تحلیل پیوستگی آبخوان های جنوب البرز ( دشت های ابهر تا ورامین) مرداد 1393
11 11 2014
admin
0
تحلیل پیوستگی آبخوان های جنوب البرز ( دشت های ابهر تا ورامین) مرداد 1393

مناطق ابهر تا ورامین در جنوب البرز که به صورت راندگی به زیر سیستم البرز فرورفته و منطبق با گسل سراسری مشا – فشم می­باشند دارای مخازن آب زیرزمینی در دو گروه عمده سازندهای سخت، در شمال منطقه، و رسوبات آبرفتی، شامل گرابن های پرشده از رسوبات دریاچه­ای در دشت­های ابهر، قزوین، هشتگرد، اشتهارد، کرج، تهران و ورامین می­باشد. با توجه به خصوصیات هیدروژئولوژیکی و اثرات عوامل تکتونیکی می توان این منطقه را به دو آبخوان بزرگ و به هم پیوسته تقسیم بندی نمود. آبخوان اول که شامل دشت­های به هم پیوسته ابهر، قزوین، هشتگرد و اشتهارد می­شود دارای یک خروجی در شرق اشتهارد بوده که بصورت معبر باریکی تحت نام رودخانه شور به دریاچه قم کاشان می­پیوندد. آبخوان دوم که شامل دشت­های به هم پیوسته کرج، تهران و ورامین می­شود نیز در جنوب ورامین به رودخانه شور و کویر قم ختم می­گردد. قبل از دهه 1340 شمسی با وجود بیش از دوهزار رشته قنات در محدوده آبخوان­های فوق آبی با حجم 800 میلیون تا یک میلیارد مترمکعب در سال برداشت می­شده است. با تغییر روش بهره برداری از قنات به چاه در سال­های بعد، این مقدار به حدود پنج میلیارد مترمکعب رسید و، در اثر اضافه برداشت حاصله، سطح آب زیرزمینی افت عمده­ای کرده است.

مطالعات انجام شده نشان می­دهدکه در طول دوران­های زمین شناسی بین 70 تا 90 میلیارد مترمکعب آب زیرزمینی در آبخوان جنوب البرز ذخیره شده است و این مخزن به تناوب در دوره­های ترسالی و خشکسالی پر و خالی شده است. مخازن آبرفتی از نظر گسترش در سطح زمین بسیار گسترده تر از مخازن آب زیرزمینی سازند سخت هستند. ولی عمق جذب و نگهداری آب در این مخازن از 200 متر تجاوز نمی­­کند. مقنی­های ماهر و باتجربه، با شناخت خصوصیات این مخازن و با توجه به تراز سطح آب و شیب دشت، اقدام به حفر قنات در ترازهای مختلف می­کردند. این مخازن طبیعی، برخلاف مخازن سدها، دارای عمر تقریبا نامحدود بوده و، علی رغم برداشت بی­رویه و افت سطح آب، امکان احیای آنها از طریق تغذیه مصنوعی وجود دارد.

مخازن آب­های زیرزمینی در سازند سخت در بالادست مخازن آبرفتی قرار گرفته­اند و در ارتفاع 1400 تا 3000 متر بصورت چشمه ظاهر می­شوند. به علت مشکلات حفاری، تاکنون هیچ قناتی در سازند سخت حفر نشده است. در حالیکه با استفاده از تکنولوژی­های جدید حفاری و سازه­ای و با استفاده از تجربیات حفر چاه­های فلمن می­توان در لایه­های آبدار اقدام به احداث قنات در ترازهای مختلف نمود. بطور کلی این مخازن عظیم غیرسازه­ای، که مانند سدهای ساخت بشرجریانات آب سطحی را کنترل می­کنند، امکان بهره برداری حجم قابل توجهی از آب زیرزمینی را در اختیار ما قرار می­دهند. از نتایج حاصله از مطالعات و اجرای تونل­های امامزاده هاشم، کندوان، تونل آب بر چشمه روزیه شهمیرزاد و همچنین مسئله فرار آب از سد لار می­توان در این جهت استفاده نمود. طر­ح­های بهره برداری آب زیرزمینی با سرعت بیشتر از طرح­های سدسازی به بازدهی می­رسد و با انجام توامان مطالعه و اجرا در زمان کوتاه­تری به ثمر می­رسند.

1- مقدمه:

منطقه مورد بررسی شامل محدوده­ای از ابهر و قزوین تا ورامین و فیروزکوه می­شود. این محدوده شامل دشت­های ابهر، قزوین، هشتگرد، اشتهارد، کرج، شهریار، تهران و ورامین با مجموع سطح آبریزی معادل 23000 کیلومتر مربع می­شود که 10000 کیلومتر مربع آن را دشت و مابقی را ارتفاعات تشکیل داده­اند.

با توجه به تاریخ چندین هزارساله ایران و موقعیت ممتاز جغرافیایی و مواصلاتی این منطقه از زمان سلسله مادها و همچنین ابتکار عمل ایرانیان باستان در حفر قنات، به عنوان یکی از بی­نظیرترین ابداعات فنی و علمی بشری، برای تامین آب مورد نیاز خود، می­توان نشانه­های وجود بیش از چهل هزار رشته قنات را در سراسر خاک ایران مشاهده کرد. با امکان ادامه پیشکار قنات در دوره­های خشکسالی توسط مقنی­های باتجربه، ایرانیان توانسته­اند در طول حدود دوهزار سال با مشکل کم آبی مبارزه کرده و با حفظ حریم قنوات، به توسعه مراکز جمعیتی خود بپردازند و به این ترتیب تا به امروز بیش از شصت هزار روستا و شهر در سراسر ایران به شکل غیرمتمرکز آب شرب مورد نیاز خود را تامین کردند.

2-   منابع آب زیرزمینی در آبخوان­های جنوب البرز:

مخازن آب زیرزمینی در دو بستر عمده سازندهای سخت و آبرفت­ها تشکیل می­شود و این دو نوع مخزن در محدوده حوضه آبریز هیدرولوژیکی با یکدیگر در ارتباط هستند (نقشه شماره 1 – زمین­شناسی). ولی بهره­برداری منابع آب زیرزمینی از این دو منبع متفاوت بوده و استحصال آب از آبرفت­ها بمراتب ساده­تر است. در گذشته با استفاده از حداقل تکنولوژی موجود امکان بهره­برداری از آبرفت­ها، با حفر قنات، وجود داشته است. امروزه با بهره­گیری از تکنولوژی مدرن امکان احداث سازه­های تلفیقی چاه و قنات در سازندهای سخت وجود دارد. مطالعات و اقدامات انجام شده در سازندهای سخت البرز جنوبی، به خصوص احداث تونل­ها، نشان داده است که شرایط مناسبی به جهت بهره­برداری در این سازندها وجود داشته و در صورتیکه این اقدام در سازندهای کارستی انجام شود شرایط مناسب­تری از رسوبات آبرفتی خواهد داشت. به این ترتیب می­توان در فصول غیرنیاز با بکارگیری تکنولوژی چاه­های فلمن و یا تعبیه دریچه در دهانه تونل­ها، با استفاده حداکثری از فضای غارها و درزو شکاف­ها، اقدام به ذخیره­سازی و بهره برداری آب در این مخازن طبیعی نمود.

2--1 آبخوان­های آبرفتی:

آبخوان­های آبرفتی دامنه جنوبی البرز در اثر یک حادثه زمین ساختی که باعث بوجود آمدن تعدادی بالاآمدگی و افتادگی (Graben and Horst) شده است بوجود آمده­اند. این آبخوان­های به هم پیوسته را می­توان به دو آبخوان عمده تقسیم کرد.

در آبخوان اول دشت ابهر، بخشی از دشت زنجان، و دشت­های قزوین، اشتهارد و هشتگرد بصورت پلکانی با یکدیگر در ارتباط بوده و در محل گسل­ها دارای شیب تند سطح آب زیرزمینی می­باشند. بطوریکه در دشت­های ابهر و زنجان سطح آب زیرزمینی خروجی حدود 1450 متر از سطح دریا، در قزوین و هشتگرد حدود 1150 متر، در اشتهارد حدود 1100 متر و در انتهای دشت در محل پل آصف الدوله از منطقه خارج شده و تحت نام رودخانه شور به دریاچه قم و کویر کاشان منتهی می­شود.

در آبخوان دوم دشت­های کرج، شهریار و تهران با سطح آب زیرزمینی با ارتفاع حدود 1000 متر در ناحیه رباط کریم و شهرری کهریزک با دشت ورامین از طریق معابر باریکی ارتباط پیدا کرده و در نهایت آب زیرزمینی در انتهای دشت ورامین با منحنی تراز 900 متر از منطقه خارج شده به کویر قم و کاشان منتهی می­شود (نقشه شماره 2 – تراز سطح آب زیرزمینی).

با توجه به مطالعات سیستماتیک 50 ساله منابع آب زیرزمینی دشت­های قزوین، هشتگرد، کرج، شهریار، تهران و ورامین مشخص می­شود که تا دهه 1340 شمسی بهره­برداری از آب­های زیرزمینی دامنه جنوبی البرز از طریق 2000 رشته قنات، بصورت غیرمتمرکز در سرتاسر دامنه جنوبی البرز، با حجم برداشتی معادل یک میلیارد متر مکعب در سال صورت می­گرفته است. با رواج حفر چاه در دهه 1340 شمسی تعداد چاه­ها در سال 1352 از 8000 حلقه تجاوز می­کند و بهره­برداری از آب­های زیرزمینی به حدود 1/6 میلیارد مترمکعب در سال می­رسد. نتایج آماربرداری سال 1385 نشان می­دهد که تعداد منابع آب از 70000 منبع تجاوز کرده و میزان بهره­بردای به 5 میلیارد مترمکعب در سال رسیده است. این روند فزاینده در طول سال­های اخیر از یک طرف منجر به افت شدید سطح آب زیرزمینی در مناطقی مانند قزوین و کرج به میزان بیش از یک متر در سال شده و از طرف دیگر با کم شدن آبدهی چاه­ها تعداد آنها به هفت برابر گذشته رسیده ولی میزان بهره­برداری فقط سه برابر شده است.

با توجه به محاسبات انجام شده حجم لایه اشباع در آبخوان­های آبرفتی جنوب البرز حدود 90 میلیارد مترمکعب می­باشد. بر اساس تغییرات بارندگی در سال­های تر و خشک می­توان از این مخزن به عنوان پشتوانه مناسبی جهت مواقع بحرانی و خشکسالی استفاده نمود. از طرف دیگر افت سطح آب زیرزمینی در این آبخوان­ها شرایط مناسبی به جهت انجام طرح­های تغذیه مصنوعی ایجاد کرده است. مخروط افکنه­های حاشیه ارتفاعات بخصوص مخروط افکنه­های ورامین، کرج، هشتگرد، و دامنه شمالی و جنوبی دشت قزوین، با توجه به وجود مناطق دارای نفوذپذیری مناسب و سطح آب زیرزمینی پایین، شرایط مطلوبی برای اجرای طرح­های تغذیه مصنوعی دارند. تاثیر نفوذ چاه­های جاذب فاضلاب در محدوده­های مسکونی، که باعث بالا آمدن سطح آب زیرزمینی شده، مؤید این مطلب است.

میزان حجم قابل تنظیم در این آبخوان­ها، که نتیجه بارندگی سالانه با حجم متوسط نه میلیارد مترمکعب می­باشد، پشتوانه مناسبی برای منابع تغذیه تجدید شونده بوجود آورده است. این مخزن عظیم غیرسازه­ای، با حجمی برابر 90 میلیارد مترمکعب و با عمر بسیار طولانی خود (حدود 800 هزار سال)، امکان برداشت حجم قابل توجهی از آب برگشتی دوره­های ترسالی و خشکسالی را برای ما فراهم می­سازد. این مخازن از نظر کمیت و کیفیت با مخازن سدها، که دارای عمر کوتاه و دوره تنظیم یکساله هستند، قابل قیاس نمی­باشند. همچنین در بهره­برداری از منابع آب زیرزمینی، بخصوص مصارف شرب شهری، لازم است از روش­های استحصال آب بصورت غیرمتمرکز استفاده نمود و بر اساس تقسیم بندی­های شهرداری و محله­ها آب را با کیفیت و کمیت مطمئن در اختیار شهروندان قرار داد. با این رویکرد می­توان با استفاده از منابع آب زیرزمینی مخروط افکنه­های دامنه جنوبی البرز بخصوص در کن و کرج با بحران­های خشکسالی و حوادث غیرمترقبه با سهولت بیشتر مقابله نمود.

2--2 سازندهای سخت:

            شهر تهران و دیگر شهرهای دامنه جنوبی البرز در مجاورت مخزن طبیعی رشته جبال البرز با طول حدود 300 کیلومتر، از فیروزکوه تا ابهر، و با ارتفاع حداقل 1400 متر و حداکثر 5500 متر و سطحی حدود 13000 کیلومتر مربع قرار گرفته­اند. متوسط بارندگی سالانه منطقه حدود 500 میلیمتر و حجمی برابر 6/5 میلیارد مترمکعب می­باشد که منجر به تشکیل رودخانه­های حبله رود، جاجرود، لار، طالقان، کرج، کردان و کن با جریانی معادل 2/5 میلیارد مترمکعب در سال شده است. بررسی­های زمین­شناسی نشان می­دهد که برخی لایه­های زمین شناسی مانند آهک­ها با درز و شکاف فراوان و غارهای وسیع مخازن غنی آب زیرزمینی را بوجود آورده­اند و بصورت چشمه یا جریانات زیرسطحی رودخانه­های منطقه را تغذیه می­کنند. ضخامت این لایه­های آبدار در سازندهای آهکی در محل سد لار تا بیش از 1500 متر شناسایی شده است. بنابراین شناخت دقیق­تر این مخازن سازند سخت به ما اجازه بهره­برداری از مخزن را با حفر تونل­های آب­زا و یا چاه­های گالری­دار فراهم می­سازد.

3- نتیجه گیری:

موقعیت خاص ارتفاعات جنوبی البرز در شمال محدوده دشت­های ورامین تا ابهر منجر به بارش با متوسط سالیانه 500 میلیمتر و جریانات سطحی رودخانه­های منطقه تا 2/5 میلیارد مترمکعب در سال می­شود. این دشت­ها با شیب شمال به جنوب خود بزرگترین مخازن آبرفتی پیوسته را در منطقه تشکیل داده­اند و ضخامت آنها در ابتدای مخروط افکنه بیش از 300 متر و متوسط لایه اشباع حدود 200 متراست. جهت حرکت آب زیرزمینی در این آبخوان در دشت قزوین به شکل نعل اسبی از شمال غرب به جنوب شرق بوده و در انتهای دشت در حالیکه ضخامت آبخوان به حداقل می­رسد جریانات سطحی و زیرزمینی به صورت زهکش از منطقه خارج شده از طریق رودخانه شور به کویر کاشان منتهی می­شوند. در همین حال جریانات حاصل از رودخانه­های شمال تهران و جاجرود پس از تغذیه دشت­های کرج تا ورامین از طریق معابر باریکی با گذر از رباط کریم و کهریزک به دریاچه قم و کویر کاشان منتهی می­شوند. با توجه به رشد فزاینده برداشت از آب­های زیرزمینی که در حال حاضر به 5/3 میلیارد مترمکعب در سال در آبخوان­های جنوب البرز می­رسد، سطح آب زیرزمینی به شدت افت کرده است. ولی علی رغم افت زیاد سطح آب و با توجه به حجم عظیم آب ذخیره شده و استمرار جریان تغذیه تجدید پذیر، می­توان این آبخوان را به منزله سدی طبیعی دانست که بر خلاف سدهای سازه­ای دارای عمر زیاد و حجم عظیم می­باشد. به این ترتیب با توجه به ابعاد هندسی آبخوان و عمق سنگ کف و وجود منابع تغذیه کننده جهت تجدید ذخیره آب در آبخوان می­توان از وجود مقادیر عظیمی از آب زیرزمینی به عنوان ذخیره قابل برداشت در مواقع بحرانی اطمینان حاصل نمود.

بطور مثال در دشت قزوین با منبع تغذیه تجدید شونده ­ای با حجم 600 تا 700 میلیون مترمکعب در سال (نمودار شماره 3)، و حجم ذخیره 15 تا 20 میلیارد مترمکعب، چنانچه با اعمال مدیریت صحیح روند تخلیه و تغذیه آبخوان بطور دقیق مشخص شده و نقاط برداشت و تغذیه با توجه به ابعاد هندسی آبخوان تعیین شود، می­توان با درجه اطمینان بالایی در عین حفظ ذخیره اصلی آبخوان به نحو صحیحی از حجم تجدید شونده آن بهره­برداری نمود (مقطع شماره 4 – تغییرات سطح آب زیرزمینی). همین نکته در خصوص آبخوان تهران و کرج نیز صادق است. این آبخوان که در اثر عوامل تکتونیکی بصورت یک طشتک گود درآمده است در دوره­های یخچالی به ترتیب در تهران و کرج حدود 10 و 15 میلیارد مترمکعب آب شیرین را در خود ذخیره ساخته است. با گذشت زمان و تحت تاثیر شکستگی­های حاصل از عوامل تکتونیکی معابری در آبخوان بوجود آمده و آب­های مازاد به صورت جریان­های زیرزمینی در ترسالی­ها بصورت جریانات سطحی از منطقه خارج می­شود.

مطابق با آنچه که در خصوص دشت قزوین ارائه شد می­توان با اعمال مدیریت صحیح به اندازه حجم تجدید شونده بهره­برداری نمود و همچنین در دوران بحران و خشکسالی با اضافه برداشت از حجم ذخیره شده کمبود آب مصرفی را جبران نمود. سپس در دوران ترسالی با بکارگیری طرح­های تغذیه مصنوعی اقدام به جبران کسری مخزن نمود و آبخوان را به تعادل رساند. با همین رویکرد و با شناخت دقیق آبخوان می­توان با حفر چاه­های عمیق در شمال تهران در مخروط افکنه­های کن، ولنجک، دارآباد و نارمک و همچنین حفر تونل­های آب­زا در محل فصل مشترک سازندها و آبرفت­ها برای بخش بزرگی از شهر تهران بصورت غیرمتمرکز آب پاک و با کیفیت بسیار عالی تامین نمود. قابل ذکر است که کیفیت شیمیایی آب­های زیرزمینی، که مستقیماً از سازندهای سخت البرز، جریانات سطحی و بارندگی­ها تغذیه می­شوند، مناسب بوده و باقیمانده خشک آنها حدود 300 میلی گرم درلیتر می­باشد (نقشه شماره 5 – کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی).

سازندهای سخت واقع در شمال دشت­های مذکور با سطحی حدود 13000 کیلومتر مربع، با توجه به جنس و شرایط تکتونیکی خود، و با حجم نزولات سالانه به میزان 6/5 میلیارد مترمکعب، که اغلب بصورت برف می­باشد، نقش ارزنده­ای در جذب نزولات جوی و جریانات سطحی منطقه دارند. در حال حاضر حدود 2/5 میلیارد مترمکعب آب سطحی در منطقه جریان دارد که در پایین دست مورد استفاده قرار می­گیرد و در تغذیه آبخوان­های آبرفتی نقش بسزایی دارند. همچنین حدود 10هزار دهنه چشمه این سازندها در تامین آب شرب روستاییان و امور کشاورزی و دامداری مورد بهره­برداری قرار می­گیرند. در حالیکه بهره­برداری از مخازن سازند سخت خصوصا مخازن آهکی تنها به حدود 12 میلیون مترمکعب با استفاده از 20 حلقه چاه محدود شده است. با توجه به بهره­برداری بی­رویه از رسوبات آبرفتی در دشت­ها، لازم است که توجه خاصی به سازندهای سخت منطقه مبذول شود. نکته بسیار مهم این است که این مخازن سازند سخت دارای پتانسیل غنی و عمیقی از آب بوده که، بواسطه عدم شناسایی، از دسترس خارج شده یا به کف دریای خزر راه پیدا کرده و یا در زیر پهنه­های کویری به هدر می­روند. نشانه ­های بارز این پتانسیل عظیم را می­توان در نتایج احداث تونل امامزاده هاشم، آزادراه شمال در گردنه کندوان و تونل انتقال آب چشمه روزیه شهمیرزاد مشاهده نمود. نکته قابل توجه دیگر در مقایسه طرح­های آب زیرزمینی با طرح­های سدسازی این است که طرح­های بهره برداری آب زیرزمینی با سرعت بیشتر و هزینه کمتر از طرح­های سدسازی به بازدهی می­رسند و با انجام توامان مطالعه و اجرا در زمان کوتاه­تری به ثمر می­رسند.

4- جمع بندی:

بررسی میزان بهره برداری از منابع آب سطحی و زیرزمینی در محدوده دشت های جنوب البرز از ابهر تا ورامین نشان می دهد که در بخش منابع آب زیرزمینی در حال حاضر حدود پنج میلیارد متر مکعب منابع تجدید شونده، از نه میلیارد متر مکعب آب حاصل از بارندگی و نفوذ آب­های برگشتی، مورد بهره برداری قرار می گیرد. در حالیکه حجم مخازن آبخوان های فوق بالغ بر 90 میلیارد متر مکعب است که در طول دوره زمین شناسی ذخیره شده است. همچنین در بخش آب­های سطحی حدود 2/5 میلیارد متر مکعب از آب­های سطحی (که یک میلیارد متر مکعب آن را آب سدها تشکیل می­دهند)، از نه میلیارد متر مکعب مذکور مورد بهره برداری قرار می­گیرد.

با مقایسه منابع آب زیرزمینی و سطحی با یکدیگر مشخص می­گردد که منابع آب سطحی  در پنج نقطه در سطح منطقه متمرکز می­باشند، در حالیکه منابع آب زیرزمینی در سطحی حدود ده هزار کیلومتر مربع گسترش یافته است و امکان بهره برداری غیرمتمرکز را فراهم ساخته است.

همچنین، همانگونه که در مقاله بیان شده است، بهره برداری از منابع آب زیرزمینی با اجرای طرح­های کوتاه مدت، با هزینه کمتر و بصورت طرح و اجراء همزمان امکان پذیر است. بنابراین لازم است در جهت بهره برداری از منابع آب زیرزمینی که دارای پشتوانه نود میلیارد متر مکعبی می­باشد، توجه خاصی مبذول شود.