یک سیستم آب زیرزمینی متشکل از توده ای از جریانات آبی است که از طریق منافذ و یا ترک ها در زیر سطح زمین به وجود آمده است. این توده آب دائما در حرکت است. آب به طور مداوم توسط تغذیه از بارش به سیستم اضافه شده، و بعلاوه به طور مداوم به عنوان تخلیه به آب های سطحی و تبخیر و تعرق از آن سامانه خارج می شود. هر یک از سیستم های آب زیرزمینی منحصر به فرد است که در آن منابعی از مقدار جریان آب و از طریقی به مانند نرخ بارش، محل رودخانه ها و سایر نهادهای آب سطحی، و نرخ تبخیر و تعرق وابسته به عوامل خارجی مرتبط با آن وجود دارد. یک عامل مشترک برای تمام سیستم های آب های زیر زمینی با این حال، این است که مقدار کل ورودی آب و خروجی آب، که در سیستم ذخیره می شود باید حفظ شود. بررسی همه جریانات، خروجی، و تغییرات در ذخیره سازی این سامانه را بیلان آبی می نامند.

فعالیت های انسانی، مانند برداشت آبهای زیر زمینی و آبیاری، تغییر الگوی جریان طبیعی، و به طورکلی این تغییرات باید برای محاسبه بیلان آب لحاظ شوند. از آنجا که هر آبی که استفاده می شود باید از جایی آمده باشد، فعالیت های انسانی بر میزان و سرعت حرکت آب در سیستم، ورود به سیستم، و خروج از سیستم تأثیر مشخص خواهد داشت.

برخی هیدرولوژیست ها بر این باورند که یک بیلان آب قبل از توسعه  یک سیستم آب زیرزمینی با عوامل انسانی (بیلان آب برای شرایط طبیعی قبل از انسان در استفاده از آب) را می توان برای محاسبه مقدار آب موجود برای مصرف (در شرایط عملکرد امن) مورد استفاده قرار داد. در این مورد، توسعه یک سیستم آب زیرزمینی به شکل امن در نظر گرفته می شود که نرخ خارج شدن آب به منابع زیرزمینی از نرخ تغذیه آب طبیعی تجاوز نمی کند. به این مفهوم تحت عنوان "بیلان آب افسانه ای" در مطالعات Bredehoeft و همکاران در 1982 اشاره شده است. این یک افسانه است، زیرا بسیار ساده انگارانه از اطلاعاتی که برای درک اثرات توسعه یک سیستم آب زیرزمینی مورد نیاز استفاده شده است. از آنجا فعالیت های انسانی سیستم را تغییر می دهد، اجزای بیلان آب (جریان، خروجی، و تغییرات در ذخیره سازی) نیز تغییر خواهد کرد و باید برای در هر گونه تصمیم گیری مدیریتی حساب و لحاظ شوند. درک بیلان آب و چگونگی آن در پاسخ به تغییرات فعالیت های انسانی از جنبه های مهم هیدرولوژی آبهای زیر زمینی است. با این حال، همانطور که خواهیم دید، پیش از توسعه بیلان آب به خودی خود ارزش اندکی در تعیین میزان آب های زیرزمینی که می تواند به صورت پایدار استحصال شود خواهد شد.

در شرایط قبل از توسعه، سیستم آب های زیر زمینی در تعادل بلند مدت می باشند. این بدان معنی است که، در برخی از دوره های زمانی، میزان ورود آب به طور متوسط یا تغذیه سیستم تقریبا به مقداری بیش از آب خروجی و یا تخلیه شده از سیستم است. از آنجا که سیستم در حال تعادل است، مقدار آب ذخیره شده در سیستم ثابت است و یا در برخی از شرایط به طور متوسط در پاسخ به تغییرات آب و هوایی سالانه و یا بلند مدت متفاوت است. این بیلان آب در قبل از توسعه به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.

ما همچنین می توانیم یک معادله که توصیف کننده بیلان آب در شرایط پسش از توسعه سیستم است را به صورت ذیل تعریف نماییم:

تغذیه (ورود آب) = تخلیه (ترک آب)

آب خروجی اغلب به نهرها و رودخانه ها تخلیه شده و جریان پایه نامیده می شود. جریان های ورودی ممکن (شارژ) و خروجی (تخلیه) از یک سیستم آب زیرزمینی تحت شرایط طبیعی (تعادل) در توضیحی که در ادامه آمده ذکر شده است.

منابع احتمالی آب ورود و خروج یک سیستم زمین آب در شرایط طبیعی:

آب ورودی:

• تغذیه آب ناحیه از طریق بارش که توسط منطقه غیر اشباع به سطح آب تراوش می کند.
• تغذیه از جریان از طریق آب از دست رفته دریاچه ها و تالاب ها و...

آب خروجی:

• تخلیه به رودخانه ها، دریاچه ها، تالاب ها، مناطق آب شور (خلیج، مصب رودخانه ها، اقیانوس ها و...)، و چشمه ها.
• تبخیر و تعرق آب های زیرزمینی.

نمودار نشان دهنده بیلان آب برای یک سیستم آب زیرزمینی در شرایط پیش از توسعه و توسعه.

(A) نمودار بیلان آب پیش از توسعه را نشان داده است که در آن جریان ورودی و خروجی برابر است. نمودار (B) نشان دهنده تغییرات بیلان در جریانات یک سیستم آب زیرزمینی پمپ شده است. منابع آب برای پمپاژ باعث تغییرات در تغذیه، تخلیه، و مقدار آب ذخیره می شوند. مقدار اولیه پیش از توسعه به طور مستقیم وارد محاسبات بیان نمی گردد.

انسان در سیستم جریان طبیعی یا شرایط پیش از توسعه با خروج (پمپاژ) آب برای استفاده، تغییر الگوهای تغذیه آب ها توسط آبیاری و توسعه شهری، تغییر نوع پوشش گیاهی، و فعالیت های دیگر تغییر ایجاد می کند. از تمرکز توجه ما بر روی اثرات خروج آب زیر زمینی، میتوان نتیجه گرفت که منبع آب برای پمپاژ باید توسط (1) آب بیشتری که به سیستم آبهای زیر زمینی وارد می شود (افزایش شارژ)، (2) آب کمتری که از سیستم عرضه خارج می شود ( کاهش تخلیه)، (3) حذف آب که در ذخیره سیستم بوده است، و یا ترکیبی از این سه مودر تأمین گردد.

این اظهارات، در شکل زیر نشان داده شده است، می توان از نظر نرخ (یا حجم که در طی یک دوره مشخص از زمان برداشت می شود) تساوی زیر را بیان داشت:

پمپاژ = افزایش تغذیه آب های زیرزمینی + آب حذف شده از ذخیره آبخوان + کاهش برداشت.

این تغییراتی است که در سیستم اجازه می دهد تا آب برداشت شود. و به آنمعنی است که، مقدار آب پمپ شده باید از برخی از تغییرات جریان و از حذف آب ذخیره شده در سیستم پیش از توسعه بدست آمده باشد (THEIS، 1940؛ LOHMAN، 1972). بیلان آب پیش از توسعه اطلاعاتی را درباره آبی که در تأمین مقدار برداشت شده است، ارائه نمی دهد. علاوه بر این، بیلان آب در شرایط پیش از توسعه به طور غیر مستقیم این اطلاعات را فراهم می کند که مقدار آبی مشخص همیشه در دسترس است، که البته تنها می تواند نشان دهنده مقدار جریانات اصلی که می تواند تحت عنوان مقدار ممکن باشد را بیان کند، این یک نگاه افراطی است، در این حالت جایگزین های توسعه بار هزینه ای قابل توجهی را ممکن است به محیط زیست اعمال کند.

صرف نظر از مقدار آب برداشتی، سیستم متحمل برخی افت ها در سطح آب در چاه پمپاژ برای وادار کردن جریان آب به تثبیت شرایط حلقه چاه می شود، به این معنی که مقداری آب در ابتدا از ذخیره سازی حذف می شوند. به این ترتیب، سیستم آب های زیر زمینی به عنوان یک مخزن آب و یک سیستم توزیع آب عمل می کند. برای بسیاری از سیستم های آب های زیر زمینی، تغییر در ذخیره در پاسخ به پمپاژ یک پدیده گذرا است که رخ می دهد. یعنی به عنوان سیستم readjusts به استرس پمپاژ پاسخ می دهد. سهم نسبی تغییرات در ذخیره، تغییرات در تغذیه، و تغییرات در تخلیه با زمان تکامل می یابد. پاسخ اولیه به خروج آب در ذخیره سیستم است. اگر سیستم بتواند به یک تعادل جدید برسد، تغییرات در ذخیره خود را متوقف خواهد کرد و جریان دوباره با خروجی به تعادل می رسد:

پمپاژ = افزایش تغذیه + کاهش تخلیه

بنابراین، منبع دراز مدت آب برای چاه های تخلیه معمولا یک تغییر در مقدار ورود آب و یا خروج از سیستم است. اینکه چه مقدار آب های زیر زمینی برای استفاده در دسترس می باشد، وابسته به است که چگونه این تغییرات در جریان ورودی و خروجی محیط اطراف را تحت تأثیر قرار می دهد و تعریف عمومی این موضوع به اثرات نامطلوب آن بر محیط زیست بستگی دارد.

در تعیین اثرات پمپاژ و مقدار آب در دسترس برای استفاده، بسیار مهم است که تشخیص دهیم که تمام آب پمپ شده لزوما مورد مصرف نمی باشد. به عنوان مثال، مقدار از آب پمپ شده برای آبیاری در تبخیر و تعرق مصرف می شود. مقداری از بازدهی آن آب به سیستم آبهای زیر زمینی به عنوان نفوذ  بر می گردد(جریان بازگشت آبیاری). باید دانشت که اکثر استفاده های دیگر از آب زیر زمینی از آن آب پمپ شده مصرف نمیشود اما اینکه بخشی به سیستم برمیگردد همواره مشابه هستند. بنابراین، مهم است که به تمایز بین مقدار آب پمپ شده و مقدار آب مصرف شده در هنگام برآورد در دسترس بودن آب و توسعه استراتژی های مدیریت پایدار توجه شود.

امکانات گسترده بهره برداری، خشکسالی طولانی مدت و تغییرات آب و هوایی نیز باید در نظر گرفته شود (نگاه کنید به جعبه B). خشکسالی طولانی مدت، که تقریبا همیشه به کاهش تغذیه آب های زیر زمینی نتیجه می شود، ممکن است به عنوان یک استرس طبیعی بر روی یک سیستم آب زیرزمینی در بسیاری از اثرات مشابه نتایج مشاهدات برداشت آب های زیر زمینی باشد. یعنی، کاهش آب های زیر زمینی ذخیره را منجر شده و بعلاوه مقدار جریات ترشحی به آبهای زیر زمینی از رودخانه ها و سایر نهادهای آب سطحی را سبب شود. از آنجا که تنش های آب و هوایی بر روی سیستم هیدرولوژیکی به همراه تنش های مشتق شده از رفتارهای انسان موجود و یا پیش بینی شده اضافه می گردد، بنابراین خشکسالی نشان دهنده شرایط بحرانی هیدرولوژیک است که باید در هر برنامه مدیریت طولانی مدت ارزیابی لحاظ شده باشد.

ادامه دارد (بخش دوم)...

منبع: سایت زمین شناسی آمریکا

ترجمه: سایت بیسین

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح