا ۲۰ درصد از حجم تالاب صورت می گیرد.

منبع: ویکی‎پدیا