پنجشنبه, ۹ فروردین, ۱۴۰۳ / 28 March, 2024
مجله ویستا

افت سطح آب‌های زیرزمینی و نشست زمین


افت سطح آب‌های زیرزمینی و نشست زمین
نشست زمین (Ground subsidence) پدیده ایست که در آن سطح زمین به طور آنی (در اثر تراکم سفره های ماسه‌ای) و یا تدریجی (در اثر تراکم لایه های رسی) افت می‌کند و باعث ایجاد ترکها و شکافهایی در روی زمین و آسیب زدن به سازه‌های سطح زمین می‌شود. نشست زمین در قسمتهای بسیاری از دنیا بخصوص در مناطق دلتایی پرجمعیت رخ داده و خسارات بسیار سنگینی ایجاد نموده است بطوریکه در گذشته بیش از ۱۵۰ ناحیه در جهان شامل مکزیکوسیتی، تایلند، چین، ایتالیا، ژاپن و آمریکا از این پدیده متضرر شده‌ ‌اند (Zhou et al. ۲۰۰۳). مانند نشست زمین در شمال ایتالیا در قسمت شرقی مرکز دشت پو (Po) که ۳۰ درصد جمعیت ایتالیا در آن ساکن هستند. در این دشت در اثر افت سطح آب زیرزمینی نشستی سالیانه بین ۷-۰ سانتیمتر گزارش گردیده است.(Carminati and Martinelli, ۲۰۰۲)
از مثالهای دیگری می‌توان به نشست در دره سن ژواکوین (San Joaquin Valley) در کالیفرنیا امریکا اشاره نمود. در این منطقه تا اواخر دهه ۱۹۶۰ نشست زمین خسارات زیادی را به منطقه وارد نموده و در یک منطقه میزان نشست ۸/۸ متر در سال ۱۹۶۹ گزارش گردید (Poland ۱۹۸۱). در اواخر دهه ۶۰ با انتقال آب از حوزه دیگر به این حوزه میزان نشست بین ۵۰ تا ۷۰ درصد کاهش یافت. اما در خشکسالی‌های سالهای ۱۹۷۶ تا ۱۹۷۷ و ۱۹۹۰ تا ۱۹۹۴ بدلیل برداشت بی‌رویه میزان نشست افزایش یافته و به میزان قبل از دهه ۱۹۶۰ رسید .(Larson et al. ۲۰۰۱)
نشست زمین در اثر افت سطح آبهای زیرزمینی در برخی استانهای ایران از جمله استانهای کرمان، یزد، خراسان، همدان و سیستان گزارش گردیده است(عباس نژاد۱۳۷۷،عالمی،۱۳۸۱، رهنما وفیروزان، ۱۳۸۱). به عنوان مثال در منطقه رفسنجان به ازای هر ۱۰ متر افت سطح آب زیرزمینی، سطح زمین حدود ۴۲ سانتیمتر نشست می‌نماید. در منطقه سیرجان به ازای هر ۱۰ متر افت سطح آب، زمین حدود ۲۷ سانتیمتر نشست گزارش گردیده است (گروه مطالعات آبهای زیرزمینی، شرکت سهامی آب منطقه‌ای کرمان، ۱۳۸۱). همچنین در مناطق کرمان، رفسنجان، زرند به دلیل افت سطح آب آثاری همچون نشست زمین، بالا آمدن لوله‌های جدار چاهها و ایجاد شکاف‌هایی در سطح زمین به همراه داشته است.
غالباً پدیده نشست نتیجه عملکرد انسان می باشد همانند بهره برداری بیش از حد آب زیرزمینی، نفت، گازطبیعی و سیالات ژئوترمالمی می‌باشد. مقدار نشست ناشی از برداشت آب از چند میلیمتر تا حدود ۱۰ متر و بعد نشست در نو.احی گوناگون از چند کیلومتر مربع تا ۱۰۰۰۰ کیلومتر مربع گزارش شده که بطور مستقیم و غیر مستقیم بر جامعه و طبیعت اثر می گذارد. برطبق آمار برداری صورت گرفته توسط جانسون تخمین اولیه ای از هزینه خسارات یا هزینه‌های جبرانی ناشی از نشست در دنیا به چند میلیارد دلار آمریکا می رسد(Johnson,۱۹۹۱). خسارات ناشی از نشست در سالهای بین ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ به اوج خوش رسید که همزمان با رشد شهرنشینی و صنعتی شدن است(Waltam, ۱۹۸۹).
بطورکلی از نشست می توان تحت عنوان حرکات زمین یاد کرد که در اثر برداشت زیاد آب ایجاد می‌شود که به تحکیم رسوبات نسبت داده می‌شود. تحکیم یک نتیجه‌ای از افزایش استرس موثر می‌‌باشد. فشار کل در نهشته های اشباع یا کمی اشباع توسط ساختمان دانه‌ها و آب روزنه‌ای تحمل می شود(Bell, ۱۹۸۷). برداشت آب زیرزمینی منجر به کاهش فشار آب منفذی می شود(بازهکشی آب از حفرات) این پدیده به معنی انتقال تدریجی استرس از آب منفذی به دانه ها است. برای مثال اگر سطح آب به اندازه ۱ متر افت کند این مطابق با افزایش فشار موثر و در نتیجه تحکیم و نشست در مقیاس بزرگ است. طبق تحقیفات اسکات(Scott, ۱۹۷۹) کاهش فشار آب منفذی بلافاصله با خروج سیال رخ نمی‌دهد بلکه در یک پریود طولانی تر از برداشت اتفاق می‌افتد. علاوه بر افزایش فشار، ضخامت و تراکم‌پذیری نهشته و طول زمان بارگذاری و درجه و نوع استرس اعمال شده در نشست موثر است(Lofgren, ۱۹۶۸).
افزایش جمعیت و افزایش نیازهای آبی دشت نیشابور سبب حفر تعداد زیادی چاه عمیق و نیمه عمیق و استحصال بی‌رویه آب از سفره های آبی این دشت گردیده است. به همین دلیل این دشت از سال ۱۳۶۶ به علت افت سریع سطح آب زیرزمینی ممنوعه اعلام گردید. لیکن به علت حفر چاههای غیر مجاز و برداشت بی رویه در سالهای اخیر و کاهش بارندگی در سالهای ۸۱-۷۸ در منطقه شکافها و ترکهایی در اراضی کشاورزی، ساختمان‌ها و تأسیسات ساخته شده است(شرکت سهامی آب منطقه‌ای خراسان،۱۳۷۶).
● موقعیت و مشخصات دشت
دشت نیشابوردر طول جغرافیایی? ۱۷ ?۵۸ تا ?۲۰ ?۵۹ شرقی و عرض جغرافیایی? ۴۰ ?۳۵ تا ?۳۹ ?۳۶ شمالی قرار دارد. وسعت این دشت برابر با ۴۱۰۰ کیلومترمربع است. میزان برداشت آبهای زیرزمینی از دشت نیشابور در سال۱۳۴۵ حدود ۳۰۴ میلیون متر مکعب و در سال ۱۳۷۲ حدود ۷۸۳ میلیون متر مکعب در سال برآورد گردیده است (شرکت سهامی آب منطقه‌‌ای خراسان، ۱۳۷۶ ). این ارقام نشان دهنده افزایش بیش از ۱۰۰ درصد در یک دوره کمتر از ۳۰ سال می‌باشد.
بررسی زمین شناسی حوزه آبریز دشت نیشابور نشانگر تشکیلات زمین از دوران اول و جدیدتر در منطقه می‌باشد. رخنمون‌های شیست و آهکهای تیره رنگ در ارتفاعات شمالی مربوط به دوران اول، همینطور ماسه سنگ و کوارتزیت دوران دوم ، رسوبات نئوژن از قبیل کنگلومرا ، ماسه سنگ ، مارن و سنگهای ولکانیکی ائوسن در ارتفاعات شمالی و جنوبی قابل مشاهده‌اند. و تراسهای آبرفتی، مخروط افکنه ها، شنهای روان و واریزه دوران چهارم نقاط پست و دامنه ارتفاعات دشت مذکور را پوشانده است.
منابع آبهای سطحی در دشت نیشابور اکثراً فصلی و موقتی می باشند. مهمترین جریانات سطحی دشت شامل رودخانه های بار، طاغون ، خرو بزرگ و اندرآب می‌باشند که کلیه این جریانات در نهایت به کال شور در غرب دشت می‌پیوندند.
در آخرین آماری برداری که از دشت نیشابور در سال ۱۳۷۲ بعمل آمده است تعداد چاههای عمیق و نیمه عمیق ۱۶۳۲ حلقه ،۶۲۸ رشته قنات و ۱۰۳ دهنه چشمه با تخلیه کل ۷۸۳ میلیون متر مکعب در سال برآورد گردیده است.کاهش تخلیه کل چاهها علیرقم افزایش تعداد کل چاهها در فاصله زمانی ۱۳۶۰ تا سال ۱۳۷۲ قابل تامل است که افزایش تعداد چاهها ، افت زیاد سطح آب و آبدهی کم چاهها را سبب شده است.متوسط افت ۴ ساله(۷۵-۱۳۷۱) در شمال کال‌شور حدود۳۰/۱ متر ، در مرکز دشت ۸۹/۰ و در جنوب کال‌شور ۰۶/۱ متر می‌باشد ( شرکت سهامی آب منطقه‌ای خراسان، ۱۳۷۶).
منطقه‌ای مورد بررسی در بخش تحت جلگه ، در شمال رودخانه کالشور در غرب شهر نیشابور قرار دارد. در این منطقه در اطراف روستای عشق‌آباد ترکها و شکافهای قوسی ایجاد شده و قسمتی از دشت نسبت به روستا نشست کرده است که با توجه به افت شدید آب زیرزمینی در محدوده مورد مطالعه احتمال ارتباط این شکستگیها با افت سطح آب زیرزمینی بسیار محتمل می‌باشد (شکل ۱). همینطور شکافهای طویلی به صورت خطی در اراضی کشاورزی از روستای رباطی تا توزند‌جان‌کهنه تقریباً به طول ۱۵ کیلومتر اتفاق افتاده است که علت آن بدرستی تشخیص داده نشده است.
▪ از فرضیه‌های احتمالی ایجاد شکاف موارد زیر ذکر گردیده است:
ـ این شکاف در اثر افت سطح آب زیرزمینی در منطقه بوجود آمده است.
ـ وجود یک گسل فعال در پی‌سنگ دشت نیشابور.
ـ مجاورت رسوبات رودخانه ای (رودخانه بار) با رسوبات لسی (شکل ۲).
که فرضیه اول با توجه به کلیه شواهد و اطلاعات موجود و هم افت شدید سطح آب زیرزمینی منطقه بسیار محتمل بنظر می‌رسد.
● کنترل (Monitoring)
برای کنترل نشست می توان در سرتاسر دشت نیشابور ایستگاههای GPS (دقت زیاد) شامل یک پایه با یک گیرنده و یک انتقال دهنده است تاسیس کرد. توسط این ایستگاهها می توان اختلاف ارتفاع دشت را اندازه‌گیری کرد. همچنین با حفر چاههای مشاهده‌ای در نزدیک ایستگاهها سطح آب زیرزمینی را می‌توان بطور روزانه اندازه‌گیری نمود و امکان ارتباط بین اختلاف ارتفاع و سطح آب زیرزمینی را مورد بررسی قرار داد.
مطالعات قبلی نشان داده است که نشست را می توان با استفاده از سیستمهای GPS کنترل و اندازه‌گیری کرد. برای مثال krijnen and de Heus(۱۹۹۵) دقت اندازه‌گیری GPS را برای اختلاف ارتفاع روی یک خط مبنا بررسی کردند. در این پیمایش که در کشور هلند برای یک پریود کوتاه از May ۱۹۹۴ تا June ۱۹۹۵ با استفاده از ۵ گیرنده Trimble انجام گرفت. در این تحقیق از نرم افزار Bernese برای پردازش داده‌های GPS استفاده شده و دقت اندازه‌گیری ۵-۸ میلیمتر گزارش شده است.
موسوی و همکارنش در سال ۲۰۰۰ نشست زمین را با استفاده از ۴۰ ایستگاهGPS در دشت رفسنجان اندازه گرفتند به ازای هر متر افت سطح آبهای زیرزمینی تا حداکثرحدود mm ۸۰ نشست گزارش نموده‌اند(Mousavi, ۲۰۰).
در شهر Ojiya ژاپن سه خط مبنا در داخل و اطراف شهر انتخاب شده و اختلاف ارتفاع روی هر خط مبنا اندازه‌گیری نموده‌اند. میزان نشست زمین در ایستگاهGPS داخل شهر در زمستان به مقدار cm ۷ گزارش گردید. در بهار بعد نشست انجام شده برگشت یافت. در این بررسی دقت اندازه گیری mm ۹/۵ بوده است(Zhou et al., ۲۰۰۳).
در دو مورد ذکر شده اولی اندازه‌گیری های GPS در فواصل زمانی کوتاه صورت گرفتند اما در ژاپن به خاطر ضرورت ادامه کنترل اولین کاری بود که نشست را به صورت طولانی مدت با استفاده از GPS مورد بررسی قرار دادند. تمام این مطالعات صورت گرفته مفید بودن استفاده از GPS را برای کنترل و اندازه گیری نشست نشان می دهد.
برای این منظور باید از GPS های با ایستگاههای ماهواره‌ای نیز در ارتباط بوده که دقت اندازه‌گیری بالا باشد باید استفاده شود.پس از اندازه گیری نشست از مدلهای موجود با توجه به ضرایب هیدرودینامیکی سفره برای پیش بینی نشست با توجه به نوسانات سطح آب زیرزمینی استفاده می‌گردد. در این ارتباط مدلهای بسیاری برای پیش بینی نشست زمین ارائه شده‌اند.(Frans,۱۹۹۵)
● نتیجه گیری:
اخیراً در قسمتی از دشت نیشابور در شمال رودخانه کالشور در غرب شهر نیشابور ترک و شکافهایی مشاهده گردیده است. با توجه به بهره‌برداری بی‌رویه و افت شدید سطح آب زیرزمینی احتمال ارتباط بین این نشستها و افت سطح آب زیرزمینی بسیار محتمل می‌باشد، بدلیل افت شدید سطح آب در این دشت و وجود پتانسیل منفی از نظر استحصال و بهرهبرداری از منابع آبی از سال ۱۳۶۶ ممنوعه شده است بنابراین برای جبران پتانسیلهای منفی کاهش برداشت از منابع آب زیرزمینی با اصلاح روشهای آبیاری سنتی و استفاده از روشهای مکانیزه واصلاح شده پیشنهاد می‌گردد. علاوه بر این برای حفظ پتانسیلهای موجود بایستی مهار آبهای سطحی و همچنین تغذیه مصنوعی دشت بوسیله سیلابها مورد توجه فرار گبرد. در این راستا هم اکنون سد بار در دست اجرا می‌باشد. برای کنترل و اندازه گیری افت سطح آب زیرزمینی و ارتباط آن با نشست زمین استفاده از ایستگاههای GPS در محدوده دشت پیشنهاد می‌گردد.
محمد غفوری
اعظم قزی
غلامرضا لشکری پور
منبع : پایگاه داده های علوم زمین کشور


همچنین مشاهده کنید