دانلود ‫پروژه تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی

فصل اول : مقدمه 1-1- منشاء آب های زیر سطحی – نظرهای اولیه با در نظر گرفتن اهمیت آب زیرزمینی در تمدن شرق، این اندیشه ایجاد می‌شود که چرا مدارک اندکی در مورد نظریات مربوط به منشأ این آبها وجود دارد.

اندیشیدن در این مسایل توسط یونانی‌ها صورت گرفته است، ولی با وجود تفکر زیادی که در مورد منشأ آب‌های زیرزمینی نموده‌اند، پیشرفتی بسیار جزیی نصیبشان شده است.

این عدم موفقیت با پیشرفت غیرقابل تصوری که در فلسفه و ریاضیات نموده‌اند تعجب آمیز است.

یکی از علل ممکن عدم پیشرفت آنها در نظریه آب‌های زیرزمینی، پافشاری «افلاطون» و دیگر فلاسفه بود در اینکه «فلسفه و علوم، کم و بیش از نظر آزمایش‌ها، مشاهدات واقعی و کاربردهای عملی با یکدیگر اختلاف دارند» بدین ترتیب شکافی عمیق بین تجربه و نظریه به وجود آمد.

اهمیت پندار یونانی در مکتب علمی‌ی است که ریشه 2000 ساله دارد.

اعتبار نوشته‌های یونانی در مورد علوم زمینی در مکتب «البرتوس ماگنوس» (12801206 میلادی) و «توماس اگیناس» (12741225 میلادی) در قرون وسطی (14501250 م) به اوج خود رسید.

این اعتبار بر حال تا حدود 200 سال پیش نیز به قوت خود باقی ماند.

یونانی‌ها از وسعت زیاد رودخانه‌ ها در مقایسه با سیلابی که از یک باران سنگین مشاهده می‌شد در تعجب بودند.

آن‌ها هم چنین از غارها، حفره‌ها و چشمه‌های بزرگ در سنگ‌های آهکی که بیشتر شبه جزیره بالکان را تشکیل می‌دهد نیز تعجب می‌کردند.

معمول تربین بیان برای منشأ رودخانه این بود که رودخانه‌ها از «چشمه‌» های بزرگ سرچشمه می‌گیرند و «چشمه»ها نیز به نوبه خود از رودها و یا دریاچه‌های زیرزمینی که به طور مستقیم یا غیرمستقیم از اقیانوس‌ها تغذیه می‌شوند، آب می‌گیرند.

این طرز تفکر، فلاسفه اولیه علوم طبیعی را با دو مسأله روبرو می‌کرد: (1) چگونه آب اقیانوس شوری خود را از دست می‌دهد؟

(2) چگونه آب اقیانوس از سطح دریا به چشمه‌ های واقع در ارتفاعات کوه‌ها می‌رسد؟

«تالس» (546 640 قبل از میلاد) که فیلسوفی «ایونی» (یونان قدیم) و پیرو مکتب «میلتوس» بود، به نام اولیه دانشمند واقعی نامیده شده است.

تصور وی در این بود که آب توسط باد به داخل سنگ‌ها رانده شده و در اثر فشار سنگ‌ها، به طرف سطح آنها حرکت کرده و در نتیجه به صورت چشمه خارج شده است.

افلاطون (347427 قبل از میلاد) فیلسوف بزرگ آتنی یک غار وسیع زیرزمینی را به عنوان منشأ آب تمام رودخانه‌ها تصور می‌نمود که توسط راهروهای متعدد زیرزمینی از آب اقیانوس تغذیه می‌شود.

ولی مکانیسم این گردش به طور کامل بیان نگردید.

این تعبیر بر عقاید افلاطون که بر علوم قرون وسطی نیز اثر گذاشته است، به طوریکه «کرینین» اشاره کرده است، محتملاً برداشت صحیحی از اندیشه‌های جدی‌تر وی درباره این مطلب نمی‌باشد.

در واقع کتاب «کریتیاس» حاوی بیان کاملاً دقیقی از دوره هیدرولوژی است.

«ارسطو» (322384 قبل از میلاد) اگرچه شاگرد افلاطون بود، لیکن نظریات وی را درباره منشأ آب زیرزمینی تا حد زیادی تصحیح نمود.

اندیشه ارسطو این بود که آب زیرزمینی در یک دستگاه پیچیده اسفنجی شکل از حفره‌های زیرزمینی تشکیل شده و آب از این حفره‌ها به چشمه‌ها تخلیه می‌شود.

بخار آبی که در داخل زمین ایجاد می‌شود، قسمت اعظم آب چشمه‌ها را تشکیل می‌دهد.

ارسطو به هر حال دانست که منشأ قسمتی از آب این حفره‌ها بارانی است که به زمین نفوذ کرده و به همان صورت مایع به حفره‌ها داخل شده است.

رومی‌ها در علوم عموماً از تعالیم یونانی پیروی می‌کردند، لکن «مارکوس وتیرویوس» که در حدود سال 15 قبل از میلاد می‌زیسته است، خود دارای چندین نوشته بدیع درباره مهندسی و علوم می‌باشد.

شهرت اصلی وی شاید در معماری و خصوصاً در اکوستیک ساختمان‌ها باشد.

وی همچنین یکی از اولین افرادی است که گردش آب را به درستی درک کرده‌اند.

تراوش آب حاصل از آب شدگی برف به زمین در مناطق کوهستانی و ظهور آن به صورت چشمه در مناطق پایین‌تر از اندیشه‌های وی می‌باشد.

یکی از فلاسفه معروف «استویک» به نام «لوسیوس انایوس سنکا» (4 سال قبل از میلاد تا 65 سال بعد از میلاد) برخلاف وی همان نظریه ارسطو را دنبال کرد و واقعیت نفوذ آب باران را انکار نمود.

استنتاج «سنکا» برای بیش از 1500 سال به عنوان یک دلیل مثبت برای اینکه آب باران منشأ کافی برای آب چشمه‌ها نمی‌باشد اقامه گردید.

«برنارد پالیسی» (15891509) که یکی از فلاسفه علوم طبیعی فرانسه است، شاید اولین شخصی باشد که دارای نظرات جدید کاملی درباره دوره هیدرولوژی است.

و این مطلب از مناظره بین «نظریه» و «تجربه» در فصل «آب و چشمه‌ها» از کتابش آشکار است.

با وجود این بساری از عقاید یونانی و رومی تا اواخر قرن هفدهم رواج داشت.

«یوهانس کپلر» (16301571) ستاره شناس آلمانی و «آتانازیوس کیرشر» (16801602) ریاضیدان آلمانی که دو تن از مهمترین علمای عصر خویش‌اند، در عقاید «سنکا» و «ارسطو» به تفصیل بحث نموده‌اند.

کپلر زمین را به حیوانی بزرگ تشبیه می‌کند که آب دریا را بلعیده و هضم می‌کند و ما حصل عملیات متابولیک آن آب شیرین چشمه‌هاست.

نظریات «کیرشر» که در کتابی به نام «دنیای زیرزمینی» آمده است، اولین بار در سال 1664 چاپ شد و در مدتی کوتاه یک کتاب مرجع «استانده» زمین شناسی برای دانشمندان قرن هفدهم گردید.

کار وی از نظر بلند همتی و ارائه یک تصور عالی تفوق ناپذیر بود.

تصور وی بر این بود که چشمه‌ها از طریق کانال‌های زیرزمینی از آب دریا تغذیه کرده و از غارهای بزرگی که در کوه‌ها وجود دارند، تخلیه می‌گردند.

گرداب‌‌ها و خصوصاً گرداب «مالستروم» در ساحل نروژ که تا حدی اسرار آمیز نیز می‌باشد به عنوان مکان‌های خروجی غارهای واقع در کف دریاها تصور گردیدند.

مابین غروب اندیشه‌های علمی و آخر دوره رنسانس یعنی در حدود 1600 میلادی، پیشرفت بسیار کمی در زمینه‌های ژئوهیدرولوژی و هیدروژئولوژی حاصل شد.

پنج حقیقت اساسی را تمام فلاسفه علمای پیشین به جز تنی چند، نادیده انگاشته بودند.

(1) زمین حاوی یک شبکه از غارهای بزرگ درونی نیست.

(2) گرچه مکش باد، جاذبه مویینه‌ای، نیروی امواج و مکانیسم‌های دیگر طبیعی برای بالا آوردن آب یعنی در خلاف جهت نیروی ثقل وجود دارد، ولی این مکانیزم‌ها قادر به بالا آوردن کمیت‌های عظیم آب از درون زمین نیستند.

(3) آب دریا با نفوذ به درون خاک تمامی نمک خود را از دست نمی‌دهد.

(4) بارندگی برای تأمین تمام آبی که توسط رودخانه‌ها و چشمه‌ها تخلیه می‌شود کافی است.

(5) حجم آن قسمت از آب باران که به زمین نفوذ می‌کند بسیار زیاد است.

1-2- وجود آبهای زیرزمینی در نقاط مختلف کره زمین آب‌ های طبیعی موجود در سطح خاک تحت تأثیر نیروی ثقل قرار دارند.

این آب‌ها از منافذ و درزهای بسیار کوچک و از کلیه راهروهای متعدد موجود در خاک و سنگ‌های زیرین نفوذ نموده و تا آنجا که ممکن باشد به طرف اعماق پائین می‌روند.

به این ترتیب در یک عمق مشخص کلیه فضاهای خالی موجود در سنگ‌ها پر شده و سطح آب به تدریج بالا می‌آید.

در حالیکه معمولاً قسمت‌های بالاتر (به طرف سطح حاک) خالی می‌باشند.

نتیجه اینکه اگر آب‌های سطحی خشکی‌ها به صورت سفره‌های آزاد در خارج از محدوده رودخانه‌ها و دریاچه‌ها دیده نمی‌شوند، در همه جا در یک عمق کافی، یعنی در مناطقی که آب‌های نفوذی روی یکدیگر انباشته شده‌اند یافت می‌گردند.

بنابراین می‌توان گفت که آب‌های زیرزمینی نیز مانند سنگ‌ها در کلیه نقاط مختلف کره زمین دیده می‌شود.

روش جایگیری آب‌های زیرزمینی که اغلب به طور کامل به آن توجه نمی‌شود بیانی بسیار روشن و واضح به وسیله اوسکارمنزر در سال 1923 روشن گردیده است.

منزر، زمین شناسی بود که در این زمان در سرویس زمین شناسی کشور ایالات متحده و در قسمت اداره کل آب‌های زیرزمینی کار می‌کرد.

این دانشمند در اواخر سال‌های عمر خود کتابی نوشت تحت عنوان هیدرولوژی (آبشناسی) .

با منزر بترتیبی که در شکل 101 نشان داده شده است در نشریه شماره 439 دیده می‌شود که در همان سال (1923) در نشریه شماره 494 تکمیل گردیده است.

برای اینکه روش جایگیری آب‌های زیرزمینی به طور صحیح نشان داده شود، منزر یک بالن پر از شن در نظر می‌گیرد.

بین دانه‌های شن فضاهای خالی موجود است.

این فضاها با یکدیگر در ارتباط بوده و نقاطی برای اشغال آب باقی می‌ماند.

اگر بالن کاملاً از آب پر نشود، می‌توان پس از مدتی به آسانی مشاهده نمود که آب به طرف ته بالن رفته و کلیه فضاهای خالی شن‌های کف آن را اشباع می‌نماید.

به علت ارتباطات موجود بین فضاهای خالی سطح این آب نظیر سطح یک سفره آزاد مسطح خواهد گردید.

باین ترتیب منطقه‌ای به نام «منطقه اشباع» که دارای یک سطح اشباع است و منطقه دیگری به نام «منطقه هوادار» که از داخل آن تبادلاتی با جو انجام می‌گیرد به وجود می‌آیند.

(تغذیه به وسیله آب‌های نفوذی و افت‌ها به وسیله تبخیر کلی: اواپوترانس پی راسیون).

تشکیل آب‌ های زیرزمینی در طبیعت به همین صورت انجام می‌گیرد.

در هر جا که باشیم خاک زیر پای ما، دارای درز و شکاف و منافذ خالی بوده که به وسیله آنها آب‌های جوی و جاری می‌توانند نفوذ نموده و به منطقه اشباع برسند.

موقعی که یک چاه در داخل زمین متخلخلی حفر می‌شود، اول از زمین‌های خشک منطقه هوادار عبور نموده سپس به سنگ‌های مخزن منطقه اشباع که کلیه فضاهای خالی آن پر از آب می‌باشد می‌رسد.

پس از رسیدن چاه به منطقه اشباع فضای خالی داخل آن به تدریج پر گردیده و کت (ارتفاع نسبت به یک سطح مقایسه) آب داخل چاه که همان کت سطح اشباع است برقرار می‌گردد.

1-3- هیدرولوژی و ژئوهیدرولوژی جدید توسعه در این علوم در قرن گذشته در سه رشته کم و بیش مجزا انجام شده است: (1) تکمیل رابطه زمین شناسی با پیدایش آب‌های زیرزمینی.

(2) بسط معادلات ریاضی برای بیان حرکت آب از سنگ‌ها و مواد رسوبی دانه‌دانه.

(3) مطالعه شیمی آب‌های زیرزمینی و یا علم «هیدروژئوشیمی».

روابطی را که بین زمین شناسی و پیدایش آب زیرزمینی بوجود آمده است، نمی‌توان به آسانی با نام‌های تک‌تک افراد مربوط نمود.

به طور کلی گروه‌های زیادی از زمین شناسان هریک به حل مسایل خاصی کمک نموده‌اند.

به عنوان مثال، پیدایش آب زیرزمینی در مناطقی که زمین دائماً یخ زده می‌باشد توسط تعداد زیادی از زمین شناسان روسی مطالعه شده است.

بسیاری از زمین شناسان هلندی نیز در تفهیم آب زیرزمینی در تپه‌های ماسه‌ای سواحل کمک نموده‌اند.

زمین شناسان و علمای فیزیک خاک ژاپنی مقالات بیشماری در مورد چشمه‌های آب گرم دارند.

انگلیسی‌ها نیز در این مورد کارهای زیادی انجام داده‌اند که یکی از آن‌ها کاربرد اولیه‌ای از علم ژئوشیمی برای افزایش میزان آب مورد مصرف شهر «اسکاربورو» در انگلستان بود که توسط «ویلیام اسمیت اعمال گردید.

وی پس از مطالعه زمین شناسی محل پیشنهاد کرد که با بستن قسمتی از چشمه می‌توان بر انبارش آب زیرزمینی افزود.

«دوبره» فرانسوی کتابی راجع به مشخصات زمین شناسی آب‌های زیرزمینی نوشت که یکی از اولین کتاب‌های عمومی در این باره می‌باشد.

به عنوان مثالی خاص از نتایج جدیدی که یک زمین شناس به تنهایی در این زمینه کسب نموده است می‌توان از کارهای «استرنز» در جزایر هاوایی نام برد.

در این کار رابطه بین سنگ‌های آذرین و پیدایش آب زیرزمینی به نحوی بسیار عالی بیان شده است.

کار «دیویس» و «برتز» درباره تشکیلات غارهای آهکی یک مثال خوب دیگر می‌باشد.

کار «دوتوا» در مورد سنگ‌های یکپارچه «یونیون» در آفریقای جنوبی مثال دیگری در این زمینه است.

از بین تعداد زیادی از زمین شناسان نامور، مشهورتر از همه «ماینزر» می‌باشد.

وی گرچه کارهایی در مورد روش‌های تعیین موجودی آب زیرزمینی انجام داده و نظریه‌ای در مورد جریان آرتزین ارائه نموده و اهمیت گیاهان «ریشه بلند» را یادآور شده است، لیکن کار اصلی او همانا سازمان دادن به علم آب‌های زیرزمینی می‌باشد.

وی جنبه‌های گوناگون این شاخه جدید از علوم زمینی را بین سال‌های 1920 تا 1940، هنگامی که عضو اداره زمین شناسی آمریکا بود، مورد تجزیه و تحلیل قرار داده، تعریف نموده و به هم پیوند داده است.

مورد جریان آرتزین ارائه نموده و اهمیت گیاهان «ریشه بلند» را یادآور شده است، لیکن کار اصلی او همانا سازمان دادن به علم آب‌های زیرزمینی می‌باشد.

پیشرفت در هیدرولیک آب‌های زیرزمینی را سهل‌تر می‌توان با نام تک تک افراد مربوط نمود، چه در این مورد پیشرفت در فرمول‌های خاص حاصل شده است نه در مفاهیم عمومی که در زمین شناسی کلاسیک اهمیت به سزایی دارند.

اولین دانشمندی که فرمول جریان آب به چاه را بدست آورد «ژول دوپوئه» فرانسوی می‌باشد.

این کار با وجود آن که فقط هفت سال پس از شرح علمی دارسی منتشر شد ولی کاربرد موفقی از آن بود.

در سال 1870، «ادلف تیم» آلمانی فرمول دوپوئه را بسط داد بطوریکه عملاً توانست مشخصات هیدرولیکی زمین آبده را با تلمبه زنی از یک چاه و مشاهده اثر حاصل از این عمل بر روی چاه‌های مجاور محاسبه نماید.

«تیم» سالیان درازی به تعمیم روش خویش پرداخت و آن را در مورد زمین‌های با مشخصات گوناگون به کار بست.

کاربرد روش‌های جدید ریاضیات عالی در حل مسایل آب‌های زیرین اول بار در 1886 توسط «فیلیپ فورخهایمر» اطریشی به طور وسیع اعمال گردید.

وی مفهوم سطوح هم پتانسیل و رابطه آن را با خطوط جریان معرفی نمود.

سیزده سال بعد «اسلیختر» از ممالک متحده کارهایی مشابه کارهای وی را در مقالاتی منتشر نمود.

«اسلیختر» نظریات خویش را مستقل از نظرات «فورخهایمر» توسعه داده بود.

در سال 1935 با معرفی معادله‌ای برای جریان غیر دایمی چاه توسط «تایز» پیشرفت بزرگی در تجزیه و تحلیل کمی جریان آب زیرزمینی حاصل گردید.

فرمول دیگری هفت سال زودتر از آلمان توسط «هرمان وبر» بدست آمده بود؛ ولی فرمول «تایز» از کارآیی خیلی بیشتری برخوردار است.

مبنای معادله تایز، در تشابه جریان آب زیرزمینی با انتقال حرارت استوار بود ولی چند سال بعد «جاکوب» همین معادله را تنها از قوانین هیدرولیک بدست آورد.

در سال‌های بعد «جاکوب» و بسیاری از محققین دیگر معادله «تایز» را برای شرایط کرانه مختلف به کار برده و بر مفید بودن معادله اصلی وی افزودند.

در عصر حاصر در تجزیه و تحلیل ریاضی جریان آب‌های زیرزمینی «موریس ماسکات» عهده‌دار بزرگترین سهم است.

کتاب وی در مورد جریان سیال از محیط دانه‌ای که اول بار در 1937 انتشار یافت برای سال‌های سال رقابت ناپذیر باقی ماند و در سال 1964 این کتاب هنوز در تعلیم مرجعی پر ارزش بوده و برای سال‌های آینده نیز به عنوان وسیله‌ای پرمصرف در امر پژوهش باقی خواهد ماند.

«ماسکات» مقالات بکر متعددی در مورد جریان آب‌های زیرزمینی نوشت که پایه‌ای برای پژوهش‌های بعدی به وجود آورده و به بحث‌های مفیدی منجر گشته است.

کار «گینگ هوبرت» نیز که افکار روشنش در مفاهیم اساسی جریان آب در زمین بازتابی از دانش عمیق وی از فیزیک این پدیده است دارای ارزش یکسانی است.

وی از معادلات ناویه » استکس قانون دارسی را بدست آورد و در این عملیات ریاضی مفهوم پتانسیل نیرو را معرفی نمود.

این مفهوم عمومی‌تر و مفیدتر از مفهوم پتانسیل سرعت است که فقط وقتی معنی دارد که سیال آب بوده و دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ثابتی باشد.

مفهوم پتانسیل نیرو اساس کار «هوبرت» را در مورد جابجایی دو مایع آمیخته نشدنی و در مورد «بدام آوردن» هیدرودینامیکی نفت تشکیل می‌‌دهد.

موضوع آب‌های زیرزمینی توجه بسیاری از پژوهشگران روسی را به خود جلب کرده است.

در میان آنها می‌توان از «ژوکوفسکی» مبتکر نظریه «باد » برگ» و پیش از وی از «پاولوفسکی» نام برد.

متأسفانه با ستثنای کتاب «پولوبارینوا» قسمت خیلی کمی از کارهای این افراد به صورت ترجمه بدون تلخیص به انگلیسی در دسترس علمای غربی گذاشته شده است.

در زمینه هیدروژئولوژی کار «سلین بکچورین» بسیار برجسته می‌باشد.

تحلیل شیمیایی آب برای بیش از یک قرن یک امر عادی بوده است، ولی ایجاد رابطه موفقیت آمیزی بین شیمی آب با شرایط هیدرولوژیک و ژئولوژیک که در واقع علم هیدروژئوشیمی می‌باشد قدمت کمتری دارد.

در سال 1864 «لرش» از آلمان و در سال 1865 «هانت» از کانادا اولین تلاش‌ها را برای توجیه ژئوشیمی آغاز نمودند.

مطالعات ژئوشیمی جدید در آمریکای شمالی با کارهای «کلارک» بین سال‌های 1910 تا 1925 شروع شد و تعداد زیادی از تجزیه و تحلیل‌های شیمیایی آب را با توجیه‌های ژئوشیمیایی در برداشت.

یکی دیگر از اولین ژئوشیمیست‌ها که مطالعات کاملی در نقاط خاصی از ایالات متحده انجام داد «هرمن استابلر» می‌باشد.

مطالعات وی در مورد شیمی آب مناطق مختلفی در غرب آمریکا تا دهه 1950 به اعتبار خود باقی بود.

روندهای جدید در هیدروژئوشیمی شامل مطالعات فراوان برای تعیین نسبت‌های شیمیایی، که اکثراً توسط علمای روسی و فرانسوی انجام می‌شود، استفاده از مواد ردیاب (برای یافتن ذخایر معدنی) در بسیاری از کشورها و مطالعات کاملی از ایزوتوپ‌های گوناگون در ژاپن، ایالات متحده، روسیه و بسیاری از کشورهای دیگر می‌باشد.

امروزه هیدروژئوشیمی یک موضوع پژوهشی و آموزشی را خصوصاً در دانشگاه‌های فرانسه و آلمان تشکیل می‌دهد.

1-4- لزوم شناختن و بهره برداری بهینه آبهای زیر زمینی لزوم شناختن و بهره‌وری بهینه از آب‌های زیرزمینی از آن جا ناشی می‌گردد که این منابع 99 درصد از کل آب‌های شیرین قابل استفاده بشر را تشکیل می‌دهند.

هرچند این مقدار فقط 99/0 درصد از آب کره (هیدروسفر، پوسته آبی زمین شامل اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها، رودخانه‌ها، آب‌های زیرزمینی و تمام بخار آب موجود در نیوار) را به وجود می‌آورد، مع هذا، اثر آن در زندگی جانداران بسیار روشن است.

اوضاع جوی و زمین ساختی نواحی خشک بیشتر بیابان نشین‌ها را به بهره وری از آب‌های زیرزمینی واداشته، و از این رو، پایه‌های بسیاری از اجتماعات بشری بر آب‌های زیرزمینی استوار گشته است.

بنای تمدن کاریزی، که اگر خاص سرزمین ما نباشد، دیرینه‌ترین و بهترین آن در ایران به وجود آمده است (باستانی پاریزی، 1357؛ سید سجادی، 1361)، براساس استفاده از منابع عظیم آبرفتی نهاده شده است؛ بای بوردی، (به نقل از Wulff) قدمت کاریز را در ایران 3000 سال، شمار آنها را 50000 رشته، طول آنها را 350000 کیلومتر، و جمع بده آنها را 500 متر مکعب بر ثانیه گزارش داده است.

(Bybordi ، 1974)؛ این بده همسنگ جریان کارون می‌باشد.

بهنیا (1367 ، ص16) بر آن است که شمار کاریزهای دایر ایران 18400 رشته، و میانگین بده سالانه آنها 5/7 میلیارد مکعب می‌باشد.

وزارت نیرو (بی‌نام، 1363 د) حجم تغذیه سالانه آب‌های زیرزمینی ایران را 35 میلیارد متر مکعب تخمین زده است.

حجم برداشت سالانه نیز براساس آمار غیر مدون در بخش آب‌های زیرزمینی وزارت نامبرده 8/31 میلیارد متر مکعب به شرح زیر است: 7/8 میلیارد متر مکعب از طریق 9841 چشمه تخلیه می‌گردد؛ 7/7 میلیارد متر مکعب از 19442 رشته کاریز جریان می‌‌یابد؛ و 4/15 میلیارد مترمکعب آن از 107602 حلقه چاه‌های عمیق و نیمه عمیق کشیده می‌شود (قطبی، 1361).

از آن جا که اندازه بهره برداری سالانه از آب‌های سطحی ایران حدود 33 میلیارد متر مکعب برآورد گردیده است: 14 میلیارد متر مکعب از طریق سدهای مخزنی و انحرافی، 13 تا 18 میلیارد متر مکعب از راه شبکه انهار سنتی برای آبیاری، و یک میلیارد متر مکعب برای مصارف شهری و صنعتی (معصومی، 1363)، بدین ترتیب آب‌های زیرزمینی حدود نیمی از آب مصرفی ما را تشکیل می‌دهند.

توجه به این منبع عظیم، و اداره منطقی آن، ضامن تهیه آب گوارای فراوان، و برای مدت‌های طولانی، می‌باشد.

افت سطح آب‌های زیرزمینی در بسیاری از مناطق ایران مشاهده شده است.

بالا آمدن سفره آب تنها در نواحی پست شهرهایی که بخشی از آب مصرفی آنها از منابعی خارج از آب‌خوان‌های مربوطه تأمین می‌گردد (جنوب تهران، جنوب شرقی و مشرق شیراز) دیده می‌شود.

نیکو (1361) افت سطح آب‌های زیرزمینی منطقه ابرکوه را طی سال‌های 60ـ1350 ، 5 تا 10 متر گزارش داده است.

سفره‌های آب دهستان درز و سایبان لار در سال‌های 62ـ1345 سالانه نیم تا یک متر نزول کرده‌اند (توکلی، 1362).

آهنگ پایین رفتن سطح آب چاه‌های جهرم و توابع آن (باروس، تی چین و خفر) به گونه‌ای فاجعه انگیز کشاورزان مناطق مزبور را تهدید می‌کند؛ میانگین نزول سطح آب در چاه‌های باروس در تابستان 1365 پنج متر بوده است.

(اطلاعات محلی) این مشکل در استان‌های کرمان، یزد، اصفهان و خراسان نیز ملاحظه می‌گردد.

کاهش منابع آب‌های زیرزمینی در کلیه مناطقی که میزان برداشت بیش از تغذیه است مشهود می‌باشد؛ افت سالانه 4/2 تا 3 متر در نواحی مرکزی ایالت آریزونا در آمریکا و نزول 16 متر طی 20 سال در واحه آتار در موریتانی گزارش شده است.

حجم آب ذخیره شده در آبخوان Ogallala در فلات تگزاس ـ نیومکزیکو، آمریکا، که در اوایل دهه 1940 حدود 250 میلیارد مترمکعب برآورد گردیده بود، در 1958 به 200 میلیارد متر مکعب کاهش یافت، چه ، برداشت سالانه 9 میلیارد متر مکعب از آبخوان نامبرده بیش از 100 برابر حجم تغذیه بوده است.

پیامد اسفناک برداشت نامعقول ذخیره آب‌های زیرزمینی خشکی پاره‌ای از آبخوان‌ها، و شوری گروهی دیگر می‌باشد، مگر آن که حجم برداشت در مناطقی که در آنها تغذیه مصنوعی میسر نیست کاهش یافته، و در شرایط مساعد، آبخوان‌ها با کاربرد روش‌هایی مناسب آبدار گردند.

از آنجا که بخشی بزرگ از آب‌های زیرزمینی ایران از منابع آبرفتی استخراج می‌گردد، جایگزین کردن آنها با کاربرد روش‌های تغذیه مصنوعی، با استفاده به جا و به هنگام از سیلاب‌ها، امکان پذیر است.

نتیجه این کار نه تنها آبدار کردن آبخوانها، بلکه احیاء مراتع فرسوده، و مزارعی کم حاصل که بر روی آنها قرار دارند، می‌باشد.

کاهش زیان‌های سیل از دیگر سودهای تغذیه مصنوعی با کاربرد روش گسترش سیلاب است.

اهمیت این کار در کشور ایران بیشتر بدان خاطر است که بهره‌برداری بیش از اندازه، و خشکسالی‌های اخیر، سطح آب‌های زیرزمینی را سریعاً پایین برده است؛ بدین ترتیب، سرمایه‌ای عظیم، که به صورت بیش از 20 هزار رشته کاریز متروکه، و چاه‌های خشک پرشمار راکد افتاده است، دوباره جریان می‌یابد.

استفاده بی‌رویه از چاه‌های عمیق بسیاری از منابع آبرفتی تغذیه کننده کاریزها را بدون فایده نموده است.

در صورتی که سطح آب‌های زیرزمینی به اندازه‌ای بالا آورده شود که دست کم قسمت ترکار پیشین قنات‌ها فعال گردد، نیازی کمتر به تلمبه زنی خواهد بود.

این مهم، که طی جنگ تحمیلی ایران و عراق بیشتر به صورت کمبودهای کارمایه (انرژی) (گازوییل و برق)، وسایل حفاری و لوازم یدکی خودنمایی کرده است، ما را به ارزیابی دوباره کاریز، و بازگشت به خویشتن، وادار می‌کند.

افزایش جریان پایه رودها در دشت‌های آبرفتی امتیازی است دیگر از آبدار کردن آبخوان‌های مربوطه؛ بدین ترتیب، نه تنها بنای سدهایی بزرگ برای نگاهداری سیلاب گل آلوده ضرورت نمی‌یابد، بلکه عمر مفید شماری از سدهای کنونی، که تغذیه مصنوعی در سراب آنها میسر است، نیز افزون می‌گردد.

فصل دوم : شناخت آبهای زیر زمینی 2-1- کلیات: نیمرخ خاکی که بین سطح زمین و طبقه غیر قابل نفوذ قرار گرفته دارای صفقات و مشخصات مختلفی است که متخصصن هر شاخه ای از علم برای سهولت کار خود و بر اساس پارامترهایی که مورد نظر آنهاست آن را تقسیم می نمایند.

خاک شناسان این نیمرخ را به بخش سطح الارض ، تحت الارض و سنگ مادری تقسیم می نمایند.

وسطح الارض را آنجایی که ریشه گیاهان فعالیت می نمایند می دانند.

مهندسین زهکشی در نیمرخ خاک چهار بخش : غیراشباع ف اشباع موقت، اشباع دائم، و طبقه غیرقابل نفوذ تشخیص داده و در آنها آن دسته از مشخصاتی که به کار زهکشی می آید مورد مطالعه قرار می دهند.

در آبیاری نیمرخ خاک را باید از دیدگاهی که به کار آبیاری می آید نگاه کرد و بدین منظور معمولا نیمرخ خاک را به 5 منطقه (تبخیر، تهویه، صعود کاپیلر، اشباع و طبقه غیرقابل نفوذ ) تفکیک می نمایند .

ولی به نظر میرسد بهتر باشد که نیمرخ خاک را از نظر آبیاری به شش منطقه زیرتقسیم بندی نمائیم .

شکل 2-1 -منطقه خاک زراعی - منطقه اشباع موقت - منطقه غیر اشباع - منطقه اشباع دائم - منطقه صعود کاپیلر - منطقه غیرقابل نفوذ 2-1-1- منطقه خاک زراعی در این منطقه ریشه گیاهان فعالیت دارند و رطوبت آن متغیر و از حد هیگروسکپیک تا ظرفیت نگهداری تغییر می نماید .

ریشه گیاهان این رطوبت را جذب و به مصرف تبخیر و تعرق می رسانند.

از این جهت گاهی این منطقه را منطقه تبخیر نیز می نامند .

ضخامت این طبقه بسته به عمق توسعه ریشه گیاهان متغیر و برای گیاهان زراعی حداکثر به 3 متر (یونجه) می رسد.

2-1-2- منطقه غیر اشباع تمایز این منطقه با طبقه فوقانی آن صرف نظر از ساختمان خاک، تجمع مواد آلی و معدنی و روی هم رفته پارامترهای زراعی خاک، بیشتر در عدم ورود ریشه گیاهان مزروعی به این منطقه است .

محدوده این طبقه از بالا به طبقهزراعی و از پایین مرز منطقه صعود کاپیلر می باشد و به طور کلی می توان گفت از عمق 3 متری از سطح زمین شروع و تا عمقی که حداکثر 3 متر بالای سطح ایستایی است ختم می شود .

ریشه گیاهان مناطق خشک (تاق، کهور، اسکبیل) ازاین منطقه عبور نموده و به سراغ آب طبقه زیرین نزدیک می گردند.

به این بخش منطقه تهویه هم گفته اند.

2-1-3- منطقه صعود کاپیلر خاصیت لوله های شعریه موجب می شود که آب از سطح ایستایی بالاتر آمده و در ارتفاعی که به قطر لوله های موئین خاک و به سخن دیگر قطر ذرات مشکله خاک به عبارت آخر بافت خاک بستگی دارد توقف نماید .

در خاک های با بافت ریز (رس) این ارتفاع زیاد و به 7/0 تا 8/0 متر می رسد .

در خاک های شنی این ارتفاع کم و حدود 10 تا 15 سانتیمتر است .

رطوبت خاک این منطقه در حد اشباع و یا نزدیک به آن است .

با افزایش ارتفاع ازسطحی ایستایی رطوبت خاک از حد اشباع کاهش یافته و در خاک های رسی درارتفاع 3 متر رطوبت خاک به حد هیگروسکپیک نزدیک می گردد.

(شکل 2- 1 طبقات شش گانه نیمرخ خاک از دیدگاه آبیاری) - منطقه اشباع در این منطقخ تمام خلل و فرج خاک از اب پر شده است و محیط از دو فاز جامد و مایع تشکیل می گردد .

تشخیص این منطقه از منطقه اشاع کاپیلر مشکل است و فقط با حفر چاه و تعیین عمق سطح ایستایی و مقایسه آن با عمق طبقه کاپیلر امکان پذیر خواهد بود.

در سفره های آب زیرزمینی عمق سطح ایستایی با نفوذ آبهای سطحی و تغذیه سفره با آبهای خارجی تغییر و در نتیجه نوسان سطح ایستایی را باعث می شود .

بنابراین منطقه اشباع را می توان به دو ناحیه اشباع موقت و اشیاع دائم تقسیم نمود.

- منطقه اشباع موقت در زهکشی تعیین حدود این منطقه اهمیت ویژه ای دارد معمولا در اراضی که زهکشی طبیعی نداشته و شبکه زهکشی نیز در آنها نصب نشده است عمق سطح ایستایی در بهار به کمترین و در پاییز به بیشترین مقدار خود می رسد .

شناخت این نوسانات در چاه های نیمه عمیق بسیار مهم بوده و در تعیین نوع پمپ و تعیین محل آن دخالت دارد .

تشخیص حد بالا و پایین این نوسانان آسان و با مطالعه تغییرات رنگ این بخش از نیمرخ که از آب خارج و سپس به حالت استغراق در می آید تعیین می گردد.

- منطقه اشباع دائم در زیر منطقه اشباع موقت قرار دارد .

رنگ آن خاکستری تیره است و چاه های عمیق یا نیمه عمیق در این منطقه نفوذ نموده و بسته به ضخامت این طبقه ممکن است تا طبقه غیرقابل نفوذ و در صورت ضعیف بودن سفره های سطحی در چاه های عمیق تا طبقه غیرقابل نفوذ دوم یا حتی سنگ مادری ادامه یابد .

ضخامت طبقه اشباع ممکن است به چندین متر برسد .

در ره رودخانه ها آنجایی که رسوبات آبرفتی رودخانه کف دره را پر کرده ، مخازن آب زیرزمینی بزرگی که گاهی ضخامت طبقه آبده به 150 متر می رسد .

می توان مشاهده نمود.

گاهی این سفره ها بین دو طبقه غیرقابل نفوذ محصور و آب آن تحت فشار است که سفره های تحت فشار نامیده می شوند.

2-1-4- طبقه غیرقابل نفوذ از این جهت به آن غیرقابل نفوذ گویند که نفوذ پذیری در آن در مقایسه با طبقات دیگر خیلی کمتر است.

ضخامت این طبقه ممکن است به چندین متر برسد .

جنس آن معمولا از رس و یا سنگ مادری بوده و وسعت آن ممکن است در تمام منطقه گسترده باشد .

در این صورت سفره هایی که در روی آن تشکیل می گردند حقیقی و در صورتی که وسعت آن محدود به بخشی از اراضی باشد سفره های روی این طبقات محدود را سفره های معلق و یا سفره کاذب می نامند.

2-2- پیدایش آب های زیرزمینی در مورد پیدایش آب های زیرزمینی تا کنون دو نظریه مهم بیان شده است -نظریه اول نفوذ پیروان این نظریه به حق معتقدند که نفوذ آبهای سطحی به داخل خاک و تجمع آنها در روی طبقات غیرقابل نفوذ سفره های آب زیرزمینی را به وجود می آورند.

-نظریه دوم تئوری تقطیری عده ای دیگر معتقدند که آبهای زیرزمینی از تراکم و تقطیر بخار آب متصاعد از مواد مذاب درونی زمین (خواه در زمان تشکیل زمین و یا در حال حاضر) و نیز بخار آب موجود در اتمسفر و نفوذ آن بداخل خاک به وجود آمده و تشکیل این آبها هنوز هم ادا مه دارد ولی این نظریه طرفداران کمتری دارد.

هر دو دسته شواهد و دلایلی دارند و افراد سرشناسی هم پیروان این دو عقیده می باشند.

از دسته اول افرادی مانند ویترو ، واسیوس، و ماریوت از جمله دسته دوم ، ارسطو، مارتل، فلگر، و دکارت را می توان نام برد .

بحث بیشتر در این مورد در اینجا صلاح ندانسته و علاقه مندان را به کتب تخصصی مربوطه راهنمایی می نمائیم.

2-3- اهمیت آبهای زیرزمینی می گویند کل حجم آبهایی که در پوسته جامد زمین ذخیره شده اند کیلومتر مکعب است که 12/4 درصد کل آب موجود در سطح جهان بوده و 21/3 درصد آن شیرین و 56/0 درصد آنها در مخازن زیرزمینی ذخیره شده اند .

در ایران پتانسیل آبهای زیرزمینی که سالیانه قابل بهره برداری است 36 میلیارد متر مکعب تخمین زده شده است که هم اکنون 8/31 میلیارد متر مکعب آن بهره برداری می شود و می توان آنها را به شرح زیر تفکیک کرد از 9841 چشمه 7/8 میلیارد متر مکعب از 19442 رشته قنات 7/7 میلیارد متر مکعب از 107602 حلقه چاه عمیق و نیمه عمیق 4/15 میلیارد متر مکعب جمع 8/31 میلیارد متر مکعب این 8/31 میلیارد متر مکعب آب در سطح مملکت پخش بوده و با بهره برداری از آنها در امور صنعتی ، کشاورزی و شرب استفاده می گردد.

مخازن زیرزمینی برخلاف مخازن سطحی بی خطر وبدون هزینه نگهداری بوده و در صورتی که به طور صحیح مورد بهره برداری قرار گیرند میتوانند مطمئن ترین و مفیدترین منابع آبی محسوب شوند .

گاهی آبهای زیرزمینی دارای مواد معدنی ویژه ای هستند که برای درمان بعضی از بیماریهای پوستی مفید است .

در ایران ازاین منابع به صورت چشمه های آب گرم و آب معدنی که در دامنه های البرز و در استان آذربایجان ، سمنان، کردستان فراوان دیده می شوند مورد استفاده وسیع قرار می گیرند .

از آبهای زیرزمینی می توان به عنوان معرف و به منظور شناخت جنس طبقات زمین استفاده کرد.

با تجزیه آبهای زیرزمینی و مطالعه ترکیبات آن به جنس طبقات زمینی که این آبها در آنجا ذخیره بوده اند می توان پی برد .

آنچه مربوط به کار ما است سفره های آبهای زیرزمینی منبع عظیمی برای آب آبیاری محسوب شده و در بهره برداری از آنها آنقدر افراط شده که در مناطق بزرگی مانند کرمان، یزد، ورامین، قزوین وحتی کرج برداشت از این سفره به مراتب بیشتر از تغذیه بوده و همه ساله شاهد پایین رفتن سطح آبهای زیرزمینی بوده و هستیم و اگر فکر اساسی برای این مسئله نشود بزودی شاهد فاجعه بزرگی خواهیم بود و این ذخایر قیمتی که طی قرن ها به وجود آمده یک باره بدست یک نسل به یغما رقته و دیر یا زود به سرنوشت کشورهایی نظیر حجاز و شمال آفریقا دچار خواهیم شد .