آبهای زیر زمینی
آبهای زیر زمینی به آن بخش از آبهای زیرسطحی گفته میشود که منطقه اشباع خاک را اشغال میکند. هدف اصلی رفتارسنجی کمی آبهای زیر زمینی، بررسی و تعیین میزان اثرات عوامل مختلف موثر در رفتار آبخوانها است که به صورت تغییرات سطح آبهای زیر زمینی از نظر زمانی و مکانی ظاهر میشود. این تغییرات یا ناشی از عوامل طبیعی و اقلیمی است یا متاثر از تنشهای مصنوعی وارد بر آبخوانها. اهداف رفتارسنجی، معمولاً متاثر از اهداف مطالعه و تحقیق بوده و نتایج آن میتواند در سطح محلی، منطقهای و ملی مطرح شود.
آبخوان
سازند زمین شناسی زیر سطحی که آبهای زیر زمینی را ذخیره کرده و از خود عبور میدهد، آبخوان نامیده میشود.
آب زیرزمینی معلق یا آویزان
آب، مجزای مداومی است که بالای سطح ایستابی اصلی به صورت معلق مانده باشد. این آب به صورت معلق و عدسی شکل، معمولاً با ابعاد کوچک روی لایهای ناتراوا یا کم تراوا بین سطح زمین و سطح ایستابی آبخوان اصلی قرار گرفته است.
رفتارسنجی آبهای زیر زمینی
مجموعه اعمالی که با هدف ثبت اطلاعات مختلف، کنترل نوسانات سطح آب و پیشبینی رفتار سامانه (سیستم) آب زیر زمینی انجام میگیرد، رفتارسنجی آبخوان را تشکیل میدهد. به عبارت دیگر رفتارسنجی آبخوانها، دریافت مجموعه اطلاعات آبهای زیر زمینی شامل عمق، گستردگی، کمیت، کیفیت، حرکت، چگونگی استفاده و تغییرات نسبت به زمان را در بر میگیرد.
رفتارسنجی کمی آبهای زیر زمینی
بررسی مجموعه عوامل موثر در رفتار کمی سامانه آب زیر زمینی، رفتارسنجی یا پایش کمی آب زیر زمینی نامیده میشود.
تراز آب زیر زمینی
ارتفاع سطح آب آزاد از سطح مرجعی که اختیاری انتخاب شده، تراز آب یا ارتفاع آب نام دارد (در ایران، سطح متوسط آب خلی جفارس در بندر شهید رجایی به عنوان سطح مبنا یا مرجع انتخاب میشود).
منابع اندازهگیری آبهای زیر زمینی
منابعی شامل چاه، قنات و چشمه که با هدف جمع آوری اطلاعات عوامل موثر در رفتار آبخوانها، به طور منظم و مستمر مشاهده میشوند، منابع اندازهگیری آب زیر زمینی را تشکیل میدهند.
منابع انتخابی معرف بهرهبرداری آبهای زیر زمینی
منابع انتخابی معرف بهرهبرداری آب زیر زمینی، چاهها، قناتها و چشمههایی هستند که به عنوان معرف از بین مجموعههای دارای خصوصیات مشابه، از جمله تغییرات آبدهی، نوع مصرف انتخاب شده است. آبدهی آنها به صورت مستمر اندازهگیری و از نتایج حاصل، به منظور برآورد میزان دقیقتری از تخلیه آب زیرزمینی این مجموعههای مشابه استفاده میشود. به عبارت دیگر، چاهها، قناتها و چشمههای معر ف یا انتخابی، شبکه اطلاعات مستمر آبدهی آب زیر زمینی را تشکیل میدهند.
ذخیره آب زیر زمینی
ذخیره آب زیر زمینی مقدار آبی است که در دورههای هیدرولوژی یا مرحلهای از آن به صورت آبهای زیر زمینی در آبخوان انباشته شده و با روشهای معمولی قابل برداشت است. در مورد آبخوانهای کارستی، بخشی از ذخیره میتواند در ناحیه غیر اشباع یا ناحیه تهویه نیز ذخیره شود که این قسمت را اصطلاحاً اپی کارست مینامند.
نوسان سطح آبهای زیر زمینی
اختلاف بار هیدرولیکی بالاترین و پایینترین نقاط متوالی آب نمود سطح ایستابی (در آبخوان آزاد) و سطح پیزومتریک (در آبخوان تحت فشار) را نوسان سطح آب زیر زمینی گویند. برآیند عمومی نوسانات سطح آب زیرزمینی یک آبخوان در دورههای متوالی و طولانی مدت میتواند بالارونده، کاهشی یا متعادل باشد. این حالتها حاصل تفاوت بین تغذیه آبخوان با تخلیه و برداشت از آن است.
جریان آب زیر زمینی
حرکت آب در یک آبخوان را که با کاهش انرژی یا پتانسیل همراه است، جریان آب زیر زمینی مینامند.
ضوابط طراحی شبکه اندازهگیری سطح آب زیر زمینی
شبکه اندازهگیری سطح آب زیر زمینی آبخوان یک منطقه، زمانی کارآمد و مناسب خواهد بود که علاوه بر نشان دادن سطح آب واقعی فعلی آبخوان، نوسانات سطح آب را نیز که ناشی از تاثیر عوامل طبیعی و حتی تنشهای مصنوعی است، بتواند نشان دهد. به علاوه، شبکهای مناسب است که با حداقل تراکم، حداکثر اطلاعات مورد نیاز را در گستره آبخوان ارائه نماید.
طراحی یک شبکه مناسب اندازهگیری سطح آب زیر زمینی، دارای ضوابطی است که این ضوابط خود به هدف مطالعه بستگی دارد. از آن جایی که عمده منابع آب زیر زمینی در سطح کشور را آبخوانهای آزاد و نشتی آبرفتی تشکیل میدهد و مطالعات منظمی نیز که تاکنون انجام گرفته از جمله ایجاد شبکه اندازهگیری سطح آب زیر زمینی، اکثراً در مورد این آبخوانها است. لذا طراحی شبکه چاههای مشاهدهای آبخوانهای آزاد مقدم بر سایر آبخوانها قرار گرفته است. ضمن این که طراحی شبکه اندازهگیری آبخوانهای تحت فشار و کارستی (سازند سخت) نیز در حد نیاز بررسی شده است.
شبکه اندازهگیری سطح آب زیرزمینی شامل مجموعهای از چاههای مشاهدهای و پیزومترها به منظور اندازهگیری تغییرات سطح آب زیرزمینی در آبخوانهای آزاد و تحت فشار است. ضوابطی که باید در طراحی اینگونه شبکهها مد نظر قرار گیرد، به طور خلاصه به وسعت آبخوان، وضعیت پیچیدگی هیدروژئولوژیک منطقه، اهداف ایجاد شبکه به همراه نظرات کارشناسی و محدودیتهای مالی ارتباط دارد.
وسایل اندازهگیری سطح آبهای زیر زمینی
از آن جایی که هدف از اندازهگیری سطح آب زیر زمینی، تعیین ارتفاع آب زیر زمینی به منظور تهیه نقشه تراز آب زیرزمینی است. مشخص شدن جهت جریان و شیب هیدرولیکی و تهیه هیدروگراف (آبنمود)، معرف تغییرات ارتفاع سطح ایستابی آب زیرزمینی است. قبل از شرح وسایل اندازهگیری دو اصطلاح رپر یا نشانه مبنا و نقطه نشانه در چاه مشاهدهای تعریف میشود.
رپر (نشانه مبنا)
رپر بلوکی سیمانی است که در نزدیکی چاه مشاهدهای یا پیزومتر نصب میشود. بلندی راس آن با انجام ترازیابی دقیق نسبت به سطح مبنا (در ایران سطح متوسط آب خلیج فارس در بندر شهید رجایی) تعیین میشود.
نقطه نشانه
نقطه ثابت علامت گذاری شده در دهانه چاه یا پیزومتر (ترجیحاً روزنه درپوش چاه) است که ارتفاع مطلق این نقطه با استفاده از ارتفاع رپر تعیین شده است. همیشه از این نقطه سطح آب چاه اندازه گیری میشود. ارتفاع سطح آب یا تراز آب چاه با تفاضل مقدار عمق سطح ایستابی اندازه گیری شده از ارتفاع مطلق نقطه نشانه به دست میآید.
عمق یاب
عمق یاب وسیلهای برای اندازهگیری عمق سطح آب زیر زمینی نسبت به نقطه نشانه است. در چاههای مشاهدهای که عبارت از یک کابل سیمی مدرج شده یا متر نواری است، در انتهای آن وزنهای به شکل شاغول یا استوانه (به منظور جلوگیری از خم شدگی کابل و ورود آسان به چاه) متصل شده است.
ذخیره آب زیر زمینی
ذخیره آب زیرزمینی، مقدار آبی است که طی زمان در آبرفتها به صورت آبخوانهای آبرفتی و در سازندهای سخت به صورت مخازن آب یا آبخوانهای کارستی انباشته شده است. به روشهای معمولی قابل استخراج است. میزان ذخیره آب زیرزمینی، علاوه بر وجود عوامل تغذیه به گسترش ضخامت (ابعاد هندسی آبخوان) و ضریب ذخیره آبخوان بستگی دارد. وضعیت ذخیره آب زیر زمینی را میتوان در سه حالت ذخیره کل، ذخیره پویا و ذخیره ایستا مورد مورد بررسی قرار داد.
- بررسی تفاوت مشخصات هیدرولیکی سامانههای آب زیر زمینی بین آبخوانهای آبرفتی و مخازن سازند سخت
- ویژگیهای هیدرولیکی بین آبخوانهای آبرفتی با آبخوانهای درز و شکافدار و کارستی دارای تفاوتهایی است که مهمترین آنها شرح داده میشود.
تخلخل موثر
بنا به تعریف، به درصد فضاهای خالی موجود در واحد حجم سنگ یا خاک تخلخل گفته میشود. و تخلخل مفید یا موثر (ne)، حجم فضاهای خالی به هم پیوسته است که آب، تحت تاثیر شرایط گرانش در این فضاها جریان مییابد. تخلخل کل در یک آبخوان از دو قسمت تشکیل شده است. آبدهی ویژه یا تخلخل موثر، که حجم آب زهکش شده تحت اثر نیروی ثقل بوده و بخش نگهداشت ویژه که حجم باقی مانده آب در بین دانهها و ذرات است (بخشی از آب که تحت تاثیر نیروی ثقل خارج نمیشود).
تخلخل کل در رسوبات دانه ریز مانند رس و سیلت زیاد است ولی آبدهی ویژه یا تخلخل موثر آنها بسیار کم بوده و بر عکس در رسوبات دانه درشت تخلخل موثر زیادتر است.
همگنی و همسانی
توزیع فضایی یکنواخت، را همگنی و کیفیتی از آبخوان را که ویژگیهای آن در تمام جهتها یکسان باقی بماند، همسانی مینامند. به طور کلی نسبت همگنی و همسانی در آبخوانهای آبرفتی بیشتر است. در حالی که آبخوانهای کارستی کاملاً غیر همگن و غیرهمسان هستند.
جریان آب زیر زمینی و قوانین حاکم بر آن
جریان آب زیر زمینی در آبخوانهای آبرفتی یا دانهای از نوع لایهای یا ورقهای بوده و خطوط جریان در طول مسیر تقریباً از یکدیگر متمایز هستند.
جمع بندی
آبهای زیر زمینی با هدف بررسی و تعیین میزان اثرات عوامل مختلف در رفتار آبخوانها تهیه شده است. در بررسیهای کمی منابع آب زیرزمینی از جمله اندازهگیریهای آبدهی نوسانات سطح آبهای زیر زمینی، به منظور تعیین میزان تخلیه آبخوانها و تغییرات حجم ذخیره آنها در طول زمان کاربرد دارد.