اجرای طرح ذخیره-بازیافت آبخوان می تواند به بهبود نسبی فرونشست زمین کمک کند

به گزارش خبرنگار بازار، یک تیم تحقیقاتی متشکل از پژوهشگران دانشگاه تهران و دانشگاه صنعتی شریف پدیده فرونشست زمین و راه های جلوگیری از آن را مورد بررسی قرار دادند و نتایج حاصل از آن را در یک گزارش علمی منتشر کرده اند. در این مقاله که با همکاری مشترک تیم تحقیقاتی متشکل از پژوهشگران دانشگاه تهران (گروه مهندسی آبیاری و آبادانی و گروه جغرافیای طبیعی) و دانشگاه صنعتی شریف(گروه مهندسی آب و محیط زیست) و براساس مطالعه ۵۴۱ مقاله چاپ شده در ژورنال های معتبر دنیا در ۴۱ کشور جهان، برای اولین بار پدیده فرونشست، تغییرات مکانی، محرک های اصلی و اثرات آن در ابعاد مختلف به صورت جامع بررسی شد. نتیجه بررسی در سطح دنیا، در قالب یک مقاله علمی-پژوهشی مروری در یکی از ژورنال های  معتبر بین المللی پایگاه اطلاعات الزویر در زمنیه محیط زیست Science of Total Environment  با ضریب تاثیر بالا(۶.۵) که جزو ژورنال های تاپ در این زمینه محسوب می شود (Q۱) به چاپ رسیده است.

آقای مهندس مهدی باقری به عنوان نویسنده اول مقاله در خصوص مساله فرونشست زمین اظهار کرد: طبق تعریف سازمان ملل متحد، فرونشست به معنی نشست تدریجی یا فروریزش ناگهانی سطح زمین در اثر حذف یا جایه جایی مواد در زیر سطح زمین می باشد که بر اثر افزایش تنش موثر و کاهش فضای خالی لایه های خاک بوجود می آید. وی با بیان اینکه پدیده ی فرونشست یک چالش جهانی به شمار می رود که تاکنون در شهرهای مختلفی اتفاق افتاده است، بیان کرد:  امروزه، مناطق مختلفی از جهان از این پدیده و همچنین تاثیرات منفی زیادی که بر بخش های مختلف داشته است، رنج می برند و مسلما در آینده نیز تعداد این اثرات بیشتر خواهند شد. به گونه ای که بیش از ۱۱ شهر ساحلی کم ارتفاع در دنیا(جاکارتا در اندونزی، لاگوس در نیجریه، هیوستن، ویریجینیا، نیواورلئان و میامی در آمریکا، داکا در بنگلادش، ونیز در ایتالیا، بانکوک در تایلند، روتردام در هلند و اسکندریه در مصر وجود دارد که پیش بینی می شود تا پایان قرن حاضر به دلیل فرونشست، در معرض آبگرفتگی قرار خواهند گرفت.

آقای باقری با اشاره به اینکه هم مانند سایر کشورها، کشور ما نیز از این قائده مستثنی نیست و براساس تحقیقات صورت گرفته در دشت هایی مانند جنوب تهران (۲۵ سانتی متر)، مشهد (۳۲ سانتی متر) و یزد-اردکان (۱۲ سانتی متر)  بیشترین میزان فرونشست در طی سال های گذشته اتفاق افتاده است. علاوه براین طبق نتایج پژوهشگران در دشت هایی مانند زرند-کرمان (۱۶ سانتی متر در سال)، نیشابور (۱۵ سانتی متر در سال)، ورامین (۱۴ سانتی متر در سال)، میبد (۱۲ سانتی متر در سال)، مرند (۳۹ سانتی متر در سال)، رفسنجان (۱۰ سانتی متر در سال)، کبودرآهنگ (۸سانتی متر در سال) و شهر اصفهان(۵.۲ سانتی متر در سال) نیز به صورت منطقه ای و به دلیل برداشت زیاد از منابع آب زیرزمینی، این پدیده را تجربه کرده اند و هر روز شاهد بروز چنین مخاطره ای در سایر مناطق کشور هستیم. به همین دلیل و با توجه به اهمیت و نقش فرونشست در زندگی جوامع مختلف، نیاز به یک بررسی کامل و جامع در مورد پیامدها، مکانسیم، روش های بررسی، اثرات و عوامل ایجاد کننده پدیده ی فرونشست براساس تمام مطالعات صورت گرفته در جهان و به منظور افزایش دانش عمومی و تخصصی در مورد این مخاطره زمینی و سپس ارائه راهکارهایی برای مدیریت مناسب، کنترل و کاهش اثرات آن لازم بود.

خلاصه ای از نتایج این پژوهش در ادامه ارائه شده است:
· به صورت کلی عوامل فرونشست به دو دسته انسانی و طبیعی تقسیم می شوند که نقش عوامل انسانی در این مخاطره در سراسر دنیا، ۷۷ درصد و نقش عوامل طبیعی ۲۳ درصد بوده است.

· عوامل انسانی فرونشست شامل: برداشت از منابع آب زیرزمینی (۶۰ درصد از کل موارد) تغییرات کاربری اراضی (۹درصد)، برداشت نفت و گاز (۴درصد) و استخراج معدن (۴درصد) و عوامل طبیعی نیز عبارتند از: تراکم/تلفیق لایه ها (۱۰درصد)، فعالیت های طبیعی(۷درصد)، تکتونیک (۴ درصد) و گسل (۲درصد).

· در گسترده ی جهانی، ۶۰ درصد فرونشست ها به خاطر برداشت زیاد از منابع آب زیرزمینی بوده است.

· درصد بالایی (۴۷درصد) از فرونشست ها در دشت های ساحلی و نواحی دلتایی رودخانه اتفاق افتاده است.

· طبق نتایج پژوهشگران، بیشترین مقدار فرونشست در مناطقی مانند شرق چین، دشت مرند در شمال غربی ایران، خلیج تگزاس در جنوب آمریکا، شمال جاکارتا در اندونزی و مکزیکوسیتی در کشور مکزیک اتفاق افتاده است.

· رابطه ی مستقیمی بین متوسط سالانه فرونشست با برداشت از سفره های آب زیرزمینی و افت سطح آب زیرزمینی وجود دارد.

· به صورت کلی روش های پایش مقدار فرونشست در سطح جهان به دو دسته ی کلی ارزیابی زمینی (بررسی های زمین شناسی، اندازه گیری در سطح زمین، استفاده از سیستم موقعیت یاب جهانی(GPS و مدلسازی) و استفاده از روش های سنجش از دور مانند استفاده از ماهواره و رادار طبقه بندی می شوند که در مطالعات صورت گرفته سهم روش های ارزیابی زمینی ۶۸ درصد و سنجش از دور ۳۲ درصد می باشد.

· مساحت تحت تاثیر فرونشست در نقاط مختلف جهان از ۱۰۰ تا بیش از ۵۰۰۰۰ کیلومتر مربع متغیر می باشد که بیشترین مساحت به دشت هایی مانند القصیم در عربستان، دره مرکزی در آمریکا، دشت هبی و دشت شمال چین و کمترین مساحت را دشت یزد-اردکان در ایران، قاهره در مصر، دشت سیباری در ایتالیا اختصاص دارد. علاوه براین، رابطه مستقیمی بین مساحت دشت ها و متوسط سالانه فرونشست نیز وجود دارد.

· در حالت کلی هر دو نوع آبخوان آزاد و محصور تحت تاثیر فرونشست قرار می گیرند و آبخوان های کم عمق رسی بیشتر تحت تاثیر این پدیده هستند.

پیامدهای پدیده ی فرونشست
آقای باقری فرمودند، شواهد علمی نشان می دهد که در مناطقی مختلفی از دنیا، پدیده ی فرونشست تاثیرات منفی را بر بخش های مختلف گذاشته است. براساس مطالعه ی مقالات علمی، می توان این اثرات را در چهار بخش کلی تاثیرات زمین شناسی، محیط زیستی، هیدروژئولوژیک و اقتصادی طبقه بندی نمود.

۱-تاثیرات زمین شناسی: شامل ایجاد درز و شکاف زمین، متراکم شدن لایه های سطحی و زیرین زمین، کاهش ارتفاع سطح زمین، بهم خوردن نقاط ثابت ارتفاعی در عملیات نقشه برداری می باشد.

۲-تاثیرات محیط زیستی: شامل افزایش پتانسیل سیل خیزی به دلیل کاهش ارتفاع زمین، تغییر در شیب کانال ها، تغییر در فعل و انفعالات شیمیایی بین آب و سنگ در مناطق تحت تاثیر فرونشست، تغییر در کیفیت شیمیایی پارامترهای آب زیرزمینی، تغییر در مورفولوژی سطح زمین، غرقاب شدن زمین های کشاورزی، تغییر مسیر رودخانه ها، کاهش کیفیت آب زیرزمینی، افزایش طغیان رودخانه های ساحلی،   تغییر در مکانیسم نفوذ آب سطحی به داخل خاک، کاهش ظرفیت رودخانه ها، افزایش سطح آب در مناطق ساحلی، احتمال افزایش سیل خیزی در سیستم متروهای زیرزمینی می باشد.

۳-تاثیرات هیدروژئولوژیکی: شامل خرابی جداره چاه، تغییر تخلخل و نفوذپذیری به دلیل تغییر شکل خاک، تغییر میدان نشت آب در خاک، تغییر میدان تنش، تغییر خصوصیات منافذ آب به داخل خاک، تغییر در مشخصات نفوذ آب دریا به داخل سفره آب زیرزمینی و تغذیه مصنوعی آن، تغییر تخلخل رسوب و هدایت هیدرولیکی، افزایش ضخامت منطقه غیراشباع، تخلیه آب ذخیره شده توسط سفره آب زیرزمینی، آسیب رساندن به چاه های پمپاژ بیرون زده شده و کاهش ظرفیت ذخیره سفره آب زیرزمینی می باشد.

۴-تاثیرات اقتصادی: شامل خسارت به میراث باستانی و فرهنگی، لطمه به توسعه پایدار اقتصادی از طریق آسیب زدن به زیرساخت های سطحی و زیرزمینی، در معرض خطر قرار گرفتن یا تخریب خطوط لوله های انتقال، ایجاد مشکلات در سازه های مهندسی، پل ها، ترک خوردن یا فروریختن سازها. علاوه براین منجر به خسارت شدید و پرهزینه به ساختمان ها، جاده ها و خطوط ریلی، شبکه مترو، تضعیف عملکرد یا شکستن سیستم های زهکشی و فاضلاب شهری، جدایی زمین و پیاده روها از ساختمان های مجاور می باشد.

راهکارهای عملی برای کاهش اثرات پدیده فرونشست در نقاط مختلف جهان
در ادامه آقای مهندس باقری اظهار داشتند: ما معتقد هستیم که عوامل متعددی در ارائه راهکارها دخیل می باشند و نمی توان یک نسخه ی کلی را برای مناطق مختلف در نظر گرفت، زیرا شرایط هر منطقه متفاوت و منحصر به فرد می باشد و ارائه ی راهکارها بایستی براساس شناخت کافی از منطقه و بهره مندی از تجارب مفید دیگران باشد. با توجه به اهمیت و نقش فرونشست، در این تحقیق تمامی راهکارهای علمی و عملی انجام شده در مناطق تحت تاثیر فرونشست در سطح دنیا  مورد بررسی قرار گرفت که به صورت کلی راهکارهای زیر توسط بیشتر پژوهشگران ارائه و پیاده سازی شده است که به نظر می رسد می توان از آنها به عنوان یک نقشه ی راه برای ارزیابی، مدیریت مناسب، کاهش اثرات و پیامدهای ناشی از پدیده فرونشست استفاده کرد.

۱. با در نظر گرفتن یک برنامه ریزی مناسب می توان اصولی را برای کاهش وسعت فرونشست زمین در نظر گرفت. به عنوان مثال، وجود قوانین کنترل و کاهش برداشت از منابع آب زیرزمینی، واردات آب های سطحی، اجرای سیاست قیمت گذاری برای پمپاژ آب های زیرزمینی، اجرای قوانین دقیق آب های زیرزمینی و اجرای پروژه های ذخیره-بازیافت سفره های آب زیرزمینی(تغذیه آب به داخل سفره آب زیرزمینی در زمانی که به آن نیاز نداریم و برداشت مجدد از آن در زمان نیاز).

۲. بایستی در آینده ی نزدیک به اجرای سناریوی پمپاژ بهینه در مناطقی از جهان که از نظر کشاورزی فعال هستند، توجه بیشتری کرد زیرا طبق بررسی های صورت گرفته، بیشترین مصرف آب زیرزمینی در بخش کشاورزی می باشد. به همین دلیل، اجرای کامل و دقیق طرح ذخیره-بازیافت آبخوان می تواند به بهبود نسبی فرونشست زمین منجر شود.

۳. باید در آینده برای مناطقی که تحت تاثیر فرونشست هستند، تحقیقاتی به صورت اختصاصی صورت گیرد. این تحقیقات باید به گونه ای باشند که توجه ویژه ای را برای پذیرش سیاست ها به منظور محافظت از منابع آب زیرزمینی بخصوص در مسائل هیدرولوژیکی، هیدروژئولوژیکی و هیدرولیکی داشته باشد.

۴. برای اجرای موثر طرح ها به منظور رسیدن به استفاده پایدار از منابع آب زیرزمینی، تهیه ی نقشه هایی در سطح ملی و توسعه نقشه های خطر(Risk Maps) بسیار موثر خواهد بود.

۵. استفاده ترکیبی از تکنولوژی های پیشرفته مانند روش های سنجش از دور و مطالعات زمینی باعث شناخت دقیق ما از وضعیت فرونشست، پیش بینی و مدیریت وضعیت منطقه در آینده می شود.

۶. در مناطق مستعد فرونشست و به منظور کاهش پیامدهای ناشی از این پدیده، می توان با کمک گرفتن از نگاه کارشناسی و علمی، اقدامات پیشگیری و حفاظتی مناسبی برای تایید ایمنی ساخت و ساز و بهره برداری از پروژه های مهندسی صورت گیرد.

 حال سوالی که ممکن است مطرح باشد این است که برای دشت هایی که فرونشست در آنها رخ داده است آیا می توان با اعمال سیاست/سیاست های مدیریتی نرخ فرونشست را کاهش داد یا معکوس نمود؟

همانطور که در بالا ذکر شد، هر منطقه شرایط خاص خود را دارد و نمی توان یک راهکار را برای همه ی مناطق به کار برد اما نتایجی مشترکی در نقاط مختلف حاصل شده است که بیشتر پژوهشگران آن ها را تایید می کنند. به عنوان مثال، درصد بالایی از پژوهشگران اعتقاد دارند که مواد تشکیل دهنده آبخوان ها نقش موثری را در اعمال راهکارهای مدیریتی دارند. مثلا در آبخوان های درشت دانه که خاصیت الاستیسیته بیشتری دارند، با اعمال سیاست های مدیریتی نمی توان نرخ فرونشست را معکوس کرد اما می توان نرخ آن ها را کاهش داد.

اسامی نویسندگان مقاله: مهدی باقری گاوکش، دکتر سید موسی حسینی، دکتر بهزاد عطائی آشتیانی، یاسمین سوهانی، هما ابراهیمیان، فائزه مروت، شروین قربان اشرفی

برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به اصل مقاله (در لینک زیر) مراجعه کنید.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S۰۰۴۸۹۶۹۷۲۱۰۱۲۶۰۲