افزایش سطح کویرها و کاهش کیفیت آب و خاک یکی از مهمترین معضلات چند دهه ی اخیر است. افزایش جمعیت دنیا و به تبع آن افزایش احتیاج به مواد غذایی باعث رویکرد انسان به کشاورزی شده و در این راستا ، تبدیل اراضی به زمین های کشاورزی بدون در نظر گرفتن مسائل مربوط به آن در بسیاری از مناطق دنیا باعث بروز بحران شده است که یکی از آنها همین پیشروی کویرهاست (9) کویر به جائی گفته می شود که در اثر افزایش محلولهای نمک در سطح خاک ، قابلیت تولید خاک کاهش می یابد و در نهایت به کلی از بین می رود. به بیان دیگر محل تولید غذای انسان تخریب می شود حفظ کیفیت آب و خاک بدلایل ذکر شده یکی از اصلی ترین وظایف انسان در حال حاضر است. زیرا نه تنها نسل حاضر در معرض خطر قرار می گیرند ، بلکه نسلهای آینده نیز از خطر ایجاد شده مصون نخواهند ماند.

در کشور ایران با توجه به قرار گرفتن در موقعیت جغرافیائی خاص ( وقوع در عرض جغرافیایی30 درجه که کمربندی از مناطق بیابانی در روی زمین را شامل می شود ) اهمیت این مسأله دو چندان می شود. کشور ما دارای میانگین بارندگی سالیانه ای بسیار پائین تر از میانگین بارندگی دنیاست ( حدود 3/1 ) و همین مقدار بارندگی نیز پراکنش منظومی چه از نظر مکانی و چه در زمانهای مختلف سال ندارد. لذا باید برای استفاده ی بهینه از منابع آبی موجود حداکثر توجه ( علمی – کاربردی ) اعمال شود. منطقه ی گرمسار نیز که به عنوان محلّ مورد بررسی انتخاب شد دارای خصوصیات جغرافیایی خاصی است. از یک طرف در قسمت شمالی چسبیده به البرز مرکزی و ارتفاعات آن است و از طرفی در طرف جنوب متصل به بزرگترین کویر ایران ( کویر مرکزی ) است (17) که هرگونه استفاده ی نادرست از منابع آبی زیر زمینی این منطقه ، امکان گسترش کویر را بطرف مناطق شمالی ، بیشتر می کند.

در این منطقه در بسیاری از مناطق جنوبی دشت ، به علت کاهش عملکرد محصول در اثر کاهش کیفیت خاک ، زمین ها رها شده و با حفر چاه در دیگر مکانها ، اراضی جدیدی تحت شخم قرار گرفتند یعنی با در نظر نگرفتن توان اکولوژیکی منطقه ، باعث تشدید عمل بیابان زایی در منطقه شده است لذا با تعیین هدفهای تحت بررسی ، امکان جلوگیری از پیشرفت کویر در دیگر مناطق مورد بحث قرار خواهد گرفت تا راه حل هایی مناسب برای این مسأله تشخیص داده شوند.

 سرابق تحقیق :

1-1- مطالعات موردی :

در سال 1370 سمیناری تحت عنوان بررسی علل شوری آبهای تحت الارضی و راه های جلوگیری آن در منطقه ی شرق دریاچه ی ارومیه تشکیل و مقالاتی در این مورد ارائه شد. پایان نامه ای توسط اصغر طهماسبی در سال 1377 در مورد نقش سازنده های شور جهت گسترش بیابان در حوضه ی رودخانه ی اشتهارد انجام شد.

زمین شناسی منطقه ی گرمسار: گسترش وسیع سازند قم در حوزه ی ایران مرکزی و ذخائر محدود نفتی در آن ، سبب گشته که این سازنده از دیرباز مورد توجه باشد. در مورد زمین شناسی دشت گرمسار افراد چون Huber, et al (1960), Kalhor, Huber (1966) (3) مطالعاتی داشته اند.

مطالعه ای تحت عنوان بیابان زائی ناشی از ویژگیهای زمین شناسی ایران ، مطالعه ی موردی ( گنبدهای نمکی ) در حوزه ی آبخیز حبله رود انجام شد و نقش این گنبدها در کاهش کیفیت آب حبله رود مورد بررسی قرار گرفت.

نیز مطالعاتی توسط سازمان جهانی FAO با همکاری سازمان های ذیربط در مورد آمایش سرزمین حوضه ی دشت گرمسار در حال اجراست و این طرح در حال سپری کردن مطالعات مقدماتی است.

در مورد شکل و حالت جبهه های آب شور و شیرین در مناطق ساحلی و نحوه ی تغییرات آنها مطالعاتی توسط دو دانشمند به نام های گیبن و هرزبرگ انجام شد این مطالعات در واقع نشان دهنده ی پمپاژ و مسائل مربوط به آن و تأثیرش در تغییرات تعادل دو جبهه ی آب و تغییر کیفیت آبهاست. این مطالعات بصورت تفصیلی در ادامه می آید. در واقع به کمک فرمولهای ارائه شده می شود بهترین میزان پمپاژ چاه ها را بدست آورد.

1-2- تداخل آب شور و شیرین در سفره های ساحلی :

در محل خروجی آبهای زیر زمینی منتهی به اقیانوسها ، دریاها و دریاچه ها که میزان املاح آنها بالاست و دو سیال با جرم مخصوص متفاوت باعث ایجاد فصل مشترک بین آبهای شور و شیرین شده که آب شور بعلت جرم مخصوص بیشتر در پائین قرار گرفته و آب شیرین در قسمت بالا قرار می گیرد و از بالای این سطح مشترک ، آب زیر زمینی تخیله میگردد. شکل و حرکت این سطح مشترک ، بستگی به تعادل هیدرودینامیک آبهای شور و شیرین دارد. عوامل مؤثر در ضخامت و جابه جائی فصل مشترک عبارتند از : مقدار و غلظت شوری سفره ی شور ، بهربرداری از سفره ( پمپاژ ) و جزر و مد.

اگر بدلایلی مثل پمپاژ ، بارهیدرولیکی فصل مشترک کاهش یابد ( کاهش ضخامت آّب شیرین )، هجوم پیشروی آب شور به لایه ی آبدار شیرین بوجود خواهد آمد ، در نتیجه بهربرداری از آبهای زیر زمینی در نواحی ساحلی از اهمیت و حساسیت ویژه ای بر خوردار است. اگر آب شور از دریا به حوضه ی چاه ها برسد ، منابع آب زیر زمینی غیر قابل استفاده می گردند. بعلاوه ، چون لایه ی آبدار بوسیله ی نمک آلوده میشود ، شاید سالها وقت لازم باشد که بتوان با آب زیر زمینی شیرین کافی موجود ، اثرات آب شور را شستشو داد و بیرون راند.

بین دو مایع مخلوط نشدنی که در مجاور هم می باشند ، اصطلاح سطح مشترک به کار می رود. اما با توجه به اینکه آب شور و شیرین دو مایع مخلوط شدنی و قابل امتزاج در هم می باشند ، به جای سطح مشترک بین آنها ، اصطلاح Tranoataon یعنی منطقه ای که دارای ضخامت محدود بوده و از لحاظ و سایر مشخصات حد واسط منطقه زیرین ( آب شور ) و منطقه ی فوقانی ( آب شیرین ) می باشد ، به کار می رود شکل شماره ی 1 جهت جریان آب در سه منطقه را نشان می دهد :

1-2-1- مخروط بالا آمده آب شور و نحوه ی کنترل آن :

در بهره برداری آبهای زیر زمینی وقتی طبقات آبدار شامل یک لایه ی زیرین از آب شور و آب شیرین بخش بالائی توسط چاه پمپاژ شود ، یک بالا آمدگی محلی و موضعی در سطح مشترک به وجود می آید که به این پدیده مخروط بالا آمده ی آب شور گویند با توجه به شکل شماره ی 2 در شروع پمپاژ (t₌t_.) سطح مشترک افقی بوده ( بالا آمدگی آب شور وجود ندارد ) و با ادامه پمپاژ به علت کاهش بار هیدرولیکی فصل مشترک بصورت متوالی بالا آمده و سرانجام می تواند به چاه برسد:

این امر بسیار خطرناک بوده و ممکن است منجر به غیر قابل استفاده شدن چاه گردد. با قطع پمپاژ مخروط بالا آمده فروکش کرده و به حالت اولیه بر می گردد. مخروط بالا آمده پدیده ی پیچیده ای است که در سالهای اخیر تحقیقات مربوط به آن ادامه یافته تا در طرح چاه ها و بهر برداری از آب شیرین بالای آب شور معیار و رابطه ای پیدا کند.

پارامترهای مهم در این رابطه عبارتند از :

1- تعیین محل مناسب چاه

2- عمق چاه

3- فاصله ی چاه ها از هم

4- میزان پمپاژ و دبی لحظه ای چاه

5- ضخامت آب شیرین و عمق فصل مشترک

6- اختلاف وزن مخصوص آب شور و شیرین

7- تداوم پمپاژ

8- فاصله ی کف چاه از سطح مشترک در شرایط هیدرواستاتیک

یعنی با رعایت پارامترهای ذکر شده در طراحی و بهره برداری از چاه ، اختلاط آب شور و شیرین به حداقل خود می رسد. با روش تحلیلی و بر اساس فرضیات دو پوئی و رابطه ی گیبن هرزبرگ مقدار بالا آمدگی مخروط آب شور در زیر چاه از رابطه ی زیر بدست می آید :

P :: : اختلاف وزن مخصوص آب شور و شیرین

PF : وزن مخصوص آب شیرین

Q : دبی پمپاژ

K : ضریب نفوذپذیری

d : فاصله ی کف چاه از سطح مشترک در حالت هیدرواستاتیکی