دید کلی

آبهای زیرزمینی بطور طبیعی ، و بطور کلی تحت اثر وزن خود از نقاط مرتفع به سوی نقاط پست حرکت می‌کنند. حرکت افقی آب در زیر زمین اغلب بسیار آهسته‌تر از رودخانه‌هاست، به نحوی که سرعت آب در رودخانه‌ها را با متر در ثانیه می‌سنجند در حالی که سرعت آبهای زیرزمینی با سانتیمتر در روز و حتی متر در سال سنجیده می‌شود.

جابجایی آب در زیر زمین

در تجزیه و تحلیل حرکت آب زیرزمینی ، مسیر واقعی پرپیچ و خم مولکولهای آب از خلال منافذ رسوبات و درز و شکاف سنگها را به صورت مسیرها صافی در نظر می‌گیرند، بطوری که گویی مولکولهای آب مستقیما از درون ذرات جامد عبور می‌کند. خطوط صاف مسیر حرکت مولکولهای آب را اصطلاحا «خط جریان» می‌گویند. جریان آب زیرزمینی معمولا به‌صورت یکنواخت و ماندگار است. با استفاده از ارتفاع سطح آب در چاههایی که در یک سفره حفر شده‌اند می‌توان «نقشه خطوط تراز ایستایی» را تهیه کرد.

این گونه نقشه‌ها از نظر مطالعه حرکت آب در زیر زمین و کسب اطلاعات در مورد سفره آب زیرزمینی بسیار مفید است. خطوط تراز ابهای زیرزمینی را خطوط هم پتانسیل نیز می‌گویند. جهت جریان آب زیرزمینی و نحوه ارتباط آب زیرزمینی با رودخانه‌ها و دریاچه ها را مشخص کرد، جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی را همچنین می‌توان بوسیله «رویابها» نیز مشخص کرد. به این منظور مقداری مواد رنگی ، مواد نمکی یا مواد رادیواکتیو را به آب چاه افزوده و زمان دریافتشان را در چند چاه مجاور مشخص می‌کنند. به ‌این وسیله ، با در دست داشتن فاصله چاهها از یکدیگر جهت و سرعت حرکت آب زیرزمینی معلوم می‌شود.

عوامل موثر در سرعت آب زیرزمینی

• شیب آبی :
  شیب آبی یا گرادیان هیدرولیک بین دو نقطه از سطح ایستایی عبارت از نسبت بین اختلاف ارتفاع دو نقطه به فاصله بین آن دو نقطه است و منعکس کننده کاهش بار ناشی از اصطکاک در طول حرکت آب بین آن دو نقطه می‌باشد.
  
  
• نفوذپذیری :
  
  نفوذپذیری به معنی قابلیت عبور آب از زمین است. نفوذپذیری علاوه بر اندازه فضاهای خالی سنگ وخاک به ارتباط بین آن فضاهای خالی با یکدیگر نیز بستگی دارد. سنگی که تخلخل زیادی دارد، اگر منافذ آن به هم ، راه نداشته ‌باشند، غیر قابل نفوذ خواهد بود. نفوذپذیری خاک و سنگ را به روشهای مختلفی در صحرا و آزمایشگاه می‌توان تعیین کرد. رایجترین روش صحرایی تعیین نفوذپذیری استفاده از آزمایش پمپاژ و در آزمایشگاه بکارگیری آزمایشهای «بار ثابت» ، «بارافتادن» یا «بارخیزان» است. در خاکها ، یکنواخت نبودن و حالت لایه‌لایه تاثیر مهمی بر نفوذپذیری دارد. به نحوی که معمولا نفوذپذیری افقی مصالح به مراتب بیشتر از نفوذپذیری قائم در آنهاست.
  
  در اغلب شرایط ، نفوذپذیری سنگها تابعی از وضعیت درزها و شکستگیهایشان ، از جمله فاصله آنها از یکدیگر ، مقدار باز شدگی و پر شدگی آنها و بالاخره اندازه حفرات و نحوه توزیع آنها است. به دلیل نامنظم بودن این اشکال و عدم تداومشان در سنگ ، اغلب ممکن است برآورد نفوذپذیری سنگ با خطای قابل ملاحظه‌ای همراه شود. نفوذپذیری یکی از مهمترین پارامترهای تعیین‌کننده ویژگیهای مصالح است. بالارفتن آب به خلاف نیروی گرانشی و بر اثر نیروی موئینه ، شسته شدن رسوبات ریز از میان رسوبات درشت و ایجاد پدیده رکاب و بالاخره از دست رفتن مقاومت برخی خاکها بر اثر بارگذاری ناگهانی به‌ روی آنها ، هم در ارتباط با نفوذپذیری مصالح ایجاد می‌شود.

تخلیه طبیعی آب از زیر زمین

آبی که در زیر زمین حرکت می‌‌کند سرانجام بطور طبیعی از زیر زمین خارج می‌شود. با نزدیک شدن سطح ایستابی به سطح زمین ، آب زیرزمینی مستقیما از طریق خاک تبخیر می‌شود یا جذب گیاهان شده و بر اثر عمل تفریق به اتمسفر باز می‌گردد. در پاره‌ای از نقاط ، با نزدیک شدن سطح ایستایی به سطح زمین و تبخیر آب یک منطقه تبخیری و شوره‌زار بوجود می‌آید. بخش مهمی از آبهای زیرزمینی مستقیما وارد آبهای سطحی ، یعنی رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و دریاها می‌شود. رودخانه‌هایی که آب زیرزمینی را زهکشی می‌کنند «رود زاینده» یا آبزا نامیده می‌شوند.

چشمه

هر جا که سطح ایستایی ، سطح زمین را قطع نماید، آب به‌صورت جریان سطحی تخلیه می‌شود. اگر مقدار تخلیه کم یا در سطح وسیعی پخش شده‌ باشد «سطح تراوش» ایجاد می‌شود. آبهای زیرزمینی بصورت «چشمه» نیز از زمین خارج می‌شوند. چشمه نوعی تخلیه طبیعی آب زیرزمینی است که بصورتی متمرکز رخ می‌دهد.

تقسیم‌بندی چشمه‌ها

• چشمه‌های ثقلی :
  
  آنهایی هستند که در شرایط مناسب ، بر اثر جریان آب بوسیله نیروی گرانشی ، در سطح زمین ظاهر می‌شوند. وقتی سطح ایستایی به‌هر علتی به وسیله سطح زمین قطع شود ممکن است یک چشمه تشکیل شود. از این رو به چشمه‌های ثقلی «چشمه‌های سطح ایستایی» هم می‌گویند. در شرایطی که یک لایه نسبتا قابل نفوذ آبدار در روی یک لایه تقریبا غیر قابل نفوذ ، که توسط سطح زمین قطع گردیده، قرار بگیرد، چشمه تشکیل می‌شود. همچنین وقتی یک سفره آب زیرزمینی به وسیله یک مجرا به سطح زمین راه یابد، چشمه تشکیل می‌شود. آبهای زیرزمینی موجود در سنگهای آهکی ، که گاهی منابع بسیار بزرگی را تشکیل می‌دهند، ممکن است چشمه‌های پر آب بوجود آورند.
  
  
• چشمه‌های غیر ثقلی :
  
  یا چشمه‌های آرتزین آنهایی هستند که آبشان با فشاری بجز فشار هیدرواستاتیک به خارج رانده می‌شود. منبع تامین فشار در این چشمه‌ها معمولا فرآیندهای درونی زمین است. آب این نوع چشمه‌ها معمولا گرمتر از چشمه‌های معمولی و حاوی مواد معدنی بیشتر است. به‌همین جهت به «چشمه‌های آب گرم» یا «چشمه‌های معدنی» نیز معروفند. چشمه‌های آب معدنی در ایران فراوان‌اند. نوعی از چشمه‌های آب گرم به آبفشان معروف‌اند. آب آبفشانها به تناوب و با نیروی زیاد به بیرون می‌جهد.

فرسایش و رسوبگذاری توسط آبهای زیرزمینی

آبهای زیرزمینی نیز در ضمن حرکت خود تغییرات زیادی را بوجود می‌آورند. آبهای زیرزمینی به علت سرعت بسیار کمشان نمی‌توانند، همانند رودخانه‌ها ، از راه سایش با کندن مستقیم سنگها باعث فرسایش زمین شوند. ولی قادرند به تدریج مقادیر بسیار زیادی از مواد را حل کرده با خود ببرند و در مقاومت مواد تاثیر منفی بگذارند. در شرایط مناسب با اتصال مجراهای انحلالی و فراختر شدن آنها «غار» تشکیل شده و جریانهای رودخانه‌ای زیرزمینی ایجاد می‌شود. عمل انحلال بیشتر در امتداد درزها ، گسل‌ها یا سطوح لایه بندی سنگها ، مخصوصا سنگهای آهکی ، انجام می‌شود. در اغلب موارد کف غار از واریزه‌های سقف آن پوشیده شده‌است. در صورتی که غارها و حفرات به اندازه کافی به سطح زمین نزدیک باشند فروریزش آنها حفراتی را در سطح زمین ایجاد می‌کند. که به آنها «توپوگرافی کارستی» گفته می‌شود.

مواد محلولی که بوسیله آبهای زیرزمینی جابجا می‌شوند ممکن است با تغییر شرایطی چون تغییر فشار و دما ، افزایش مواد محلول ، تبخیر آب ، فعالیت باکتریها و غیره ، در نقاط دیگری بار دیگر رسوب کنند. به این ترتیب ممکن است موادی مثل کلسیم کربنات ، سیلیس و اکسید آهن در لابه‌لای رسوبات دیگر ته‌نشین شوند و ذرات ناپیوسته آن رسوبات را به‌هم بچسبانند و سنگ متراکم و یکپارچه‌ای را بوجود آورند. به این مواد اصطلاحا «سیمان» گفته می‌شود. مواد محلولی که بوسیله آبهای زیرزمینی حمل می‌شوند، گاهی نیز ممکن است جانشین مواد دیگر شوند. یعنی آب زیرزمینی همزمان با حمل کردن مواد موجود ، مواد جدیدی را به جای آن ته‌نشین سازد. رسوب مواد محلول در آب زیرزمینی ، در سقف و کف غارها اغلب قندیلها و اشکال جالبی را بوجود می‌آورد.

وقتی آبهای زیرزمینی در سطح زمین ظاهر می‌شوند ممکن است بخشی از مواد محلول خود را در محل ظهور باقی بگذارند. این گونه رسوبات ، به‌خصوص بوسیله چشمه‌های معدنی فراوان تشکیل می‌شود. یکی از رسوباتی که در دهانه اغلب چشمه‌های معدنی یافت می‌شود. کربنات کلسیم در دهانه چشمه‌ها را ممکن است بر اثر خروج گاز > حفره‌دار نیز شده‌ باشند، تراورتن می‌نامند. تراورتن به‌دلیل سهولت دسترسی و سادگی برش ، به مقدار زیاد به عنوان روکار بناها استفاده می‌شود.

فهرست مطالب:

مقدمه

قانون حاکم بر حرکت آب در زیرزمین

خط جریان

جریان یکنواخت

جریان غیر یکنواخت

جریان ماندگار

قانون دارسی

بار فشار

بار ارتفاع

بار کل

گرادیان هیدرولیکی

دبی یا گذر حجمی جریان

حدود اعتبار قانون دارسی

عدد رینولدز

نفوذ پذیری

ساخت فلسی

نفوذ پذیری قائم و افقی

ضریب آبگذری

ردیاب

اهمیت ردیابها

پدیده پراکندگی

پراکندگی طولی و جانبی ردیاب

ویژگیهای ردیابها

نقشه های تراز آب زیرزمینی

و...