تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی

فهرست مطالب :

فصل اول : مقدمه

1-1- منشاء آبهای زیر سطحی – نظرهای اولیه        6
1-2- وجود آبهای زیرزمینی در نقاط مختلف کره زمین              8
1-3- هیدرولوژی و ژئوهیدرولوژی جدید 10
1-4- لزوم شناختن و بهره برداری بهینه آبهای زیر زمینی         12

فصل دوم : شناخت آبهای زیرزمینی

2-1- کلیات           15
2-2- پیدایش آبهای زیرزمینی  18
2-3- اهمیت آبهای زیرزمینی   18
2-4- انواع سفره های آب زیرزمینی         19
2-5- پارامترهای فیزیکی در سازنده های آبدار           22
2-6- معادلات تعادل در جریان آب بطرف چاه              27
2-7- اثر چاهها بر یکدیگر       33

فصل سوم : اکتشاف آبهای زیر زمینی

3-1- روشهای ژئولوژیک و هیدرولوژیک   37
3-2- روشهای ژئوفیزیک سطحی               38
3-2-1- روش مقاومت الکتریکی          38
3-2-2- روش لرزه نگاری    41
3-3- روشهای تحت الارضی       49
3-3-1- حفاری آزمایشی و لوگهای زمین شناسی       50
3-3-2-روشهای ژئوفیزیک     52

فصل چهارم : حرکت آبهای زیر زمینی

4-1-جریان یک بعدی      67
4-1-1- آبخانهای محبوس          67
4-1-2- آبخانهای غیر محبوس    68
4-1-3- آبخانهای تراوش کننده             69
4-2- جریان شعاعی در چاهها           70
4-2-1- آبخانهای محبوس          71
4-2-2- آبخانهای آزاد 73
4-2-3- آبخانهای تراوش کننده     77
4-3-آبخانه با تغذیه عمودی و یکنواخت 79
4-3-1- سیستم رودخانه- آبخانه     79
4-3-2-سیستم چاه و آبخانه     80
4-4-چاه در نزدیکی مرزهای آبخانه       94
4-4-1- چاه در نزدیکی رودخانه       94
4-4-2- چاه در نزدیکی مرز غیر قابل نفوذ         95
4-4-3- چاه در نزدیکی مرزهای دیگر               102
4-5- جریان به چاههای ناقص 103
4-6- تداخل چاهها 107
4-6-1- افت پیرامون چاههای متداخل  110
4-6-2- دبی چاههای متداخل(مزاحم)   113
4-6-3- تاثیر بهره برداری از حوزه چاه در یک منطقه         114

فصل پنجم: بهره برداری از آبهای زیر زمینی

5-1- بهره برداری بهینه از آبهای زیر زمینی   117
5-2- پمپ ها              123
5-2-1- ائولن ها (چرخابهای بادی)            123
5-2-2- پمپ های الکتریکی       123
5-3- گزینش پمپ، آزمایش دبی      126
5-4- چاه عمیق            129
5-4-1- روشهای حفاری چاه عمیق              130
5-4-2- تشکیلات چاه عمیق        131
5-5- قنات     137
5-5-1- جریان آب بطرف قنات      139
5-5-2- محل قنات       140
5-5-3- حریم قنات       142
5-5-4- لایروبی قنات    143
5-6- تغذیه لایه آبدار استخراج شده   143
5-6-1- شعاع عمل چاهها             144
5-6-2- بالا امدن و یا برگشت آب (جبران)       144
5-6-3- آزمایش با دبی ثابت           144
5-7- سدهای زیرزمینی      145

فصل ششم : تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی

6-1- تعریف   146
6-2- هدفهای تغذیه مصنوعی           146
6-3- لزوم تغذیه مصنوئی به منظور منابع زیر زمینی آب در مناطق خشک و نیمه خشک     147
6-4- اشاره ای به اصول نظری تغذیه مصنوعی   148
6-4-1- مروری بر کارهای انجام شده            149
6-4-2- گزینش مکان   153
6-4-3- منابع آبی        154
6-4-4- روشهای تغذیه مصنوعی   154
6-5- استخرهای تغذیه     155
6-6- روش ساختن استخر های تغذیه 158
6-7- نگهداری استخرهای تغذیه       160
6-8- طراحی شبکه های گسترش سیلاب برای آبیاری وتغذیه مصنوعی   161
6-8-1- گزینش بده       161
6-8-1-1- آبیاری غلات و علوفه دست کاشت      162
6-8-1-2- آبیاری سیلابی مراتع         162
6-8-1-3- آبیاری سیلابی جنگلهای دست کاشت    162
6-8-1-4- تغذیه مصنوعی 163
6-9- تغذیه سفره های زیرزمینی به وسیله پرکولاسیون(فرونشست)           164

منابع          166

فصل اول : مقدمه

1-1- منشاء آبهای 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» (1280ـ1206 میلادی) و «توماس اگیناس» (1274ـ1225 میلادی) در قرون وسطی (1450ـ1250 م) به اوج خود رسید. این اعتبار بر حال تا حدود 200 سال پیش نیز به قوت خود باقی ماند.
یونانی‌ها از وسعت زیاد رودخانه‌ها 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 چشمه‌های واقع در ارتفاعات کوه‌ها می‌رسد؟
«تالس» (546 ـ 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 (347ـ427 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» (322ـ384 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» (1589ـ1509) 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» (1630ـ1571) ستاره شناس آلمانی و «آتانازیوس کیرشر» (1680ـ1602) 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

آب‌های 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.

منابع
کتاب : شناخت آبهای زیر زمینی(ژئوهیدرولوژی)
تالیف: راجرد- ویست      ترجمه : دکتر هرمز پازوش
کتاب : استخراج آبهای زیر زمینی
تالیف : پروفسور ژان پی میانتا    ترجمه : دکتر محمد محمدی فتیده
کتاب : نشت و آبهای زیر زمینی
تالیف : میگل مارینو و جیمز لوتین  ترجمه : دکتر حیدرعلی کشلولی
کتاب : مقدمه ای بر مهار سیلابها و بهره برداری بهینه
تالیف : سید آهنگ کوثر
کتاب : آبیاری عمومی
تالیف : دکتر حسین فرداد
اینترنت : سایتهای تخصصی عمران