M.A.H.S.A
09-03-2011, 12:54 PM
رشد جمعیت همراه با گسترش بی‌رویه بهره‌برداری از منابع آب برای استفاده در كشاورزی و صنعت، پی‌آمدهای نامطلوب زیادی در جنبه‌های كمی و كیفی منابع آب داشته است. بدین ترتیب در جامعه امروزی لازم است كه از استفاده بی‌رویه از منابع طبیعی به‌ویژه آب دست برداشته و به سوی استفاده خردمندانه و مدیریت پایدار بهره برداری از منابع آب روی آورد.افزایش روز افزون بهره‌برداری از آبهای زیرزمینی، به ویژه در حوضه‌هایی كه با نهشته‌های آبرفتی، دریایی كم عمق یا دریاچه‌ای تحكیم نیافته (Unconsolidated)انباشته شده‌اند، می‌تواند به نشست و یا فروریزش سطح زمین منجر شود.
طبق تعریف انستیتو زمین‌شناسی ایالات متحده، پدیده فرونشست زمین شامل فروریزش یا نشست رو به پائین سطح زمین است كه می‌تواند دارای بردار اندك جابجایی افقی باشد. حركت از نظر شدت ، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نبوده و فرونشست می تواند در اثر پدیده های طبیعی زمین شناختی مانند انحلال ، آب شدن یخها و تراكم نهشته ها ، حركت های آرام پوسته و خروج گدازه از پوسته جامد زمین و یا فعالیتهای انسانی نظیر معدنكاری ، برداشت آبهای زیرزمینی و یا نفت ایجاد شود. از نظر یونسكو این پدیده عبارت است از فروریزش یا نشست سطح زمین كه به علتهای متفاوتی در مقیاس بزرگ روی می دهد. به طور معمول این اصطلاح به حركات قائم رو به پایین سطح زمین كه می تواند با بردار اندك افقی همراه باشد گفته می‌شود.پدیده یاد شده، زمین‌لغزه‌ها (Landslide) را كه حركت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی بوده و همچنین نشست(Settlement) در خاكهای دستی را شامل نمی‌شود.
● محیطهای زمین شناختی دارای پتانسیل فرونشست
رویداد فرونشست به طور معمول در دو محیط با سازوكار مختلف امكان‌پذیر است:
۱) سنگهای انحلال‌پذیر (سنگ‌آهك، دولومیت، گچ و نمك) كه توسط نهشته‌های تحكیم نیافته مدفون شده‌اند، یا فروچاله‌های كهن پر شده با نهشته های تحكیم نیافته كه فشار هیدرواستاتیكی رو به بالا (Buoyancy) آب زیرزمینی در نگهداری آنها موثر است.
۲) نهشته‌های جوان تحكیم نیافته و رسوبات آواری نیمه تحكیم یافته با تخلخل زیاد كه در زیر نهشته‌های آبرفتی، دریاچه‌ای و یا نهشته‌های دریایی كم عمق واقع شده‌اند.
● خطرهای زمین شناختی مرتبط با فرونشست
فرونشست و شكافهای زمین (Fissure) كه به آهستگی و به تدریج گسترش می‌یابند شاید همان تاثیر خطرهای ناگهانی و فاجعه‌باری چون سیل و زلزله را نداشته باشند. در منطقه در حال فرونشست شاید خرابی به طور گسترده مشاهده نشده و حتی آثار سطحی حاصل از آن نیز به راحتی قابل تشخیص نباشند، با این وجود به طور معمول برطرف كردن آسیب‌های ناشی از فرونشست و شكافهای زمین پر هزینه و دشوار است.برای نمونه، فرونشست‌ها می‌توانند به تخریب سیستمهای آبیاری و نابودی خاكهای حاصلخیز كشاورزی ( با كاهش تخلخل آنها ) منجر شوند. وارد آمدن آسیب به چاهها در مناطق فرونشست روستایی و شهری كاملا متداول بوده و سبب خرابی چاهها و بروز پدیده‌ای می‌شود كه در اصطلاح به آن رشد چاه گفته می‌شود. در این پدیده به نظر می‌رسد كه لوله چاه از سطح زمین بالا آمده، در حالی كه لوله ثابت بوده و این سطح زمین است كه پایین رفته است.مناطق شهری به سبب تراكم جمعیت، وجود ساختمانها و شریان‌های حیاتی به طور ویژه در برابر فرونشست آسیب‌پذیرتر می باشند.
این پدیده می‌تواند به خیابان‌ها، پل‌ها و بزرگراه‌ها آسیب وارد آورده، خطوط آبرسانی، گاز و فاضلاب را مختل كرده، به پی ساختمانها آسیب رسانده و موجب ترك‌خوردگی در آنها شود. در این حالت سازه‌هایی كه پی گسترده‌تر و ارتفاع بیشتری دارند آسیب‌پذیرترند.خطوط راه‌آهن، سدهای خاكی، تصفیه‌خانه‌ها و كانالها از آسیب‌پذیری بیشتری برخوردارند. به طور كلی هر سازه‌ای كه در مسیر شكل‌گیری شكاف یا فرو چاله (Sinkhole) واقع شود در معرض آسیب بیشتری قرار دارد.پدیده فرونشست با ایجاد تغییر در وضعیت توپوگرافی منطقه می‌تواند سبب بروز تغییرات عمده‌ای در هیدرولوژی منطقه شود. به عنوان مثال در این مناطق ممكن است سیلاب‌های مخربی به وقوع بپیوندد در حالی كه پیش از ایجاد فرونشست از چنین پیشینه‌ای بر خوردار نبوده است. از سوی دیگر این پدیده می‌تواند با ایجاد تغییر در وضعیت زمین آبشناختی منطقه نظیر جهت و سرعت جریان آب زیر زمینی، بیلان آب زیر زمینی و غیره پی‌آمدهای ناهنجار بیشتری به همراه داشته باشد.
● تاریخچه بررسی فرونشست در جهان
برپایه اطلاعات كار گروه فرونشست در سازمان یونسك (IHP)و كهن‌ترین فرونشست شناخته شده در ایالت آلاباما‌ی ایالات متحده در سال۱۹۰۰ میلادی به وقوع پیوسته است. اساس مطالعات این كار گروه بررسی‌های تفضیلی روی ۴۲ فرونشست در ۱۵ كشور جهان بوده است. از حدود سال ۱۹۶۵، یونسكو اولین برنامه جهانی خود را برای چرخه‌های آبشناختی تحت عنوان "دهه جهانی آبشناسی" آغاز كرد كه بررسی فرونشست‌ها در سال‌های بعد یكی از برنامه‌های اصلی آن گشت. در آوریل ۱۹۷۵ گروه كاری فرونشست در پاریس شكل گرفت كه اساس كار آن بررسی رابطه شكل‌گیری این پدیده با آبهای زیرزمینی بود.از آن تاریخ تا به امروز بررسی‌های بیشتری در این زمینه در كشورهای پیشرفته به ویژه در ایالات متحده و ژاپن انجام شده است كه نتیجه آن كنترل شدید مصرف آب و تغییر در الگوی مصرف و توقف فرونشست‌ها در بسیاری از موارد بوده است. در این بررسی‌ها از روشها و تكنیك‌های جدید مانند سیستمهای مكان‌یابی جغرافیایی پیشرفته (GPS)، رادار(InSAR & SAR) برای مكان‌یابی فرونشست‌ها به صورت گسترده‌ای استفاده شده .
● راهكارهای مقابله با فرونشست :
فرونشست‌ها و پیامدهای ناخوشایند آنها، شوربختانه سرشتی بازگشت‌ناپذیر دارند و به سختی می‌توان آنها را كند و مهار نمود. شالوده هر پروژه ملی برای رویارویی با خطر فرونشست بر سه اصل پیش‌بینی،تشخیص و پایش (Monitoring ) استوار است و مدیریت درست منابع آب، نقش كلیدی درجلوگیری از رخداد این پدیده دارد. فرآیند پیش‌بینی و تشخیص برپایه داده‌های حاصل از چاه‌پیمایی،آزمون‌های ژئوفیزیكی و داده‌های زمین‌شناسی مهندسی و ژئوتكنیكی برای پیش‌بینی و اندازه‌گیری و میزان نشست خاك و تخلخل مفید و پتانسیل تراكم‌پذیری آن میباشد.از سوی دیگر همانگونه كه بیان گردید پایش، مكان‌یابی و اندازه‌گیری میزان فرونشست می‌تواند با روش‌های نوین نقشه‌برداری و دورسنجی انجام پذیرد.
● تاریخچه مطالعات فرونشست در ایران
با توجه به مصرف بی‌رویه آب در سطح كشور و داده‌های پراكنده مربوط به پایین آمدن سطح آب زیرزمینی، دریافتن اینكه فرونشست‌ها و پیامدهای حاصل از آن پدیده‌ای مشكل‌ساز در كشور تبدیل شده، كار دشواری نیست. بررسی‌های موردی در بخش‌های مختلف كشور نیز نمایانگر این امر است.
بررسی‌های موردی كه برخی از آنها توسط سازمان زمین‌شناسی و اكتشافات معدنی كشور در این زمینه انجام گرفته عبارتند از:
▪ فرونشست بزرگ اختیار آباد در نزدیكی كرمان
▪ دشت كبودر‌آهنگ و فامنین در استان همدان كه فروچاله‌های متعددی در این دشت دیده شده و روند شكل‌گیری آنها حتی نیروگاه شهید مفتح را تهدید میكند.
▪ دشت معین‌آباد ورامین در استان تهران كه در آن شكاف زمین به طول ۴/۲ كیلومتر در منطقه مشاهده شد و حتی تا امروز شكافهایی به موازات آن در شكل‌گیری است. روند گسترش این فرونشست خطوط انتقال نیرو را تهدید میكند.
▪ دشت‌نظرآباد در استان تهران كه بعضی از آثار فرونشست بصورت بالا‌آمدن لوله چاهها از سطح زمین و ماسه‌دهی چاهها مشاهده شده است. از سوی دیگر دشت‌های رفسنجان و مشهد نیز آثاری از پدیده فرونشست را نشان داده‌اند.
▪ در جنوب باختر تهران بزرگ، اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط سازمان نقشه‌برداری كشور نشستی به میزان حدود یك‌ونیم متر را در ۹ سال گذشته در منطقه ۱۸ و ۱۹ شهرداری نشان می‌دهد. براساس بررسی‌های انجام شده، شواهدی در دست است كه نشان می‌دهد این پدیده در دشت‌های دیگر ایران چون اراك، نهاوند، خمین، گلپایگان، نطنز، یزد و ابركوه نیز در حال شكل‌گیری است.این موارد نمایانگر آن است كه بازنگری و تغییر در استراتژی مدیریت منابع آب ایران در توسعه پایدار كشور اجتناب‌ناپذیر است.
طبق تعریف انستیتو زمین‌شناسی ایالات متحده، پدیده فرونشست زمین شامل فروریزش یا نشست رو به پائین سطح زمین است كه می‌تواند دارای بردار اندك جابجایی افقی باشد. حركت از نظر شدت ، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نبوده و فرونشست می تواند در اثر پدیده های طبیعی زمین شناختی مانند انحلال ، آب شدن یخها و تراكم نهشته ها ، حركت های آرام پوسته و خروج گدازه از پوسته جامد زمین و یا فعالیتهای انسانی نظیر معدنكاری ، برداشت آبهای زیرزمینی و یا نفت ایجاد شود. از نظر یونسكو این پدیده عبارت است از فروریزش یا نشست سطح زمین كه به علتهای متفاوتی در مقیاس بزرگ روی می دهد. به طور معمول این اصطلاح به حركات قائم رو به پایین سطح زمین كه می تواند با بردار اندك افقی همراه باشد گفته می‌شود.پدیده یاد شده، زمین‌لغزه‌ها (Landslide) را كه حركت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی بوده و همچنین نشست(Settlement) در خاكهای دستی را شامل نمی‌شود.
● محیطهای زمین شناختی دارای پتانسیل فرونشست
رویداد فرونشست به طور معمول در دو محیط با سازوكار مختلف امكان‌پذیر است:
۱) سنگهای انحلال‌پذیر (سنگ‌آهك، دولومیت، گچ و نمك) كه توسط نهشته‌های تحكیم نیافته مدفون شده‌اند، یا فروچاله‌های كهن پر شده با نهشته های تحكیم نیافته كه فشار هیدرواستاتیكی رو به بالا (Buoyancy) آب زیرزمینی در نگهداری آنها موثر است.
۲) نهشته‌های جوان تحكیم نیافته و رسوبات آواری نیمه تحكیم یافته با تخلخل زیاد كه در زیر نهشته‌های آبرفتی، دریاچه‌ای و یا نهشته‌های دریایی كم عمق واقع شده‌اند.
● خطرهای زمین شناختی مرتبط با فرونشست
فرونشست و شكافهای زمین (Fissure) كه به آهستگی و به تدریج گسترش می‌یابند شاید همان تاثیر خطرهای ناگهانی و فاجعه‌باری چون سیل و زلزله را نداشته باشند. در منطقه در حال فرونشست شاید خرابی به طور گسترده مشاهده نشده و حتی آثار سطحی حاصل از آن نیز به راحتی قابل تشخیص نباشند، با این وجود به طور معمول برطرف كردن آسیب‌های ناشی از فرونشست و شكافهای زمین پر هزینه و دشوار است.برای نمونه، فرونشست‌ها می‌توانند به تخریب سیستمهای آبیاری و نابودی خاكهای حاصلخیز كشاورزی ( با كاهش تخلخل آنها ) منجر شوند. وارد آمدن آسیب به چاهها در مناطق فرونشست روستایی و شهری كاملا متداول بوده و سبب خرابی چاهها و بروز پدیده‌ای می‌شود كه در اصطلاح به آن رشد چاه گفته می‌شود. در این پدیده به نظر می‌رسد كه لوله چاه از سطح زمین بالا آمده، در حالی كه لوله ثابت بوده و این سطح زمین است كه پایین رفته است.مناطق شهری به سبب تراكم جمعیت، وجود ساختمانها و شریان‌های حیاتی به طور ویژه در برابر فرونشست آسیب‌پذیرتر می باشند.
این پدیده می‌تواند به خیابان‌ها، پل‌ها و بزرگراه‌ها آسیب وارد آورده، خطوط آبرسانی، گاز و فاضلاب را مختل كرده، به پی ساختمانها آسیب رسانده و موجب ترك‌خوردگی در آنها شود. در این حالت سازه‌هایی كه پی گسترده‌تر و ارتفاع بیشتری دارند آسیب‌پذیرترند.خطوط راه‌آهن، سدهای خاكی، تصفیه‌خانه‌ها و كانالها از آسیب‌پذیری بیشتری برخوردارند. به طور كلی هر سازه‌ای كه در مسیر شكل‌گیری شكاف یا فرو چاله (Sinkhole) واقع شود در معرض آسیب بیشتری قرار دارد.پدیده فرونشست با ایجاد تغییر در وضعیت توپوگرافی منطقه می‌تواند سبب بروز تغییرات عمده‌ای در هیدرولوژی منطقه شود. به عنوان مثال در این مناطق ممكن است سیلاب‌های مخربی به وقوع بپیوندد در حالی كه پیش از ایجاد فرونشست از چنین پیشینه‌ای بر خوردار نبوده است. از سوی دیگر این پدیده می‌تواند با ایجاد تغییر در وضعیت زمین آبشناختی منطقه نظیر جهت و سرعت جریان آب زیر زمینی، بیلان آب زیر زمینی و غیره پی‌آمدهای ناهنجار بیشتری به همراه داشته باشد.
● تاریخچه بررسی فرونشست در جهان
برپایه اطلاعات كار گروه فرونشست در سازمان یونسك (IHP)و كهن‌ترین فرونشست شناخته شده در ایالت آلاباما‌ی ایالات متحده در سال۱۹۰۰ میلادی به وقوع پیوسته است. اساس مطالعات این كار گروه بررسی‌های تفضیلی روی ۴۲ فرونشست در ۱۵ كشور جهان بوده است. از حدود سال ۱۹۶۵، یونسكو اولین برنامه جهانی خود را برای چرخه‌های آبشناختی تحت عنوان "دهه جهانی آبشناسی" آغاز كرد كه بررسی فرونشست‌ها در سال‌های بعد یكی از برنامه‌های اصلی آن گشت. در آوریل ۱۹۷۵ گروه كاری فرونشست در پاریس شكل گرفت كه اساس كار آن بررسی رابطه شكل‌گیری این پدیده با آبهای زیرزمینی بود.از آن تاریخ تا به امروز بررسی‌های بیشتری در این زمینه در كشورهای پیشرفته به ویژه در ایالات متحده و ژاپن انجام شده است كه نتیجه آن كنترل شدید مصرف آب و تغییر در الگوی مصرف و توقف فرونشست‌ها در بسیاری از موارد بوده است. در این بررسی‌ها از روشها و تكنیك‌های جدید مانند سیستمهای مكان‌یابی جغرافیایی پیشرفته (GPS)، رادار(InSAR & SAR) برای مكان‌یابی فرونشست‌ها به صورت گسترده‌ای استفاده شده .
● راهكارهای مقابله با فرونشست :
فرونشست‌ها و پیامدهای ناخوشایند آنها، شوربختانه سرشتی بازگشت‌ناپذیر دارند و به سختی می‌توان آنها را كند و مهار نمود. شالوده هر پروژه ملی برای رویارویی با خطر فرونشست بر سه اصل پیش‌بینی،تشخیص و پایش (Monitoring ) استوار است و مدیریت درست منابع آب، نقش كلیدی درجلوگیری از رخداد این پدیده دارد. فرآیند پیش‌بینی و تشخیص برپایه داده‌های حاصل از چاه‌پیمایی،آزمون‌های ژئوفیزیكی و داده‌های زمین‌شناسی مهندسی و ژئوتكنیكی برای پیش‌بینی و اندازه‌گیری و میزان نشست خاك و تخلخل مفید و پتانسیل تراكم‌پذیری آن میباشد.از سوی دیگر همانگونه كه بیان گردید پایش، مكان‌یابی و اندازه‌گیری میزان فرونشست می‌تواند با روش‌های نوین نقشه‌برداری و دورسنجی انجام پذیرد.
● تاریخچه مطالعات فرونشست در ایران
با توجه به مصرف بی‌رویه آب در سطح كشور و داده‌های پراكنده مربوط به پایین آمدن سطح آب زیرزمینی، دریافتن اینكه فرونشست‌ها و پیامدهای حاصل از آن پدیده‌ای مشكل‌ساز در كشور تبدیل شده، كار دشواری نیست. بررسی‌های موردی در بخش‌های مختلف كشور نیز نمایانگر این امر است.
بررسی‌های موردی كه برخی از آنها توسط سازمان زمین‌شناسی و اكتشافات معدنی كشور در این زمینه انجام گرفته عبارتند از:
▪ فرونشست بزرگ اختیار آباد در نزدیكی كرمان
▪ دشت كبودر‌آهنگ و فامنین در استان همدان كه فروچاله‌های متعددی در این دشت دیده شده و روند شكل‌گیری آنها حتی نیروگاه شهید مفتح را تهدید میكند.
▪ دشت معین‌آباد ورامین در استان تهران كه در آن شكاف زمین به طول ۴/۲ كیلومتر در منطقه مشاهده شد و حتی تا امروز شكافهایی به موازات آن در شكل‌گیری است. روند گسترش این فرونشست خطوط انتقال نیرو را تهدید میكند.
▪ دشت‌نظرآباد در استان تهران كه بعضی از آثار فرونشست بصورت بالا‌آمدن لوله چاهها از سطح زمین و ماسه‌دهی چاهها مشاهده شده است. از سوی دیگر دشت‌های رفسنجان و مشهد نیز آثاری از پدیده فرونشست را نشان داده‌اند.
▪ در جنوب باختر تهران بزرگ، اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط سازمان نقشه‌برداری كشور نشستی به میزان حدود یك‌ونیم متر را در ۹ سال گذشته در منطقه ۱۸ و ۱۹ شهرداری نشان می‌دهد. براساس بررسی‌های انجام شده، شواهدی در دست است كه نشان می‌دهد این پدیده در دشت‌های دیگر ایران چون اراك، نهاوند، خمین، گلپایگان، نطنز، یزد و ابركوه نیز در حال شكل‌گیری است.این موارد نمایانگر آن است كه بازنگری و تغییر در استراتژی مدیریت منابع آب ایران در توسعه پایدار كشور اجتناب‌ناپذیر است.