تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی

مقدمه

 1-1- منشاء آبهای زیر سطحی – نظرهای اولیه

 با در نظر گرفتن اهمیت آب زیرزمینی در تمدن شرق، این اندیشه ایجاد می‌شود كه چرا مدارك اندكی در مورد نظریات مربوط به منشأ این آبها وجود دارد. اندیشیدن در این مسایل توسط یونانی‌ها صورت گرفته است، ولی با وجود تفكر زیادی كه در مورد منشأ آب‌های زیرزمینی نموده‌اند، پیشرفتی بسیار جزیی نصیبشان شده است. این عدم موفقیت با پیشرفت غیرقابل تصوری كه در فلسفه و ریاضیات نموده‌اند تعجب آمیز است. یكی از علل ممكن عدم پیشرفت آنها در نظریه آب‌های زیرزمینی، پافشاری «افلاطون» و دیگر فلاسفه بود در اینكه «فلسفه و علوم، كم و بیش از نظر آزمایش‌ها، مشاهدات واقعی و كاربردهای عملی با یكدیگر اختلاف دارند» بدین ترتیب شكافی عمیق بین تجربه و نظریه به وجود آمد. اهمیت پندار یونانی در مكتب علمی‌ی است كه ریشة 2000 ساله دارد. اعتبار نوشته‌های یونانی در مورد علوم زمینی در مكتب «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 كه از یك باران سنگین مشاهده می‌شد در تعجب بودند. آن‌ها هم چنین از غارها، حفره‌ها و چشمه‌های بزرگ در سنگ‌های آهكی كه بیشتر شبه جزیرة بالكان را تشكیل می‌دهد نیز تعجب می‌كردند. معمول تربین بیان برای منشأ رودخانه این بود كه رودخانه‌ها از «چشمه‌» های بزرگ سرچشمه می‌گیرند و «چشمه»ها نیز به نوبة خود از رودها و یا دریاچه‌های زیرزمینی كه به طور مستقیم یا غیرمستقیم از اقیانوس‌ها تغذیه می‌شوند، آب می‌گیرند. این طرز تفكر، فلاسفه اولیه علوم طبیعی را با دو مسأله روبرو می‌كرد:

(1) چگونه آب اقیانوس شوری خود را از دست می‌دهد؟

(2) چگونه آب اقیانوس از سطح دریا به چشمه‌های واقع در ارتفاعات كوه‌ها می‌رسد؟

«تالس» (546 ـ 640 قبل از میلاد) كه فیلسوفی «ایونی» (یونان قدیم) و پیرو مكتب «میلتوس» بود، به نام اولیه دانشمند واقعی نامیده شده است. تصور وی در این بود كه آب توسط باد به داخل سنگ‌ها رانده شده و در اثر فشار سنگ‌ها، به طرف سطح آنها حركت كرده و در نتیجه به صورت چشمه خارج شده است. افلاطون (347ـ427 قبل از میلاد) فیلسوف بزرگ آتنی یك غار وسیع زیرزمینی را به عنوان منشأ آب تمام رودخانه‌ها تصور می‌نمود كه توسط راهروهای متعدد زیرزمینی از آب اقیانوس تغذیه می‌شود. ولی مكانیسم این گردش به طور كامل بیان نگردید. این تعبیر بر عقاید افلاطون كه بر علوم قرون وسطی نیز اثر گذاشته است، به طوریكه «كرینین» اشاره كرده است، محتملاً برداشت صحیحی از اندیشه‌های جدی‌تر وی دربارة این مطلب نمی‌باشد. در واقع كتاب «كریتیاس» حاوی بیان كاملاً دقیقی از دورة هیدرولوژی است. «ارسطو» (322ـ384 قبل از میلاد) اگرچه شاگرد افلاطون بود، لیكن نظریات وی را دربارة منشأ آب زیرزمینی تا حد زیادی تصحیح نمود. اندیشة ارسطو این بود كه آب زیرزمینی در یك دستگاه پیچیدة اسفنجی شكل از حفره‌های زیرزمینی تشكیل شده و آب از این حفره‌ها به چشمه‌ها تخلیه می‌شود. بخار آبی كه در داخل زمین ایجاد می‌شود، قسمت اعظم آب چشمه‌ها را تشكیل می‌دهد. ارسطو به هر حال دانست كه منشأ قسمتی از آب این حفره‌ها بارانی است كه به زمین نفوذ كرده و به همان صورت مایع به حفره‌ها داخل شده است.

رومی‌ها در علوم عموماً از تعالیم یونانی پیروی می‌كردند، لكن «ماركوس وتیرویوس» كه در حدود سال 15 قبل از میلاد می‌زیسته است، خود دارای چندین نوشتة بدیع درباره مهندسی و علوم می‌باشد. شهرت اصلی وی شاید در معماری و خصوصاً در اكوستیك ساختمان‌ها باشد. وی همچنین یكی از اولین افرادی است كه گردش آب را به درستی درك كرده‌اند.

تراوش آب حاصل از آب شدگی برف به زمین در مناطق كوهستانی و ظهور آن به صورت چشمه در مناطق پایین‌تر از اندیشه‌های وی می‌باشد. یكی از فلاسفة معروف «استویك» به نام

«لوسیوس انایوس سنكا» (4 سال قبل از میلاد تا 65 سال بعد از میلاد) برخلاف وی همان نظریه ارسطو را دنبال كرد و واقعیت نفوذ آب باران را انكار نمود. استنتاج «سنكا» برای بیش از 1500 سال به عنوان یك دلیل مثبت برای اینكه آب باران منشأ كافی برای آب چشمه‌ها نمی‌باشد اقامه گردید.

«برنارد پالیسی» (1589ـ1509) كه یكی از فلاسفة علوم طبیعی فرانسه است، شاید اولین شخصی باشد كه دارای نظرات جدید كاملی دربارة دورة هیدرولوژی است. و این مطلب از مناظرة بین «نظریه» و «تجربه» در فصل «آب و چشمه‌ها» از كتابش آشكار است. با وجود این بساری از عقاید یونانی و رومی تا اواخر قرن هفدهم رواج داشت. «یوهانس كپلر» (1630ـ1571) ستاره شناس آلمانی و «آتانازیوس كیرشر» (1680ـ1602) ریاضیدان آلمانی كه دو تن از مهمترین علمای عصر خویش‌اند، در عقاید «سنكا» و «ارسطو» به تفصیل بحث نموده‌اند. كپلر زمین را به حیوانی بزرگ تشبیه می‌كند كه آب دریا را بلعیده و هضم می‌كند و ما حصل عملیات متابولیك آن آب شیرین چشمه‌هاست. نظریات «كیرشر» كه در كتابی به نام «دنیای زیرزمینی» آمده است، اولین بار در سال 1664 چاپ شد و در مدتی كوتاه یك كتاب مرجع «استانده» زمین شناسی برای دانشمندان قرن هفدهم گردید. كار وی از نظر بلند همتی و ارائه یك تصور عالی تفوق ناپذیر بود. تصور وی بر این بود كه چشمه‌ها از طریق كانال‌های زیرزمینی از آب دریا تغذیه كرده و از غارهای بزرگی كه در كوه‌ها وجود دارند، تخلیه می‌گردند. گرداب‌‌ها و خصوصاً گرداب «مالستروم» در ساحل نروژ كه تا حدی اسرار آمیز نیز می‌باشد به عنوان مكان‌های خروجی غارهای واقع در كف دریاها تصور گردیدند.

مابین غروب اندیشه‌های علمی و آخر دورة رنسانس یعنی در حدود 1600 میلادی، پیشرفت بسیار كمی در زمینه‌های ژئوهیدرولوژی و هیدروژئولوژی حاصل شد. پنج حقیقت اساسی را تمام فلاسفه علمای پیشین به جز تنی چند، نادیده انگاشته بودند.

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 :

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