دانلود مقاله آب های زیرزمینی

با پیشرفت علوم و به کارگیری آن درجوامع،بهره مندشدن ازتسهیلات زندگی و

افزایش بهداشت عمومی سبب افزایش روزافزون جمعیت و به دنبال آن بهره وری

هرچه بیشتر ازطبیعت شده است.

ازجمله این منابع مورداستفاده، آب(طلای شفاف) بوده است.

دربرخی نقاط جهان

منابع آب زیرزمینی تنها منبع تأمین آب شرب و کشاورزی جهان سوم می باشد.

بهره مندی ازآبهای زیرزمینی اگربراساس شناخت اجزای آن صورت نگیرد،

دیری نخواهدپایید که این منابع ارزشمند که دربرخی ازمناطق تنها منابع آبی

محسوب می شوند ازحیزانتفاح خارج می شود.

میزان کل آب مصرفی جهان که در بخش های کشاورزی،صنعتی و مسکونی

مورداستفاده قرارمیگیرد،برابر3240میلیاردمترمکعب می باشد و سالانه 300

کیلومتر مکعب آب آلوده می شود.پیش بینی میشوددر سال 2025جمعیت جهان به

8میلیاردنفربرسدکه عمده این جمعیت درشهرها سکونت خواهندداشت که دوسوم

این جمعیت دچارکمبودآب خواهند بود.

بر اساس آمارهای منتشرشده توسط سازمانهای بین المللی هم اکنون2/1میلیارد

نفراز جمعیت کره زمین ازحداقل آب شرب محروم میباشند.براساس گزارشات

سازمان بهداشت جهانی80 درصد مرگ و میرها درجهان سوم براثربیماریهای

ناشی ازآب بوده است.درحال حاضر24 کشوردرخاورمیانه و شمال آفریقا به مرز

تنش آبی رسیده اند.

تا50 سال آینده60,000 کیلومترمکعب ازسفره های آب

زیرزمینی آلوده خواهند شد.

به منظوراستفاده ازآبهای زیرزمینی سالم ضروری

است نسبت به حیات آن توجه خاص داشت زیرا که موجودات نقش اساسی

درپالایش آب زیرزمینی ایفا می کنند.

تاکنون درخصوص آبهای زیرزمینی عمدتاً به جنبه های فیزیکی محیط و شیمی

آب توجه شده، لیکن جنبه های زیستی و اکولوژی آن به طور بسیار محدودی

مدنظربوده است که درحال حاضرشناخت عوامل گوناگون مؤثردر حیات آبهای

زیرزمینی، اهمیت موجودات این اکوسیستم، چگونگی آلودگی، روشهای تصفیه،

گروههای مختلف حاضر در آبهای زیرزمینی و روشهای نمونه برداری و

چگونگی پژوهش مدنظر می باشد و به آن اشاره میشود.


کلیات

آبهای زیرزمینی :(Ground Watwr)

عبارت است ازآبی که زیرسطح زمین یافت شده، تمام فضاهای خالی زمین را

به صورت اشباع اشغال کند،این آب به صورتهای مختلف و از راه خلل و فرج

داخل زمین شده و منابع و سفره های زیرزمینی را تشکیل میدهند.





گردش آب در طبیعت :(Hydrolic Cycle)

جریان آب در طبیعت به صورت یک حرکت دائمی مانند حرکت دردستگاه

تقطیربا تفاوت مقیاس می باشد.

آب ازطریق نزولات گوناگون (بخار، باران، تگرگ، برف) از اتمسفروارد

سطح زمین شده،به صورت جریانهای سطحی و زیرزمینی درآمده، منابع آبی را

تشکیل داده، درنهایت ازطریق تبخیر بخشهای مختلف خاک ومنابع آبی (رودخانه،

تالاب و دریاچه و...) مجدداً به اتمسفر برمیگردد.

حرکت آب زیرزمینی براساس

اختلاف بارموجود دردومنطقه، به عبارتی از منطقه با باربیشتربه منطقه با بار

کمترصورت میگیرد.


حرکت آبهای زیرزمینی (G.W.motion) :

حرکت آب زیرزمینی براساس اختلاف بارموجود در دومنطقه به عبارتی

ازمنطقه با باربیشتر به منطقه با بارکمترصورت می گیرد.

ارتفاعی که آب می

تواند خودرا از یک سطح مبنا یا سطح مقایسه بالا بکشد بارنامیده شده و با واحد

متراندازه گیری می شود که بیانگرمقدارانرژی ذخیره شده می باشد.

قانون دارسی

یک قانون تجربی حرکت آب دربخشهای زیرین زمین می باشد.

قانون دارسی برپایه این رابطه استواراست: Q=kA h1
L




مکانهای تشکیل آبهای زیرزمینی:

1- درتشکیلات زمین شناسی غیرسخت که دارای شکاف ودرزهستند مانند شن

و ماسه

2- درتشکیلات سخت ازقبیل سنگ آهک که دارای درزها و کانال های بزرگ

می باشند مانند غارها


سفره آب:(Aquifer)

لایه هایی ازتشکیلات زمین شناسی که تخلخل و نفوذپذیری آنها بحدی باشد که

بتواند مقادیرقابل توجهی ازآب را نفوذ و انتقال دهند، سفره گویند که بصورتهای

زیراست:

1- خلل و فرج دار: شن و ماسه

2- شکستگی(درزهای کوچک)

3- کارست: حفره و کانال های عریض دربین طبقات سخت سنگ آهک و توده

های آتشفشانی

پس ازطرح کلیاتی درباره آبهای زیرزمینی، حال به بحث درمورد اکولوژی آنها

می پردازیم.





اکولوژی آبهای زیرزمینی

گرایشهای امروزی نسبت به اکولوژی آبهای زیرزمینی:

دو دلیل اساسی برای توجه و علاقه به اکولوژی این آبها میتوان ارائه کرد:

1- اکوسیستم آبهای زیرزمینی بطورمستقیم درارتباط با سایراکوسیستم های آبی

بوده و درباروری بیولوژیکی دارای نقش ارزنده ای می باشند.

برای مثال

بخشی از حاصلخیزی بیولوژیکی آبهای رونده از لایه های سطحی

رسوبات رودخانه ای که بوسیله آب زیرزمینی تغذیه شده، تأمین می گردد.

2- افزایش روزافزون نیاز جوامع انسانی به آب آشامیدنی، مطالعه فرایندهای

فیزیکی و بیولوژیکی آبهای فیلترشده و خودپالایی آنها ازطریق رسوبات را

ضروری می سازد.
ضروری می سازد.

زیستگاههای آب زیرزمینی: این زیستگاهها به طور کلی به چند بخش تقسیم می شوند 1- محل تشکیل سفره آبی خلل و فرج دار 2- زیستگاه آب زیرزمینی سطحی 3- زیستگاه آب زیرزمینی عمیق سفره های آبی خلل و فرج دار خود ازچندین بخش تشکیل شده که عبارتند از: بخشهای زیرین کانالهای رودخانه ها- دره های متروک- دشتها- ودره های کوهستانی زیستگاههای آب زیرزمینی سطحی در ارتباط با زیستگاههای سطحی و دستخوش تغیرات لایه های سطحی محیط می باشد.

زیستگاه آب زیرزمینی عمیق در زیر زیستگاه سطحی، در عمقی قراردارد که اثر تغیرات لایه های سطحی محیطی درآن بی اثرو یا بسیارناچیزاست شرایط اکولوژی آبهای زیرزمینی: به دوصورت است: از سطح زمین به خاک ین در بخش آبی غیراشباع و درنهایت در بخش اشباع آب زیرزمینی از بخش زیرین آبهای زیرزمینی به لایه های عمیق تررسوبات درجهت های افقی و عمودی.عوامل مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی در اکولوژی این دو بخش تأثیر گذار می باشند که از عوامل فیزیکی حاکم می توان به نکات زیر اشاره کرد.

دانه بندی :(Granulometry)یا به عبارتی نسبت بین اندازه دانه های مختلف خاک دررسوبات، یکی ازمهمترین پارامترهای اکولوژیک درآبهایزیرزمینی می باشد.

مثلا رسوب دارای درصد سیلت و رس دارای تخلخل زیاد بوده لیکن آب به آهستگی در آن حرکت می کند.

غالب اجتماع جانوری هم از موجودات کوچک و متوسط تشکیل می شود.

تخلخل: عبارت است ازمیزان خلل و فرج موجود دررسوب واز طریق نسبت فضای خالی به حجم رسوب محاسبه می شود.

تخلخل مؤثر: تخلخل مؤثرعبارت ازآبی که بعد ازعمل اشباع شدن رسوب ازطریق زهکشی توسط نیروی ثقلی خارج شده، به حجم کل رسوب.

نور: نوردرلایه اولیه رسوبات ناپدید می شود و مرزناپدید شدن نور بستگی به اندازه دانه های رسوب ومیزان تراکم دانه بندی خواهدداشت.

سرعت آب زیرزمینی: سرعت درلایه های رسوبات بستگی به اندازه دانه بندی، ناهمگونی، تراکم دانه ها و تخلخل مؤثردارد.

سرعت جریان آب با عمق رسوبات روند کاهشی دارد.

درجه حرارت: تغیرات حرارتی درآبهای زیرزمینی سطحی ازتغیرات دمای آبهای سطحی پیروی کرده لیکن در آبهای عمیق تغیرات حرارتی ضعیف می باشد.

عوامل شیمیایی: اکسیژن، کل مواد محلول و موادآلی(میزان کل مواد آلی و مواد آلی محلول درآبهای زیرزمینی معرف آلودگی آب زیرزمینی می باشد) را میتوان نام برد.

اکسیژن محلول درآب زیرزمینی باعمق و نفوذپذیری تخلخل مؤثررسوبات کاهش می یابد.

رسوبات احیا شده شیمیایی ولایه های با نفوذپذیری کم فاقد اکسیژن محلول می باشند.

آبهای زیرزمینی عمیق دارای مواد محلوبیشتری درمفایسه با آبهای زیرزمینی سطحی می باشد.

عوامل بیولوژیکی: کاهش میزان نوردرآبهای زیرزمینی مانع فعالیت گیاهان سبزینه ای شده و تنها باکتری ها ازجمله"سولفوباکتریا" و "فروباکتریا" ازطریق سنتزهای شیمیایی بدون حضورنورمی توانند توسعه یابند.پروتوزوآ و متازوآ به ویژه موجودات جانوری میو و مزو که از باکتری ها تغذیه می کنند نقش غیر مستقیم مهمی را درچرخه مواد آلی در آبهای زیرزمینی بازی می کنند.از متازوآ میتوان کرمها(الیگوچیتس و نماتودس)، سخت پوستان و لارو حشرات که در زیستگاههای خلل و فرج دار زیست میکنند،ذکرکرد.

درآبهای زیرزمینی همچنین تعداد کمی از مهره داران زیست میکنند.

لاروبرخی ماهیان، زمان کوتاهی از زندگی خودرا در لایه های سطحی رسوبات بستر رودخانه های رونده می گذرانند.همچنین موجوداتی به منظور تهیه غذا و پناهگاه در مقابل تأثیرات نامطلوب فیزیکی(سیل) و بیولوژیکی(شکارکننده ها) در آبهای زیرزمینی سطحی به سر می برند.

موجوداتی که در آبهای زیرزمینی عمیق زیست میکنند تحت عنوان Stygobits نامیده می شوند که از نظر شکل ظاهری و بیولوژی با شرایط مذکور سازگاری یافته اند.

در اینگونه موجودات چشمها تکامل نیافته، بدن بدون رنگریزه بوده وزمان بلوغ طولانی است.

اطلاعات در خصوص بیولوژی موجودات آبهای زیرزمینی بویژه پراکندگی جغرافیایی آنها ناچیزاست.

جریان انرژی و تجزیه موادآلی دراکوسیستمg.w: دراکوسیستم آبهای زیرزمینی به دلیل فقدان نورخورشید و عدم حضورگیاهان سبزینه ای، تولیدات اولیه وجود نداشته و تنها از طریق سنتزهای شیمیایی به وسیله باکتری ها تولیدات اولیه حاصل می شود.

مهم ترین منبع انرژی این فرایند ازاکوسیستم های آبی سطحی به صورت گیاه و بقایای جانوری تأمین می شود.این مواد توسط مصرف کنندگان که عمدتاً جانوران و تجزیه کنندگان ازجمله باکتریها و قارچ ها هستند، مورد استفاده قرارمیگیرند.

درآبهای زیرزمینی درجه حرارت و اکسیژن نقش مهمی را درتجزیه موادآلی و چرخه انرژی بازی میکنند.

افزایش این دوعامل سبب تحریک فعالیت متابولیسمی شده و عمل معدنی شدن مواد را تسریع می کنند.فقدان اکسیژن سبب توقف فرایند اکسیده شدن می شود.در شرایط کمبود دوعامل مذکورعمل تجزیه مواد و معدنی شدن، ناقص و به آهستگی صورت گرفته، سبب تولید ترکیبات مضرازقبیل s2H برای موجودات شده، جریان انرژی به آهستگی صورت می گیرد.

اهمیت موجودات اکوسیتم آبهای زیرزمینی: موجوداتی که در رسوبات لایه های سطحی زیرین بستر رورخانه زندگی می کنند در مقابل سیل و تغییرات شدید حرارتی مصون می باشند.

درسال 1968 Hynes نشان داد به احتمال بسیار قوی کاهش لارو حشرات در بستر رودخانه ای در ایالت ولزانگلستان به سرعت به وسیله موجودات آبهای زیرزمینی بقا یافته، در عمق جبران و به حد مطلوب می رسید.

درسال 1974 Williams و Hynes نشان دادند موجودات آبهای زیرزمینی درجریان سیل به طبقات عمیق تررسوبات مهاجرت کرده، بقا می یابند.

اکنون به خوبی روشن شده است که بخشی ازتوده زیستی موجودات کف زی رودخانه، توسط موجودات آبهای زیرزمینی تأمین میشود.

زیستگاه زیرزمینی سطحی همچنین برای تخم گذاری ماهیان مورد استفاده قرارمی گیرد.

ماهی قزل آلا تا عمق 25 سانتیمتری رسوبات تخم گذاری کرده، لارو ماهی می تواند تا 30 روزدرآب زیرزمینی سطحی زندگی کرده درمقابل شکارچیان و سایراثرات مضرمصون بماند.

انجام لایروبی شن و ماسه از سواحل رودخانه ها تحت عنوان آلودگی مکانیکی به دلیل انهدام زیستگاههای موجودات آبهای زیرزمینی اثرات تخریبی بر روی اکوسیستم آبهای زیرزمینی دارد.

جنبه لیمنولوژی آبهای زیرزمینی: آبهای زیرزمینی به عنوان یکی ازمهمترین منابع آب آشامیدنی محسوب می شوند.

تقاضای آب آشامیدنی بسیارزیاد بوده، بطوری که ذخایرآبهای زیرزمینی نمی تواند بیشترازفرایندهای طبیعی فیلترشدن درچرخه آب که عبارتنداز: فیلترشدن آب ازطریق رودخانه ها فیلترشدن آب اتمسفردرطی دوره بارندگی موردتغذیه قرارگیرد.

بزرگترین ذخایرآبهای زیرزمینی مورداستفاده درتهیه آب آشامیدنی در ته نشست های رسوبی دشت های آبرفتی قراردارند.

روشهای تغذیه مصنوعی سفره های زیرزمینی: درخصوص تغذیه سفره های آب زیرزمینی روشهای متعددی وجود دارد گسترش حوضه ها، نهرها و جویها ایجادجریان مصنوعی سطحی 3- آبیاری آبهای زیرزمینی توسط آبهای گوناگونی تغذیه می شوند:1- آبهای سطحی 2-آبهای مصارف عمومی 3- فاضلابهای صنعتی خودپالایی آبهای سطحی درطی فرایند نفوذ دررسوبات: آبهای سطحی منشأ گرفته ازمحیطهای گوناگون حاوی مواد مختلف بوده و توسط فرایندهای پیچیده شیمیایی و بیولوژیکی مورد پالایش قرارمیگیرند.

خرده های جامد و یونهای گوناگون توسط سطح خلل و فرج و درزهای موجود دررسوبات جذب می شوند موادآلی تجزیه شده و عمل معدنی شدن به آهستگی در نتیجه فعالیتهای باکتریایی صورت می گیرد باکتریهای بیماری زا در رسوبات غیرفعال می شوند چگونگی آلودگی آبهای زیرزمینی: ورودآبهای آلوده ازطریق دفع پسابهای آلوده شهری، صنعتی و کشاورزی افزایش آلودگی دربرخی ازرودخانه ها سبب افزایش و تراکم موادآلاینده درآبهای زیرزمینی می شود شستشوی موادآلاینده انباشته شده درخاکها برداشت بیش ازتغذیه سفره های آب شیرین که سبب راهیابی آبهای شورشده و موجبات آلودگی آب زیرزمینی رافراهم می کند.

جنبه های منفی آلودگی آبهای زیرزمینی: ورود موادآلی آلوده کننده درآبهای زیرزمینی سبب کاهش میزان اکسیژن محلول شده، ضمن تولید موادمضرنظیرH2s ، کندی عمل معدنی شدن مواد را نیز به دنبال دارد اتروفیکاسیون درآبهای زیرزمینی همچون آبهای سطحی، می توانند دراثرورود مواد آلاینده حاوی مواد مغذی پدیدارشود.

ورود فاضلابهای غنی ازموادآلی و یا اسیدی به آبهای زیرزمینی سبب می شود ترکیبات آهنی غیرمحلول (Fe) به صورت محلول(Fe) درآیند.

این ترکیب محلول درتماس با آبهای زیرزمینی غیرآلوده که دارای Ph خنثی و اکسیژن کافی بوده سبب رسوب ترکیبات آهن و بسته شدن فضاهای موجود در رسوبات شده و درنهایت سبب تخریب اکوسیستم آبهای زیرزمینی می شود.

اصلاح آبهای زیرزمینی : روشهای متعددی برای رفع آلودگی آبهای زیرزمینی به کارگرفته می شوند که اهم آنها عبارتنداز: اصلاح آب زیرزمینی و خاک ازطریق تزریق هوا: رفع آلودگی آب زیرزمینی و خاک درمحل ازطریق تزریق هوا و استخراج بخارات ازسفره آب و خاک صورت می گیرد که سبب کاهش سریع ترکیبات آلی فراراز بخش زیرسطح ایستابی آب زیرزمینی می شود.

اصلاح بیولوژیکی آب زیرزمینی درمحل: دراین روش آلاینده ها به وسیله حشرات میکروسکوپی تجزیه کننده، تجزیه می شوند.

3-اصلاح به روش مخلوط جریان هوا و موجودات میکروبی درمحل: دراین روش هوا با تأنی همراه با موجودات میکروبی درآب زیرزمینی تزریق شده و این عمل باعث تجزیه ترکیبات آلی فرار و کاهش بخارات خروجی و درنتیجه تصفیه گازهای خروجی می شود.

4-جمع آوری آلاینده های گازی ازطریق ایجاد خلأ و تصفیه آنها: باایجاد خلأ درسطح زمین بخارات موجود درخاک و آب زیرزمینی خارج می شوند،این روش درمحیط های بانفوذپذیری کم(سیلت ورس) مؤثرمی باشد.

5-خروج آب آلوده