جغرافیای آب ها

[M.A.H.S.A]

- يکي از ويژگي هاي منحصر به فرد آب، حالت جامد آن، يعني يخ مي باشد. هنگامي که آب بر اثر سرما به يخ تبديل مي شود، انبساط مي يابد، بدين معنا که حجم بيشتري را اشغال مي کند.

[M.A.H.S.A]

7- يکي ديگر از خصوصيات آب ظرفيت گرمايي بالاي آن مي باشد. ظرفيت گرمايي يک جسم بنا به تعريف مقدار گرمايي است که به جسم داده مي شود تا دمايش 1 درجه سانتي گراد افزايش يابد. مقدار گرمايي که لازم است تا دماي 1 گرم آب را 1 درجه سانتي گراد افزايش دهد، حدود 10 برابر مقدار گرمايي است که براي 1 گرم آهن لازم است.

[M.A.H.S.A]

مصرف آب
تحقيقات آماري در بسياري از کشورها نشان مي دهد که ميانگين مصرف روزانه آب براي هر نفر، حدود 300 ليتر است. در حالي که مصرف نهان آب براي هر نفر، حدود 6000 ليتر و از قرار زير مي باشد:
1-آبياري کشتزارها و تهيه و توليد مواد غذايي 2600 ليتر
2-تأمين انرژي 2400 ليتر
3-منابع و معادن 700 ليتر
4-امور بازرگاني و خدمات 34 ليتر
منبع کمياب
در بسياري از کشورها، آب نوعي منبع استراتژيک محسوب مي شود. بسياري از جنگ ها از جمله جنگ 6 روزه در خاور ميانه، بر سر به دست آوردن منابع آبي بيشتر صورت گرفت. البته کارشناسان مشکلات بيشتري را هم پيش بيني مي کنند که ناشي از افزايش رشد جمعيت، آلودگي آب ها و گرم شدن زمين مي باشد.
جنگهاي آينده بشري بر سر بدست آوردن منابع بيشتر آب خواهد بود

[M.A.H.S.A]

هيدرولوژي يا آب شناسي (Hydrology)
هيدرولوژي يا آب شناسي از دو کلمه Hydro به معني آب و Logos به معني شناسايي گرفته شده است.
بنا به تعريف هيدرولوژي علمي است که در مورد پيدايش خصوصيات و نحوه توزيع آب در طبيعت بحث مي کند ولي عملاً واژه هيدرولوژي به شاخه اي از علم جغرافياي فيزيکي اطلاق مي شود که گردش آب در طبيعت را مورد بررسي قرار مي دهد. انجمن علوم و فنون ايالات متحده تعريف زير را براي هيدرولوژي برگزيده است:
«هيدرولوژي علم مطالعه آب کره زمين است و در مورد پيدايش، چرخش و توزيع آب در طبيعت، خصوصيات فيزيکي و شيميايي آب، واکنش هاي آب در محيط و ارتباط آن با موجودات زنده بحث مي کند». بنابراين ملاحضه مي شود که هيدرولوژي دربرگيرنده تمامي موضوعات مرتبط با آب است.

تاريخچه و تکامل آب شناسي
تا جايي که تاريخ نشان مي دهد اولين تجارب آب شناسي مربوط به سومريها و مصريها در منطقه خاور ميانه است به طوري که قدمت سدسازي روي رودخانه نيل به 4000 سال پيش از ميلاد مسيح مي رسد. در همين زمان فعاليت هاي مشابهي در چين نيز وجود داشته است. از بدو تاريخ تا حدود1400 سال بعد از ميلاد مسيح فلاسفه و دانشمندان مختلفي از جمله هومرطالس، افلاطون، ارسطو در مورد سيکل هيدرولوژي انديشه هاي گوناگوني ارائه کرده اند و کم کم مفاهيم فلسفي هيدرولوژي جاي خود را به مشاهدات علمي داده اند.

[M.A.H.S.A]

زيرشاخه هاي هيدرولوژي
هيدرومتئورولوژي (Hydrometeorology)
هيدرومتئورولوژي کاربرد هوا شناسي را در مسائل هيدرولوژي مورد بررسي قرار مي دهد. به عبارت ديگر هيدرومتئورولوژي را مي توان علمي دانست که درباره مسائل مشترک بين هواشناسي و هيدرولوژي بحث مي کند.
ليمنولوژي (Limnology)
علم مطالعه آبهاي داخل خشکي (درياچه ها، برکه ها و...) را ليمنولوژي (Limnology) گويند. در اين رابطه خصوصيات فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي آب موجود در داخل خشکي ها مورد مطالعه قرار مي گيرد.
کرايولوژي (Cryology)
يخ شناسي يا کرايولوژي (Cryology) علمي است که در آن خصوصيات مختلف آب در حالت جامد (برف يا يخ) بررسي مي شود. به بيان ديگر کرايولوژي علم يخ شناسي و بررسي يخچال هاست، هرچند يخچال شناسي نيز امروزه خود علم جداگانه اي را تشکيل مي دهد.
ژئوهيدرولوژي (Geohydrology)
ژئوهيدرولوژي (Geohydrology) به معني هيدرولوژي آبهاي زيرزميني يا علم مطالعه آبها در زير زمين است که در مقابل آن علم مطالعه آب در سطح زمين که هيدرولوژي آبهاي سطي گفته مي شود قرار دارد. غالباً دو واژه ژئوهيدرولوژي و هيدرولوژي با هم اشتباه مي شوند، اما در اولي تکيه بر هيدرولوژي و در دومي تکيه بر زمين شناسي مي باشد. در فارسي براي مطالعه آبها در زيرزمين از واژه هيدروژئولوژي استفاده مي شود.
پوتامولوژي(Potamology)
رودخانه شناسي يا پوتامولوژي (Potamology) مسائل مربوط به جريان آب در رودخانه را مورد بررسي قرار مي دهد. در اين رابطه تأکيد بر جنبه هاي فيزيکي موضوع است تا بيولوژيکي آن.
هيدروگرافي (Hydrography)
علم مطالعه وضعيت و خصوصيات فيزيکي آب به خصوص در رابطه با مسائل کشتيراني را هيدروگرافي (Hydrography) گويند. مطالعه جزر و مد در درياهاي آزاد و نوسانات سطح آب و نيز موج شناسي در قلمرو اين علم قرار دارد.
هيدرومتري (Hydrometery)
آب سنجي است که به آن هيدرومتري (Hydrometery) نيز گفته مي شود. هيدرومتري علم اندازه گيري آب و مسائل مربوط به آن مي باشد، در واقع اين علم سنجش هاي مختلف مرکز آب، مقادير جريان و موارد مشابه آن را دربرمي گيرد.
اقيانوس سنجي (Oceanography)
در علم اقيانوس سنجي (Oceanography) خصوصيات فيزيکي، شيميايي، بيولوژيکي و ديگر ويژگي هاي اقيانوس و درياهاي آزاد مورد مطالعه قرار مي گيرد. اين علم خود بخشي از دانش وسيع اقيانوس شناسي (Oceanology) به شمار مي آيد.

[M.A.H.S.A]

کاربردهاي هيدرولوژي
امروزه اين علم در طراحي و طرز عمل سازه هاي هيدروليکي نظير سدهاي ذخيره اي و انحرافي، کانالهاي آبياري و زهکشي و پل، مهندسي رودخانه و کنترل سيلاب، آبخيزداري، جاده سازي، طراحي تفرجگاه مسائل بهداشتي و فاضلاب شهري و صنعتي و زمينه هاي زيست محيطي گسترده اي مورد استفاده قرار مي گيرد.
هر سال به سطح خشکي هاي زمين حدود 110000 کيلومتر مکعب آب به صورت نزولات جوي فرو مي ريزد. در عوض 70000 کيلومتر مکعب آن به صورت تبخيرخارج مي شود. تفاوت اين دورقم 40000 کيلومتر مکعب است که منابع تجديد شونده آب را تشکيل مي دهند. مقدار سرانه آب تجديد شونده در سطح دنيا رقمي حدود 7400 متر مکعب در سال براي هر نفر است، اما اين مقدار بطور يکنواخت تقسيم نشده است.
متخصصان هيدرولوژي رقم مصرف 1000 متر مکعب آب در سال را براي هر نفر مرز کم آبي يک کشور تعيين کرده اند. اين رقم در مصر30، در قطر 40، در ليبي160 و در عربستان 140 متر مکعب در سال براي هر نفر برآورد شده است. همگي اين کشورها جزء کشورهاي کم آب محسوب مي شوند. در ايران اين سرانه 1500 متر مکعب در سال تخمين زده شده است. با اين حساب نمي توان ايران را يک کشور کم آب تلقي کرد. يکي از راههاي سازگاري با خشکي استفاده بهينه از منابع آب است. بايد سعي کرد که تا حد امکان از ريزش هاي جوي، جريان آب هاي سطحي و منابع زيرزميني به نحو مطلوب استفاده شود و اين کار عملي نخواهد بود مگر با شناخت پديده هاي هيدروليکي.

[M.A.H.S.A]

وضعيت آب در کره زمين
هر روزه در حدود 1700 ميليارد ليتر آب مصرف مي شود. 97% آبهاي کره زمين درون اقيانوس ها است و2% آن يخ زده است. ما آب مورد نياز خود را از 1% باقي مانده تهيه مي کنيم که از يکي از دو منبع زير به دست مي آيد:
1- آبهاي زيرزميني
2- سطح زمين (رودخانه ها، درياچه ها و نهرها)
امروزه حدود 117 ميليون نفر، يعني بيش از نيمي از جمعيت امريکا متکي به آبهاي زيرزميني به عنوان منبع آب آشاميدني هستند. اين مسئله نشان مي دهد که چرا کشف آلودگي آبهاي زيرزميني در تمام دنيا موجب بروز نگراني هاي شديدي شده است.

[M.A.H.S.A]

بخش اول:
آبهاي زيرزميني

تاريخچه ژئوهيدرولوژي
کمبود عمومي آب، ازدحام محلي جمعيت و اهميت کشاورزي در مناطق خشک قاره آسيا، سبب شده است که هنر ساختن چاه ها و راهروهاي تراوش آب اول بار در آنجا توسعه يابد. روايات مربوط به آب چاه و احداث آن در نوشته هاي قديمي به فراواني وجود دارد و بالاخص در کتب مقدس انجيل در مورد پيدايش آن صحبت به ميان آمده است.
حفر چاهها در خاور نزديک توسط قواي انساني و يا حيوانات و با کمک قلابها و ساير وسايل دستي اوليه علي رغم اشکالات فراوان انجام شده است. تعداد چاه هاي حفر شده با دهانه بزرگ به طوريکه در برخي از آنها حيوانات چهارپا قادر به رفت و آمد بوده اند، نشانه پشترفت صنعتي مردم آن زمان و اهميت آب به عنوان جزء لاينفکي از زندگي و حيات مي باشد. عمق اين چاه ها به ندرت از 50 متر ***** نموده است. مصريان در 3000 سال قبل از ميلاد در کار حفر چاه در زمين هاي سنگي تبحر داشته اند، حفر اين چاه ها به عمليات سنگبري با دست محدود شده است. چيني هاي قديم که در بسياري از اختراعات پيشرو بوده اند، در ساختن يک مته دوار نيز که تقريباً نظير مته هاي جديد امروزي است، سهيم اند. ماشين هاي حفاري اوليه از چوب ساخته مي شد و از بازوي بشر قدرت مي گرفت. با وجود کند بودن اين نوع حفاري مردم کهن توانسته اند چاه هاي فوق العاده عميقي را که حفر آنها سالها و حتي دهه ها به طول انجاميده است، به وجود آورند.
بزرگترين موفقيت مردم قديم در بهره برداري از آبهاي زيرزميني، ساختن راهروهاي دراز زهکشي يعني «قنات» بوده است که آب را از ته نشست هاي آبرفتي و يا سنگ هاي رسوبي غير متراکم جمع آوري مي نمايد. از قنات ها براي اولين بار احتمالاً در ايران استفاده شده است. امروزه تعداد زيادي از اين قناتها در ايران و افغانستان هنوز مورد استفاده هستند. معروفترين اين قناتها در ايران بوده و در دامنه کوههاي البرز قرار دارد.
به هر حال فن ساختن آن از طرف شرق به افغانستان و از غرب به مصر رخنه نموده است.
نمايي از يک چاه که در منزل جهت تأمين آب حفر شده است
حفر چاه آب بصورت مدرن

[M.A.H.S.A]

روش هاي حفر چاه آب در 100 سال گذشته به سرعت پيشرفت نموده و علت آن تا حدودي مربوط به اطلاعاتي است که از حفر چاههاي گاز و نفت به دست آمده است. مهمترين پيشرفتي که در روش حفر، تاکنون حاصل شده است، مربوط به «روش دوارهيدروليکي» مي باشد. در حفاري هاي اوليه با اين روش، از يک پوشش خارجي کمک گرفته مي شد ولي در حدود سال 1890 متوجه گرديدند که گل سفت (گل حفاري) براي نگهداري ديواره هاي چاه کفايت مي کند، لذا از آن پس استفاده از پوشش خارجي متروک شد. با اين کارايي جديد و با حفاري موفقيت آميز چاه نفت "اسپيندل تاپ" (Spindle Top) در ايالت تگزاس که در سال 1901 توسط روش هاي حفاري دوار به انجام رسيد، در 80 سال گذشته، براهميت اين روش به تدريج افزوده گشت. اگرچه هنر حفر چاه آب هنوز از صنعت حفر چاه نفت کمک مي گيرد، ولي تعداد زيادي از ابداعات از قبيل حفاري دوار معکوس، چاههاي با پوسته شني و دوربين هاي چاه آب، مستقيماً از حفاري چاههاي آب ناشي شده اند.

[M.A.H.S.A]

روش هاي حفر چاه آب در 100 سال گذشته به سرعت پيشرفت نموده و علت آن تا حدودي مربوط به اطلاعاتي است که از حفر چاههاي گاز و نفت به دست آمده است. مهمترين پيشرفتي که در روش حفر، تاکنون حاصل شده است، مربوط به «روش دوارهيدروليکي» مي باشد. در حفاري هاي اوليه با اين روش، از يک پوشش خارجي کمک گرفته مي شد ولي در حدود سال 1890 متوجه گرديدند که گل سفت (گل حفاري) براي نگهداري ديواره هاي چاه کفايت مي کند، لذا از آن پس استفاده از پوشش خارجي متروک شد. با اين کارايي جديد و با حفاري موفقيت آميز چاه نفت "اسپيندل تاپ" (Spindle Top) در ايالت تگزاس که در سال 1901 توسط روش هاي حفاري دوار به انجام رسيد، در 80 سال گذشته، براهميت اين روش به تدريج افزوده گشت. اگرچه هنر حفر چاه آب هنوز از صنعت حفر چاه نفت کمک مي گيرد، ولي تعداد زيادي از ابداعات از قبيل حفاري دوار معکوس، چاههاي با پوسته شني و دوربين هاي چاه آب، مستقيماً از حفاري چاههاي آب ناشي شده اند.