تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها: راهکار نوین مهار و جبران فرونشست زمین در ایران

فرونشست زمین: علل و پیامدها

فرونشست زمین به حرکت رو به پایین سطح زمین در اثر تغییرات تنش خاک اطلاق می‌شود. این پدیده می‌تواند ناشی از استخراج معادن، تراکم هیدرولیکی خاک‌های تراکم‌پذیر، فعالیت‌های لرزه‌ای و برداشت سیالاتی چون آب و نفت باشد. با این حال، مهم‌ترین عامل در فرونشست، بهره‌برداری بیش از حد از منابع آب‌های زیرزمینی است که منجر به افزایش تنش مؤثر، فشردگی خاک و فرسودگی سیستم آبخوان می‌شود.

• اولین ثبت جهانی: دره سانتا کلارا کالیفرنیا در سال ۱۹۳۳ به دلیل استفاده از پمپ آب زیرزمینی دچار فرونشست شد.
• پیامدهای منفی: تشکیل شکاف‌های زیرزمینی، تغییرات خاک، افزایش سیل و آسیب به زیرساخت‌های شهری.

وضعیت بحرانی فرونشست در ایران

بررسی‌ها نشان می‌دهد که ایران با نرخ‌های فرونشست بسیار بالاتر از میانگین جهانی مواجه است:

استان‌های تهران، اصفهان، البرز و کرمان که ۴۰ درصد جمعیت کشور را در خود جای داده‌اند، در کانون این بحران قرار دارند. جنوب شرق تهران بیشترین میزان فرونشست را تجربه می‌کند.

عوامل تشدیدکننده در ایران

مهم‌ترین عوامل مؤثر در فرونشست زمین در کشور عبارتند از:

• تشدید خشکسالی و کم‌بارشی
• وجود چاه‌های آب که به شکل تصاعدی از آن‌ها برداشت می‌شود.

سهم بهره‌برداری از آب چاه برای تأمین آب شرب تهران در دهه ۹۰ حدود ۲۶ درصد بود، اما این رقم در حال حاضر به ۴۵ درصد رسیده است. با توجه به بحران کم‌آبی شدید در تهران و کاهش سطح آب سدها به کمتر از ۲۰ درصد، حفر چاه‌های جدید و برداشت شدید از چاه‌های فعلی ادامه دارد، که توقف فرونشست از طریق محدودیت چاه‌ها را منتفی می‌سازد.

«تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها»: راهکاری نوین

مطالعه‌ای علمی در دانشگاه صنعت و معدن، با مشارکت علی بیت‌اللهی، متخصص علوم زمین، سناریوی جدیدی را برای کنترل و جبران فرونشست کشور مطرح کرده است: تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها.

این سناریوی جدید می‌گوید ریشه فرونشست که همان آبخواری از آبخوان‌ها است می‌تواند، امکان احیای آبخوان‌ها و جلوگیری از «مرگ آبخوان‌ها» را به وجود ‌آورد و در عین حال می‌تواند باعث توقف فرونشست شود.

میزان جبران‌پذیری

میزان جبران فرونشست از طریق تغذیه مصنوعی به جنس خاک آبخوان (ماسه، رس یا ترکیبی) بستگی دارد:

• آبخوان ماسه‌ای: حدود ۹۰ درصد فرونشست قابل جبران است.
• آبخوان ماسه‌ای با لایه‌های رسی: بسته به موقعیت و ضخامت لایه‌های رسی، ۱۹ تا ۴۶ درصد فرونشست قابل جبران است.

آبخوان‌های تهران و دیگر شهرهای کشور عمدتاً ترکیبی از رس و ماسه با وزن بیشتر رس هستند. عمق لایه‌های رسی در جنوب تهران بین ۱۰ تا ۲۰ متر و در متوسط شهر حدود ۴۰ متر است. هرچه لایه رسی به سطح زمین نزدیک‌تر باشد، فرونشست بیشتری ایجاد می‌شود.

زمان‌بندی جبران

برای حالت «رسی»، جبران ۱۹ تا ۳۰ درصد از حجم فرونشست از طریق تغذیه مصنوعی، بین ۱۰ تا ۲۰ سال زمان خواهد برد.

مزایای تغذیه مصنوعی

استفاده از روش تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها سه پیامد مهم به همراه خواهد داشت:

1. احیای آبخوان‌ها: مرگ آبخوان‌ها را منتفی کرده و باعث بازگشت ۱۹ درصد آب به سفره‌های زیرزمینی می‌شود.
2. جبران فرونشست: بخش قابل‌توجهی از فرونشست را جبران می‌کند.
3. توقف روند فرونشست: می‌تواند منجر به متوقف شدن روند فرونشست شود.

تجربه جهانی و راهکارهای اجرایی

این روش در توکیوی ژاپن با موفقیت اجرا شده است. ژاپن از سال ۱۹۶۵ به تغذیه مصنوعی اقدام کرد و در سال ۲۰۰۳ توانست جلوی فرونشست را بگیرد. این نشان می‌دهد که احیای آبخوان‌ها نیز مانند فرونشست، یک فرآیند زمان‌بر است.

برای اجرای این طرح در تهران، شهرداری‌ها باید گودال‌ها و چاهک‌هایی با عمق ۲۰ متر در نقاط مشخصی از شهر ایجاد کنند. این گودال‌ها برای جمع‌آوری آب‌های سطحی ناشی از بارش‌ها در نیم‌سال دوم سال طراحی می‌شوند تا آب به تدریج به سفره‌های زیرزمینی نفوذ کند.