بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله برای یکی از مهمترین چالش های زیست محیطی پیشرو در محدوده جغرافیایی ایران، یعنی برداشت بی رویه و روزافزون از منابع آبی زیرزمینی، راه کاری تحت عنوان تغذیه مصنوعی ارائه شده است. به این منظور پس از تبیین لزوم جبران منابع زیر زمینی آب به ویژه در شرایط کنونی کشور، منابع ممکن برای این امر پیشنهاد گردیده، سپس روش های انجام تغذیه بطور موردی بررسی شده است. در ادامه نیازمندی های تصفیه ای پس از کاربرد منابع تغذیه ای و نیز خطوط راهنمای اجرایی اجمالا ارائه گردیده است. در انتها نتیجه گیری و جمع بندی از مطالب طرح شده، صورت گرفته است.
مقدمه
آب یکی از مهمترین منابع زندگی موجودات زنده خصوصا انسان ها می باشد. با افزایش جمعیت پیشرفت های زندگی انسانی، استفاده بی رویه از منابع آب رو به افزایش است
در کشور ما با میزان بارش باران کمتر از 30 درصد متوسط بارش سالیانه کره زمین، سرانه منابع آب کشور از سال 1335 تا 1380 شمسی از 7000 مترمکعب به 4300 مترمکعب تقلیل یافته است. پیش بینی شده است که تا سال 1400 به 1300 مترمکعب خواهید رسید.[2] با توجه به تحقیقات صورت گرفته، سرانه آبی بین 1000 تا 1700 مترمکعب در سال به ازای هر نفر، نشان از بحران آب در منطقه می باشد و در صورتی که این سرانه بین 500 تا 1000 مترمکعب در سال و کمتر از 500 مترمکعب در سال باشد بترتیب کشور با کمبود آب و کم آبی مطلق دچار خواهد شد.
بنابراین یکی از راههای برخود با بحران کمبود آب، استفاده از پساب های تصفیه شده شهری و صنعتی می باشد. این پساب جزء آب شیرین اما آلوده محسوب می شود که بسته به درجه تصفیه و استاندارد ملی و بین المللی و با توجه به بحران کمی و کیفی آب می توان جهت مصارف مختلف آبیاری محصولات کشاورزی و گلخانه ای، مصارف صنعتی جهت خنک سازی، استفاده های تفریحی در دریاچه های مصنوعی بمنظور قایقرانی، پرورش آبزیان و استفاده های غیر شرب شهری نظیر آتش نشانی بکار برد.
مصارف دیگر پساب تصفیه شده، تغذیه مجدد آب های زیرزمینی می باشد که نسبت به طرح های توسعه منابع آب در دستگاه های متولی توجه کمتری نسبت به آن شده است. تغذیه مصنوعی به شکل متداول و امروزی در سال 1348 شمسی مطالعه و در سال 1352 شمسی در دشت های قزوین، ورامین و گرمسار بصورت آزمایشی اجرا شده است. طرح های جدیدتر تغذیه مصنوعی بعد از سال های -61 1360 مورد مطالعه و اجرا گذاشته شد و بدلیل برخی مشکلات این طرح ها با چالش های جدی رو برو گردید.
در این مقاله مطالعاتی بر روی اهمیت تغذیه مصنوعی آب های زیر زمینی و روش های انجام آن صورت گرفته است.
تغذیه مصنوعی آب های زیر زمینی
طبق تعریف، مجموعه عملیاتی که برای افزایش آب ورودی به آبخوان انجام می شود، تغذیه مصنوعی 1 نام دارد. در حجم وسیع آب های زیرزمینی، عمل تغذیه بصورت طبیعی انجام می شود، ولیکن در شرایطی نیاز به تغذیه بیشتر سفره های زیر زمینی می باشد .
عوامل مختلفی جهت گرایش به تغذیه آب های زیر زمینی وجود دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره شده است:
· توسعه شهر نشینی و کاهش تغذیه دشت ها از طریق نفوذ سیلاب
· برداشت و ذخیره سطحی آب های سطحی و جلوگیری از نفوذ آن
· پوشش نهرهای سنتی و کاهش تغذیه
· تغییر الگوی آبیاری و روش های آبیاری تحت فشار و بارانی
· نسشت زمین و متراکم شدن آب
· اضافه برداشت از آب های زیرزمینی با افزایش نیاز آبی
· هجوم جبهه آب شور و آلوده شدن آبخوان شیرین
منابع آب تغذیه مصنوعی آب های زیر زمین
منابع آب مختلفی را می توان بمنظور تغذیه مصنوعی مورد استفاده قرار داد
· پتانسیل روان آب پایه مازاد بر مصرف، خصوصا در فصل زمستان که نیاز به اب کشاورزی حداقل است.
· جریان چشمه ها و قنات ها در فصل غیرمصرف
· پتانسیل سیلابی حوضه ها
· آب مازاد آبیاری
· پساب تصفیه شده
تغذیه آب های زیر زمینی از طریق پساب تصفیه شده در مناطقی که آب زیرزمینی به مقدار وسیع برای اهداف کشاورزی، صنعتی و شرب استفاده می شود، ممکن است آب سریعتر از آنچه بطور طبیعی جایگزین شود، از لایه های آبی زیرزمینی استخراج شود. این عمل منجر به افت سطح آب در سفره آب زیرزمینی و نشست زمین می گردد. این روند را می توان با استفاده مجدد از فاضلاب تصفیه شده جهت تغذیه مصنوعی آب زیرزمینی، کند، متوقف و یا حتی معکوس کرد. همچنین با این روش مشکلات زیست محیطی مربوط به پساب مرتفع می گردد. علاوه براین، هزینه های تغذیه مصنوعی ممکن است از هزینه های مخازن سطحی معادل آن کمتر باشد و آبخوان می تواند به عنوان یک سیستم نهایی توزیع عمل کرده و ضرورت احداث خطوط لوله یا کانال های سطحی را منتفی سازد.
تغذیه مصنوعی، بویژه در فصول غیر زراعی از اهمیت خاصی در بهره برداری از پساب ها و آب های برگشتی برخوردار می باشد. در استفاده از این منابع برای تغذیه مصنوعی توجه به کیفیت آب، خصوصا ترکیبات محلول نظیر نیترات و سموم بسیار مهم است. ایت ترکیبات بواسطه حلالیت در آب قادر به نفوذ به آبخوان و تهدید کیفی آن می باشد. مواد غیرمحلول در لایه های خاک فیلتر شده و به آبخوان نفوذ نمی کند. ذرات معلق و قابل ته نشینی از شاخص های مهم دیگری است که که با ته نشینی و ایجاد گرفتگی در خلل و فرج خاک باعت کاهش کارایی این روش می گردد.
منابع پساب تغذیه مصنوعی و الزامات آن
از بین منابع اصلی پساب ها و آب های برگشتی، استفاده از فاضلاب های تصفیه شده خانگی برای تغذیه مصنوعی بویژه در فصول غیر زراعی مقدور بوده و غلظت عناصر مغذی و مواد آلی محلول از ملاحظات و محدودتی های مهم بشمار می رود.
در زمینه آب های کشاورزی مهمترین عامل محدودیت زا، هدایت الکترکی بالا، وجود سموم و علف کش ها و در درجه بعدی عناصر مغذی می باشد. بنابراین استفاده از این منابع برای تغذیه مصنوعی در اولویت نبوده در صورت لزوم برای استفاده، ملاحضات زیست محیطی شدید ضروری می باشد.
پساب های صنعتی با توجه به دارا بودن فلزات سنگین، ترکیبات شیمیایی آلی و معدنی در صوررت استفاده از تغذیه مصنوعی منجر به مشکلات زیست محیطی نظیر تجمع فلزات در خاک و آلودگی آبخوان خواهند شد
تصفیه آب زیرزمینی تغذیه شده از طریق پساب
در اینجا تصفیه ممکن است با صاف کردن ناشی از نشست پساب از داخل خاک و منطقه غیر اشباع به داخل آب های زیرزمینی و سپس جا به جایی در آبخوان، انجام شود. از آنجایی که آب زیرزمینی تغذیه شده یک منبع نهایی تامین آب آشامیدنی می باشد، تصفیه ای فراتر از تصفیه ثانویه معمول است. حداقل تصفیه مورد نیاز برای آب شرب، شامل تصفیه ثانویه، شیمیایی، فیلتراسیون، پیشرفته و گندزدایی می باشد. اگر آب زیرزمینی تغذیه شده جهت مصارف غیر شرب باشد، حداق تصفیه و گندزدایی الزامی است.
روش های تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی
دو روش کلی برای تغذیه آب های زیرزمینی با پساب تصفیه شده شهری معمول است:
الف- پخش سطحی در حوضه ها
ب- تزریق مستقیم به داخل آبخوان های آب زیرزمینی یا زیرسطحی
تغذیه آب های زیرزمینی از طریق پخش سطحی
پخش سطحی ساده ترین، قدیمی ترینو معمول ترین روش تغذیه آب های زیرزمینی می باشد. در پخش سطحی، آب تغذیه کننده از حوضه های پخش به داخل ناحیه غیراشباع آبهای زیرزمینی نشت می کند. استفاده از حوضه های نفوذی مطلوبترین روش تغذیه است، زیرا در این روش استفاده موثر از فضا ممکن است و این حوضه ها به نگهداری نسبتا کمی نیاز دارند.
اگر شرایط هیدرولوژیک برای تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی با حوضه های پخش مطلوب باشد، تصفیه فاضلاب را می توان با سهولت نسبی، از طریق سیستم های نفوذ سریع - که سیستم تصفیه خاک -آبخوان نیز نامیده می شود - انجام داد13] و .[4 یک سیستم نوعی تصفیه خاک-آبخوان در شکل 1 نمایش داده شده است.
روش های پخش سطحی
• پخش سیلاب پخش سیلاب می تواند در مناطقی که زمین با وضعیت مناسب وجود داشته باشد، اجرا می شود. در این سیستم از سیلاب دشت استفاده می شود. مقدار تغذیه در این روش تابعی از سطح سیل پخش شده و مدت زمان تماس آب و میزان نفوذپذیری خاک می باشد.
• حوضچه ها و مخازن نفوذ آب در حوضچه ها، تغذیه به کمک نفوذ آب به اعمقال زمین صورت می پذیرد. در این روش می توان در مسیر مستقیم رودخانه و عمدتا در خارج از مسیر آن نسبت به احداث حوضچه های تغذیه اقدام نمود.
• تقویت مسیر جریان - نفوذ سطحی - جریان در رودخانه از طریق بستر نفوذپذیر آن به آب های زیرزمینی نفوذ می کند. بنابراین با اصلاح بستر و کاهش شیب - از طریق احداث سازه های کنترل جریان و تثبیت تراز - می توان مقدار نفوذ را افزایش داد.
چاه های تزریق نیز با هدف عبور از یک لایه کم تراوا حفاری می شود و بعضا به صورت ثقلی و حتی به صورت تحت فشار و پمپاژ به اعماق انجام می گردد. عمیق بودن سفره زیرزمینی با این روش مرتفع می گردد. همچنین برای تغذیه سفره زیرزمینی با کیفیت نامطلوب - لب شور - استفاده می شود.
شکل :1 نمایش سیستم تصفیه خاک-آبخوان با: - الف - برداشت آب تصفیه شده از زهکش ها، - ب - چاه های اطراف حوزه ها و - ج - چاه های بین دو نوار موازی تغذیه
• جوی و پشته
در سیستم جوی و پشته، آب از طریق جوی های کوچک وارد سفره های زیرزمینی می شود. با این سیستم حداکثر سطح تماس آب با زمین ایجاد شده و تغذیه آب از طریق این کانال های کوچک انجام می گردد. الکوهای نهرهای جانبی، شریانی و خطوط کنتورف سه الگوی موجود در این زمینه می باشند.
• آبیاری مازاد
تلفات آبیاری مازاد شامل نفوذ و تبخیر است. بسته به بافت خاک و نوع کشت، بخش عمده ای از آبیاری نفوذ کرده و منجر به تغذیه سفره آب های زیرزمینی می شود. در فصول غیر زراعی جریان سطحی نفوذ بیشتری دارد. همچنین بدلیل وجود سیستم آبیاری، هزینه های این روش ناچیز است.
• احداث سدهای تغذیه ای
سدهای تغذیه ای را می توان یک حوضچه بزرگ تلقی نمود، بطوریکه از مخزن آن برای مهار و ذخیره سیلاب و از محدوده مخزن و پی سد برای نفوذ استفاده نمود.
• آبیاری غرقابی
آبیاری غرقابی نیز سیستمی است که هماند آبیاری مازاد صورت می پذیرد، در این سیستم تلفات آبیاری که عمدتا نفوذ است به سفره آب های زیرزمینی می پیوندد.
در شکل 2، مسیرهای هیدرولیکی نفوذ نمایش داده شده است. تغذیه آب های زیرزمینی از طریق تزریق مستقیم
• چاه های تزریق
شکل :2 مسیرهای هیدرولیکی نفوذ سریع: - الف - مسیر هیدرولیکی، - ب - مسیر بازیابی با استفاده از زهکش های زیرین و - ج - مسیر بازیابی با استفاده از چاه به علت نفوذ مواد آلی و آلودگی بیولوژیک و شیمیایی، کارایی چاه های تزریق کاهش می یابد. برای رفع این نقیصه می توان از پمپاژ با سرعت و دبی بالا، افزودن مواد شیمیایی، اکسیداسیون و ... استفاده می شود.
• گودال های مصنوعی
گودال های مصنوعی نیز همانند گودال های دیگر برای نفوذ بهتر و عبور از لایه کم تراوا استفاده می شود. این گودال ها می تواند نتیجه برداشت مصالح - خاک رس برای مصارف عمرانی - یا شن و ماسه و ... باشد.
• زهکشی معکوس
این سیستم نیز با توجه به عدم اشتغال اراضی سطحی و همچنین حذف تبخیر حائز اهمیت است. این فرآیند عکس سیستم زهکشی زیرسطحی مورد استفاده قرار می گیرد.
در شبکه زهکشی معکوس، قطر و طول لوله تابعی از منابع آب تغذیه، قابلیت هدایت هیدرولیکی آبخوان و عمق آن می باشد.
