آب‌های زیرسطحی: گنج پنهان زمین
آب زیرزمینی چیست و چگونه تشکیل می‌شود؟
آب‌های زیرسطحی، آبی است که فضای خالی بین ذرات خاک، ماسه، شن و ترک‌های سنگ‌ها را پر کرده است. این آب از بارش‌هایی مانند باران و برف تشکیل می‌شود. وقتی باران می‌بارد یا برف آب می‌شود، بخشی از آن در خاک نفوذ می‌کند. این فرآیند نفوذ۴ نام دارد. آب به آرامی به سمت پایین حرکت می‌کند تا به لایه‌ای نفوذناپذیر مانند سنگ بستر یا خاک رس برسد و در آنجا جمع شود.
برای درک بهتر، یک لیوان را پر از سنگ‌ریزه کنید. اگر آب را به آرامی در آن بریزید، آب در فضای خالی بین سنگ‌ریزه‌ها نفوذ می‌کند و در کف لیوان جمع می‌شود. لایه‌های زیرزمین زمین نیز به همین شکل عمل می‌کنند.
| ناحیه | توضیح | مثال |
|---|---|---|
| ناحیه غیراشباع۵ | لایه‌ای از خاک که هم هوا و هم آب در خلل و فرج آن وجود دارد. این ناحیه بین سطح زمین و سطح ایستابی قرار گرفته است. | خاک باغچه پس از یک باران سبک که هنوز کاملاً خیس نشده است. |
| ناحیه اشباع۶ | لایه‌ای که تمام فضای خالی بین ذرات آن پر از آب است. بالاترین سطح این ناحیه، سطح ایستابی۳ نام دارد. | آبی که در عمق یک چاه می‌بینید. |
سفره‌های آب زیرزمینی و انواع آن
لایه‌های زیرزمینی حاوی آب که می‌توانیم از آن‌ها آب استخراج کنیم، سفره‌های آب۲ نامیده می‌شوند. این سفره‌ها مانند مخازن طبیعی و زیرزمینی آب هستند. آن‌ها را می‌توان بر اساس فشار آب داخل‌شان دسته‌بندی کرد.
| نوع سفره | ویژگی‌های کلیدی | چگونه به آب می‌رسیم؟ |
|---|---|---|
| سفره آزاد۷ | دارای یک سطح ایستابی آزاد که مستقیماً با اتمسفر در تماس است. فشار آب در این سطح برابر با فشار هوا است. | حفر چاه معمولی تا زیر سطح ایستابی. پمپاژ آب نیاز است. |
| سفره تحت فشار۸ (محبوس) | بین دو لایه نفوذناپذیر محصور شده است. فشار آب در این سفره از فشار اتمسفر بیشتر است. | حفر چاه آرتزین. آب به دلیل فشار داخلی، خود به خود تا ارتفاعی بالا می‌آید و ممکن است فوران کند. |
چگونه آب زیرزمینی را استخراج و استفاده می‌کنیم؟
انسان‌ها برای دسترسی به این منبع پنهان، روش‌های مختلفی ابداع کرده‌اند. ساده‌ترین روش، حفر چاه است. چاه یک حفره عمودی است که تا زیر سطح ایستابی حفر می‌شود تا آب در آن جمع شود. سپس با سطل یا پمپ، آب را به سطح زمین می‌آورند. قنات۹ یا کاریز، یک سیستم باستانی و هوشمندانه ایرانی است که یک کانال زیرزمینی شیب‌دار، آب را از دامنه کوه‌ها به دشت‌ها و مناطق پایین‌دست هدایت می‌کند بدون آنکه نیاز به پمپ باشد.
امروزه از آب‌های زیرزمینی برای مصارف گوناگونی استفاده می‌شود:
- کشاورزی: بیش از ۶۰ درصد آب مورد نیاز کشاورزی در بسیاری از مناطق از این طریق تأمین می‌شود.
- شرب: میلیاردها نفر در سراسر جهان برای آشامیدن و مصارف خانگی به آب چاه‌ها وابسته‌اند.
- صنعت: بسیاری از کارخانه‌ها از آب زیرزمینی برای خنک‌کردن دستگاه‌ها و فرآیندهای تولید استفاده می‌کنند.
محاسبه میزان آب قابل استخراج: یک نگاه ریاضی
برای مدیریت بهتر منابع آب، باید بتوانیم حجم تقریبی آب ذخیره شده در یک سفره را تخمین بزنیم. این کار با استفاده از یک فرمول ساده انجام می‌شود. حجم کل آب ذخیره شده در یک سفره آزاد را می‌توان اینگونه محاسبه کرد:
که در این فرمول:
$ V $ = حجم کل آب ذخیره شده (بر حسب متر مکعب)
$ A $ = مساحت سفره آب (بر حسب متر مربع)
$ h $ = ضخامت یا ارتفاع ناحیه اشباع (بر حسب متر)
$ S_y $ = بازده مخصوص۱۰ (نسبت آب قابل استخراج به کل حجم خاک)
بازده مخصوص۱۰ یک عدد کسری است که بستگی به جنس خاک یا سنگ دارد. برای مثال، بازده مخصوص ماسه درشت حدود ۰.۲۵ است. این یعنی از هر ۱ متر مکعب ماسه درشت، می‌توان ۰.۲۵ متر مکعب (یا ۲۵۰ لیتر) آب استخراج کرد.
چالش‌ها و تهدیدهای پیش روی آب‌های زیرزمینی
متأسفانه این منبع ارزشمند در معرض تهدیدهای جدی قرار دارد. اصلی‌ترین مشکل، برداشت بیش از حد است. وقتی آب بیشتری از چاه‌ها پمپاژ می‌شود نسبت به آبی که به طور طبیعی از طریق نفوذ جایگزین می‌شود، سطح ایستابی پایین می‌رود. این پدیده کشیدگی بیش از حد۱۱ نام دارد و پیامدهای خطرناکی دارد.
| پیامد | توضیح | وضعیت |
|---|---|---|
| خشک شدن چاه‌ها و قنات‌ها | با پایین رفتن سطح ایستابی، چاه‌های کم‌عمق دیگر به آب نمی‌رسند. | هشدار |
| فرونشست زمین۱۲ | خروج آب از خلل و فرج خاک باعث فشرده شدن دائم لایه‌های زیرزمین و پایین رفتن سطح زمین می‌شود. | هشدار |
| شور شدن آب | در مناطق ساحلی، پایین رفتن سطح آب شیرین باعث نفوذ آب شور دریا به سمت سفره‌ها می‌شود. | هشدار |
| آلودگی | نفوذ فاضلاب، کودهای شیمیایی و سموم کشاورزی از سطح زمین، کیفیت آب زیرزمینی را کاهش می‌دهد. | هشدار |
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
۱ Subsurface Water
۲ Aquifer
۳ Water Table
۴ Infiltration
۵ Unsaturated Zone / Vadose Zone
۶ Saturated Zone
۷ Unconfined Aquifer
۸ Confined Aquifer
۹ Qanat
۱۰ Specific Yield ($ S_y $)
۱۱ Overdraft
۱۲ Land Subsidence