بررسی ارتباط متقابل و اثرات آب های سطحی بر آب های زیرزمینی دشت بستان آباد

فرهاد شیبانی، مربی دانشگاه آزاد اسلامی واحد بستان آباد

 محسن حمدی پور، مربی دانشگاه آزاد اسلامی واحد بستان آباد

مقدمه

منابع آب زیرزمینی، بزرگترین ذخیره قابل دسترسی آب شیرین در کره زمین را تشکیل می دهند. در مناطقی که منابع آب سطحی محدود بوده و یا به راحتی در دسترس انسان قرار ندارند، می توان نیاز انسانها را به آب از طریق آبهای زیرزمینی برطرف نمود. آب زیرزمینی برخلاف آبهای سطحی، تحت تأثیر سریع تغییر دما و تغییر بارندگی های فصلی قرار نمی گیرد، لذا برای مصارف صنعتی، منبع قابل اتکاتری است. از سوی دیگر، آب در مسیری که برای پیوستن به سفره آبهای زیرزمینی طی می کند، از لایه های متعدد خاک عبور می کند و همین به نوعی به تصفیه طبیعی آب منجر می گردد. ضمناً آب زیرزمینی، سریعاً تحت تأثیر آلودگی های سطحی قرار نمی گیرد. ایران کشوری تقریباً خشک و میانگین بارندگی سالانه 250 میلی متر است که حدود یک سوم متوسط بارندگی سالیانه دنیا می باشد. رشد سریع جمعیت در چند دهه اخیر، توسعه مناطق شهری و کشاورزی، محدودیت منابع آبهای سطحی و در نتیجه برداشت بیش از اندازه سفره های آب زیرزمینی، باعث به بار آمدن خسارات جبران ناپذیری به منابع آب زیرزمینی کشور، بویژه در سالهای آینده خواهد شد. مدیریت منابع آب زیرزمینی نیازمند شناخت وضعیت سفره در شرایط طبیعی و سپس پیش بینی اثرات برداشت و یا تغذیه می باشد.

اهمیت بررسی تبادل آبی

در تبادل آبی، سفره آب زیرزمینی و رودخانه برحسب شرایط ژئومورفولوژیکی، اقلیم و جوی منطقه در معرض تغذیه یا نشت و تخلیه قرار می گیرند. از آنجا که هم سفره آب زیرزمینی و هم آبهای سطحی از منابع اصلی تأمین آب کشاورزی و مصرفی هستند، اطلاع از میزان آب قابل دسترس و آب ذخیره شده در این منابع در طول سال آبی جهت مدیریت منابع آبی منطقه بسیار ضروری است. استفاده بی رویه از سفره های آب زیرزمینی باعث افت تراز سطح ایستابی شده است. با به دست آوردن میزان نشت، می توان از لحاظ کمی و کیفی قسمتهای مختلف رودخانه را از نظر تغذیه یا تخلیه شناسایی کرد تا برداشت از آب زیرزمینی به گونه ای باشد که رودخانه و سفره آب زیرزمینی در تعامل با یکدیگر بتوانند این برداشتها را جبران کنند و در نهایت از افت تراز سطح ایستابی آب زیرزمینی تا حدودی جلوگیری شود (Doppler et al.2007) .

رودخانه ها در طول مسیر خود در قسمتهایی آب خود را از دست می دهند و سفره را تغذیه می کنند و در سایر قسمت ها توسط سفره تغذیه شده و به آب آنها افزوده می شود. در محل های خاصی بین وضعیت های درون ریز و برون ریز تغییرات فصلی وجود دارد.

مروری بر مطالعات گذشته

پریکت و لونگیست مکانیسم جریان از رودخانه به سفره شبیه نشت از بین لایه های کم نفوذپذیر را ممکن کرده، آنها یک فاکتور تغذیه برای آنچه که باعث نفوذ از ناحیه سطحی و تأثیر عمومی نفوذ از رسوبات بستر آبراهه ها می شد پیدا کردند. آنها همچنین مفهوم ضریب رودخانه را جهت نشان دادن تبادل سفره و رودخانه در مدل های منطقه ای آب زیرزمینی و بر اساس جریان های عمودی از میان یک لایه آکیتارد مطرح کردند. فرضیه اساسی در مدل (MODFLOW) این است که افت بارهای قابل اندازه گیری بین سفره و ابراهه به طرفین بستر آبراهه منحصر می شود. در نتیجه ضریب رودخانه (CRIV) که در مدل MODFLOW به عنوان هدایت بستر آبراهه منحصر می شود، برای رودخانه ای به عرض W برد طولی L و با ته نشست های M و هدایت هیدرولیکی Kr با نفوذپذیری پائین به صورت رابطه زیر تعریف شده است:

CRIV=K_r.L.W/M

تبادل آب زیرزمینی و آب سطحی

اگر سطح آب رودخانه پایین باشد، در این صورت ممکن است قسمتی از آن توسط آب زیرزمینی تغذیه شده باشد. به این ترتیب که اگر تراز آب زیرزمینی در مجاورت رودخانه بالاتر از تراز آب رودخانه باشد، در این حالت جریان از طرف آب زیرزمینی به رودخانه برقرار خواهد شد(درون ریز). حال اگر جریان برعکس شود، یعنی تراز آب رودخانه بالاتر از تراز آب زیرزمینی باشد، در این صورت آب از رودخانه به طرف آب زیرزمینی جریان می یابد(برون ریز). وقتی جریانی یک لایه غیرقابل نفوذ را قطع می کند، با لایه تحت فشار زیرین یک ارتباط برقرار می شود. در این صورت با توجه به فشار پیزومتریک یک لایه تحت فشار بسته به اینکه بالاتر یا پایین تر از آب رودخانه باشد، هر یک از دو حالت در صورتی که لایه غیرقابل نفوذ شیب دار باشد،"درون ریز" یا "برون ریز" اتفاق می افتد.

مشخصات منطقه مورد مطالعه

دشت بستان آباد که در شمال غرب ایران در استان آذربایجان شرقی به فاصله 45 کیلومتری جنوب شرق شهرستان تبریز واقع شده است. از شمال به محدوده کردکندی، از جنوب غرب به دامنه های کوه سهند، از غرب به محدوده مطالعاتی تبریز و از شرق به محدوده مطالعاتی سراب محدود شده است. محدوده مطالعاتی با وسعت حوضه آبریز معادل 594 کیلومتر مربع قسمتی از حوضه آبریز دریاچه ارومیه بوده که بخشی از سیلاب های دامنه های سهند و همچنین بخشی از ریزش های جوی، درون توفانها نفوذ کرده و آبخوانی را به وجود آورده است. در غرب دشت، رودخانه اوجان چای تنها منبع آب سطحی محدوده از ارتفاعات بیوک داغ وارد دشت می شود و در امتداد غرب به شرق جریان می یابد و بعد از نقشه جهت جریان آب زیرزمینی و دریافت جریان شاخه های مختلف و با گذر از داخل شهرستان گردیان هیدرولیکی در مهر 90 بستان آباد در نهایت به رودخانه آجی چای می پیوندد.

مطالعات و تحقیقات انجام گرفته

بارش

با افزایش ارتفاع منطقه بر مقدار بارندگی منطقه افزوده می شود و مقدار بارندگی در منطقه مورد مطالعاه از جنوب غربی به شمال شرقی با کاهش ارتفاع کاهش می یابد. غالباً بیشترین بارندگی در فصل بهار صورت می گیرد و ماه اردیبهشت پرباران ترین و مرداد کم باران ترین ماه است.

درجه حرارت

گرمترین ماه سال در منطقه شهریور ماه با دمای 38 درجه سانتی گراد و سردترین آن، بهمن ماه با دمای 29- درجه سانتی گراد می باشد و میزان متوسط درجه حرارت سالانه در منطقه موردمطالعه 7/3 درجه سانتی گراد است.

اقلیم منطقه مورد مطالعه

وضع اقلیمی دشت بستان آباد بر اساس روش تجربی آمبرژه(رابطه Q₂=2000P/(M²_*M²)) و با استفاده از آمار مربوط به ایستگاه ارشتناب مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اطلاعات به دست آمده در ایستگاه ارشتناب جدول(2) مقدار Q₂ محاسبه شد و اقلیم منطقه نیمه خشک سرد تعیین گردید.

آب شناسی محدوده مطالعاتی

بر روی تنه اصلی رودخانه اوجان چای در داخل شهر بستان آباد ایستگاه بستان آباد احداث گردیده است. آمار جریان این ایستگاه از سال 1394 تا سال 1390 در دسترس می باشد. در این تحقیق از اطلاعات آماری سالهای اخیر (1389-1381) استفاده شده است. متوسط آبدهی این رودخانه برپایه اطلاعات آماری 8 ساله اخیر 679 /0 متر مکعب در ثانیه بوده و حداکثر آبدهی آن در ماه اردیبهشت مقدار01/0 متر مکعب در ثانیه می باشد. علاوه بر ایستگاه بستان آباد، ایستگاه دیزناب در نیمه دوم سال 1367 مطالعاتی احداث گدیده و در این تحقیق از اطلاعات آماری سالهای اخیر (1389-1382) استفاده شده است. متوسط آبدهی این رودخانه بر پایه اطلاعات آماری 8 ساله اخیر 369/0 متر مکعب در ثانیه بوده و حداکثر آبدهی آن در ماه اردیبهشت به مقدار 93/5 متر مکعب در ثانیه و حداقل آن در ماه مرداد و شهریور به مقدار صفر می باشد. در منطقه مورد مطالعه بستان آباد حدود 22 حلقه چاه مشاهده ای به روش روتاری حفاری شده که بر اساس نتایج به دست آمده از حفاری این چاه ها، همان طور که در شکل 9 مشخص است، معلوم گردیده که سطح ایستایی در حین و بعد از حفاری تغییر نشان نداده و آبخوان دشت از نوع آبخوان آزاد است.

برای تعیین ماه های حداکثر و حداقل ارتفاع آب زیرزمینی و همچنین برای مشخص نمودن میزان تغییرات ذخیره مخزن آب زیرزمینی هیدروگراف واحد آبخوان تهیه گردیده است. بر اساس هیدروگراف واحد منطقه متوسط تراز آب زیرزمینی در این دشت دارای روند نزولی بوده، به طوری که سطح ایستابی از سال 83-82 تا 90-89 حدود 82/0 متر افت نموده است. همان طوری که از نمودار هیدروگراف واحد مشاهده می شود در فصل بهار علاوه بر تغذیه آبخوان توسط رودخانه، مقدار زیادی از آب کشاورزی جهت آبیاری از جریان آب رودخانه اوجان چای تأمین می شود و در نتیجه ب مقدار زیادی از برداشت آب سفره زیرزمینی جلوگیری شده و موجب بالا رفتن سطح آب زیرزمینی می شود. در پائیز و زمستان که نیاز آبی گیاهان کمینه بوده، در همین زمان بارندگی بیشینه، و تبخیر کمترین مقدار را در این فصول داشته است، لذا از مهر تا اردیبهشت به دلیل بیشتر بودن میزان تغذیه از تبخیر آبخوان سطح تراز آب و شاخه هیدروگراف دارای روند صعودی است و بالعکس از خرداد تا شهریور روند نزولی نشان می دهد.

رفتارسنجی پیزومترها

روند تغییرات سطح ایستابی در پیزومترها به دو دسته تقسیم می شوند، دسته اول که الکتروپیزومترها جزء آن محسوب می شوند روندی همانند هیدروگراف واحد دارند که در فصل پائیز با افزایش بارندگی و کاهش تخلیه از چاه های بهره برداری هیدروگراف ها روندی صعودی دارند، در ماه های بهار بخصوص اردیبهشت به حداکثر رسیده و در تابستان که کاهش سطح ایستابی را مشاهده می کنیم و هیدروگراف روند نزولی به خود می گیرد. چنین روندی در پیزومترهای 15،12،10،10،4،6و16 مشاهده می شود . دسته دوم پیزومتر شماره 9،8،3،1 و13 می باشد که هیدروگراف آن همواره صعودی است و دلیل آن احتمالاً نزدیکی به رودخانه اوجان چای می باشد.

بررسی نقشه های هم عمق و هم تراز آب زیرزمینی و جهت جریان

بیشترین عمق سطح آب در مرکز دشت و در محدوده پیزومتر شماره 12 به مقدار 67 متر و پیزومتر شماره 16 به مقدار 84 متر می باشد که در آن قسمت سطح آب زیرزمینی در عمق بیش از 50 متر قرار می گیرد. علت این امر تمرکز اکثر چاه ها در این ناحیه می باشدکه در روی نقشه به صورت منحنی های بسته نشان داده شده است. در محدوده پیزومتر شماره 1 و 11 نیز کمترین عمق سطح ایستابی به مقدار2 و 6 متر در هر دو نقشه مشاهده گردیده که تقریباً در میانه دشت واقع شده است، که علت آن احتمالاً تغذیه زیاد این قسمت از دشت به وسیله نفوذ از آب برگشتی مصارف کشاورزی و شرب می تواند باشد. در نقشه های هم تراز و جهت جریان آب زیرزمینی درماه های حداکثر (اردیبهشت1390) و حداقل سطح ایستابی(مهر1390) ملاحظه می شود حداکثر تراز آب (1920 متر) در حاشیه شمال غربی آبخوان در حوالی جوقان بزرگ و حداقل تراز آب(1640 متر) در حوالی سقین سرا دیده می شود. به طور کلی تراز آب از شمال غربی به سمت شمال شرقی به تدریج در حال کاهش است. همچنین نگاه اجمالی به دشت نشان می دهد که در حاشیه های غربی، شرقی جنوبی دشت ملایمی به طرف مرکز دشت وجود دارد که این شیب به سمت شمال شرق ادامه می یابد و با توجه به این مطلب و شیب گرادیان هیدرولیکی،خروجی دشت فقط از شمال شرق می باشد. و در ضمن جریان آب زیرزمینی نیز تحت تأثیر مطالب مذکور به وسیله رودخانه اوجان چای زهکشی می شود.

نتایج

1. آبخوان دشت بستان آباد از نوع آزاد بوده و تراز سطح آب زیرزمینی در طی این 8 سال روند نزولی داشته که سطح آب زیرزمینی در سال آبی (89-82)، 82 /0متر افت را نشان می دهد.
2. حداکثر تراز آب (1920متر)، در حاشیه شمال غربی آبخوان در حوالی چوقان بزرگ و حداقل تراز آب (1640 متر)، در حوالی سقین سرا دیده می شود. تراز آب از شمال غربی به سمت شمال شرقی به تدریج در حال کاهش است.
3. خروجی دشت فقط از شمال شرق می باشد و جریان آب زیرزمینی نیز به وسیله رودخانه اوجان چای زهکشی می شود.
4. در تمام زمانهای اندازه گیری ایستگاه حداکثر و حداقل دبی میانگین ماهانه در طول دوره 12 ماهه در ایستگاه بستان آباد مربوط به ماه های اردیبهشت و شهریور و در ایستگاه دیزناب مربوط به ماه های اردیبهشت و مرداد می باشد.
5. دیزناب از کمترین مقدار دبی (247/0) برخوردار می باشد و دبی در ایستگاه بستان آباد سیر صعودی داشته و به بیشترین مقدار خود (298/0) متر مکعب در ثانیه می رسد.
6. در ایستگاه دیزناب رودخانه به صورت تغذیه کننده(برون ریز) و در ایستگاه بستان آباد به صورت تخلیه کننده (درون ریز) عمل می کند.