روشهاي بهره‌برداري از منابع آب زيرزميني

درحال مشاهده: روشهاي بهره‌برداري از منابع آب زيرزميني

ادعونی اهدای خون

روشهاي بهره‌برداري از منابع آب زيرزميني

۱۳۹۲/۱۲/۰۸

0:28

امیرحسین ستوده بیدختی

قنات يا كاريز

از زمانهاي بسيار قديم در ايران باستان براي بهره برداري از مخازن آب زيرزميني، در زمينهای آبرفتي كوهپايه‌ها توسط ابزار دستي حفاري مي‌گرديده است و امروزه نيز همچنان متداول مي‌باشد. يك رشته قنات از يك پشته يا گالري با شيب حدود يك متر در كيلومتر كه كار انتقال آب را به مظهر قنات بعهده داردو تعدادي چاه‌هاي قائم (ميله) تشكيل شده است. اولين چاه كه در نزديكي كوه تا برخورد به سفره آبي حفر مي‌گردد و عمق آن از بقيه چاه‌هاي مسير بيشتر مي‌باشد، مادر چاه قنات نام دارد. قسمتي از پشته كه از مادر چاه قنات شروع شده و بطرف دشت امتداد مي‌يابد در سفره آبي قرار دارد و آب از ديواره‌ها به داخل گالري وارد مي‌شود (بخش تركار قنات) و بقيه مسير بانزديك شدن به دشت و خارج شدن از سفره آبي فقط كار انتقال آب را بعهده دارد. (بخش خشكه كار قنات) نحوه احداث يك رشته قنات به اين ترتيب است كه از محل خروج آب (مظهر قنات) واقع در دشت، حفاري پشته آغاز و بطرف دامنه كوه امتداد مي‌يابد بطوريكه از داخل سفره ي آبدار عبور نمايد. چاه‌هاي قائم (ميله چاه) بفواصل حدود 30 تا 50 متر از يكديگر براي خارج نمودن مواد حفاري شده پشته و دست يابي به داخل آن جهت لايروبي و بازسازي‌هاي بعدي حفر مي‌گردد.

ارتفاع سقف پشته معمولا 120 سانتي متر و عرض آن حدود 60 سانتي متر و طول آن با توجه به وضعيت آبدهي منطقه ممكن است تا چند كيلو متر هم برسد. بخش خشكي پشته را كه در بالاي سطح ايستايي سفره قرار دارد، قسمت خشكه قنات مي‌نامند. دهانه چاهها را بعد از خاتمه عمليات مي‌بندند. هرنج قنات قسمت اوليه قنات را گويند كه از مظهر قنات به طرف دشت بصورت يك كانال روباز و بعمق حداكثر تا 4 متر حفر مي‌گردد.

در زمينهاي سست ريزشي (شولاتي)ديواره ميله‌ها را با طوقه (كول) سيماني و ديواره پشته را معمولا با كولهاي سفالي و يا سيماني جدار بندي و محافظت مي‌نمايند.

چنانچه نفود پذيري زمين در قسمت خشكه قنات زياد باشد براي جلوگيري از نفوذ و فرار آب، كف پشته را با ملات سيمان عايق بندي ميكنند.

در نواحي كوهستاني شيب سفره آبدار زياد بوده در نتيجه طول بخش آبده قنات كم مي‌باشد وليكن در مناطق دور از كوه كه مسطح مي‌باشند و شيب سفره آبدار كم است طول قسمت آبده قنات ممكن است تا چند كيلومتر برسد. نظير چنين قناتهایی را در نواحي يزد و كرمان مي‌توان ديد. درمنطقه خراسان قنات‌هاي قديمي‌با طول نسبتا زياد و مادر چاه بعمق تا 400 متر وجود دارد كه آبدهي آنها تا 400 ليتر در ثانيه بالغ مي‌شود. بدليل آنكه آب قنات در تمامي‌فصول سال و هميشه جاري مي‌باشد، براي جلوگيري از به هدر رفتن آن در اواخر پاييز و فصل زمستان مي‌توان دهانه قنات را در محل مظهر آن مسدود نمود مشروط بر آنكه ديواره‌هاي پشته و ميله‌ها در بخش سست و ريزشي توسط كولهاي بتني محافظت شده باشد.

گاهي ممكن است يك لايه نفوذ ناپذير سفره آبدار را به دو بخش بالائي و پاييني تقسيم نمايد دراينصورت دو كانال زير زميني به موازات يكديگر در سفره بالائي و زيرين در يك امتداد حفر مي‌نمايند و در اينصورت مادر چاههاي دو رشته قنات مي‌توانند از يكديگر جدا باشند و حال آنكه ميله هاي قنات مي‌توانند بين دو رشته مشترك باشند.

چاه‌ آب و انواع آن

چاه آب حفره‌اي قائم و يك ساختمان هيدروليكي مي‌باشد كه از سطح زمين شروع شده و تا داخل سفره آبدار ادامه مي‌يابد و آب سفره در اثر نيروي ثقل و حركت جانبي به درون آن نفوذ نموده و توسط سطل و يا پمپ استخراج مي‌گردد.

چاهها را بر حسب روش حفاري، عمق، نحوه بهره برداری ، وضعيت زمين شناسي و ليتولوژي، عمق سطح آب سفره و اهداف حفاري به انواع ذيل تقسيم بندي مي‌كنند.

1- چاههاي اكتشافي و مطالعاتي كه به منظور بررسي و مطالعه مشخصات هيدروليكي و هيدروديناميكي و ضخامت سفره آبدار ، ليتولوژي و عمق سنگ كف، وضعيت لايه‌هاي نفوذ ناپذير در مناطق بكر و يا نا شناخته حفر ميگردند. از اين گروه چاههاي پيزومتري به قطر 6 اينچ جهت مطالعه سطح ديناميك آبها حفاري مي‌گردند.

2- چاه‌هاي بهره برداري عميق، كه عمق چاه حفر شده بيش از 50 متر بوده و توسط دستگاه‌هاي حفاري و يا بعضاً با دست حفاري مي‌گردند. بهره برداري از آنها توسط پمپ توربيني و يا شناور صورت مي‌گيرد.

3- چاه‌هاي نيمه عميق: به دليل بالا بودن سطح ايستابي داراي عمق نسبتاً كمي‌مي‌باشند حفر آنها بدليل ارزاني نيروي كار معمولاً با دست صورت مي‌گيرد و بهره برداري از آنها توسط پمپ‌هاي كمر چاهي سانتريفوژ كه در نزديكي سطح آب و در داخل ديواه چاه نصب مي‌گردد، انجام مي‌شود.

قطر چاه‌هاي دستي حدود يك تا دو متر و عمق آنها گاهي تا 100 متر هم مي‌رسد. بعد از برخورد به آب، معمولاً براي آنكه آب ورودي به چاه مانع ادامه حفاري نشود از پمپ‌هاي سانتريفوژ براي تخليه آب بهنگام كاركردن استفاده مي‌نمايند. چنانچه جنس زمين از آبرفت درشت دانه غير ريزشی تشكيل شده باشد، مقني مي‌تواند تا حدود 5 متر زير سطح برخورد به آب، حفاري را ادامه دهد. وليكن در زمينهاي شولاتي، عمليات حفاري به سختي و باكول گذاري انجام مي‌شود و چون نمي‌توان بيش از چند متر در سفره آبي به حفاري ادامه داد بناچار مبادرت به حفر گالريهاي افقي در جهات مختلف براي استحصال آب بيشتر مي‌نمايند.

به علت محدوديت حفاري در زير سطح ايستابي و ضخامت كم ستون آب در داخل چاه در فصول كم باران و ايام پر مصرف سال ، سطح آب اين چاهها پايين رفته و لذا براي تامين آب مورد نياز مرتباً مي‌بايد كف شكني و لايروبي گردند

چاه‌هاي آرتزين

نام آرتزين از محلي بنام آرتز واقع در كشور فرانسه كه براي اولين بار چنين چاهي در آن محل حفاري گرديده گرفته شده است.

هرگاه يك لايه نفوذ پذير آبدار در بين دو لايه غير قابل نفوذ قرار گرفته باشد، بهنگام حفاري و برخورد به لايه آبدار، سطح آب در داخل چاه بالا آمده و چنانچه فشار به اندازه كافي باشد آب از دهانه چاه خارج مي‌شود.

چاه فلمن يا چاه‌هاي مخزني گالري‌دار

در زمينهاي از جنس رسوبات سست منفصل شن و ماسه و يا قلوه سنگ با سطح آب نزديك به سطح زمين ، اقتصادي ترين روش استحصال آب در حجم زياد، حفاري يك حلقه چاه قائم دستي به قطر 2 تا 5 متر و تا عمق چند متر زير سطح آب بمنظور انباشت آب ورودي از گالريهاي افقي مي‌باشد . ديواره و كف اين چاه را با بتن عايق بندي و مستحكم مي‌نمايند. سپس گالريهاي افقي متعدد در جهات مختلف و با شيب خيلي ملايم و به ارتفاع حدود يك متر از كف چاه عمود بر ديواره چاه در داخل سفره آبدار حفر مي‌نمايند. طول اين گالريها ممكن است به بيش از 100 متر هم برسد.

يكي از روشهاي جديد احداث چنين چاه‌هائي استفاده از ماشينهاي مخصوص مي‌باشد. حفاري چاه قائم براي اعماق بيش از 20 متر مي‌تواند با دستگاههاي حفاري مخصوص صورت گيرد. در روش فلمن FELMAN متخصص سوئيسي لوله‌هاي فولادي مقاوم بقطر 8 الي 16 اينچ كه در قسمت پيشرو داراي يك مخروط فولادي بسيار مقاوم نوك تيز سوراخ دار مي‌باشد، به كمك دستگاه‌هاي پرس هيدروليكي با فشار حدود 70 كيلوگرم بر سانتي متر مربع در ديواره چاه و عمود بر آن در جهات مختلف و بطور شعاعي در داخل ماسه‌هاي سفره آبي و با شيب بسيار ملايم فرو برده مي‌شود.

هنگام فرو بردن لوله فولادي، ماسه‌هاي سفره آبدار به همراه آب از راه سوراخهاي مخروط پيشرو وارد لوله فولادي كم قطر تري كه در وسط لوله فولادي‌هادي تعبيه شده، مي‌گردد و همراه جريان آب از داخل اين لوله وارد چاه اصلي مادر يا چاه جمع كننده مي‌شود و توسط پمپ آب از درون چاه تخليه مي‌گردد. اين عمل باعث مي‌شود تا لوله با نيروي كمتري در زمين فرو رود بطوريكه مي‌توان اين لوله‌ها را تا حدود 80 متر در زمين‌هاي از جنس رسوبات دانه ريز ماسه‌اي فرو برد.

در خاتمه كار، لوله مشبك متناسب با قطر لوله‌هادي و به قطر 7 الي 14 اينچ وارد لوله‌هادي نموده و آنگاه لوله‌هادي را بيرون مي‌كشند. سطح مشبك در ارتباط با دانه بندي سازند از 20 تا 30 درصد كل سطح لوله را شامل مي‌شود.

عمق چاه عمودي معمولاً تا 30 متر مي‌رسد كه امروزه با كمك روشهاي حفاري نوين چاه‌هاي عمودي تا عمق 60 متر نيز حفاري مي‌شوند و سطح آب از اين بابت عامل محدود كننده عمق حفاري نمي‌باشد. بلكه جنس رسوبات آبرفتي و سختي و نرمي‌زمين عامل اصلي تعيين كننده حفاري مي‌باشد.

اين نوع چاهها در بستر آبرفتي رودخانه‌هاي دائمي‌و يا آبرفتهاي با سطح آب زير زميني كم عمق با ضخامت كم حدود 3 تا 4 متر و گسترش محدود قابليت بهره برداري بسيار زيادي دارند در حاليكه چاه‌هاي عميق در لايه‌هاي كم ضخامت كارآيي ندارند. بنابراين مطالعه سيستماتيك مكان يابي در رابطه با منابع آب زيرزميني و سطحي منطقه، زمين شناسي و توپوگرافي و هيدرولوژي ناحيه، وضعيت آبدهي ساليانه و حداقل و حداكثر دبي، ابعاد هندسي شيب و دانه بندي بستر اهميت خاصي دارد. در مرحله بعدي براي مشخص كردن وضعيت آبدهي زمين و ضرايب هيدروديناميكي لايه آبدار يك حلقه چاه اصلي بقطر 12 اينچ تا برخورد به سنگ كف براي آزمايش پمپاژ و 2 تا 4 حلفه چاه پيزومتر براي اندازه گيري سطح آب زيرزميني بهنگام آزمايش پمپاژ، حفاري مي‌شود. براساس نتايج بدست آمده محل چاه مخزني، عمق و قطر آن و همچنين طول كوره‌هاي افقي و حدود آبدهي مشخص مي‌شود و عمليات اجرائي بشرح ذيل صورت مي‌گيرد:

ابتدا يك حلقه فولادي با لبه تيز برنده و به ارتفاع يك متر و باندازه قطر خارجي چاه كه اصطلاحاً چاقو نام دارد، در روي زمين و محل حفاري قرار مي‌گيرد. اين حلقه پيشرو باعث سهولت حفاري و پايين رفتن بدنه بتني چاه مي‌گردد. اولين حلقه بتني مسلح را بر روي آن قالب بندي و بتن ريزي مي‌كنند. سپس اقدام به حفاري و تخليه مواد موجود درون حلقه مي‌نمايند. اين عمل سبب پايين رفتن چاقو فولادي و حلقه بتوني مستقر بر روي آن مي‌گردد. اين كار تا رسيدن به عمق مورد نظر ادامه مي‌يابد.

دقت و مهارت در اجراي كار از شرايط ضروري براي جلوگيري از كج شدگي چاه و يا ريزش زمين و از بين رفتن ماحصل كار مي‌باشد.

در اولين حلقه بتوني كه در پايين ترين نقطه چاه قرار دارد چند دريچه به فواصل مشخص در يك يا چند رديف به منظور انجام حفاري‌هاي افقي و زهكشي آب از سفره آبدار، قرار مي‌دهند.

در خاتمه حفاري چاه قائم كف آنرا بتون مي‌نمايند تا از فرار آب جلوگيري شود و در ضمن ماشين آلات حفاري افقي را بتوان مستقر نمود.

بعد از استقرار ماشين حفاري افقي در مقابل دريچه‌ها يك شاخه لوله فولادي 10 اينچ به طول 3 متر كه بر سر آن يك مته حفاري دايره‌اي پيشرو بسته شده است، از درون دريچه ديواره بتن توسط فشار جك‌هاي هيدروليكي بنام Pipe jaking به درون زمين فرو مي‌كنند. لوله‌هاي بعدي را به اين لوله بسته و به همين ترتيب به درون زمين فرو مي‌كنند. اين لوله‌ها را ‌هادي مي‌نامند و در خاتمه حفاري گالري افقي، لوله‌هاي مشبك از جنس پلي استابيون مقاوم در درون آن كار مي‌گذارند و سپس لوله‌هاي فولادي را يكي يكي بيرون مي‌آورند. اين لوله هاي مشبك، كار زهكشي آب از سفره زير زمين را به درون چاه بعهده دارد و قطر آن معمولاً 2 اينچ كمتر از لوله‌هادي است.

طول گالري‌هاي افقی در صورتيكه به موانعي مثل تخته سنگ و يا تنه درختان قطور برخورد ننمايد با توجه به بافت زمين و بسته به قدرت دستگاه حفاري بين 30 تا 50 متر مي‌باشد.

پس از پايان عمليات حفاري گالري‌هاي افقي، در دهانه خروجي آنها به داخل چاه قائم يك شير فلكه كه از سطح زمين قابل باز و بسته شدن باشد، نصب مي‌نمايند.

ميزان آبدهي اين چاه‌هاي مخزني بين 200 تا 400 ليتر در ثانيه و در شرايط مناسب تا 1000 ليتر در ثانيه نيز مي‌رسد. بعد از آماده شدن چاه ابتدا كار توسعه با باز كردن شير فلكه هر گالري و خروج آب ازداخل آن به درون چاه قائم تا خارج شدن شن و ماسه و گل و لاي همراه آب و صاف شدن آن صورت مي‌گيرد و اين كار به نوبت براي هر گالري انجام مي‌شود.

سپس اقدام به آزمايش پمپاژ و تعيين آبدهي مجاز چاه مي‌نمايند.

چاه مخزني مياندوآب در ساحل زرينه رود بيش از 1000 ليتر در ثانيه و چاه مخزني ساحل زاينده رود اصفهان بيش از 500 ليتر در ثانيه آبدهي دارد.

بطور كلي اگراستحصال حجم زيادي آب از يك لايه آبرفتي با ضخامت كم مورد نظر باشد، حفر اين نوع چاهها به دليل تماس بسيار زياد گالري‌هاي افقي با پايين ترين سطح لايه آبدار، جوابگوي اين نياز مي‌باشد.

چون آب استحصالي از پايين ترين قسمت لايه آبدار صورت مي‌گيرد لذا عمل تصفيه فيزيكي و رسوب‌گيري مواد معلق توسط زمين بخوبي انجام مي‌شود و حتي با وجود آب آلوده سطحي مي‌توان آب بهداشتي و تميز از لايه‌هاي زيرين برداشت نمود.

حتي در مناطق داراي آب شور چنانچه يك رودخانه آب شيرين در جريان باشد مي‌توان به اين وسيله از لايه‌هاي آبرفتي رودخانه حاوي آب شيرين استفاده نمود و حال آنكه حفر چاه عميق در اين مناطق اكثرا با شكست مواجه مي‌شود.

عليرغم هزينه اوليه بالا براي احداث اين قبيل چاه‌هاي مخزني در موارد بسياري مي‌توانند كاملا اقتصادي و مقرون به صرفه باشند.

عمر چاه عمودي بتني بيش از 100 سال و عمر گالري‌هاي افقي بين 30 تا 50 سال است كه قابل بازسازي و استفاده مجدد است. آب استحصالي صاف و بهداشتي بوده و احتياج به احداث تصفيه خانه با هزينه سنگين و گزاف ندارد. هزينه نگهداري ناچيز و بهره برداري آن در حد مصرف انرژي پمپ‌ها است. در مقايسه با چاه‌هاي عميق نيز بسيار اقتصادي مي‌باشد. طول عمر زياد، آبدهي بالا معادل تا 15 حلقه چاه عميق، شعاع حريم كم و بهره برداري آسان و از همه مهمتر قابل اجرا بودن در زمينهاي آبرفتي با ضخامت كم از مزاياي اين چاه‌هاي مخزني است.

نویسنده:اصغر اکبرنژاد خوش اخلاق شتربانی
وبلاگ:Pars Geology

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

موضوعات مرتبط: آب زیرزمینی,تصفیه,انتقال و خصوصیات,چاه,قنات ، هیدروژئولوژی و زمین شناسی,ژئومرفولوژی

برچسب‌ها: منابع آب زیرزمینی , بهبره برداری آب زیرزمینی , آب زیرزمینی

ادامه مطلب

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

درحال مشاهده: روشهاي بهره‌برداري از منابع آب زيرزميني

روشهاي بهره‌برداري از منابع آب زيرزميني

لیست مطالب

آرشیو موضوعی

برچسب ها

صفحات مهم

لینک دوستان

پیوندها

نویسندگان

آخرین مطالب

آرشیو