وبلاگ تخصصی مهندسی آب
 
 
 

چرخه آب چيست؟

چرخه آب، كه  با نام چرخه‌ي هيدرولوژي نيز شناخته مي‌شود، وجود و حركت آب را در رو و زير زمين و بالاي سطح زمين نشان مي‌دهد. آب در زمين هميشه در حال حركت است و هميشه در حال تغيير شكل مي‌باشد، از مايع به بخار،‌به يخ و دوباره بازگشت به حالت اول. چرخه آب ميلياردها سال است كه در حال كار است و زندگي همه چيز روي زمين به آب بستگي دارد؛ زمين بدون آب غير قابل سكونت خواهد شد.

توده‌هاي هوا، ابرها را در اطراف زمين به حركت درمي‌آورند. قطعات ابر با يكديگر برخورد كرده، رشد مي‌كنند و به شكل بارش به سمت پايين مي‌آيند. قسمتي از اين بارش به شكل برف بر روي توده‌هاي برفي و يخچال‌ها تجمع مي‌يابند. برف در نقاط گرم‌تر ذوب شده و به شكل نهر جاري مي‌شود و تبديل به برفاب مي‌شوند. بارش‌ها بر روي سطح اقيانوس‌ها ريخته مي‌شوند و قسمت ديگري از آن نيز بر روي زمين مي‌بارند كه در اثر جاذبه روي سطح زمين جاري شده و تبديل به رواناب سطحي مي‌شوند.

بعضي از رواناب‌هاي سطحي وارد رودخانه‌ها شده و در نهايت به سمت اقيانوس‌ها حركت مي‌كنند؛ برخي ديگر نيز به صورت آب شيرين در درياچه‌ها و رودخانه‌ها تجمع پيدا مي‌كنند. تمام رواناب‌هاي بر روي سطح زمين جاري نمي‌شوند و قسمت زيادي از آنها به زير زمين فرو مي‌روند (نفوذ). بخشي از اين آب نفوذ يافته، به اعماق پايين‌تر رفته و آبخوان‌ها را تغذيه مي‌كنند (سنگ‌هاي زيرسطحي اشباع از آب) و حجم زيادي از آب شيرين را براي مدت‌هاي مديد نگهداري مي‌كنند.

بخشي از آب زيرزميني نيز نزديك به سطح زمين باقي مي‌ماند و مجدداً به شكل تراوش به بدنه‌هاي آبي (و اقيانوس‌ها) باز مي‌گردند و مانند تخليه آب زيرزميني عمل مي‌كنند. برخي ديگر نيز به صورت چشمه‌هاي آب شيرين از زير زمين بيرون مي‌آيند. در طول زمان، اين حجم آب در حال حركت است و هر از چند گاهي بخشي از آن به اقيانوس‌ها ختم مي‌يابند كه همان نقطه شروع است، و باز مجدداً اين مسير طي مي‌شود.

 

اجزاي چرخه آب

دفتر بررسي‌هاي زمين‌شناسي آمريكا ١٦ جزء براي چرخه آب يافته است:

·         ذخيره آب در اقيانوس‌ها

·         تبخير

·         تصعيد

·         تبخير و تعرق

·         آب در اتمسفر

·         ميعان

·         بارش

·         ذخيره آب در برف و يخ

·         رواناب ناشي از برف به داخل نهرها

·         رواناب سطحي

·       جريان رودخانه‌

·       ذخيره آب شيرين

·       نفوذ

·       ذخيره آب زيرزميني

·       جريان آب زيرزميني

·       چشمه‌ها

 

آب زيرزميني از بارندگي شروع مي‌شود

در هرجايي از دنيا، بخشي از آب كه به شكل باران و برف بارش مي‌يابند به سطح زيرين خاك و سنگ نفوذ مي‌يابند. مقدار اين نفوذ بستگي به عوامل متعددي دارد. نفوذ آب به درون يخ‌هاي گرينلند تقريباً صفر است، در صورتي‌كه در عكس بالا ديديد كه يك نهر به شكل كامل داخل يك غار نفوذ مي‌كند.

بخشي از آبي كه نفوذ مي‌كند در لايه‌ي سطحي كم عمق مي‌ماند و ممكن است به درون يك نهر يا رود نشت پيدا كند. بخش ديگري از آب ممكن است به اعماق پايين‌تر برود و آبخوان‌هاي زيرزميني را تغذيه نمايد. اگر آبخوان‌ها به اندازه كافي متخلخل باشند كه آب بتواند به داخل آنها نفوذ كند، مردم مي‌توانند با حفر چاه از آب اين آبخوان‌ها استفاده نمايند. آب مي‌تواند مسافت زيادي را در زير زمين سفر كند و به‌عنوان ذخيره‌ي آب زيرزميني براي مدت طولاني بدون بازگشت به سطح زمين و يا نشت به يك بدنه‌ي آبي ديگر مثل اقيانوس‌ها و يا رودخانه‌ها به حساب آيد.

آب زيرسطحي

وقتي كه آب بارندگي به سطح زيرين خاك نفوذ پيدا مي‌كند، معمولاً دو لايه‌ي غير اشباع و اشباع بوجود مي‌آورد. در منطقه‌ي غير اشباع، مقداري آب در بازشدگي‌هاي بين سنگ‌ها وجود دارد ولي در زير آن آبي وجود ندارد. در بالاي منطقه‌ي غير اشباع، لايه‌ي خاك وجود دارد. لايه‌ي خاك داراي فواصلي است كه به وسيله‌ي ريشه‌ي گياهان بوجود آمده و باعث خواهد شد تا بارندگي‌ها از آن نفوذ نمايند. آب در اين ناحيه توسط ريشه‌ي گياهان به مصرف مي‌رسد. زير منطقه‌ي غير اشباع، منطقه‌ي اشباع وجود دارد كه آب كاملاً فضاي بين سنگ‌ها و ذرات خاك را پر كرده‌است. انسان مي‌تواند با حفر چاه تا اين منطقه آب را پمپاژ كند.ذخيره آب زيرزميني: آب براي مدت‌هاي طولاني در زير سطح زمين وجود دارد

آب ذخيره شده، بخشي از چرخه‌ي آب مي‌باشد

مقدار زيادي از آب در زير زمين ذخيره شده است. اين آب،‌ اما هنوز مي‌تواند حركت كند، هر چند خيلي آرام، ولي هنوز به عنوان بخشي از چرخه‌ي عظيم آب به شمار مي‌رود. بخش بزرگي از آب زيرزميني داراي منشاء بارندگي مي‌باشد كه به سطح زيرين خاك نفوذ يافته‌. بالاترين لايه‌ي خاك، منطقه‌ي غير اشباع مي‌باشد، جايي كه مقدار آب در آن در طي زمان تغيير مي‌كند، اما خاك را خيس نمي‌كند. زير اين لايه، منطقه‌ي اشباع وجود دارد كه تمام خلل وفرج، ترك‌ها، فاصله‌ي بين سنگ‌ها و ذرات خاك پر از آب مي‌باشد. كلمه‌ي ”آب زيرزميني“ به اين منطقه اتلاق مي‌شود. حجم آب زيادي در اين آبخوان‌ها ذخيره مي‌شود و زندگي بسياري از مردم در دنيا به آب زيرزميني بستگي دارد.

 

براي پيدا كردن آب، زير پاي خودتان را ببينيد..... سطح ايستابي

مثلاً در يك عمق مشخص، در زير زمين، همه‌جا از آب اشباع است، منتها اگر به اندازه‌ي كافي خاك نفوذ‌پذير باشد و اجازه‌ي داخل شدن آب به حفره را بدهد. سطح بالايي اين منطقه را سطح ايستابي مي‌گويند. سطح آب در اين حفره برابر سطح آب در دريا است. اگر شما اين حفره را در كنار درياي آزاد و يا ساحل اقيانوس‌ها حفر مي‌كرديد، به دليل جذر و مد سطح آب دريا و يا اقيانوس بالا و پايين مي‌رفت و درنتيجه سطح آب در اين حفره نيز بالا و پايين مي‌رفت.

اين حفره مثال خوبي براي آب زير‌زميني است. اگر در اين حفره آب شيرين بود، آن وقت مي‌شد با يك سطل از آن براي مصارف مختلف آب برداشت كرد. خوب، حالا سعي كنيد با يك سطل اين حفره را از آب خالي كنيد. اما مي‌بينيد كه بلافاصله از آب پر مي‌شود، چون ماسه‌ي ساحل بسيار نفوذپذير است و آب موجود در دريا سريعاً به حفره مي‌رسد (كه البته براي چاه‌هاي آب شرب كنار ساحل اين موضوع اصلاً خوب نيست، زيرا بجاي آب شيرين، آب شور جاي آن را مي‌گيرد). به اين چاه‌ها كه سريعاً پر مي‌شوند، چاه با آبدهي بالا مي‌گويند. براي رسيدن به آب شيرين كافي است كه يك چاه به اندازه‌اي عميق حفر شود كه به آبخوان برسد. اين چاه ممكن است كه چندين ده متر و يا چند صد متر عمق داشته باشد، اما مهم اين است كه اصول آبدهي آنها همگي شبيه همان حفره‌ي كنار ساحل مي‌باشد، دسترسي به آب در منطقه‌ي اشباع و جايي كه تمام فضاهاي بين سنگ‌ها و ذرات خاك پر از آب است.

تخليه آب زيرزميني: خارج شدن آب از زير زمين

شما هميشه بخشي از آب را كه به چشم مي‌توان ديد را تجربه كرده‌ايد، آب درياچه‌ها و رودخانه‌ها، يخ، باران و برف. اما حجم بزرگي از آب قابل ديدن نيست، جريان آبي كه در زير زمين در حال حركت است. انسان هزاران سال است كه از آب زيرزميني استفاده كرده‌است و اين كار براي آب شرب و آبياري اراضي كشاورزي كماكان ادامه دارد. زندگي بر روي زمين به همان اندازه كه به آب سطحي وابسته است، به آب زيرزميني نيز بستگي دارد.

آب زيرزميني در زيرزمين جريان دارد

بخشي از بارش كه روي زمين اتفاق مي‌افتد، به زير زمين نفوذ كرده و تبديل به آب زيرزميني مي‌شود. بخشي از اين آب بسيار نزديك به سطح است و تبديل به نشت آب به نهرها و يا رودخانه مي‌شوند، اما بخش بزرگتري از آن به دليل جاذبه‌ي زمين، به اعماق زمين نفوذ مي‌كند.

همان‌طور كه در شكل نشان داده شده است، جهت و سرعت آب در زير زمين بستگي به مشخصات آبخوان و لايه‌هاي زير زمين دارد (در سنگ‌هاي متراكم، آب زمان زيادي براي حركت در بين آنها نياز خواهد داشت). حركت آب در زير زمين بستگي به نفوذپذيري (آب تا چه ميزان راحت‌تر و يا سخت‌تر مي تواند در بين لايه‌هاي خاك حركت كند) و تخلخل (مقدار فضاي باز در بين خاك و سنگ) دارد. اگر سنگ و خاك به آب اجازه بدهند كه نسبتاً آزاد در بين لايه‌ها حركت نمايد، آب زيرزميني مي‌تواند فواصل طولاني را درمدت چند روز طي نمايد. اما آب زيرزميني همچنين مي‌تواند به اعماق پايين‌تر نفوذ كند و در نتيجه هزاران سال طول مي‌كشد تا اين آب مجدداً به زمين بازگردد.

بدلیل نیاز روز افزون به آب و عدم دسترسی به منابع تامین کننده آن, حفظ و استفاده از منابع زیرزمینی ضرور ی به نظر می رسد, که در مناطقی که دارای آب زیر زمینی و بستر مناسب هستند , احداث سد های زیر زمینی می تواند یکی از گزینه های مطلوب باشد .هدف از این مقاله این است که با مروری بر پروژه هایی که در این مورد انجام شده به بررسی پتانسیل آن در ایران بپردازد.

تاریخچه استفاده از سد های زیر زمینی در ایران و جهان به تمدن های قدیمی بر می گردد به عنوان مثال سدهای زیر زمینی در جزیره ساردینا در زمان رومیان ساخته شده است و در عصر صفویه در ایران برای افزایش آب مادرچاه قنوات وزوران در میمه اصفهان آب دیگر قنات ها را به آن منحرف می کردند . ولی هم اکنون سدهای زیر زمینی با توجه به مزایایی که نسبت به سدهای سطحی دارد تقریبا در اکثر مناطق دنیا به کار برده می شوند.

سد زیرزمینی چیست؟
ترکیب لایه های سطحی زمین در مناطق مختلف، موجب شده که نفوذ آب به لایه های زیرین با کندی یا با سرعت صورت پذیرد. اگر ترکیب لایه های زیرسطحی به گونه ای باشد که آب به اعماق نفوذ پیدا کند عملا آب از دست می رود و به اعماق غیرقابل دسترس منتقل می شود؛ در برخی از مناطق کره زمین و در اعماق کم تر از ۱۰۰ متر ترکیب خاک چنان است که آب امکان نفوذ به نقاط زیرین را ندارد و به این ترتیب سفره های زیرزمینی آب به وجود می آیند؛ در ترکیب طبیعی لایه های خاک در برخی از مناطق لایه های عمودی خاک موجب می شود که سفره های زیرزمینی به بخش های مختلفی تبدیل و هر سفره زیرزمینی تبدیل به چندین مخزن شود. در شرایط طبیعی این لایه ها به عنوان سد زیرزمینی طبیعی عمل می کنند و انسان با شناخت مزایای این سدهای طبیعی در تلاش است تا در سفره های گسترده آب های روان زیرزمینی سدهایی مصنوعی احداث کند و در واقع مخازن زیرزمینی آب را احداث کند. ایجاد ستون های عمودی گسترده در مسیر جریان های آب یا در مخازن زیرزمینی که اغلب عمق کم تر از ۷۰ متر دارند را سد زیرزمینی می نامند و ایجاد این سدها نیاز به محاسبات دقیق، تصاویر هوایی ماهواره ای، توجیه اقتصادی و از همه مهم تر مطالعات زیست محیطی دارد.

سدهای زیرزمینی در مقایسه با سدهای معمولی که در عرض رودخانه یا نهر به منظور ذخیره آب ساخته می شوند ، آب سطحی را در مخازن بالادست سد جمع آوری می کنند ولی سدهای زیرزمینی جریان آب زیرزمینی را مسدود می کند و آب را در زیر سطح زمین ذخیره می نماید. همچنین به عنوان سازه جمع کننده ای که جریان آب زیرزمینی را منحرف می نماید به کار می رود.
به عنوان مثال می تواند سفره های مجاور را تغذیه کند و یا سطح ایستابی را در یک سفره با جریان کم طوری بالا ببرد که به سهولت به وسیله عملیات پمپاژ قابل بهره برداری باشد.
استفاده از سدهای آب زیرزمینی نسبت به روش های متداول ذخیره سطحی آب دارای مزایای زیادی است.
یکی از مزیت نسبی سدهای آب زیرزمینی در مقایسه با مخازن سطحی رایج ، به مقدار تلفات تبخیر از سطح آب باز می باشد، در این روش تلفات تبخیر کاهش یافته و یا حتی به طور کامل از بین می رود. یک بار و برای همیشه طراحی و ساخته می شود و سپس ذخیره آب برای مدت طولانی در دسترس می باشد ، در حالی که حجم ذخیره مفید مخازن سطحی به دلیل رشد گیاهان و ته نشینی رسوبات کاهش می یابد و همچنین به طور مرتب در معرض تبخیر یا خرابی ناشی از طغیان های شدید رودخانه است.
در سدهای زیرزمینی آب ذخیره شده کمتر آلوده میشود و مخاطرات سلامتی که در مخازن سطحی وجود دارد، منتفی است و همچنین وقتی از مخازن ذخیره سطحی استفاده می شود، قسمتی از زمین توسط مخازن اشغال می شود ، در صورتی که زمین بالا دست مخازن سد آب زیرزمینی را می توان جهت اهداف دیگر نیز به کار برد.

آب های زیرزمینی مرزی
سد زیرزمینی از جمله تکنیک هایی است که به کمک آن می توان از طریق بهبود منابع آبی موجود، بهره وری از آن ها را افزایش داد. همچنین با جمع آوری و استحصال آب هایی که از دسترس خارج می شوند(نشت آب و بازگشت به لایه های زیرین) به هنگام خشکسالی به مقابله با بحران کم آبی پرداخت و میزان هدر رفت آب را کاهش داد.این تکنیک کاربردهای متفاوتی دارد و در شرایط مختلف اقلیمی و منطقه ای (جغرافیایی) قابل اجراست. به طور کلی سدهای زیرزمینی می توانند در صنعت آب کشور به دو صورت سدهای زیرزمینی مخزنی و سدهای زیرزمینی حفاظتی مورد بهره برداری قرار بگیرند.

سفره های زیرزمینی آب به دو گونه مختلف وجود دارد:  اول سفره هایی که دسترسی به آن ها توسط قنات ها و چاه امکان پذیر است و از قرن ها پیش انسان برای استحصال آب با حفر چاه و احداث قنات به این منابع آبی دسترسی پیدا می کرده است.
دسته دوم سفره های زیرزمینی آب محصور به دو لایه غیرقابل نفوذ در بالا و کف حوضچه (سفره) هستند و ازاین نظر نمی توان به راحتی به آن ها دسترسی پیدا کرد. اما از وجود این سفره ها و آثار زیست محیطی، نظیر وجود مناطق جنگلی می توان پی برد که در اعماق زمین منابع آبی به وفور وجود دارد.
در مناطقی از کشور سفره های زیرزمینی نوع دوم وجود دارد، می توان مطالعات احداث سد زیرزمینی را آغاز کرد، اما این مطالعات و اجرا خود یک اصل مهم دارد و آن این که تنها بر جریان های زیرزمینی آب (از نوع دوم) باید سد ایجاد کرد که این جریان در محدوده مرزها یا محدوده دریاهاست تا با این روش از بیرون رفتن آب از مرزها و اختلاط آب شیرین با آب نفوذی دریاها جلوگیری کرد. بنابراین باید توجیه علمی و اقتصادی سدهای زیرزمینی به دقت محاسبه شود.

در احداث سدهای زیرزمینی باید به این نکته هم توجه داشته باشیم که جریان های آبی زیرزمینی نوع دوم به گونه ای حرکت می کنند که تقریبا تمامی حجم آب با هم از نقطه ای به نقطه دیگر حرکت می کند و همانند موج از یک منطقه به منطقه دیگر می رود. بنابراین در احداث سد زیرزمینی باید مناطق بالادست و پایین دست جریان آب را به خوبی تشخیص داد و پس از آن که سد احداث شد، سفره زیرزمینی نوع دوم تبدیل به سفره نوع اول می شود و ممکن است بر اقلیم منطقه و پوشش گیاهی و منابع آبی و مهم تر از همه بر سطح ایستایی آب منطقه و آب های تحت الارضی تاثیر مثبت یا منفی داشته باشد و باید پیش از احداث سد تاثیر بر اقلیم منطقه هم به دقت محاسبه شود تا اگر نتایج مثبت احداث سد از اثرات منفی آن بیشتر باشد، عملیات اجرایی آغاز شود.

هدف از طراحی سد های زیر زمینی را به طور کلی می توان در چهار بخش بیان کرد:

1.       تامین آب مصرفی

2.       مدیریت منابع آب ( مانند مسدود کردن چند چشمه یا قنات و هدایت آب آنها به چشمه اصلی یا مادر چاه قنوات )

3.       جلوگیری از پیشروی آب شور به آب زیر زمینی مانند سواحل و دشت های نمک

4.       زیست محیطی مانند پخش آلودگی یا تشعشعات هسته ای و اثرات سوء آنها بر آب های زیرزمینی

از جمله مزایایی که سد های زیر زمینی نسبت به سد سطحی دارد به این شرح است:

·         هزینه ساخت بسیار پایین تر

·         نزدیکتر بودن سد به محل مصرف

·         عدم کاهش آب به علت تبخیر سطحی

·         بهداشتی تر بودن مصرف آب آن به علت گندزدایی از میکروب و ویروسهایی که اغلب در آبهای پشت سد ها وجود دارد.

·         توزیع آب سدهای سطحی بوسیله کانال کشی بسیار گران است

·         تکنولوژی ساخت بسیار ساده

طراحی سدهای زیرزمینی :

۱- مکانیابی :
اولین قدم در احداث سدهای زیر زمینی مکانیابی می باشد و باتوجه به اینکه سدهای زیرزمینی امکان احداث در نقطه ای را ندارند پس با توجه به خصوصیات و اقلیم منطقه باید بهترین مکان برای احداث در نظر گرفته شود. منطقه مورد نظر از نظر اقلیمی و خصوصیات دیگر  باید دارای شرایط زیر باشد :

اقلیم :
نیاز به مسدود نمودن آب زیرزمینی جهت ذخیره آب اساساَ از نامنظم بودن بارندگی ناشی می شود. در مناطق خشک ، هر قطره آب ارزشمند است و باید ذخیره شود. در مناطق با اقلیم موسمی ، مجموع مقادیر بارندگی سالانه جهت رفع نیاز مردم و کشاورزی کافی است ، اما موسمی بودن آن بدین معنی است که در زمانی از سال آب در دسترس نیست . بنابراین مسدود نمودن آب زیرزمینی به معنای پل ارتباطی بین ماه های دارای بارندگی برای مقابله با خشکسالی های فصلی است. به علاوه بارندگی های موسمی نیز اغلب در مواقع مورد نیاز اتفاق نمی افتد و این مشکل تأمین آب را حادتر می کند.
احداث سدهای آب زیرزمینی با هدف افزایش کمی یا بالا بردن سطح ایستایی آبخوان یا تغذیه سفره های مجاور و تحتانی در مناطقی که آب در تمام سال وجود دارد ، نیز صورت می گیرد. همچنین اکثر طرح های اجرا شده در مناطق مختلف دنیا مربوط به اقلیم های خشک ، موسمی و حاره ای خشک و مرطوب است.
مطابق تعریف کوپن ، مناطقی که پتانسیل تبخیر در آن ها بیشتر از بارندگی است ، مناطق خشک هستند.
یکی از مزیت نسبی سدهای آب زیرزمینی در مقایسه با مخازن سطحی رایج ، به مقدار تلفات تبخیر از سطح آب باز است.
توپوگرافی :
وضعیت توپوگرافی از نظر امکان احداث سد آب زیرزمینی و همچنین دستیابی به مخازن بزرگ با شرایط تغذیه مناسب و تلفات نشت کمتر ،تا حد زیادی تعیین کننده می باشد. مخزن ذخیره آب در پشت سد می تواند بر روی سنگ بستر و یا سازند های سست تر ولی با نفوذ پذیری کمتر قرار گیرد . به طور کلی محل احداث اینگونه سدها بهتر است در دره ها و یا رودخانه های باریک و یکدست انتخاب شود.
در مناطق کوهستانی با شیب تند ، امکان یافتن رابطۀ قابل قبولی بین حجم ذخیره و ارتفاع سد مشکل است.
اساسی ترین دلیل احداث سد زیرزمینی ، افزایش ذخیرۀ سفره آب زیرزمینی از طریق جریان طبیعی آب زیرزمینی است.به طور کلی در شرایط طبیعی ، شیب سطح ایستابی و همچنین میزان جریان آب تابع شیب توپو گرافی منطقه است ، بنابراین برای احداث سد زیرزمینی باید حداقل شیب توپوگرافی که مرتباً با شرایط هیدرولوژیکی محل تغییر می کند، موجود باشد.
معمولاً شیب محل احداث سدها در حدود 2/0 تا 4 درصد می باشند، اما در برخی موارد به طور استثنا نیز سد ها در شیب های 10 تا 16 درصد ساخته شده اند.
 هیدروژئولوژی :
اغلب بسترهای پوشیده از شن یا ریگ رودخانه ها جهت احداث سد زیرزمینی مناسب می باشند. در لایه های آبده عمیق تر و یا داخل سنگ هایی که به صورت در جا هوا زده شده اند. با وجود این که خصوصیات ذخیره سازی و جریان چندان مناسبی نداشته اند، احداث سد با موفقیت صورت گرفته است.
آبدهی ویژه این آبخوان ها بسته به توزیع دانه بندی ، شکل ذرات و تراکم از 5 تا 50 درصد متغیر است.
مقدار هدایت هیدرولیکی به نوع مصالح آبخوان وابسته است . به عنوان نمونه هدایت هیدرولیکی شن درشت ، تا هزار برابر شن ریز می باشد و وجود رس در سفرۀ شنی ، گاهی هدایت هیدرولیکی آن را تا هزار برابر کاهش می دهد. بنابراین چنانچه سد زیرزمینی در سفره ای با مصالح ریز دانه احداث شود، معمولاً آب کافی درون فضای خالی خاک وجود داشته ، ولی امکان بهره برداری از آن به خاطر کاهش آبدهی محدود است.
احداث سدهای زیرزمینی در سفره های از جنس سنگ های خرد شده امکان پذیر می باشد، این سدها معمولاً از نوع پرده های تزریق هستند که در عمق شکاف های خرد شده و نفوذ پذیر احداث می شوند و جریان آب زیرزمینی را قطع می کنند. با این عمل می توان زه کشی از اعماق را کنترل نمود که به این طریق ذخیره سازی در لایه های فوقانی نیز اصلاح می شود.
آبخوان های مسدود شده توسط سدهای زیرزمینی معمولاً کم عمق بوده که این موضوع می تواند دال بر وجود سفره های آزاد باشد. اساس ایده ساخت سد زیرزمینی با هدف ذخیره سازی ، متوقف کردن جریان طبیعی آب زیرزمینی می باشد و قضاوت راجع به مفید بودن سد، مستلزم تخمین اندازه جریان ، شرایط نفوذ پذیری و اندازه شیب سطح ایستابی است.
بطور کلی مخازن سد زیرزمینی توسط جریان آب زیرزمینی تغذیه می گردد و برنامه پایش اطلاعاتی، مقدار و جهت آنها را نشان می دهد زمانی که آب ذخیره شده برای آبیاری بالادست سد استفاده شود مشروط بر اینکه آبهای سطحی بقدر کافی نفوذ پذیر باشند، از طریق جریان برگشتی نیز تغذیه مهمی وجود خواهد داشت .
اغلب سدهای زیرزمینی برروی سنگ بستر سخت بنا شده اند و به منظور جلوگیری از تلفات نشت از زیر سد ، باید اتصال محکمی بین دیواره سد و سنگ بستر و تکیه گاه ایجاد نمود .
با توجه به این که متوقف کردن نشت از طریق شکاف های سنگ بستر، حتی اگر در طی احداث سد حاصل شده باشد ، بسیار مشکل است ، لذا دقت و احتیاط ضرورت دارد و باید توجه نمود که احداث سد در دره های باریک و در طول رودخانه ها صورت می گیرد که همیشه احتمال وجود درز و ترک در سنگ بستر آنها وجود دارد.
همچنین تحت شرایط مناسب ، امکان استفاده از لایه با نفوذ پذیری پایین در کف مخزن به عنوان سنگ بستر وجود دارد این لایه می تواند از رسوبات سخت شده یا قسمت یک لایه سنگ هوازده باشد. اصولاً اگر لایه های رسوبی تحتانی به قدر کافی ضخیم باشند نسبتا نفوذ ناپذیر محسوب می شوند ، هر چند که نمی توانند دقیقا همان ویژگی های سنگ کف را داشته باشند که این مساله ممکن است باعث تلفات جانبی آب از مخزن گردد. به هر حال ، اگر هدف مسدود کردن آب زیرزمینی برای تغذیه آبخوان باشد ، روش خوبی است و مشکلی ایجاد نمی کند.
رسوبات :
تجمع رسوبات در بالا دست سد شنی ، نتیجه نهایی یک سری فرآیند های فیزیکی است که خصوصیات هیدرولیکی رسوبات را تحت تأثیر قرار می دهد. منشأ رسوبات حوضه ، سازند های سنگ مادر موجود در حوضه است که هوازدگی آن ها را متلاشی می کند و پس از این که ذرات توسط فرسایش از هم جدا شدند ، توسط آب حمل می شوند و سرانجام در مخزن ذخیره ، ته نشین می گردند. به طور معمول مراحل فرسایش و رسوب گذاری در مناطق با اقلیم خشک در دنیا در ارتباط با فعالیت های حفاظت خاک و احداث سدهای بزرگ به طور مفصل مورد مطالعه قرار می گیرند.
هوازدگی مکانیکی و شیمیایی اثر زیادی بر روی خصوصیات رسوب دارد. سرعت پائین هوا زدگی شیمیایی در اقلیم های خشک ، سبب درشت دانه شدن رسوبات می شوند(ساند برگ،1982). مقدار فرسایش عمدتاً به شدت بارندگی ،شیب و استفاده از اراضی بستگی دارد .بنابراین بر خلاف آنچه مورد نظر مهندسان کشاورزی و هیدرولیک ، می باشد مهندس طراح سد شنی از شیب های تند با پوشش گیاهی کم در حوزه استقبال می کند.
رسوبات درشتی که بایستی پشت سد شنی جمع شوند ، رسوبات حمل شده به عنوان بار بستر می باشد.بنابراین ضرورت دارد که رگبار های بو جود آورنده جریان های اولیه در شروع فصل بارندگی به قدر کافی شدید باشند که موجب حمل بار بستر گردد. 

که میتوان به اختصار به موارد زیر نیز اشاره کرد:

·         دارای اقلیم خشک یا نیمه خشک باشد

·         بارندگی نامنظم یا کم باشد یا در فصولی که به آن احتیاجی نیست باشد

·         با  توجه به اینکه سد های زیر زمینی باید با کمترین هزینه ، بیشترین حجم مخزن و نشت کمتری را داشته باشند ، معمولا با ارتفاعی بین ۳ تا ۴ متر و در محلی که شیب زمین کمتر از ۵% است ساخته می شوند که این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه های باریک و یکدست یافت می شود.

·         بستر نفوذ ناپذیر به فاصله ی کمی از سطح

·         لایه های زمین با خلل و فرج زیاد و ضخامت کافی برای ذخیره مناسب وهر چه بیشتر آب

·         در سفره های با مصالح ریزدانه معمولا آب کافی درون فضای خالی خاک وجود دارد ولی امکان بهره برداری از آن به خاطر کاهش آبدهی محدود می باشد

·         کمترین فاصله تا محل مصرف

·         عدم آلودگی آب ذخیره شده توسط فعالیت های انسانی

 

در مواردی شرا یط مناسب طبیعی خود مانند یک سد زیرزمینی عمل می کند و اثر سد کنندگی موانع طبیعی (مانند برآمدگی لایه نفوذ ناپذیر بستر ) می تواند نقش به سزایی در مکان یابی و صرفه جویی در هزینه ها داشته باشد.

در ضمن باید مقدار نمک خاک و مقدار بارش سالانه هم مورد بررسی قرار بگیرد.وجود لایه های نمکی باعث شور شدن آبهای ذخیره شده می شود . هرچند تحقیقات اخیر در آدلاید استرالیا نشان د اده است که جریان آهسته آب شیرین مخلوط کردن آن را با آب شور زیرزمینی محدود می کند.اهمیت بررسی مقدار بارش سالانه از این جهت است که جریان به اندازه کافی داشته باشیم و سد به خطر نیفتد.

ساخت سد :
اولین اقدام در احداث سد حفر گودالی عمود بر راه زهکشییا بستر رودخانه است که به علت عمق کم عملیات اجرایی آن توسط نیروی انسانی انجام می شود . در آبرفت های ماسه ای خشک با خاصیت چسبندگی کم و مناطق شنی به علت ناپایداری شیب ها امکان فروریزی دیواره ترانشه ها وجود دارد و حفاری را با مشکل مواجه می کند با این وجود آبرفت های ماسه ای برای مکان سد مطلوب هستند چون سطح آب زیر زمینی براحتی در آنها دیده می شود ، با این حال با پمپ کردن سطح آب را پایین نگه می دارند.

معمولاً زمان احداث سد های زیر زمینی در پایان فصل خشک می باشد که سطح آب زیر زمینی پایین می باشد و عملیات اجرایی با سهولت بیشتری همراه خواهد بود.

مصالح مصرفی در احداث سد با توجه به سه پارامتر ۱- منابع قرضه موجود در منطقه ۲- هزینه های مصرفی ۳سهولت انجام کار تعیین میشود هر چند از مواد ساختمانی مختلفی برای احداث می شود استفاده کرد و تنها احتیاج به آب بند کردن دیواره های سد می باشد .

در ذیل به دو نمونه از مصالحی که در احداث سد استفاده شده اشاره می شود :

۱- رس متراکم شده :
استفاده از رس ، روش مرسومی است که احتیاجی به نیروی انسانی ماهر ندارد . رس در لایه هایی با ضخامت کم ریخته و سپس متراکم می شود . به علت جریان آبی زیر زمی نی احتمال فرسایش سطح رس وجود دارد به همین خاطر برای محافظت دیواره از ورقه های پلاستیکی استفاده می شود . عملیات پرکردن ترانشه توسط وسایل متراکم کننده و با رطوبت مناسب انجام می شود . اگر ذخیره آب زیر زمینی در فصول خشک کاهش یابد امکان توسعه درز و ترک در سد و جود دارد ، به همین خاطر با احداث دیواره با ضخامت مناسب جهت نگهداری رطوبت در منطقه هسته حتی در دوره های خشک طولانی می توان از این مسئله جلوگیری کرد.

۲- ورقه های قیر اندود یا پلاستیکی :
در این روش از یک هسته پلاستیکی برای آب بند کردن استفاده می شود که نوع پلاستیک آن معمولا پلی اتیلن است و تاجایی که به هزینه ی مواد مربوط می شود .کم هزینه ترین روش می باشد . هنگامی که از این روش استفاده می شود . باید توجه داشت که باید از مصالحی مانند گل ولای برای اندود کردن دو طرف ورقه استفاده شود تا از ایجاد سوراخ توسط سنگ های تیز جلوگیری به عمل آید . همچنین برای محافظت در برابر اثرات انبساط و انقباض باید تغییرات دمایی را مورد توجه قرار داد.

در هنگام سوراخ شدن ورقه می شود ورقه پلاستیکی دیگر با یک ماده چسبنده ی مناسبی وصله کرد

۳- استخراج آب :
عملیات استخراج آب به دو صورت ثقلی و حفر چاه انجام میشود . اگر محل بهره برداری مردم در منقطه پایین دست سد باشد و شرایط توپوگرافی نیز فراهم باشد امکان استخراج آب از مخازن به صورت ثقلی وجود دارد.

در این روش از طریق لوله که از بدنه سد میگذرد و نیروی ثقل آب را به مناطق پایین دست هدایت می کنند .

چاهی که آب را از سد های زیرزمینی استخراج می کند در مخزن قرار می گیرد و برای جلوگیری از تخریب توسط سیلاب آن را نزدیک به کناره ی رودخانه ها حفر میکنند.

 

نمونه های انجام شده در ایران :

سابقه ساخت سدهای زیر زمینی در ایران در عصر حاضر به سال ۱۳۷۰ میرسد که در کهنوج کرمان یه منظور تامین آب شرب شهرکی توسط وزارت جهادسازندگی وقت انجام شد این سد که با عرض ۴۰ متر و ارتفاع ۱۲ متر در شیب ۴% با هسته رسی ساخته شد که حجم ذخیره آن حدود ۱۰۰۰ مترمکعب بود .

از جمله دیگر کارهای انجام شده می توان به موارد زیر اشاره کرد :

کوهرز دامغان که روش ساخت آن از دوقسمت ساخته شد

۱- از کف پی تا ارتفاع ۴ متر به صورت دیوار چینی آجری با رویه قیرگونی شده

۲- بقیه دیوار تا سطح زمین با رس کوبیده

سد زیرزمینی تویه دوار که تا عمق ۵ متر از سنگ و ملات و ادامه آن از بتن استفاده شده است و برای حفاظت از لایه ایزوگام دیوار آجری ۲۰ سانتیمتری ایجاد گردید و در داخل مخزن سد از مصالح گراولی استفاده شد.

از موارد در حال ساخت میتوان به سدهای در حال ساخت در ماکو در آذربایجان غربی و خرانق یزد اشاره کرد

مزایا و منافع احداث سد زیرزمینی در مقایسه با سدهای سطحی عبارتند از:

۱) افت ناشی از تبخیر در مناطق خشک در سد زیرزمینی بسیار کمتر از سد سطحی است که آب در معرض نور خورشد و گرما قرار دارد.

 ۲) نگهداری سدهای زیرمینی بسیار راحت تر و ارزانتر از سدهای سطحی است.

 ۳) از تولید مثل و تکثیر حشرات و انگلها مثل پشه جلوگیری می‌شود.

 ۴) آلودگی آب ذخیره شده توسط مردم و حیوانات بصورت قابل توجه‌ای کاهش می‌یابد بویژه بصورت یک چاه و پمپ دستی می‌توان آب را بهداشتی و کنترل شده استحصال کرد.

 معایب سدهای زیر زمینی : از آنجا که ایده ها و پروژه ها و مصنوعات دست بشر هیچگاه حسن کامل نداشته و عاری از عیب نیز نبوده است سدهای زیر زمینی نیز از این امر مستسنی نیستند . و دارای معایب می باشند . از جمله معایب سدهای زیرزمینی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1-      حجم آب کمتری را در مخزن خود ذخیره می نماید .

2-      تخمین صحیح آب ذخیره شده و قابل برداشت بسیار مشکل است و به عوامل متعددی بستگی دارد .

3-   در این نوع سدها به علت غیر قابل رویت بودن کار،کنترل عملیات اجرایی،کنترل کیفیت ساخت دیواره اب بند و همچنین کنترل آبگذاری از مرزها بسیار مشکل می باشد . و نیاز به دقت و مطالعه زیادی دارد .

4-   در صورتی که عمق بدنه سد از 70 متر بیشتر باشد پروژه از لحاظ اجرایی و تهیه دستگاه حفاری مناسب و مسائل اقتصادی با مشکل مواجه خواهد شد .

در مقایسه محاسن و معایب سدهای زیر زمینی به وضوح می بینیم که محاسن سدهای زیرزمینی نسبت به معایب ان بسیار چشمگیر تر است . با استفاده از سدهای زیر زمینی می توان با توجه به شرایط محلی امکان استفاده از منابع آب زیرزمینی راتا حدود 30 درصد افزایش داد که این میزان افزایش به خصوص در مناطق خشک رقم قابل ملاحظه ای بوده و می تواند تأثیر بسزایی در منطقه به خصوص در مواقع بحران بگذارد

 

نتیجه گیری :
سدهای زیرزمینی با توجه به هزینه پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره آب بهداشتی و مزایای بسیاری که نسبت به سد های سطحی دارد و به خصوص با توجه به آب وهوای خشک ونیمه خشک ایران می تواند یک روش مقرون به صرفه و ساده برای استفاده از آب های زیرزمینی باشد.

امید است در کنار صرف هزینه های زیاد در بخش سد سازی در کشور ما ، ساخت این گونه سدها نیز بیش از پیش مد نظر قرار بگیرد

منبع:

پروفسور گليك، ١٩٩٦: منابع آب. در دائرةالمعارف آب و هوا و اقليم، مؤلف اشنايدر، چاپ دانشگاه آكسفورد، نيويورك، جلد دوم، صفحات ٨١٧ تا ٨٢٣

طباطبایی یزدی ، جواد و لشکریان ، سعید نبی پی، سدهای آب زیرزمینی جهت تامین آب در مقیاس کوچک (ترجمه) ، سازمان تحقیقات و آموزش کشاورزی ، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

http://www.paydarymelli.ir

http://ga.water.usgs.gov

http://www.30vil.net

http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html

 |+| نوشته شده در  89/10/12ساعت 13:0  توسط   | 
 
  بالا