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 چرخه آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود ۵۰ درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آب‌های زیرزمینی هستند.

لایه آب‌دار

بخشی از آب‌های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط مخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کند. لایه‌های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان‌های مختلف بوجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی و ... باعث می‌شود بخش‌های مختلف فضای زیرزمین ظرفیت‌های 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 آبخوان نامیده می‌شوند. به دلیل نفوذپذیری بیشتر این لایه‌ها، بخش اعظم آب نفوذ کرده در عمق زمین به صورت طبیعی جذب آن‌ها می‌شود. بسته به شرایط احاطه کننده آن، یک لایه آب‌دار می‌تواند مانند یک مخزن زیرزمینی آب را ذخیره یا مانند یک رودخانه زیرزمینی آب را به لایه‌های مجاور و عمیق‌تر منتقل نماید. ابعاد این مخازن یا رودخانه‌های زیرزمینی می‌تواند از چند ده متر تا چند صد کیلومتر متفاوت باشد. به دلیل وابستگی شدید انسان به منابع زیرزمینی آب، شناسایی، مطالعه و مدیریت لایه‌های آب‌دار دارای اهمیت بسیار است.

مخاطرات آب‌های زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح یا عدم درک میزان آسیب‌پذیری سریع آبهای زیرزمینی، سهل‌انگاری‌های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها، از محل‌های دفن زباله یا سیستم‌های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند. آبهای زیر زمینی در طی روند نفوذ خود به لایه‌های آبدار بسته به نوع خاک و آلاینده‌های موجود در خاک ممکن است حاوی مواد معدنی و آلی شوند. به عنوان مثال زمینهای آهکی چون دارای کربنات و بی کربنات هستند، آبهایی که از این نوع زمینها نفوذ می‌کنند حاوی کربنات و بی کربنات بوده و سختی آب را بالا می‌برند. یا اینکه در اثر نفوذ مواد آلاینده نظیر آلاینده‌های نفتی در سطح زمین یا چاه‌های جذبی فاضلاب ممکن است در اثر نفوذ، این مواد به سطح آب‌های زیر زمینی رسیده و منبع آب را آلوده نمایند.

برداشت بیش از حد یا سفره آب افت‌کننده

منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند؛ بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورهای جهان برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر گرانش به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، قنات‌ها و چشمه‌های آن است.

در سال ۲۰۰۵ (میلادی) چین، هند و ایران رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه چناران در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوچک اما بسیار پراهمیتی برای کشاوزی است، در سالهای پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین ۲٫۸ متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تأمین آب کشاوزی و همچنین تأمین آب آشامیدنی شهر مشهد عامل این اتفاق بوده‌اند.

اشکال مختلف آب‌های زیرزمینی

اشکال مختلف ظهور آب در زیرزمین

• آب هیگروسکوپی: آبی است که به صورت قطره‌های ریز در اطراف دانه‌های رسوب می‌چسبد.
• آب غشایی: آبی است که به صورت یک قشر نازک، اطراف دانه‌های رسوب را می‌پوشاند.
• آب ثقلی: آبی است که اطراف و بین دانه‌های رسوب را پر می‌کند و اگر امکان حرکت برایش وجود داشته باشد از محل خود تحت تأثیر نیروی چاذبه زمین یا ثقل، حرکت کرده و جریان می‌یابد.
• آب مویینگی: بخشی از آب است که بر روی سطح آب زیرزمینی و سوار برآن، در میان رسوبات دانه ریز قرار می‌گیرد. رسوبات دانه ریز، فضای لوله مانند و پیچ و خم داری ایجاد می‌کنند که تحت تأثیر نیروی موئینگی، بخشی از آب زیرزمینی را در خلاف جهت نیروی ثقل تا ارتفاع چندین متری به بالا می‌کشند. ضخامت آب موئینگی به قطر دانه‌های رسوب بستگی داشته و هرچه دانه‌های رسوب ریزتر باشند ضخامت قشر موئینگی نیز بیشتر خواهدبود.

 

 

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات

اهمیت استفاده از آبهای زیر زمینی

تاریخچه استفاده از آب زير زمینی

فصل دوم: آب در زمین و لایه های آبدار

منافذ موجود در سنگ ها

تخلخل

عوامل مؤثر بر تخلخل در رسوبات سخت نشده

عوامل مؤثر بر تخلخل در سنگ ها

نسبت پوکی

دانه بندی رسوبات

ضريب يکنواختی

پخش آب در زمین

و...

فصل سوم: چریان آب زیرزمینی

مقدمه

قانون حاکم بر حرکت آب در زیر زمین

خط جریان

جریان یکنواخت

جریان غیر یکنواخت

جریان ماندگار

قانون دارسی

بار فشار

بار ارتفاع

بار کل

گرادیان هیدرولیکی

دبی یا گذر حجمی جریان

و...

فصل چهارم: مطالعه خصوصیات هیدرولیکی لایه های آبدار

ضرایب هیدرودینامیک

افت سطح آب

سطح دینامیک

سطح استاتیک

مخروط افت

منطقه تاثیر

شعاع تاثیر متعادل

معادلات جریانهای شعاعی اطراف چاهها

جریان ماندگار در چاه حفر شده در لایه آبدار تحت فشار

جریان غیر ماندگار

و...

فصل پنجم: 

راههای بهره برداری از منابع آب زیرزمینی

مقدمه

چاه آب

چاههای عمیق به دو روش ضربه ای و دورانی حفر می شون

حفاری ضربه ای

ابزار حفاری ضربه ای

معايب روش حفاری ضربه ای

عوامل مؤثر در سرعت حفاری دورانی

تکمیل و تجهیز چاه

و...

فصل ششم: کیفیت آب زیرزمینی

مقدمه

منابع شوری آب

واحدهای اندازه گیری

کل مواد محلول و هدایت الکتریکی

سختی کل

نمودارهای شیمی آب

و...

فصل هفتم: تغذیه مصنوعی

مقدمه

هدفهای تغذیه مصنوعی

روش های تغذیه مصنوعی

روشهای افزایش تراوش

روشهای پخش سطحی

و...

فصل هشتم: نفوذ آب شور در لایه های آبدار ساحلی

مقدمه

موقعیت مرز آب شیرین و شور

عوامل مؤثر بر نفوذ آب شور

تشخیص نفوذ آب دریا در لایه های آبدار ساحل

راههای جلوگیری از پیشروی آب شور

و...

فصل نهم: استفاده از مدلها در مطالعه آبهای زیر زمین

مقدمه

مدل های ریاضی

مدل های ماسه ای

مدلهای سیال ویسکوز

و...

فصل دهم: اکتشاف منابع آب زیرزمینی

مقدمه

مراحل اکتشاف منابع آب زیرزمینی

نقشه ها و مقاطع ژئوالکتریک

موارد كاربرد نیم رخ هاي ژئوالكتريك

و...