ضمیمه دانش روزنامه اطلاعات نوشت: یکی از پیامدهای زیستمحیطی، اجتماعی و اقتصادی بزرگ برداشت آبهای زیرزمینی و استخراج منابعی مثل نفت، گاز و آب زمینگرمایی برای در نیروگاهها، فرونشست زمین است. فرونشست، پایین رفتن زمین در اثر فشرده شدن یا سست شدن خاک زیرسطحی است که دلیل اصلی آن برداشت بیشازحد آب از سفرههای آب زیرزمینی (آبخوانها) است. همچنین عوامل طبیعی مانند بالاآمدگی آب دریاها، ذوب یخچالها در زیر لایههای رسوبی و غیره باعث فرونشست زمین میشود.
نخستین مشاهده و پژوهش علمی روی فرونشست زمین در اثر برداشت سیالات را دو زمینشناس اهل ایالاتمتحده به نامهای پرَت و جانسون حدود یک قرن پیش انجام دادند. به عقیده آنها علت فرونشست را باید در استخراج بیرویه نفت، آب، گاز و شن از زیر منطقه فرورفته جستجو کرد.
در سراسر ایران، زمین با شتابی هشداردهنده در حال فرونشستن است که دلیل عمده آن برداشت بیرویه آبهای زیرزمینی برای مصارف کشاورزی است؛ یعنی بیش از ۹۰ درصد در بخش کشاورزی مصرف میشود. تغییرات اقلیمی و خشکسالیهای مکرر و سختتر ناشی از آن نیز مزید بر علت شدهاند.
آسیبی که به سفرههای آب زیرزمینی وارد میشود در برخی نواحی قابل جبران نیست؛ حتی اگر این منابع دوباره آب ازدسترفته خود را به دست آورند. بسیاری از بخشهای ایران با این مشکل مواجه هستند و طبق مطالعات، ایران در کنار کشورهایی مثل اندونزی، کاستاریکا، ازبکستان و فیلیپین بیشترین فرونشست را در دنیا تجربه میکند.
در استانهای تهران، کرمان و اصفهان که قطبهای اصلی فعالیتهای کشاورزی و صنعتی در ایران هستند، زمین در هر سال حدود ۳۰ سانتیمتر فرونشست دارد که شکستگی خطوط لوله آب و گاز، خرابی سامانههای زهکشی و دیگر زیرساختهای حیاتی را به دنبال داشته است.
در شهرستان رفسنجان که نزدیک به مرکز ایران قرار دارد وضعیت بهمراتب بغرنجتر است. رفسنجان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان پسته در کشور است و کشاورزی و باغداری گسترده به خالی شدن آبخوانهای محلی منجر شدهاند. به عقیده کارشناسان، زراعت بیرویه و مصرف بالای آب در شهر ورامین که در مجاورت تهران است سبب شده است زمین با نرخ سالانهی ۳۱ سانتیمتر فرونشست داشته باشد.
فرورفتن عمودی لایههای خاک در زیر سطح زمین بهتدریج رخ میدهد؛ گاهی شاید فقط چند سانتیمتر در سال باشد اما با گذشت زمان بیشتر و بیشتر میشود و به درجهای میرسد که ناگهان سطح زمین فرو میریزد و شکافها و گودالهای بزرگ بهجا میگذارد.
چنین رخدادهایی در ایران از فرودگاهها، بزرگراهها و ایستگاههای قطار گزارش شدهاند. اینها مکانهایی عمومی هستند که روزانه هزاران نفر در مسیرهایشان تردد میکنند.
فرونشست یک پدیده جهانی است: بسیاری از مردم دنیا در مناطقی زندگی میکنند که زمین آن سالانه ۲ سانتیمتر فرو میرود. این مناطق بهطور عمده در شرق آسیا متمرکز هستند. در چین بیش از ۴۰ درصد از مناطق شهری و یکسوم جمعیت در معرض فرونشست قرار دارند. در مناطق ساحلی و دلتاهای رودخانهها آثار آن با افزایش آب سطح دریا و افزایش وقوع سیلاب همراه است.
تهران، اصفهان و نیشابور از نقاطی در دنیا هستند که فرونشستی جدی را تجربه میکنند و این در حقیقت فرونشست گستره وسیعی از کشور ایران است. این حقیقت محض است و نه استعارهای از بحرانهای سیاسی و زیستمحیطی کشور. به دلیل کمبود آب که با برداشت بیش از اندازه آبهای زیرزمینی تشدید شده است خاک موجود در زیر مناطق وسیعی از پایتخت سالانه تا ۳۰ سانتیمتر بیشتر به زمین نفوذ میکند و این تهدیدی است که همواره بر ساختمانها و زیرساختهای شهر سایه انداخته است.
بسیاری از شهروندان کلانشهر تهران به طریقی با ترکها و شکافهای اتاقها و ساختمانها و جادهها یا درها و پنجرههایی که خوب بسته نمیشوند یا ریلهای قطاری که در دست تعمیر هستند آشنا هستند. این واقعیتی است که ساکنین مناطق آسیبدیده روزانه با آن روبهرو هستند.
این وضعیت فقط یکی از چند مشکل زیستمحیطی است که شهر تهران از حدود ۳۰ سال پیش با آن دستبهگریبان شده و اکنون شتاب گرفته است. تهران روی منطقهای بسیار زلزلهخیز قرار گرفته است. موقعیت آن در ارتفاع بیش از ۱۰۰۰ متر از سطح دریا و در ناحیهای نیمه بیابانی، توسعه بیرویه شهر و ترافیک سنگین دستبهدست هم دادهاند تا آن را به یکی از آلودهترین پایتختهای دنیا تبدیل کنند.
این پدیده بهویژه در شهرستان شهریار واقع در غرب تهران بحرانی است چراکه فعالیتهای کشاورزی بهطور گستردهای در آن انجام میشوند. علاوه بر غرب، در جنوب غرب استان تهران ازجمله در محله قدیمی، تاریخی و پرجمعیت یافت آباد نیز فرونشست به وضعیت بحرانی رسیده است. این وضعیتی است که فرودگاه بینالمللی، ایستگاه مترو و خطوط اصلی راه آهن به آن دچار شدهاند.
چند عامل انسانی دیگر نیز در ایجاد فرونشست دخالت دارند که از آن جمله میتوان به فشرده شدن طبیعی رسوبات، برداشت بیرویه شن و ماسه، وزن ساختمانها و استخراج هیدروکربن اشاره کرد. در مورد تهران عامل اصلی بروز این مشکل بهرهبرداری بیرویه از آبهای زیرزمینی است و تغییرات آب و هوایی به آن دامن میزند. در تهران امروز، از یک سو کشاورزی، صنعت و چاههای خانگی بهشدت ذخیره سفرههای زیرزمینی را تخلیه میکنند و از سوی دیگر بتنریزی بیشازاندازه پرشدن طبیعی سفرههای خالی شده را به تأخیر میاندازد. کشاورزی نیز سهم کوچکی در تولید ناخالص داخلی شهر تهران دارد اما اصلیترین عامل فرونشست به شمار میآید.
فرونشست زمین در ایران فقط به تهران محدود نمیشود.در گذشته این پدیده فقط در برخی از استانها مانند کرمان و یزد رخ میداد اما در حال حاضر استانهای اصفهان، خراسان رضوی و تهران نیز متحمل فرونشست گسترده هستند و هر سال نیز استانهای بیشتری را درگیر خود میکند. در سطح جهانی، ایران پنجمین کشوری است که بیشترین آثار نامطلوب فرونشست را تجربه کرده است؛ هم از لحاظ مساحت نواحی متأثر از آن و هم از لحاظ سرعت پایین رفتن خاک.
میلیونها نفر از مردم ایران، شبکه ریلی کشور و تعدادی فرودگاه در محدوده فرونشستگی قرار دارند و در معرض خطرات احتمالی هستند. حتی سایتهای باستانشناختی که ارزش تاریخی جهانی دارند و نمونه بارز آنها تختجمشید است نیز از این آسیب در امان نیستند.
راه حل این مشکل چیست؟
مجموع این مشکلات و خطراتی که با خود دارند موجب شدهاند گزینه تغییر پایتخت (به ناحیه مکران) بهعنوان راهکار نهایی مطرح شود؛ موضوعی که از آغاز انقلاب تا کنون همواره گریزی به آن زده شده است. اگر این ایده به اجرا درآید، ایران پس از اندونزی دومین کشوری میشود که به دلیل فرونشست زمین پایتخت خود را تغییر داده است.
دولت در وهله نخست روی پروژههای کلان مقیاس مانند نمکزدایی آب شور و نیز پروژههای بزرگ تغییر مسیر آبهای روان به نواحی که زندگی ساکنان آنها به دلیل کمآبی دشوار شده است تمرکز دارد. در حال حاضر ۶۵ نیروگاه نمکزدایی در کشور عملیاتی هستند و ۹۵ نیروگاه جدید نیز یا احداث میشوند یا طرح احداث آنها داده شده است.
نوع کشت و الگوی زراعت همچنین رعایت الگوی جمعیتپذیری سکونتگاهها از موارد مهمی هستند که از تشدید فرونشست زمین جلوگیری میکنند.راهکارهای فناورانه نیز میتوانند به کاهش این مشکل کمک کنند اما آنچه بیش از هر چیز نیاز است کنار گذاشتن توسعه مبتنی بر استخراج منابع و روی آوردن به مدل توسعه پایدار است. این بدان معنا است که باید سیاستها و مدلهای اقتصادی جدیدی برای توسعه کشاورزی در ایران طراحی شوند و به اجرا درآیند.
چند هزار شهر در سراسر دنیا در معرض خطرات ناشی از فرونشست قرار دارند. هند یکی از کشورهایی است که مشکل فرونشست زمین در شهرها و روستاهایش هر سال بیشتر میشود.
از محلههای شلوغ دهلی تا تالابهای کلکته و شهرهای مجاور هیمالیا، زمین در حال فرورفتن است؛ در بعضی از جاها آهستهتر و در بعضی نقاط با سرعتی هشداردهنده. نتایج فرونشست در این کشور نیز تا حد زیادی مشابه کشور ما هستند؛ خانهها و جادهها شکاف برمی دارند، خطوط راه آهن تغییر شکل میدهند، سامانههای زهکشی از کار میافتند و آب شور به مزارع نفوذ میکند.
نخستین گام در مقابله با مشکل فرونشست شناسایی محرکهای مکانی در ایجاد فرونشست است چراکه اگر عامل آن فعالیتهای انسانی باشند میتوان میزان فرونشست را کاهش داد. این در حالی است که فرونشستی که حاصل فرآیندهای طبیعی باشد مستلزم سازگارپذیری با شرایط به وجود آمده است.
برای مثال، فشردگی طبیعی رسوبات در بسیاری از شهرهای ساحلی با فعالیتهایی انسانی مثل احداث سد، استخراج شن و استخراج هیدروکربن درهم آمیخته است. در این حالت، نرخ فرونشست افزایش مییابد. در شهرهای غیرساحلی که صفحات تکتونیکی زمین سبب فرونشست میشوند، فعالیتهای انسانی مثل انباشته کردن زیرساختها و تحمیل وزن بر زمین یا برداشت بیرویه آبهای زیرزمینی باعث فرونشست میشوند. در این مناطق، کاهش فرونشست از طریق سدسازی برنامهریزیشده و راهبردی، تغذیه مجدد سفرههای زیرزمینی و وضع قوانینی برای استخراج منابع میتوانند در کنترل، توقف یا حتی معکوس کردن سیر فرونشست مفید واقع شوند.
تغذیه مصنوعی آبخوان ها و مقاوم سازی خاک
راههای مختلف دیگری هم برای مقابله با فرونشست زمین پیشنهاد شدهاند که در بین آنها تغذیه مصنوعی آبخوانها (سفرههای زیرزمینی) و مقاومسازی عمقی خاک دو روش کارآمد هستند.تغذیه مصنوعی آبخوانها شامل افزودن آب به سفرههای خالی شده بهمنظور پرکردن دوباره آنها است. با این روش، نیاز به پمپاژ بیرویه کمتر میشود و در نتیجه جلوی فرونشست بیشتر زمین گرفته میشود.
در تغذیه مصنوعی منابع آب زیرزمینی را که به دنبال برداشت بیشازحد آب خالی شدهاند بهطور هدفمند دوباره از آب پر میکنند تا حجم آب آبخوانها افزایش یابد، کیفیت آبهای زیرزمینی بهتر شود و از فرونشست زمین در اثر برداشت بی رویهی آب جلوگیری شود.تغذیه مصنوعی آبخوانها به شیوههای مختلفی انجام میشود. تغییر جهت مسیر آب به کمک کانال، نصب سامانه پاششی آب و تزریق مستقیم آب به زیرسطح از طریق چاه تزریق ازجمله این شیوهها هستند.
در روش مقاومسازی عمقی خاک، مواد تثبیتکننده به عمق زمین تزریق میشود تا خاک زیرین تقویت و مقاوم شود و فرونشست ناشی از فشردگی و تراکم خاک رخ ندهد. این روش یکی از تکنیکهای مستحکمسازی زمین به شمار میآید که با تقویت خاک نرم یا ضعیف استحکام بناها را بالا میبرد و مانع از فرونشستن زمین در جاهایی میشود که تراکم ساختمانی اجتنابناپذیر است.
در این روش، خاک ضعیف را به شیوه مکانیکی با مادهای سفتکننده مثل سیمان که به آن پیونده (binder)گفته میشود مخلوط میکنند تا بدون اینکه فشرده شود استحکام و سفتی زمین را افزایش دهد.ترکیب کردن خاک با سیمان یا دیگر پیوندهها مقاومت و استحکام زمین را بالا میبرد. این روش کاربردهای ژئوتکنیکی مختلفی دارد؛ ازجمله در ساخت بزرگراهها، خطوط آهن، فرودگاهها، سدهای خاکی و تأسیسات صنعتی.
مقاومسازی عمقی خاک به دو شیوه تر و خشک انجام میگیرد. در هر کدام از این دو شیوه، ماده مقاومکننده را که میتواند سیمان، آهک یا مواد زیستتخریبپذیر باشد با خاک ترکیب میکنند تا خواص آن را تقویت کنند.
در برخی از نقاط جهان کاربرد این دو روش نتایج رضایتبخشی داشته است؛ بااینحال به اجرا درآوردن آنها مستلزم برنامهریزی دقیق و سرمایهگذاری قابل توجه است. باید توجه داشت که اجرای روشها در برخی از مناطق نهتنها بازده مفیدی ندارد بلکه مخرب نیز میتواند باشد. قبل از پیادهسازی هر روش و برنامهای ابتدا باید مطالعات و پژوهشهای لازم توسط کارشناسان انجام شود.
علاوه بر این دو راهکار، استفاده از تکنیکهای سودمند ساختمانسازی مثل کاربرد مصالح ساختمانی سبک میتوانند به فشاری که وزن ساختمانها بر فونداسیون آنها و زمین زیرین وارد میکنند را کمتر کند که متعاقب آن احتمال فرونشست زمین نیز کمتر میشود.
مدل های اندازه گیری فرونشست
تکنیک های سنتی و زمینمحور اندازهگیری میزان فرونشست مانند ترازیابی نوری یا سامانه ماهوارهای ناوبری جهانی (GNSS)، دقیق اما پرهزینه و نیز پرزحمت هستند. علاوه بر اینها، محدود به مناطق کوچکی میشوند. فناوری اینسار (InSAR)همه این موانع را از میان برمیدارد. اینسار یک روش راداری و سنجش از راه دور است که ایجاد مدل سهبعدی از سطوح را امکانپذیر میکند. این تکنیک با مقایسه تصاویر راداری که ماهوارهها بهمرور زمان گرفتهاند تحرکات زمین در نواحی وسیع و در شرایط آب و هوایی مختلف را با دقت میلیمتری شناسایی میکند.
در حال حاضر تکنیکهای پیشرفتهای مثل PSInSARو SqueeSAR دانشمندان را در ساختن مدلهایی با سلسله زمانی توانمند کردهاند؛ مدلهایی که نهفقط نشان میدهند زمین در کجا در حال فرو رفتن است بلکه معلوم میکنند چرا و با چه سرعتی این اتفاق میافتد. این فناوری راهکاری کارآمد، مقیاسپذیر و مقرونبهصرفه را برای پایش فرونشست زمین برای کشور هند فراهم آورده است چراکه دادههای مورد نیاز برای برنامهریزی شهری، مدیریت آبهای زیرزمینی و مقابله با بحران را در اختیار متخصصین و مسئولان این کشور قرار میدهد.
فناوری اینسار پایش مناطق وسیع در زمان بیدرنگ را برای شناسایی نقاط فرونشست میسر میکند اما این فناوری به تنهایی کافی نیست و هماهنگی نهادها، آگاهی عمومی و سیاستهای قاطعانه باید کنار هم بیایند تا زمین زیر پای ساکنان شهرها محکم و ایمن شود.
باید یادآور شد که نخستین گام در مطالعه فرونشست، اندازهگیری مقدار جابهجایی ایجادشده در سطح زمین است. برای اندازهگیری فرونشست زمین روشهای مختلف ژئودتیک و غیر ژئودتیک مانند استفاده از GPS(سامانه موقعیت جهانی)، توتال استیشن، لیزر اسکنر و غیره نیز وجود دارد. ایستگاههای GPSمیتوانند اندازهگیریهای دقیق و پیوستهای در نقاط محدودی از نواحی فرونشست ارائه دهند.
یکی از مشکلات مطالعه این پدیده در ایران را میتوان محدود بودن تعداد ایستگاههای GPSدائم مربوط به شبکه ژئودینامیک ایران (IPGN دانست. بنابراین توانایی تعیین وسعت و الگوی فرونشست وجود ندارد.
در کشور ایتالیا، کمیت تغییرشکل زمین در اثر پدیده فرونشست و فشارهای ساختاری در ۱۵ کلانشهر محاسبه و تعداد زیرساختهای مسکونی و غیرمسکونی و نیز جمعیتی که در معرض آن قرار دارند آمارگیری شده است.
کشور ایتالیا نیز به کمک روش اینسار و بهویژه رویکردهای چندزمانه مثل PSو SBASنرخ زمانی جابهجایی زمین را برآورد و فرونشست را بررسی میکند. تا به امروز، مطالعات مبتنی بر روش اینسار که مشاهدات ماهوارهای را به لایههایی از اطلاعات درباره نقاط فرورفته، میزان فرونشست و خطرات آن تبدیل میکنند هنوز به میزان بسیار کمی انجام شدهاند اما این مبحث در منابع تخصصی اهمیت ویژهای دارد.
*منابع:
- تحلیل جامع فرونشست زمین در ایران: مروری سیستماتیک به وضعیت فعلی؛ عاطفه حصارکی زاد، مجتبی یمانی، ابوالقاسم گورابی؛پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی؛زمستان ۱۴۰۳.
ـ بررسی فرونشست زمینهای آبرفتی ناشی از کاهش فشار در آبخوانها و چگونگی اثرگذاری نوع آبرفت بر فرونشست زمین در دشت تهران؛ جواد صادقی، هادی حمیدیان؛ کنفرانس ملی مهندسی ژئومکانیک، ۱۳۹۳
ـ خبرگزاری ایسنا
ـ geophysics.ir
ـ renewablematter.eu
ـ forbes.com
ـ Geophysical Research Letters
ـ Environmental Earth Sciences
ـ American Society of Civil Engineers
- انجمن تخصصی مهندسی علوم آب ( waterse.ir)
