افزایش بهره برداری از آب های زیرزمینی به ویژه در حوضه هایی که با نهشته های آبرفتی، دریایی کم عمق تحکیم نیافته انباشته شده اند، میتواند به فرونشست و یا فروریزش سطح زمین منجر شود. در واقع یکی از پیامدهای برداشت بیرویه آب زیرزمینی، فرونشست زمین است. پدیده فرونشست ممکن است به صورت نشست تدریجی یا ناگهانی سطح زمین بر اثر تغییر شکل و جابجایی ذرات خاک ایجاد شود. نشست زمین در آبخوان های محصور و نیمه محصور که از مواد آبرفتی تحکیم نشده یا نیمه تحکیم شده، تشکیل یافته باشند، بیشتر مشاهده می گردد. در اثر برداشت آب زیرزمینی و خارج شدن آب از منافذ، امکان متراکم شدن مواد تا عمق 300 متر فراهم می گردد و هرچه بیشتر برداشت شود، تراکم مواد بیشتر خواهد بود. نشست زمین باعث ایجاد شکاف های عمیق در سطح زمین، کج شدن لوله های چاه، خرابی ساختمان ها و لوله زایی چاه ها میگردد.
فرونشست
فرونشست زمین به معنای پایین افتادن تدریجی و بزرگ مقیاس سطح زمین می باشد که عامل اصلی ایجاد آن، حرکت و جابه جایی لایه ها و رسوبات زیرسطحی است. پدیده فرونشست دارای بردار جابه جایی افقی اندکی است و این جابه جایی از نظر شدت، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نمی باشد. بنا به تعریف یونسکو فرونشست عبارت است از فروریزش و یا نشست سطح زمین که به علت های متفاوتی در مقیاس بزرگ روی می دهد. به طور معمول این اصطلاح، به حرکت قائم رو به پایین سطح زمین که می تواند با بردار اندک افقی همراه باشد، گفته می شود. این تعریف، پدیده هایی همچون زمین لغزش ها را به دلیل اینکه حرکت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی است و همچنین نشست در خاکهای دستی، که دارای مکانیسم متفاوتی می باشند، شامل نمی شود.
طبق تعریف سازمان زمین شناسی آمریکا، پدیده فرونشست شامل فروریزش با نشست رو به پایین سطح زمین است که می تواند دارای بردار جابه جایی افقی اندک باشد . حرکت از نظر شدت، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نمی باشد و فرونشست میتواند در اثر پدیده های طبیعی زمین شناختی مانند انحلال، آب شدگی یخ ها و تراکم نهشته ها، حرکت آرام پوسته و خروج گدازه از پوسته جامد زمین و یا نفت ایجاد شود. از نظر یونسکو این پدیده عبارت است از فروریزش یا نشست سطح زمین که به علت های متفاوتی در مقیاس بزرگ رخ می دهد. به طور معمول می توان گفت اصطلاح فرونشست به حرکات قائم رو به پایین سطح زمین که می تواند با بردار اندک افقی همراه باشد، گفته می شود. پدیده فرونشست، زمین لغزه ها را به دلیل اینکه حرکت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی می باشد، همچنین نشست در خاک های دستی و فروریزش را که به طور ناگهانی و کوچک مقیاس رخ میدهد، شامل نمی شود.
شواهد فرونشست زمین
با اینکه در بسیاری از موارد فرونشست زمین به صورت کند و تدریجی می باشد و نمیتوان بدون محاسبات دقیق و کوچک مقیاس متوجه آن شد،امادر بعضی از موارد میتوان با مشاهده آثار و علائم سطحی تا حدودی به وقوع این پدیده پی برد.لازم به اشاره است که همه زمین ها در معرض خطر فرونشست نیستند و همچنین تعدادی از تغییرات زمین شناسی، انسانی و فصلی وجود دارد که میتواند باعث افزایش یا کاهش فرونشست گردد. به طور مثال، وجود هوای گرم و خشک میتواند موجب تغییر خاک شده و زمین را ناپایدار سازد و موجب تخریب زمین شود. همچنین مناطقی که دچار خشکسالی هستند در معرض خطر قرار دارند، زیرا خاک ها بسیار بیشتر در معرض خشک شدن هستند. درختان و درختچه ها نیز میتوانند عامل فرونشست باشند زیرا برخی از گونه های درخت آب بیشتری را جذب می کنند و خاک را خشک میکنند. از طرفی، فعالیت معدن محلی یکی دیگر از عوامل خطر اصلی است. به طور مشابه، سایت های معدن میتوانند ناپایداری را به عنوان مواد پرکننده تجزیه کنند. در واقع علائم مزبور ممکن است در کنار یکدیگر و یا به طور مجزا و مستقل تایید کننده فرونشست زمین در یک منطقه باشند. پس میتوان با مشاهده اثر باز شدن زمین، الگوی خطی گیاهی و بیرون ماندن لوله های تاسیسات فرونشست را بصورت اولیه تشخیص داد.
عوامل موثر در فرونشست
فرونشست ها به دو دسته بزرگ مقیاس (در حد بخش های بزرگی از یک آبخوان یا چند آبخوان) و کوچک مقیاس (بخش های محدودی از یک آبخوان) تقسیم بندی می گردند. در بین عوامل موثر در ایجاد فرونشست به نظر میرسد که برداشت بیش از حد مجاز از منابع آب زیرزمینی، ضخامت لایه رسوبی و ویژگی های مهندسی رسوبات را از عوامل اصلی ایجاد فرونشست، نام برد و میتوان بیان کرد شکل گیری فرونشست زمین در یک پهنه وسیع به دلیل تراکم رسوبات ریزدانه در اثر پایین رفتن سطح آب زیرزمینی و شکل گیری نشست های محدود محلی به دلیل انحلال سنگ کف آبخوان، تراکم خاک در اثر بارگذاری و یا حضور خاک های ناپایدار است.
- فرونشست ناشی از حرکات تکتونیک: فرونشست میتواند ناشی از حرکات تکتونیکی مانند زلزله و فعالیت گسل ها باشد. زمین لرزه میتواند باعث تغییرات در راستای عمودی تا حدود 15 متر شود. این تغییرات میتواند به طور ناگهانی و یا بطور تدریجی قبل از وقوع زمین لرزه اتفاق بیفتد. در حقیقت میتوان بیان داشت که فرونشست تکتونیکی، فرورفتن پوسته زمین در مقیاس وسیع، نسبت به ویژگی های مقیاس پوسته یا ژئوئید است. حرکات صفحات پوسته و فضاهای ایجاد شده توسط گسل باعث تغییر در محیط های مختلف، میشوند.
- فرونشست آبخوان: خطر فرونشست بر اثر آب های زیرزمینی یک خطر جهانی است که در دهه های اخیر با افزایش شهرنشینی و صنعتی شدن، شاهد برداشت بیش از حد بدون امکان ترمیم مجدد آب از سفره های زیرزمینی هستیم و نتیجه آن فشرده شدن آبخوان است . بنابرین فرونشست آبخوان ها در نتیجه برداشت بی رویه یا استخراج بیش از حد آب زیرزمینی مهمترین عامل فرونشست زمین میباشد.
برداشت دراز مدت و بی رویه آب از آبخوان های محصور و یا نیمه محصور که به طور متناوب دارای میان لایه های تقریبا ضخیم و تراکم پذیر سیلت و رس می باشند، باعث کاهش تراز ایستایی یا پیزومتریکی در سفره آب زیرزمینی شده و با خروج آهسته آب از میان این لایه ها و فشرده شدن آبخوان، تعداد و حجم فضاهای خالی کاهش پیدا میکند و در نهایت سطح زمین دچار فرونشست های کند و بزرگ مقیاس می شود. در صورتی که آبخوان های نیمه محصور از جنس شن و ماسه با تراوایی بالا و تراکم پذیری پایین همراه با میان لایه های رسی تشکیل شده باشند، شرایط جهت ایجاد پدیده فرونشست بسیار مساعد است. مقدار نشست زمین برای هر 10 متر افت آب زیرزمینی بین 1 تا 50 سانتی متر تخمین زده می شود ولی دامنه این تغییرات به ضخامت و تراکم پذیری لایه ها، طول زمان برداشت آب زیرزمینی و درجه و نوع استرس وارده به آبخوان بستگی دارد.
- فرونشست ناشی از ایجاد حفره: نشست در بالای یک حفره و یا فرورفتگی در زیرزمین ممکن است عاملی جهت ایجاد فرونشست باشد، وقوع این پدیده میتواند به دلیل استخراج مواد معدنی و ذخایر نفت و گاز و یا حفر تونل برای راه های ارتباطی و یا انبارهای تسلیحات باشد.
- فرونشست در اثر انحلال سنگ: فرونشست هایی که در اثر انحلال به وجود می آیند، به دلیل حل شدن سنگ های تبخیری مانند: نمک، گچ و اندریت ایجاد می شوند. سنپ های تبخیری به دلیل نوع کانی های تشکیل دهنده آنها مستعد انحلال و ایجاد حفره هستند. در بین این سنگ ها گچ و نمک تمایل بالاتری برای انحلال دارند و این عمل در آنها سریعتر اتفاق می افتد. این در حالی است که در سنگ های آهکی روند ایجاد حفره بسیار آهسته است و فعالیت های انسانی این روند را تسریع می بخشد . درواقع به طور کلی می توان گفت که انحلال سنگ های زیرسطحی انحلال پذیر از قبیل آهک، نمک، ژیپس و انیدرید در بعضی از موارد به خصوص انحلال طولانی مدت سنگ های آهکی، باعث ایجاد چاله های انحلالی و به دنبال آن فرونشست سطح زمین خواهد شد. با این حال در اکثر موارد این پدیده باعث ریزش های ناگهانی و کوچک مقیاس می شود و نمیتوان عنوان فرونشست را به آن اطلاق کرد و بهتر است با عنوان فروچاله های ریزشی از آنها یاد کرد.
- فرونشست در اثر استخراج نفت، گاز و مواد معدنی: در صورتی که استخراج گاز طبیعی با فشار بیش از 600 بار از یک میدان گازی انجام شود، نتیجه این کاهش فشار ایجاد فرونشست در سطح میدانی گازی است. معادن زیرزمینی اغلب باعث ایجاد فرونشست برروی سطح زمین می شوند. وجود تونل های ارتباطی در این معادن وقوع این حادثه را تشدید میکند. ایجاد فرونشست ناشی از استخراج معادن زیرزمینی از عواقب متداول استخراج از معادن است.
- فرونشست ناشی از زلزله: با توجه به اینکه فرونشست بخودی خود یک بحران جدی است اما تاثیر مخاطرات دیگر از قبیل زلزله در منطقه تحت تاثیر فرونشست باعث ایجاد افزایش قابل توجه خطرات ناشی از آن خواهد شد و روند تخریب تاسیسات و ساختمان ها را چند برابر خواهد کرد و به بیان دیگر به طور مثال همزادی بین پدیده فرونشست و مناطق مستعد مخاطره زلزله میتواند باعث شود، رویداد زمین لرزه نه چندان مخرب تبدیل به یک فاجعه بسیار بزرگ گردد.
- فرونشست ناشی از زهکشی خاک: فرونشست یکی از مسائلی است که بدون توجه به خصوصیات و ویژگی های ژئومورفولوژی توسعه خواهد یافت و تغییرات مورفومتری شبکه زهکشی یکی از عواملی است که در بروز فرونشست منطقه تاثیری مستقیم داشته و سایر عوامل طبیعی و انسانی در منطقه را تحت تاثیر خود قرار داده است. آبراهه ها در رابطه با وضعیت سنگ و ناهمواری منطقه انواع مختلفی پیدا میکند و شیب منطقه به عنوان عاملی موثر میتواند در شکل گیری الگوهای زهشکی و یا مقدار فرسایش و تولید رسوب موثر باشد.
- فرونشست ناشی از عوامل کم اهمیت: از میان عواملی که در بخش عوامل موثر در فرونشست مطرح شد، میتوان معدن کاری زیرزمینی، آب شدن زمین های یخی، فشردگی طبیعی در اثر بارگذاری روی آبخوان های و برداشت نفت و گاز از مخازن زیرزمینی را عنوان کرد.
اثرات مخرب فرونشست
با اینکه آثار خرابی فرونشست و شکاف های زمین به اندازه خطرهای ناگهانی و فاجعه بار سیل و زلزله نیست، به طور معمول خسارت های ناشی از فرونشست ها و شکاف های زمین ترمیم ناپذیر، پرهزینه و مخرب می باشند. به عبارتی با در نظر گرفتن پارامتر زمان میتوان پدیده مزبور را یکی از زیان بارترین مخاطرات طبیعی به شمار آورد. مهم ترین اثرات زیان بار فرونشست را میتوان به آسیب های تغییر وضعیت توپوگرافی، آسیب به زیرساخت های شهری و آسیب های تغییر هیدروژئولوژیکی اشاره کرد.
- آسیب های تغییر وضعیت توپوگرافی: پدیده فرونشست با ایجاد تغییر در وضعیت توپوگرافی منطقه میتواند سبب بروز تغییرات چشمگیری در هیدرولوژی منطقه شود. تغییر در تراز و شیب رودخانه ها، کانال ها و زهکش ها و همچنین افزایش در حواشی کوه ها از دیگر آثار مخرب فرونشست می باشد. از سوی دیگر این پدیده میتواند با ایجاد تغییر در وضعیت زمین آبشناختی منطقه از قبیل جهت و سرعت جریان آب زیرزمینی، بیلان آب زیرزمینی و غیره نتیجه های ناهنجار بیشتری را در پی داشته باشد. بنابرین میتوان بیان کرد که خسارت های ناشی از رخداد فرونشست و پدیده های پیرو آن شامل تغییر ناهمسان در ارتفاع و شیب رودخانه ها، آبراهه ها و سازه های انتقال آب، شکست یا بیرون زدگی لوله جدار چاه ها در نتیجه تنش های تراکمی ناشی از تراکم آبخوان ها و ایجاد اختلال در بهره برداری از منابع آب زیرزمینی، پیشروی امواج در مناطق پست ساحلی، کاهش برگشت ناپذیر تمام یا بخشی از مخزن آب زیرزمینی در نتیجه از بین رفتن یا کاهش تخلخل مفید نهشته ها، کاهش میزان نفوذناپذیری سطحی و پیرو آن گسترش پهنه های بیابانی و سیلابی و در آخر کاهش بازدهی یا ایجاد تخریب در شریان های حیاتی و سازه های مهم می باشد.
- آسیب به زیرساخت های کشاورزی: فرونشست نامتناجنس زمین باعث ایجاد اراضی با شیب های متفاوت شده و سیستم آبیاری مزارع را با مشکل مواجه میکند. پدیده فرونشست باعث تخریب و ریزش لوله جدار چاه های کشاورزی و ایجاد پدیده لوله زایی نیز میگردد. فرونشست و شکاف های زمین که به اهستگی و به تدریج گسترش می یابند شاید همان تاثیر خطرهای ناگهانی و فاجعه بار مانند سیل یا زلزله را نداشته باشند. در منطقه در حال فرونشست شاید خرابی به میزان گسترده مشاهده نگردد، و یا حتی آثار سطحی حاصل از ان نیز براحتی قابل تشخیص نباشد. با این وجو به طور معمول خسارت های ناشی از فرونشست و شکاف های زمین ترمیم ناپذیر، پرهزینه و مخرب می باشند. خسارت به چاه ها در منطقه های فرونشست روستایی و شهری به طور کامل متداول بوده و موجب خرابی چاه ها و ایجاد پدیده ای می شود که در اصطلاح به ان رشد چاه ها میگویند. در این پدیده به نظر می رسد که لوله چاه از سطح زمین بالا امده در حالی که لوله ثابت بوده و این سطح زمین است که پایین رفته است.
- آسیب به زیرساخت های شهری: مناطق شهری به دلیل تراکم جمعیت ساختمان ها و شریان های حیاتی به طور ویژه آسیب پذیر از سایر مناطق می باشند. پدیده فرونشست میتواند به خیابان ها، پل ها، بزرگراه ها و پی ساختمان ها آسیب زده و خطوط آبرسانی، گاز و فاضلاب را مختل کند. در این حالت سازه هایی که وسعت زیادتر و ارتفاع بیشتری دارند، آسیب پذیرترند. بعنوان نمونه خطوط راه آهن سدهای خاکی، تصفیه خانه ها و کانال ها از آسیب پذیری بیشتری برخوردار هستند. به طور کلی هر سازه ای که در مسیر شکل گیری شکاف های ناشی از فرونشست واقعه شده باشد، در معرض آسیب بیشتری قرار دارد.
- آسیب تغییر هیدروژئولوژیکی: پدیده فرونشست با تغیر دادن وضعیت هیدروژئولوژیکی آبخوان ها از قبیل جهت و سرعت آب زیرزمینی و همچنین قابلیت انتقال و ضریب ذخیره سفره، باعث تغییر در بیلان آب زیرزیمینی می گردد. یکی دیگر از اثرات نامطلوب فرونشست، تسهیل در هجوم آب های شور به درون آبخوان های شیرین می باشد. به علاوه هجوم ناگهانی آب های سطحی وآلوده از طریق شکاف های ناشی از فرونشست میتواند عامل تهدیدکننده ای برای کیفیت آب های زیرزمینی باشد.
بدون دیدگاه