تغییرات سطح آب زیرزمینی

تغییرات سطح آب زیرزمینی

هر پدیده ای که باعث بوجود آمدن تغییر در فشار آب زیرزمینی گردد موجب تغییر در سطح آب زیرزمینی خواهد شد. اختلاف بین برداشت و جانشینی آب زیرزمینی موجب نوسانات سطحی آن خواهد شد. تغییرات در جریانات رودخانه ها رابطه نزدیکی با تغییر سطح آب خواهد داشت. عوامل دیگری که موجب تغییرات در سطح آب زیرزمینی می توانند باشند عبارتند از پدیده جزر و مد ، متئورولوژی ، زلزله ،ایجاد بار اضافی در یک منطقه و بالاخره نشست در سطح زمین می تواند موجب تغییر در شرایط آب زیرزمینی شود.

 

تغییرات سطح آب زیرزمینی با زمان Time Variations of Level

تغییر طولانی مدت : Secular Variations

این نوع تغییرات سطح آب زیرزمینی شامل پریود های چندین ساله یا بیشتر از آن می باشد. دوره هایی از سال های خشک و مرطوب که طی آن ها مقدار بارش بالا یا پایین میانگین بوده می توانند نوسانات دراز مدت سطح را به وجود بیاورند.

اما اگر از آب زیرزمینی برداشت شود باید توجه شود که اگر استخراج آب های زیرزمینی از حوضه بیشتر از مقدار تغذیه باشد ممکن است روند افت سطح آب های زیرزمینی برای سال ها ادامه پیدا کند. برای مثال استفاده بیش از یک قرن از سفره آبدار ماسه سنگ در منطقه متروپلتن شیکاگو باعث افت سطح پیزومتریک حداکثر تا 180 متر گردیده است.

 

تغییرات فصلی : (Seasonal Variations)

بیشتر آب های زیرزمینی نوسانات فصلی نشان می دهند. این نوسانات بیشتر متأثر است از بارش پمپاژ برای مصارف کشاورزی که به خوبی با تغییرات فصلی مطابقت دارند.

بالاترین سطح آب معمولا در فصل بهار و پایین ترین سطح آب زیرزمینی در زمستان اتفاق می افتد. در مناطقی که زمستان ها آب یخ نمی بندد  پمپاژ برای مصارف کشاورزی انجام می گیرد پایین ترین سطح معمولاً در آخرین روز های فصل آبیاری صورت می گیرد. شدت و ضعف نوسانات به مقدار تغذیه ، میزان پمپاژ و نوع سفره بستگی دارد که معمولاً در سفره تحت فشار بیشتر از سفره آبدار آزاد می باشد.

 

سطح آب زیرزمینی و جریان رودخانه Stream Flow and G.W Level

در منطقه ای که رودخانه یا کانال در برخورد مستقیم با سفره آزاد است ممکن است آب زیرزمینی از آب رودخانه تغذیه کند و یا اینکه از آب زیرزمینی به آب رودخانه یا کانال اضافه گردد (تخلیه گردد) که این ارتباط بستگی به سطح آب زیرزمینی و سطح جریان آب رودخانه دارد. رودخانه دریافت کننده آب زیرزمینی Gaiving Stream نامیده می شود و رودخانه ای که آب زیرزمینی از آن تغذیه می کند به نام Losing Stream نامیده می شود.

اغلب یک رودخانه تغذیه کننده آب زیرزمینی می باشد ولی ممکن است دریافت کننده آب زیرزمینی یا به عبارتی عامل تخلیه آب زیرزمینی هم باشد.

 

دخیره کنار رودخانه (Bank Storage)

طی دوره سیلاب سطح آب زیرزمینی بطور موقت در نزدیکی رودخانه یا کانال بوسیله جریان آب به زمین از طریق رودخانه افزایش می یابد. حجم آبی که بعد از سیلاب در نتیجه نفوذ یا زهکشی آب از نزدیک رودخانه اتفاق می افتد به نام ذخیره ساحلی یا ذخیره کنار رودخانه نامیده می شود. البته داده های صحرایی به آن حد نیست که مقدار ذخیره ساحلی و مقدار آب جریان یافته به داخل سفره و یا تخلیه شده از آن را حساب کرد.

 

نوسانات در اثر تبخیر و تعریق : Fluctuationa due to Evapotranspiration

سفره آبدار آزاد با سطح ایستابی نزدیک به سطح زمین نوسانات دوره ای را نشان می دهد که به تبخیر و تعریق موجود در منطقه مربوط می شود که هر دو این فرآیند سبب تبخیر آب زیرزمینی به اتمسفر شده و مقدار آن به درجه حرارت ، نزدیکی سطح آب زیرزمینی به سطح زمین و ساختمان خاک دارد.

 

تأثیر تبخیر :

اندازه گیری صحرایی تبخیر از آب زیرزمینی با استفاده از یک تانک پرشده از خاک یا لایسه متر (Lisimeters) انجام گرفته و در این سطح آب زیرزمینی در عمق مشخص نگه داشته شده و نتیجه تبخیر به عنوان درصد تبخیر از سطح تشتک بیان می شود.

 

تأثیر تعریق :

در منطقه ای که ریشه گیاهان به لایه های آبدار اشباع شده می رسد مقدار آبی که توسط ریشه به بالا کشیده می شود مقدار تعریق را نشان می دهد. لازم به ذکر است هر قدر که ریشه گیاه دراز تر باشد می تواند از عمق های بیشتری آب زیرزمینی را بالا بکشد. شدت نوسانات تعریق بستگی به نوع گیاه ، فصل ، درجه حرارت و سرعت وزش باد دارد. بطوری که در یک روز گرم و بادی بیشترین افت و در روز سرد و ابری کمترین افت را نشان می دهد.

 

تأثیر تبخیر و تعریق :

از نقطه نظر عملی معمولاً مشکل است که تأثیر تبخیر و تعریق را کاملاً از همدیگر جدا کرد. بنابراین تأثیر هر دوی این عوامل بطور یکجا و مشترک محاسبه می شود. تغییرات تبخیر و تعریق با توجه به عمق در سه نوع زمین از نظر پوشش بررسی می گردد.

 

نوسانات بر اثر پدیده های متئورلوژیکی :

فشار اتمسفر :

تغییرات فشار اتمسفر نوساناتی را در چاهی که به سفره تحت فشار نفوذ کرده است نشان می دهد. رابطه بین فشار اتمسفر و سطح آب زیرزمینی رابطه ای معکوس است و افزایش فشار اتمسفر باعث کاهش در ارتفاع سطخ آب می شود و برعکس.

 

بارش :

بارش در سفره های نزدیک به سطح زمین نوسانات سریعی را در سطح آب زیرزمینی ایجاد می کند ولی در سفره هایی که در عمق بیشتری از سطح زمین قرار دارند این نوسانات سریع و آنی نبوده و نمی تواند با زمان بارش مطابقت کند و این بخاطر طولانی بودن زمان نفوذ آب حاصل از بارش به سفره و همچنین از دست رفتن مقدار آب حاصل از بارش در سطح زمین می باشد. وقتی که مقدار رطوبت سازند های بالای سفره آبدار کمتر از مقدار نگهداری ویژه آن ها باشد سطح آب زیرزمینی به تغذیه سفره از آب باران جواب نخواهد داد تا اینکه مقدار آب از نگهداری ویژه بیشتر شده و بتواند به سفره نفوذ کند. مقدار بالا آمدن سطح آب از رابطه زیر بدست می آید.

 در رابطه فوق : I_e  مقدار نفوذ پذیری مؤثر و S_y مقدار آبدهی ویژه را نشان می دهد.

 

وزش باد :

نوسانات کمّی در سطح آب زیرزمینی در اثر وزش باد در بالای چاه های آب ایجاد می شود. وقتی باد شدید یا طوفان اتفاق می افتد ایجاد خلاء در چاه را باعث می شود در نتیجه فشار کم شده و سطح آب بالا می آید و بعد از آرام شدن باد دوباره فشار بالا رفته و در نتیجه سطح آب پایین می رود.

 

نوسانات در اثر جزر و مد :

در مناطق ساحلی ، جایی که آب زیرزمینی با آب دریا در ارتباط است نوسانات سینوسی آب زیرزمینی در اثر جزر و مد دریا صورت می گیرد. اگر چه در سفره های تحت فشارِ دور از دریا نیز که در حد وسیعی گسترش یافته است نوساناتی در اثر جزر و مد زمین مشاهده است.

 

نوسانات در اثر زلزله :

مشاهدات نشان می دهد که زلزله تأثیرات مختلفی بر آب زیرزمینی دارد. بیشتر علایم ظاهری عبارتست از افت و یا بالا آمدن ناگهانی سطح آب زیرزمینی در چاه ها ، تغییرات در تخلیه چشمه ها ، ظهور چشمه های جدید و فوران آب و گل به بیرون از زمین. معمولاً تکان های زلزله باعث نوسانات خیلی ضعیف (Hydroseisms) در چاه هایی که به سفره های تحت فشار نفوذ کرده اند می باشد. برای مثال زلزله بسیار شدید آلاسکا در ماه مارس سال 1964   (8/8 – 4/8 ریشتر) باعث نوسانات شدید سطح آب زیرزمینی در امریکا گردید که بیشترین مقدار آن در چاهی در جنوب داکاتا بیش از 7 متر گزارش شد.

 

نوسانات در اثر افزایش بار :

وقتی تغییراتی در بار منطقه اتفاق می افتد خواص الاستیکی سفره تحت فشار موجب تغییر در فشار هیدرواستاتیک آن می شود. برای مثال وقتی چاهی در نزدیکی راه آهن باشد حرکت قطار در نزدیکی چاه می تواند باعث نوسانات در سطح آب زیرزمینی در سفره های تحت فشار گردد.

 

اثرات نامطلوب نوسانات آب زیرزمینی :

خشک شدن آب قنات ها ، چشمه ها و غیر اقتصادی شدن پمپاژ :

حفر بی رویه چاه های عمیق و نیمه عمیق و استفاده بیش از حد از آن ها موجب پایین رفتن شدید سطح آب های زیرزمینی و درنتیجه موجب خشک شدن قنات ها و    چشمه ها می گردد. بطوری که این روند در بیست سال اخیر در ایران موجب خشک شدن حداقل نیمی از قنات ها گردیده است. اگر قنات بر اثر خشکسالی کم آب و یا خشک شود شاید با ادامه حفر در جهت منشاء قنات بشود آن را آبدار کرد ولی وقتی در اثر حفر چاه های عمیق کم آب یا به کلی خشک شود دیگر آبدار کردن چنین قناتی مشکل و یا غیر ممکن است.

هرچه سطح آب زیرزمینی به سطح زمین نزدیک تر باشد هزینه استخراج یا پمپاژ آب کمتر و در نتیجه اقتصادی تر می شود اما اگر بر اثر برداشت زیاد سطح آب زیرزمینی خیلی پایین برود شاید دیگر پمپاژ یا اسخراج آب زیرزمینی اقتصادی نباشد.

 

پشروی آب شور در سفره آب زیرزمینی :

بر اثر برداشت بیش از حد آب شیرین از سفره های ساحلی و جزایر و نیز در حواشی کویر ها ممکن است سطح آب زیرزمینی شیرین آنقدر پایین برود که آب شور وارد چاه شود. پمپاژ بیش از حد باعث آلوده شدن لایه آبدار می گردد که شیرین کردن مجدد آن بسیار دشوار و پر هزینه و در مواردی هم غیر ممکن است.

 

نشست زمین :

تغییر در سطح آب زیرزمینی و یا شرایط رطوبت زیر سطح زمین باعث نشست زمین  می گردد. اخیراً استخراج شدید از منابع آب زیرزمینی تأثیرات محیطی نامطلوبی را ایجاد کرده است.