بخشی از مقاله
بررسي ارتباط بين وضعيت آب زيرزميني و فرونشست دشت تهران
چکيده :
فرونشست زمين در دشت تهران طي دهه گذشته روند رو به رشدي داشته و علاوه بر افزايش مساحت درگير با اين پديده ، نرخ فرونشست ساليانه نيز افزايش يافته است . اين پديده سبب بروز خسارت هاي گسترده و ايجاد مشکلات متعددي در مناطق شهري ، صنعتي و کشاورزي موجود در پهنه اين دشت شده است . عوامل مختلفي در رخداد اين پديده دخيل مي باشند که مهمترين عامل همواره افت سطح آب زيرزميني در اثر ازدياد برداشت عنوان مي شود. با وجود دخالت عوامل مختلف در بروز اين پديده ، با توجه به شواهد و اندازه گيري هاي انجام شده به نظر مي رسد در دشت تهران نيز افت سطح آب زيرزميني عامل اصلي در رخداد فرونشست زمين باشد.
آليد واژه ها: فرونشست زمين ، دشت تهران ، سطح آب زيرزميني ، بيلان آب زيرزميني ، سفره محبوس .
مقدمه :
فرونشست زمين پديده اي رو به گسترش در بسياري از نقاط جهان به خصوص مناطق خشک و نيمه خشک مي باشد که در طي ساليان اخير روند رو به رشدي پيدا کرده است . اين پديده حرکتي آرام و نامحسوس داشته اما در طولاني مدت اثري که به جا مي گذارد به مراتب بيشتر از بسياري مخاطرات زمين شناسي مي باشد. عوامل متعددي سبب رخداد پديده فرونشست زمين مي شوند که مي توان به انحلال سنگ ها و ريزش آنها، فعاليت هاي آتشفشاني ، تحکيم خاک هاي رسي و فعاليت هاي تکتونيکي
[١٤]، رخداد زمين لرزه [١٣]، برداشت بي رويه آب زيرزميني [١٠]، نشست ناشي از بارگذاري بيش از حد روي زمين [٩]، نشست ناشي از استخراج آب در مناطق ژئوترمال [١١] و موارد ديگر اشاره کرد.
فرونشست دشت تهران در ابتدا توسط اندازه گيري هاي سازمان نقشه برداري کشور در دهه ١٣٧٠ مورد توجه قرار گرفت و در سال ١٣٨٣ مسئوليت بررسي آن به سازمان زمين شناسي کشور سپرده
شد. در اين راستا در بهار ١٣٨٣ طي گزارشي دلايل رخداد پديده برداشت آب و افت سطح آب زيرزميني و ويژگي هاي مهندسي رسوبات ذکر شد [٣]. سازمان زمين شناسي در سال ١٣٨۴ گزارشي جامع ارائه داد که در آن دلايل رخداد به صورت اجمالي برداشت بيش از حد آب زيرزميني ، وضعيت سنگ کف ، ضخامت لايه هاي رس و برداشت شن و ماسه در مسير رودها ذکر گرديد [٤].
در اين مقاله سعي بر اين است تا با بررسي و مقايسه ويژگيهاي آبخوان دشت تهران ، در محدوده فرونشست و خارج از آن ، صحت و سقم اين نظريه بررسي گردد.
◊◊◊◊◊◊◊
بحث :
دشت تهران جزء مناطق درگير با پديده فرونشست زمين مي باشد. نرخ فرونشست زمين در اين دشت در سال ١٣٨۴ برابر ١۶ سانتي متر در سال بوده که در سال ١٣٨٩ به مقدار ١٩/۶ سانتي متر در سال افزايش يافته است و مساحت منطقه درگير نيز از ۴١۶ کيلومتر مربع به بيش از ۵٣٠ کيلومتر مربع
رسيده است (شکل ١).
شکل ١: محدوده فرونشستي دشت تهران (رنگ قرمز) بر روي تصوير هوايي دشت تهران .
آمار ارائه شده در منابع جهاني وضع دشوار روند افت سالانه آب زيرزميني را نشان مي دهد. آسري حجم مخزن آب زيرزميني جهان ، سالانه بين ٧٠٠ تا٨٠٠ ميليارد مترمکعب بوده آه يک درصد آن متعلق به آشور ايران است [٢]. براساس آمار سال آبي ٨٢-١٣٨١ در آشور، حدود ٧۴/۶ ميليارد مترمکعب آب از طريق چاه ها، چشمه ها و قنات ها استحصال مي شود [١٢]. ميزان برداشت از منابع آب زيرزميني هر ساله به دليل رشد جمعيت و نياز فراوان به منابع آب جديد براي شرب و مصارف صنعتي و همچنين توسعه زمين هاي کشاورزي و نياز روزافزون به توليد محصولات کشاورزي و باغي افزايش مي يابد. از طرفي بروز خشکسالي هاي مداوم و کاهش نزولات جوي سبب رشد و توسعه برداشت از منابع آب زيرزميني شده است . اين برداشت بيش از حد از منابع آب زيرزميني و ناتواني سفره هاي آب زيرزميني در جبران آب برداشت شده باعث کسري ذخيره منابع آب زيرزميني گرديده است که يکي از پيامدهاي آن افت ساليانه سطح آب زيرزميني و در ادامه آن رخداد فرونشست زمين (در صورت فراهم بودن ساير شرايط و ملزومات رخداد اين پديده ) مي باشد.
استان تهران در بخش هايي از حوزه آبريز مرکزي ايران ، حوزه آبريز کوير، حوزه آبريز ساحلي (درياي مازندران ) و حوزه آبريز سفيدرود واقع شده است [٨]. در سال هاي اخير افت سطح آب زيرزميني در بسياري از دشت هاي استان تهران گزارش شده است . از جمله دشت هاي تهران - کرج ، هشتگرد، ورامين و ساير موارد.
تراکم منابع آب زيرزميني (چاه عميق و نيمه عميق ، قنات و چشمه ) و نوع بهره برداري در نقاط مختلف دشت تهران متفاوت است به طوريکه بيشترين درصد و تراکم چاه هاي نيمه عميق در منطقه شميرانات ، چاه هاي عميق در غرب و جنوب دشت تهران و قنوات (که بيشتر آن ها خشک شده اند) در شهر تهران حفاري شده است [٤]. بر اساس نتايج آماربرداري دوره اي منابع آب سازمان آب منطقه اي تهران ، در حال حاضر حدود ١/٩ ميليارد متر مکعب آب ساليانه از آبخوان دشت تهران برداشت مي شود که سهم بهره برداري از چاه ها ٩٨/۵% مي باشد که بسيار حائز اهميت است (جدول ١).
جدل ١: ميان تخليه چاه ها قنات ها د سال ١٣٨٨ تخليه ب حسب ميلين مت مکعب
وتخليه کل ز تعداد قنات ها و ر تخليه قنات ها ) تعداد چاه ها ر وتخليه چاه ها ر ) تاريخ آماربرداري
١٩٠٧/٨ ١۶٧ ٢۶ ٣٢۵١٨ ١٨٨١/٨ ١٣٨٨
چاه هاي مجاز موجود در محدوده دشت تهران در سال ٨٣-١٣٨٢ تعداد ٢۶٠٧۶ حلقه بوده است [٤].
اين تعداد تا آخر سال ١٣٨٨ به تعداد ٣٢۵١٨ حلقه چاه رسيده است [١]. در شکل ٢ نقشه تراکم چاه -
ها در محدوده دشت تهران رسم گرديده است .
شکل ٢- نقشه پراکندگي و تراکم چاه هاي موجود در محدوده دشت تهران طبق آمار سال ١٣٨٨، منطبق شده بر تصوير به دست آمده محدوده دشت تهران از نرم افزار Google Earth.
بررسي عمق چاه هاي برداشت کننده آب در دشت تهران نشان مي دهد ۵۶% از چاه ها عمقي کمتر از ۵٠ متر داشته و ٧٧% چاه ها عمقي کمتر از ١٠٠ متر دارند. در واقع بيشتر چاه هاي موجود در محدوده
دشت تهران چاه هاي کم عمق و يا نيمه عميق هستند.
شکل ٣: تعداد و عمق چاه هاي موجود در دشت تهران طبق آمار سال ١٣٨٨ سازمان آب استان تهران .
از نظر ميزان برداشت آب توسط چاه ها (تخليه ساليانه )، ميزان تخليه ساليانه در کل دشت تهران حدود ١/٩ ميليارد متر مکعب و ميزان تخليه ساليانه درون منطقه فرونشستي زمين ۵۴٠ ميليون متر مکعب است . ميزان برداشت نسبت به مساحت در منطقه فرونشستي زمين ١/٨۵ برابر اين نسبت در خارج از منطقه فرونشست زمين در دشت تهران مي باشد. به عبارتي در اين محدوده از دشت تهران استرس زيادي به آبخوان وارد مي شود.
با وجود آنکه در دشت تهران ٧٧% چاه ها عمقي کمتر از ١٠٠ متر دارند اما تنها ٢٢% ميزان برداشت آب ساليانه مربوط به اين چاه ها مي باشد. همچنين تنها ١٧% از برداشت ساليانه چاه هاي درون محدوده فرونشستي زمين از چاه هايي با عمق کمتر از ١٠٠ متر انجام مي شود. بيشترين برداشت در هر دو زون از عمق ١٢۵-١٠٠ متري صورت مي گيرد اما ميزان برداشت در اين عمق با توجه به مساحت ، در محدوده فرونشست زمين ١/۵ برابر منطقه خارج از محدوده فرونشست زمين در دشت تهران مي - باشد. در اعماق بيش از ١٢۵ متر، درصد برداشت نسبت به عمق در محدوده دروني فرونشست زمين و محدوده خارج از آن تقريباً يکسان مي باشد. بنابراين از نظر توزيع عمق برداشت آب زيرزميني توسط چاه - ها، هر دو منطقه به صورت تقريبي توزيع مشابهي دارند. در شکل ۴ عمق چاه ها و ميزان تخليه در هريک از اعماق به تفکيک براي محدوده فرونشستي زمين و محدوده خارج از آن آمده است .
شکل ۴: مقدار تخليه و عمق تخليه چاه هاي موجود در دشت تهران (رنگ آبي ) و محدوده فرونشستي زمين در دشت تهران (رنگ قرمز) طبق آمار سال ١٣٨٨ سازمان آب استان تهران .
در آبرفت دشت تهران سازندهاي مختلفي وجود دارند. آبرفت سازند A (سازند هزار دره ) نفوذپذيري ضعيفي دارد و کم و بيش مانع نفوذ نزولات جوي و تشکيل سفره هاي آب زيرزميني مي شود. آبرفت سازند B (سازند کهريزک ) در بعضي مناطق دشت تهران قابليت نفوذ پيدا کرده و سفره هاي محلي و محدودي را تشکيل داده است . آبرفت سازند C (سازند تهران ) که قسمت عمده دشت تهران را پوشانده است ، قدرت ذخيره سازي ، انتقال و قابليت نفوذ بسيار خوبي دارد، به طوري که آبخوان اصلي دشت تهران در اين آبرفت قرار دارد. آبرفت سازند D که جوانترين آبرفت دشت تهران مي باشد نيز قابليت نفوذ بسيار خوبي دارد. در مجموع قسمت فوقاني سازند A و سازندهاي B،C و D داراي نفوذپذيري خوب يا بسيار خوبي مي باشند و سفره آب زيرزميني تهران در اين رسوبات تشکيل يافته و ضخامت آن حداکثر به ٣۵٠ متر مي رسد [٨].
به طور کلي آبخوان دشت تهران تک سفره مي باشد اما در بخش هايي از آن به خاطر وجود لنزهاي رسي وسيع ، آبخوان محبوس نيز تشکيل شده است . به عنوان مثال مي توان به محدوده مهرآباد، يافت آباد، جنوب تهران و مخروط افکنه رودخانه کن و ... اشاره کرد [٨].
تيسن بندي منطقه مطالعاتي :
به منظور محاسبه ميانگين وزني تراز آب زيرزميني ، نقشه تيسن بندي شده آبخوان با استفاده از موقعيت پيزومترها و مرز محدوده مطالعاتي ترسيم شد و مساحت مربوط به پليگون هر يک از پيزومترها محاسبه گرديد. در محدوده دشت تهران ١۶۴ پيزومتر اکتشافي موجود مي باشد که تعداد پيزومترهايي که داراي اطلاعات مستمر در طي سال هاي ٨٨-١٣٨١ مي باشند ١٢٧ عدد مي باشد. منطقه بر اساس
تعداد پيزومترها در مجموع به ١٢٧ تيسن تقسيم شده و در نرمافزار آرک ويو رسم گرديد (شکل ۵).
شکل ۵- نقشه تيسن بندي شده محدوده دشت تهران ، منطبق شده بر تصوير به دست آمده دشت تهران از نرم افزار Google Earth.
عمق آب زيرزميني (ضخامت غير اشباع ):
سطح آب زيرزميني در حاشيه شمال شرقي دشت تهران در بيشترين عمق قرار دارد. در اين نواحي عمق آب زيرزميني بر اساس آمار سال ١٣٨٨ بيش از ١۴١ متر مي باشد. به سمت جنوب و شرق دشت به تدريج از مقدار عمق آن کاسته شده ، و در جنوب شرق دشت به حدود يک متر مي رسد (شکل
.(۶
شکل ۶- نقشه عمق سطح آب زيرزميني در محدوده تيسن بندي شده دشت تهران در سال ١٣٨٨.
تراز سطح آب زيرزميني :
تراز سطح آب زيرزميني در محدوده تيسن بندي شده دشت تهران طبق آمار سال ١٣٨٨، حداکثر
١٢٩٠ متر و حداقل ٨٧٠ متر مي باشد. شيب کاهش تراز سطح آب زيرزميني دشت در مطابقت با شيب
پستي و بلندي سطحي دشت و شيب سنگ کف لرزه اي دشت از شمال به سمت جنوب است .
شکل ٧- نقشه تراز سطح آب زيرزميني در محدوده تيسن بندي شده دشت تهران در سال ١٣٨٨.
شيب سطح آب زيرزميني در شمال و شمال غرب دشت بيشترين مقدار را دارد. در اين نواحي بيشترين مقدار گراديان هيدروليک حدود ۵٠ در هزار مي باشد. کمترين ميزان شيب سطح آب زيرزميني به ميزان حدود ٠/٩ در هزار در قسمت هاي مياني دشت مشاهده مي گردد [٤].
تغييرات سطح سفره آب زيرزميني :
در بررسي وضعيت سطح سفره آب زيرزميني دشت تهران طي سال هاي ٨٨-١٣٨١ تغييرات متعددي قابل مشاهده است (شکل ٨). در بيشتر نقاط دشت افت سطح آب زيرزميني ديده مي شود. بيشترين تغيير سطح آب در جنوب دشت تهران ، قسمت مياني شمال دشت و شهر کرج ديده مي شود. در نواحي اطراف فرودگاه بين المللي امام خميني افت ١۴ متري سطح آب در بازه هفت ساله ديده مي - شود که با يکي از فرونشست هاي کوچک در منطقه مذکور منطبق است . در شهر کرج افت ١٢ متري ديده مي شود که در اين منطقه نيز فرونشستي محلي ديده مي شود. در جنوب گرمدره و مناطق اطراف شهر قدس و مخروط افکنه رودخانه کرج نيز افت نه متري در سطح آب زيرزميني ديده مي شود.
شکل ٨- نقشه تغييرات سطح آب زيرزميني در محدوده تيسن بندي شده دشت تهران در بازه سال هاي
.١٣٨١-٨٨
در قسمت هاي شمال شرق ، شمال غرب ، غرب و جنوب شرق محدوده دشت تهران افزايش سطح آب زيرزميني در بازه هشت ساله ديده مي شود اما بيشترين مقدار بالاآمدگي سطح آب زيرزميني در دو منطقه در ميانه محدوده دشت ديده مي شود. يکي در سمت غرب شهر تهران با افزايش ١۵ متري در سطح آب زيرزميني و ديگري در محدوده بين شهرهاي شهريار، شهر قدس ، صباشهر و اسلامشهر قرار دارد که بيشترين ميزان افزايش سطح آب زيرزميني با مقدار ٢٢ متر در اين منطقه قرار دارد.
نکته قابل تأمل اين است که تغييرات سطح آب زيرزميني در محدوده فرونشستي زمين به طور کلي بسيار کم مي باشد و افت شاخصي در سطح آب زيرزميني در اين محدوده ديده نمي شود و بر خلاف انتظار بيشترين مقدار بالاآمدن سطح آب زيرزميني در ميانه منطقه فرونشستي جنوب غرب تهران قرار دارد. در واقع با وجود داشتن نرخ فرونشست زمين ، سطح آب زيرزميني افزايش يافته است .
هر دو منطقه بالاآمدگي سطح آب در مسير رودخانه هاي مهم دشت تهران (رودخانه هاي کن و کرج ) قرار دارند. از طرفي بيشترين ميزان افزايش سطح آب در پيزومترهايي ديده مي شود که در نزديکترين فاصله از رودخانه قرار دارند. احتمال اين موضوع وجود دارد که نفوذ آب از رودخانه هاي کرج و کن باعث بالاآمدگي سطح آب شده باشد. از طرفي به دليل دقت پائين اندازه گيري ها و مشاهدات انجام شده بر روي پيزومترهاي موجود در دشت تهران احتمال اين موضوع وجود دارد که سطح آب اندازه گيري شده سطح سفره آزاد دشت تهران نباشد بلکه سفره هاي معلقي به صورت محلي تشکيل شده باشند و سطح حقيقي سفره آزاد تهران در نقطه اي پائين تر باشد. اين موضوع با توجه به ضخامت زياد لايه هاي رس درون منطقه [٦] و همچنين توجه به اين نکته که مناطق مذکور در نزديکي شهرهايي با جمعيت بالا و بدون شبکه جمع آوري فاضلاب قرار دارند قوت مي يابد.
در آبرفت هاي دشت از عمق ١٢٠ متري به بعد شاهد وجود سفره محبوس در بعضي مناطق هستيم (مهندسين مشاور رويان ، ١٣٧٨). احتمال اين موضوع وجود دارد که برداشت بيش از حد از اين آبخوان سبب کاهش فشار سفره شده باشد و با افزايش تنش مؤثر وارد بر آبرفت نرخ فرونشست ثبت شده افزايش يافته باشد. اين موضوع با توجه به اين نکته که عمق اصلي برداشت آب در دشت تهران در سال هاي اخير افزايش يافته و به بيش از ١٠٠ متر رسيده است تقويت مي شود. در اين صورت افزايش سطح آب در محدوده فرونشستي طي چند سال گذشته نيز قابل توجيه است ؛
