دید کلی

آلودگی آبهای زیرزمینی در اثر نفوذ آلودگی از سطح زمین و یا اطراف منبع آن صورت می‌گیرد و در این میان ، ریشه‌های درختان و یا گیاهانی که به منبع راه یافته‌اند نیز مورد توجه است.

موارد مورد توجه در یک منبع آب زیرزمینی

در یک منبع آب زیرزمینی ، عواملی چون عمق آب ، عمق ایستایی ، تغییراتی که ممکن است در اثر پمپاژ حاصل گردد، باید تعیین شود و تجزیه آب چاه و آبهای اطراف آن ، نشان خواهد داد که این منبع زیرزمینی از یک محل یا بیشتر تغذیه می‌شود.

علل آلودگی آبهای زیرزمینی

آلودگی آبهای زیرزمینی ممکن است از آبهایی که به آن وارد می‌شود و یا از منابع دور دست باشد و اگر این آلودگی از منابع دور دست وارد آب شود، تعیین محل آلوده کننده بسیار مشکل است. اگر بعد از پمپاژ ، آلودگی در آب مشاهده شود، باید مطالعه‌ای در منابع آلودگی اطراف چاه ، مثل چاههای توالت به عمل آید. عوامل موثر در ممانعت از آلودگی آبهای زیرزمینی به عمق چاه ، وضع طبیعی محلی که چاه در آن قرار دارد و جهت حرکت آبهای زیرزمینی مربوط است.

در هر صورت ، شعاعی که تحت اثر آن ممکن است آب زیرزمینی آلوده گردد، معمولا از حدود 20 برابر تغییرات سطح ایستابی دراثر پمپاژ چاه بیشتر نیست. و اگر زمین اطراف چاه از سنگهای شکسته باشد، این مهم کمی زیادتر است. به عنوان مثال اگر تغییرات ایستابی چاهی ، 0.5 متر باشد، شعاع آلودگی آن 10 متر خواهد بود.

سرعت واقعی جریان آب به چاه

سرعت واقعی جریان آب از هر نقطه به چاه ، با فاصله آن از چاه تغییر می‌کند و این سرعت در هر نقطه برابر است با سرعت واقعی جریان آب در موقع ورود به چاه تقسیم بر مجذور فاصله. مثلا اگر سرعت حرکت آب در موقع ورود به چاه 50 میلیمتر بر ثانیه باشد، در فاصله 10 متری، 0.5 میلیمتر و در 5 متر، 2 میلیمتر در ثانیه خواهد بود.

باید توجه داشت که این رابطه ، یک رابطه تجربی تقریبی است، وگرنه برای محاسبه سرعت واقعی بطور دقیق ، به آزمایشات محاسبات بسیار طولانی و پیچیده‌ای نیاز است.

تاثیر عمق چاه در تصفیه آب

اقشار مختلف زمین ، خود عامل مهمی در تصفیه آبهای آلوده است، اگر عمق چاه 10 متر باشد، این ضخامت زمین نمی‌تواند چاه را از آلودگیهای موجود در سطح زمین مصون نگهدارد، ولی اگر این عمق به 20 تا 25 متر برسد، باید انتظار داشت که تصفیه طبیعی صورت بگیرد و آلودگیهای موجود در سطح زمین عملا قادر به نفوذ در آب چاه نشوند. در صورت تماس فاضلاب با آبهای زیرزمینی ، مقادیر اکثر آنیونها بویژه نیترات و کلرورها در آنها بالا خواهد رفت و این امر یکی از بهترین علائم هشدار دهنده است.

بدیهی است در صورت این آلودگی علاوه بر آنیونها و کاتیونها بعضی از انواع باکتریها و ویروسهای فاضلاب نیز می‌توانند وارد جریان آبهای زیرزمینی شوند. می‌توان انتظار داشت که در شرایط مطلوب ، زمین ، قادر به تصفیه طبیعی 99 درصد آلودگیها باشد. ولی برای اینکه زمین قادر به این تصفیه طبیعی باشد، باید نحوه و چگونگی دفع فاضلاب را با دقت تمام با احتساب جوانب امر صورت گیرد.

انواع آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی و نحوه از بین بردن آنها

متاسفانه ، ورود آلوده کننده‌های فاضلاب ، باعث فعالیتهای غیر هوازی خواهد شد، ولی اگر آلودگی در حین نفوذ رقیق شده باشد، مشکلات ناشی از آنها کمتر خواهد بود. تخلیه فاضلابهای صنعتی در زمین نیز با ورود فلزات سنگین که اغلب خاصیت سمی دارند، آلودگیهای شدید شیمیایی و احیانا" میکروبی در آبهای زیرزمینی تولید می‌نماید و چه‌بسا اتفاق می‌افتد که دیگر از این آبهای زیرزمینی نتوانیم در مصارف عمومی استفاده کنیم و باید برای مصرف مجدد ، متحمل هزینه‌های گزافی گردیم.

برای جلوگیری از فعالیت باکتریهای بی‌هوازی در تخلیه مواد جامد دفعی در گودال ، می‌توانیم از محلول 20 میلی‌گرم در لیتر ، کرومات و یا ترکیبات نیتراتی استفاده کنیم، البته مقدار معرف آنها با در نظر گرفتن جوانب امر باید تعیین شود. نفت یکی از آلوده کننده‌های آبهای زیرزمینی است.

این ماده ممکن است حتی آب زیرزمینی را برای همیشه غیر قابل استفاده نماید و در امر پمپاژ هم بعلت حل پوششهای قیری ، مشکلات جدی ایجاد می‌کند. آلوده کننده‌هایی که در ضمن فعالیتهای کشاورزی ممکن است وارد آبهای زیرزمینی گردند (نظیر حشره کشها) ، گاها فاجعه‌های بزرگی به بار می‌آورند. مثلا ممکن است ضمن کلرینه کردن آبهای زیرزمینی با ایجاد ترکیبات جدید کلردار مواد جدید که مسومیت آنها به مراتب از خود حشره کشها زیادتر است، ایجاد نمایند (نظیر کلرور فنیل).

جمع‌ بندی نکات مهم

1. باکتریها و ویروسها در حین نفوذ آب و یا حرکت آن ، به آبهای زیرزمینی می‌پیوندند، ولی این عوامل هیچگاه در خلاف جهت جریان آبها حرکت نخواهد نمود.
   
   
2. حرکت عوامل مندرج در فوق ، در حین پمپاژ آبهای زیرزمینی تشدید می‌شود.
   
   
3. وضع باکتریها و ویروسها بعد از پیوستن به آبهای زیرزمینی مشابه وضع آنها در آبهای سطحی است.
   
   
4. مقدار باکتریها و ویروسهایی که قبل از رسیدن به منابع آب زیرزمینی قابل حذف هستند، متناسب با عوامل مختلف از همه مهمتر فاصله آنها از منبع و قابلیت نفوذپذیری زمین است.
   
   
5. بهترین نوع زمین مواد برای حذف باکتریها ، زمین با دانه بندی یکنواخت از ماسه‌های ریز با درصدی رس می‌باشد.
   
   
6. حداکثر مسافتی که باکتریها و ویروسها در حالت عمودی می‌توانند حرکت نمایند تقریبا 10 فوت است.
   
   
7. غالب مواد شیمیایی نظیر نفت ، حشره کشها ، و دترجنتها می‌توانند همراه آب به زمین نفوذ و به آبهای زیرزمینی داخل گردند.

 

مقدمه

هر روزه در بخشهایی از دنیا ، از جمله در کشور ما ، بشر قسمت مهمی ‌از آب مورد نیاز خود را از منابع زیرزمینی تامین می‌کند. در همین نقاط فاضلابهای شهری و صنعتی ، که اغلب آلوده هستند، به همان سفره آبها باز گردانده می‌شوند. به این ترتیب ، کیفیت آب زیرزمینی تنزل یافته و مشکلات زیست محیطی فراوانی بوجود می‌آید.

کیفیت آب

مقصود از کیفیت آب مقدار املاح محلول ، مواد آلی ، ذرات کانی و همچنین دما ، رنگ ، بو ، مزه و دیگر مشخصات شیمیایی و باکتریولوژیکی و فیزیکی آب است. آبهای زیرزمینی ، بنا به شرایط مختلف ، به مقدار کم یا زیاد املاح محلول دارند و اصولا در طبیعت نمی‌توان نمونه‌ای از آب زیرزمینی یافت که مطلقا فاقد مواد محلول باشد. مقدار نوع نمکهای محلول در آبهای زیرزمینی بستگی به سه عامل : جنس خاکها ، سرعت حرکت و منشا آب زیرزمینی‌ دارد. در آبهای زیرزمینی کاتیونها بیشتر کلسیم ، منیزیم ، سدیم و پتاسیم و از آنیونها ، انواع کانیهای کربناته ، بی‌کربناتها ، سولفاتها و کلریدها به صورت محلول یافت می‌شود.

کلریدها معمولا در نقاطی که نفوذ آب به دریاها ، فاضلابها و رسوبات نمکدار وجود داشته باشد، بیشتر است. مقدار نیتراتها بطور طبیعی در آبهای زیرزمینی بسیار کم است، ولی نقاطی که فاضلابها به داخل زمین نفوذ می‌کنند، مقدار آن زیاد می‌شود. مواد محلول در آبهای زیرزمینی را توسط نمونه‌گیری از آب و تجزیه شیمیایی بدست آورده و مقدار آنها را بر حسب 'میلی گرم در لیتر' یا 'میلی اکی‌والان در لیتر' بیان می‌کنند.

آلودگی آبهای زیرزمینی

در دهه‌های اخیر رشد جمعیت و فعالیتهای صنعتی و اجتماعی ، علاوه بر ایجاد مسائل زیست محیطی دیگر ، در آلوده‌سازی آبهای زیرزمینی نیز نقش مهمی ‌داشته است. می‌توان منابع آلوده‌ساز آبهای زیرزمینی را به صورت زیر طبقه‌بندی کرد:

• فاضلابهای شهری و مناطق مسکونی که یا مستقیما وارد زمین شده یا پس از تخلیه در مخازن فاضلاب به زمین وارد می‌شوند. این فاضلابها دارای آلودگی بیولوژیکی و شیمیایی هستند.
  
  
• فاضلابها و پسمانده‌های صنایع که در گودالهایی انباشته شده یا به داخل چاههایی تزریق می‌شوند و قسمتی از آنها به سفره آب وارد می‌شود.
  
  
• فاضلابهای آلوده‌ای که بطور ناخواسته از کارخانه‌ها و تاسیسات صنعتی نشت می‌نمایند، یا بطور غیر قانونی در زمین رها می‌شوند.
  
  
• زباله‌های جامد شهری که معمولا در نقاطی انباشته شده و ممکن است توسط آب سطحی یا زیرزمینی ، قسمتهایی از آنها شسته شده و به سفره آب وارد شوند.
  
  
• زباله‌های جامد صنعتی که شسته شدنشان آلودگی شیمیایی ایجاد می‌کند.

آلودگی آب زمانی اتفاق می‌افتد که فضولات مایعی که مستقیما وارد زمین شده یا آنهایی که از زباله‌های جامد شسته شده‌اند، از محل استقرار خود حرکت نمایند. در چنین شرایطی ، مقدار آلودگی وابسته به قابلیت تحرک مواد ، میزان دسترسی آنها به سیستم آب زیرزمینی ، ویژگیهای سفره آبها و آب و هوای منطقه می‌باشد. درخاکهای نفوذپذیر حرکت آلوده‌سازها نسبتا سریع است. البته بسته به سرعت حرکت آب زیرزمینی و مسافت طی شده ، ممکن است همه یا بخشی از آلودگی بیولوژیکی از بین برود.

در صورتی که آلودگی شیمیایی ممکن است تا مسافتهای دور حمل شود. در سنگها حفره‌دار یا شکسته نیز مقادیر زیادی از آلوده‌سازها سریعا و در مسافتهای طولانی حمل می‌شوند. در مقابل ، مصالح نفوذناپذیر جلو حرکت آب زیرزمینی را می‌گیرد یا شسته شدن مواد را به منطقه اطراف منبع آلودگی ، مثلا محل انباشتن زباله‌ها ، محدود می‌کند. در مواردی که لایه نفوذپذیر ضخیم باشد، میزان آلودگی سفره آب قابل صرف‌نظر کردن است.

آب و هوا و آلودگی بیولوژیکی

نقش شرایط آب و هوایی در آلودگی بیولوژیکی آبهای زیرزمینی به این ترتیب است که در نقاط دارای بارندگی زیاد ، پتانسیل آلودگی به مراتب بیشتر از مناطق دارای بارندگی کم است. در برخی از نواحی نیمه خشک ، پتانسیل آلودگی ممکن است ناچیز تا صفر باشد. در این نقاط تمام آب نفوذی یا توسط زباله‌ها و مواد آلوده جامد جذب و نگهداری شده ، یا به صورت رطوبت خاک در آمده که آن نیز دیر یا زود تبخیر می‌شود.

شدت و مشخصات دیگر آلودگیهای تاخیری وابسته به میزان آب زیرزمینی و مدت زمانی است که آب در تماس با زباله‌ها و منابع آلوده کننده بوده است. از این رو ، حداکثر پتانسیل آلودگی در نقاطی دیده می‌شود که از آب زیرزمینی کم عمقی برخوردارند و در نتیجه زباله‌ها و دیگر مواد باطله در تماس دائمی‌ با آب زیرزمینی هستند. در چنین نقاطی شسته شدن آلودگیها توسط آب زیرزمینی پدیده‌ای دائمی‌ است.

آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ، درزه‌ها و فضاهای حفره‌ای را در صخره‌ها و رسوبات پر می‌کند. اکثر آبهای زیرزمینی بطور طبیعی خالص هستند. اکثر اوقات ، آبهای زیرزمینی سالها حتی قرنها قبل از مصرف دست نخورده باقی می‌مانند. بیش از 90% آب آشامیدنی کل جهان از آب زیرزمینی است..

وضعیت آب در کره زمین

مردم ما هر روز 1700 میلیارد لیتر آب مصرف می کنند. 97% آبهای کره زمین درون اقیانوسها است و 2% آن یخ زده است. ما آب مورد نیاز خود را از 1% باقیمانده تهیه می‌کنیم که از یکی از دو منبع زیر بدست می آید: سطح زمین (رودخانه‌ها ، دریاچه‌ها و نهرها) و یا از آبهای زیرزمینی. امروز حدود 117 میلیون نفر ، یعنی بیش از نیمی از جمعیت آمریکا متکی به آبهای زیرزمینی به عنوان منبع آب آشامیدنی هستند. جای تعجب نیست که کشف آلودگی آبهای زیرزمینی در تمام دنیا موجب بروز نگرانیهای شدیدی شده است 

سفره آب زیرزمینی

سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته می‌شود که آب در آن می‌تواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته‌باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و به‌طور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقه‌ای که آب زیرزمینی را تامین می‌کند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی می‌کند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپه‌ها و کوه‌ها در عمق زیادتر قرار دارد.

بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان می‌دهند.

سفره‌های دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسه‌ای تشکیل می‌شوند. آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در دره‌ها و دشتها برجای گذارده می‌شوند، معمولا سفره‌های آب زیرزمینی خوبی تشکیل می‌دهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کرده‌باشند، سفره آب زیرزمینی تشکیل نمی‌دهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته می‌شوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونه‌هایی ایجاد می‌شود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد می‌شود.

تقسیم بندی سفره‌های آب زیرزمینی

سفره‌های آزاد

در سفره‌های آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته به‌مقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان می‌کند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفره‌های آزاد «سفره‌های معلق» هستند. این سفره‌ها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاک و در روی لایه‌های نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل می‌شوند. از این سفره‌های مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت می‌توان بدست آورد.

سفره‌های تحت فشار

سفره‌های تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل می‌شود که آب زیرزمینی بوسیله لایه‌ای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفره‌های تحت فشار آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقه‌ای که از طریق آن آب سفره تامین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.

در سفره‌های تحت فشار به‌جای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر می‌گیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان ساده‌تر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان می‌دهد.

مشکلات و آلودگی آبهای زیرزمینی

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ، سهل‌انگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها ، از محل‌های دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی ، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند.