آب و خواص ان

كيفيت آبهاي زير زميني
آب خالص (H2o) به طور معمول در طبيعت يافت نمي شود. حتي آب باران نيز برخلاف آنچه در گذشته تصور مي شد خالص نيست. آب طبيعي اعم از منابع سطحي يا زيرزميني به دست آمده باشد، شامل مواد جامد حل شده، گازها و مواد معلق است. كيفيت و كميت اجزاء تشكيل دهندة آب به پارامترهاي ژئولوژيكي و محيطي بستگي داشته و دائماً در اثر واكنش آب در تماس با رساناها و فعاليتهاي انساني، تغيير مي كند. آبي هم كه به عنوان آب طبيعي شناخته مي شود نيز ممكن است همواره آلوده بوده و از اين رو اصطلاح « آب طبيعي» نيز مي تواند گمراه كننده باشد. آب طبيعي اصطلاحاً به آبي گفته مي شود كه هنوز مورد استفاده قرار نگرفته و اصولاً براي نمونه گيري و آزمايش به منظور پژوهش از آن استفاده مي شود.

براي تعيين كيفيت آب قابل قبول براي مصارف كشاورزي و صنعتي يا انساني، آب در معرض برخي آزمايشها قرار مي گيرد. معمولاً اين آزمايشها شيميايي، فيزيكي، بيولوژيكي و راديولوژيكي مي باشد. نتايج اين آزمايشها براي هر نوع استفادة خالص، با استاندارد قابل قبول آن استفاده مقايسه مي شود. اين استانداردها با يكديگر فرق دارند. براي مثال كيفيت آب قابل قبول براي كشاورزي ممكن است براي آشاميدن قابل قبول نباشد. در صنعت نيز ممكن است استاندارد كيفيت آب قابل قبول با يك كاربرد خاص براي كاربردهاي ديگر متفاوت باشد.

درجه حرارت آب، يكي از مهمترين عوامل مؤثر در كيفيت آب زيرزميني است. درجه حرارت آب در مصارف مختلف صنعتي، انساني، گياهي و جانوري از اهميت خاصي برخوردار است. درجه حرارت آب زيرزميني در يك محل معمولاً در سراسر سال يكنواخت است. به همين دليل آب زيرزميني

به عنوان آب مورد نياز صنعت و انسان در بسياري از موارد بر آب سطحي برتري دارد.
با مطالعه عوامل مؤثر در كيفيت آبهاي زيرزميني مي توان كيفيت آيندة آن را در مقايسه با كيفيت فعلي پيش بيني كرد. با تعيين كيفيت آبهاي زيرزميني مي توان نوع مصرف آن را تعيين نمود. دبي آبهاي زيرزميني را در يك محل مي توان با اندازه گيري كل مواد جامد حل شده ( T D S ) در آن محل محاسبه نمود. با اندازه گيري غلظت يوني آبهاي زيرزميني و دبي نهرهاي سطحي نيز مي توان دبي آبهاي زيرزميني را به دست آورد.
مطالعه تركيبات شيميايي آب و تغييرات آنها مي توان در منبع يا منابع تغذيه مصنوعي و تعيين

مسير آبهاي زيرزميني مؤثر واقع شود. همچنين با مطالعه تركيبات آب مي توان به وجود لايه هاي مرزي آبدار و شكل و ترتيب سيستمهاي جريان در اين لايه ها پي برد. تغيير كيفيت آبهاي زيرزميني مي تواند از تغيير كيفيت بارش نفوذي، اندركنش آبهاي زيرزميني با محيط، طول مسير جريان، مدت زمان، ماند آب، و نوع گونه هاي گياهان در يك محل متأثر گردد. با جذب گازهاي مختلف توسط آب نيز كيفيت آبهاي زيرزميني تغيير مي كند.
۹-۱- سرچشمه شوري
در آبهاي زيرزميني نمكهايي به صورت محلول وجود دارد. نوع و غلظت اين نمكها به محيط، حركت، و سرچشمة ( Source ) آبهاي زيرزميني بستگي دارد. نمكهاي محلول در آبهاي زيرزميني در درجة اول از حل مواد قابل حل نتيجه مي شوند. در ناحيه هايي كه حجم زيادي از آب سطحي به آب زيرزميني مي پيوندد، كيفيت آبهاي نفوذ كننده تأثير زيادي بر كيفيت آب زيرزميني خواهد داشت.

گازهايي كه منشاء مواد مذاب معدني ( Magmatic ) دارند، به طور موضعي به ميزان مواد معدني و محلول در آب زيرزميني مي افزايند. آبهاي ذاتي (Canate waters ) از آبهاي باقيمانده ( Residual waters ) محبوس در سنگهاي رسوبي، حاصل شده و معمولاً داراي مواد معدني زيادي هستند. آب باران نيز نمكهايي را كه از جو گرفته است با خود به داخل زمين مي برد.
آب زيرزميني ضمن عبور از خاك، مواد محلولي را كه از تجزية خاك حاصل شده با خود مي برد و به

اين طريق به مقدار نمك خود مي افزايد. آب اضافي آبياري كه از طريق نفوذ، به سفرة آب زيرزميني مي رسد مقدار معتنابهي نمك به آب زيرزميني مي افزايد. مقدار نمك آبي كه از منطقة نفوذ ريشة گياهان در زمينهاي كشاورزي عبور كند ( آب زهكشي )، چندين برابر مقدار نمك آب آبياري است. افزايش غلظت نمك در آب زهكشي به علت تعرق و تبخير گياهان ( Evapotranspiration ) در محل مي باشد. جذب انتخابي كودها و نمكها بوسيلة گياهان ( Seiective absorption ) نيز موجب تغي

ير غلظت نمك در آب نفوذ كرده مي شوند. عواملي كه باعث اضافه شدن غلظت نمك در آب نفوذ كرده به زمين مي شوند عبارتند از:
– نفوذ پذيري خاك،
– وضع زهكشي
– مقدار تبخير و تعرق گياهان
– آب و هوا.
– در خاكها و آبهاي زيرزميني نواحي خشك كه عمل شستشوي املاح بوسيلة آب باران، به اندازة كافي صورت نمي گيرد، شوري خاك و آب زيرزميني زياد است و قدرت توليد محصول در اين قبيل زمينها كاهش مي يابد.
به علت نامحلول بودن نسبي عناصر تشكيل دهندة سنگهاي آذرين، آب زيرزميني كه از اين گونه سنگها عبور مي كند تنها مقدار كمي از مواد معدني را در خود حل مي كند. آب باراني كه به زمين نفوذ مي كند به علت داشتن گاز كربنيك جو، توانايي حلاليت بيشتري دارد. در آبهاي زيرزميني كه با سنگهاي آذرين در تماسند، مواد معدني از نوع سيليكات نسبتاً بيشتر از بقية مواد ديده مي شوند.

انحلال سنگهاي رسوبي بيشتر از سنگهاي آذرين است، اين خاصيت، به همراه فراواني سنگهاي رسوبي در پوستة زمين، موجب شده است كه قسمت اعظم مواد محلول آبهاي زيرزميني ديده مي شوند. آنيونهاي موجود در آبهاي زيرزميني عبارتند از: بيكربناتها، كربناتها و سولفاتها. در شرايط طبيعي، كلرورها و نيتراتها فقط به مقدار كم در آب زيرزميني وجود دارند. منابع كلرورها، فاضلابها

و آبهاي ذاتي و آب نافذ دريا مي باشد. غلظت زياد نيتراتها دال بر وجود منابع آلوده كننده در زمين است. در مناطقي كه سنگ آهك وجود دارد، معمولاً يونهاي كلسيم و كربنات در اثر حل شدن سنگ آهك به آب زيرزميني اضافه مي شوند.
۹-۲- تأثير عوامل آب و هوا، موقعيت جغرافيايي و باران در كيفيت آب هاي زيرزميني

موقعيت جغرافيايي محل و وضع آب و هوا تأثير زيادي بر كيفيت آب دارد. غالباً آبهاي مناطق كوهستاني، خيلي شيرين تر يا كم نمك تر از آبهاي مناطق دشتي و كويري است. به طور كلي مي توان گفت آبهاي مناطق خشك دنيا، از آبهاي مناطق معتدل مرطوب، نمك بيشتري دارند. نامناسب بودن شرايط آب و هوايي، مانند كم بودن ميزان بارندگي، بالابودن درجه حرارت و شدت تبخير، باعث بالا رفتن غلظت املاح مي شود.

بر اثر تبخير زياد آب، نمكهاي موجود در آن به حد اشباع رسيده و سرانجام رسوب مي كنند. اين رسوب در مناطق معتدل و كوهستاني، بيشتر از نوع توفهاي آهكي و در مناطق بياباني ابتدا به صورت گچ و بعد به صورت قشري از نمك است. هر قدر ميزان رطوبت و بارندگي بيشتر باشد، به همان نسبت نيز از مقدار تبخير كاسته شده و از بد شدن كيفيت آب كاسته مي شود.
در مواردي كه رطوبتي در سطح سنگ يا خاك وجود داشته باشد، گرما باعث مي شود كه محيط مناسبي براي فعاليت ميكروارگانيسمها، يا موجودات زنده كوچك ذره بيني، به وجود آيد. در نتيجه فعاليت اين موجودات، گازكربنيك آزاد مي شود. اين گاز مهمترين عامل مؤثر در تخريب شيميايي سنگها و كانيهاي سيليسي و آهكي است.
كيفيت آب زيرزميني تحت تأثير جنبه هاي مختلفي از چرخة آب در طبيعت متأثر مي گردد. بارش جوي ( باران و برف ) شامل آبي است كه خالصي خود را در حين عبور از ميان جو قبل از رسيدن به سطح زمين از دست مي دهد. ناخالصي ها و تركيبات شيميايي موجود در جو، ناشي از عوامل زير است:
– خاكسترها و گازهاي آتشفشاني
– گرد و خاك و مواد جامد هوازده
– نمكهاي جابجا شده در اثر تابش آفتاب و تشعشعات كيهاني
– گازهاي خروجي از كارخانجات صنعتي
– امواج راديواكتيو ناشي از انفجارات هسته اي
تا قبل از آغاز آزمايشهاي مربوط به سلاحهاي هسته اي در سال ۱۹۵۲، مقدار تريتيم (Tritum ) آب باران از ۱ تا ۱۰ واحد تريتيم ( Tu ) بيشتر نبود. پس از سال ۱۹۵۴، مقدار تريتيم در بسياري از نواحي از Tu 20 افزايش يافت ( ۱۹۷۰، Walton ).

وقتي باران به سطح زمين مي رسد قبلاً قسمتي از ناخالصيها و تركيبات شيميايي موجود در آن حل شده و بقيه با آبهاي سطحي مخلوط مي شوند. سپس آب باران با مواد معدني و خاك و سنگ واكنش شيميايي انجام مي دهد. مقدار و نوع مواد معدني حل شده در آب باران به تركيبات شيميايي و ساختمان فيزيكي خاك و سنگ و عواملي از قبيل غلظت يوني هيدروژن ( PH ) و

پتانسيل احيا ( EH )ي آب بستگي دارد غلظت يون هيدروژن ( PH ) به غلظت مؤثر يونها در آب نسبت داده مي شود. اين كميت به صورت لگاريتم در پايه ۱۰ غلظت + H( با علامت منفي) و برحسب مول بر ليتر (mol/lit ) بيان مي شود ( ۱۹۷۸ Bouwer, ). آب مقطر در دماي c25 داراي غلظت + Hبرابر با mol /1 10است. بنابراين PH آن برابر PH= -log 10-7= 7 مي باشد. اين محلول با ۷= PH خنثي ناميده مي شود ( مقدار يونهاي H+ وOH- برابرند).
هنگامي كه ۷ PH<است، محلول، اسيدي است. اين چنين آبهايي روي دوام پمپها، فيلتر چاهها ( Well screen ) و لوله داخل چاه ( Casing ) اثر مي گذارند. آب قليايي داراي ۷ PH > مي باش

د. بيشتر آبهاي طبيعي داراي PH بين ۶ و ۵/۸ مي باشند ( ۱۹۷۰, Hem ). وقتي PH از ۵/۸ تجاوز كند، آب معمولاً آزاد است. PH كم نشان مي دهد كه آب يا داراي مقداري جزئي از اسيدهاي معدني است كه از منابع سولفيدي بدست آمده اند و يا داراي اسيدهاي آلي است.

پتانسيل احياء ( EH ) مقياسي است كه قدرت يك محيط طبيعي را براي افزايش يا كاهش ظرفيت مثبت يا از دست دادن الكترونها نشان مي دهد ( ۱۹۷۲، Domenico ). به عبارت ساده تر پتانسيل احياء مقياسي است كه انرژي مورد نياز براي از جا كندن و بلند كردن الكترونها را از يونها در يك محيط شيميايي داده شده مشخص مي كند.

غلظت شيميايي آب باران از فصلي به فصل ديگر و از محلي به محل ديگر تغيير مي كند. غالباً مقدار زيادي از آمونيم و نيترات موجود در آب، از خاك تأمين شده اند. در نواحي ساحلي و غلظت كلرايد ( CI ) و پتاسيم ( K ) به طور نسبي به حدود mg/1 8 و mg/1 4/0 مي رسد. غلظت سديم از حدود ۱/۰ تا ۳/۰ ميلي گرم بر ليتر در نواحي غير ساحلي و تا حدود mg/1 4 در نواحي ساحلي تغيير مي كند. غلظت كلسيم در خاكهاي قليايي ( AlKali ) و هنگامي كه طوفانهاي خاكي ( Dust

storms ) روي مي دهند افزايش مي يابد.
دي اكسيد كربن ( CO2 ) كسب شده از جو، توليد اسيدكربنيك مي كند كه با PH كمتر از ۷ به آب باران وارد مي شود. در نواحي صنعتي كه هوا آلوده است، ممكن است مقدار PH باران از ۵/۴ نيز كمتر شود.
۹-۳- تأثير عامل زمين در كيفيت آبهاي زيرزميني
آ‌ب باران كه به سطح زمين مي رسد آبهاي سطحي و زيرزميني را تشكيل مي دهد. اين آب در ابتدا داراي نمك بسيار ناچيزي است، اما پس از تماس با رسوبات زمين شناسي و سنگهاي مختلف،

املاح آن زياد مي شود. املاحي كه در آغاز جريان در آب وجود دارند با كاني هاي رسوبات يا سنگهايي كه آب از آنها عبور مي كند واكنش پيدا مي كند و املاح موجود در سنگ حل مي شود.
طول مسير يا جابجايي يك نمك تا محلي كه به غلظت اشباع مي رسد و دوباره در قالب سنگ يا خاك از محلول جدا مي گردد به قابليت به قابليت حل شدن آن بستگي دارد. قابليت جابجايي هر يك از نمكها، بسيار متفاوت است. قابليت جابجايي و حل شدن يونهاي كلر موجود در سنگها از همه بيشتر و صد در صد است. قدرت جابجايي يونهاي ديگر كمتر است. به عنوان مثال قدرت جابجايي و قابليت حل شدن يون كلسيم ( Ca++ ) را مي توان ۳ درصد و سديم ( Na+ ) را ۵/۲ درصد ذكر كرد.
وقتي آب باران به زمين مي رسد، پوشش خاك و ساير مواد ناشي شده از تجزيه گياهان و حيوانات را به همين دليل در منطقة رشد گياه، تركيبات شيميايي آب با تبادل يوني بين اجزاء تشكيل دهندة آب و خاك يا به علت جذب مواد مغذي به وسيله گياهان تغيير مي كند. معمولاً آبي كه در خاك نفوذ مي كند حاوي نيتراتها، فسفاتها و پتاسيم است ( كه از كودهاي شيميايي موجود درخاك حاصب

مي شوند ). هنگامي كه گياهان و ساير ارگانيسم هاي زنده، دي اكسيد كربن و ساير ارگانيسم هاي زنده، دي اكسيد كربن ( Co 2 ) و اسيدهاي ارگانيك توليد مي كنند، PH آب نفوذي كاهش مي يابد. و به اين ترتيب غلظت نمك در آب زيرزميني كه از‌ آب آبياري نتيجه مي شود بسيار بيشتر از آبهاي سطحي مي گردد.
در مناطق لم يرزع و خشك معمولاً ميزان تبخير بيش از ميزان نفوذ است. اگر زمين زهكشي نشود اين امر باعث جمع شدن توده اي از نمك در نزديكي سطح زمين مي شود. به اين ترتيب خاصيت اسيدي آب باران و آب سطحي ( مانند آب مورد استفاده در آبياري ) كمي بعد از نفوذ آب به داخل

خاك افزايش مي يابد. با توجه به ميزان قابليت حل و ويژگي هاي كانيهاي خاك و سنگ، مقدار مواد جامد قابل حل (T D S ، Total dissolved solids ) در آب نفوذي تغيير مي يابد. علاوه براين، خاطر نشان مي سازد كه ميزان قابليت حل با درجه حرارت و فشار نيز تغيير مي كند.
تغييرات فصلي آب از نظر كم و زياد شدن باعث ايجاد نوسانات فصلي كيفيت شيميايي آب مي شود. بنابراين شيمي خاك مورد آبهاي طبيعي دوره اي بود و تحت تأثير چرخة هيدرولوژيكي قرار دارد. مهمترين نمكهاي محلول كه توسط چرخة شيميايي خاك توليد مي شوند به دو گروه تقسيم مي گردند ( ۱۹۵۵، Cheboter ). يونهايي كه مقدار آنها زياد است عبارتند از: Hco-3 ، Co 2-3 ، Cl- ، So2-4 ، Na+ ، K+، Co2+ ، Mg2+ ، H+ ، و يونهايي كه به ندرت و اتفاقي با آنها روبرو مي شويم عبارتند از: NH4+، Al3+، Fe2+، Fe3+، No-2، So2-3، Oh-، Sio2-3، جدول شماره (۹-۱ ) آنيونها و كاتيونهاي موجود در آبهاي زيرزميني را مشخص مي كند. كاتيونها داراي بار مثبت و آنيونها داراي بار منفي هستند.

جدول شماره ۹-۱ آنيونها و كاتيونهاي موجود در آبهاي زيرزميني

آنيونها و كاتيونهاي مهم آنيونها و كاتيونهايي كه در درجه دوم اهميت قرار دارند.
كاتيونهاي محلول اكي والان وزن آنيونهاي مهم اكي والان وزن
كلسيم ( Ca )
منيزيم ( Mg )
سديم ( Na )
پتاسيم (K ) 04/ 20
16/ 12

۰۰/ ۲۳
۱۰/ ۳۹ كربنات ( ۳Co )
بيكربنات (۳ HCO )
سولفات (۴ SO)
كلرور (CL )

نيترات (۳NO) 00/ 30
01/ 61
03/ 48
46/ 35
01/ 62 آهن ( Fe )

آلومينيم ( AI )
سيليس ( Sio )
بر ( B )
فلور ( F )
سلنيوم ( Se )

جدول شماره ( ۹-۲ ) ضرايب تبديل مربوط به تعادل شيميايي را مشخص مي كند. در اين جدول حاصل ضرب غلظت، برحسب ميلي گرم در ليتر و ضرايب تبديل برابر با غلظت بر حسب ميلي اكي والان در ليتر مي باشد ( ۱۹۷۰ ، Hemm ).

جدول شماره ۹-۲ ضرايب تبديل مربوط به تعادل شيميايي

تركيبات شيميايي ضريب تبديل تركيب شيميايي ضريب تبديل
( Conversion Factor ) ( Chemical constituent ) ( Conversion Factor ) ( Chemical constuent )
آلومينيم ( Al 3+ ) 0. 11119 آمينيم ( NH+4 ) 0. 05544
باريم ( Ba 2 ) 0. 01456 بريليم ( Bc3+ ) 0. 33288
بيكربنات ( Hco -3 ) 0. 01639 برم ( Br- ) 0. 01251

كادميم ( Cd2+ ) 0. 01779 كلسيم (Ca2+) 04990 0 .
كربنات ( Co2-3 ) 0. 03333 كلرايد ( Cl- ) 02821 . 0.
كبالت ( Co2+ ) 0.0 3394 مس ( Cu2+ ) .03148 0
فلورايد ( F- ) 0. 05264 هيدروژن ( H+ ) 0.99209
هيدروكسيد ( OH- ) 0. 05880 يد ( I- ) 0.00788

آهن ( Fe2+ ) 0. 03581 آهن ( Fe3+ ) 0. 5372
ليتيم ( Li 2+ ) 0. 14411 منيزيم ( Mg2+ ) 0. 08226

منگنز ( Mn2+ ) 0. 03640 نيترات ( No-3 ) 0. 01613
نيتريت ( No-2 ) 0. 02174 فسفات ( Po-34 ) 0. 03159
پتاسيم ( K+ ) 0. 02557 روي ( Zn2+ ) 0. 03060

اداره عمران و احياء اراضي آمريكا ( U . S B ureau of Reclamation ) نيز در سال ۱۹۷۷ اثرات يونهاي نادر را مطالعه و بررسي نموده است. اين يونها عبارتند از: بور (B )، سرب ( Pb )، آرسنيك ( As )، سلنيم ( Se )، باريم ( Ba )، مس ( Cu )، روي ( Zn )، سولفيد هيدروژن (۲s H)، متان ( CH4 )، اكسيژن ( O2 ) و دي اكسيد كربن ( Co2 ). جدول شماره (۹-۳ ) كه توسط Dufer و BecKer ارائه و بوسيله ارتباط مواد جامد حل شده در آب سبك نشان داده شده است ( ۱۹۶۶، Davis Wiest ).

غلظت نمك در آبهاي زيرزميني روان، با كاهش سرعت يا افزايش مواد معدني زياد مي شود. آب در لايه هاي آبدار عميق تقريباً بي حركت است. بدين ترتيب شوري آب با عمق افزايش مي يابد. آبهاي داراي بيكربنات غالباً در نزديكي سطح بالايي و آبهاي داراي كلرايد در نزديكي سطح زيرين لايه آبدار مشاهده مي شوند.

آبهاي زيرزميني ( و آبهاي سطحي ) برحسب غلظت شوري به صورت آب شيرين ( Fresh water )، آب با شوري ملايم ( Brakish water )، آب بسيار شور ( Saline water ) و آب نمكين يا آب دريا ( Brine ) طبقه بندي شده اند. TDS انواع گوناگون آب به قرار زير است: براي آب شيرين، كمتر از mg/1 1000، براي آب با شوري ملايم در حدود ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ ميلي گرم در ليتر، براي آب بسيار شوردر‎حدود ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ و براي آب نمكين بيش ازmg/1 100000، Carroll ) ( 1962 . چنانچه طبقه بندي ديگري اختيار كنيم اين حدود تغيير مي كند. به عنوان مثال

( ۱۹۷۰ ، Hem ) حد پايين تر از mg/ 1 3000 را براي آب شور و بيش از mg/1 3500 را براي آب خيلي شور ارائه داده است. از لايه هاي آبدار بسيار شور نمي توان به عنوان منبع آب شيرين استفاده كرد. از آنها مي توان به عنوان مخازني براي ذخيره موقتي آب شيرين استفاده كرد. آب با شوري ملايم را مي توان در صنعت براي خنك كردن ماشين آلات مختلف مورد استفاده قرار د

اد.
معمولاً از لايه هاي آبدار موجود در سنگهاي آذرين و سنگهاي بلورين مي توان آب زيرزميني با كيفيت بسيار خوب با غلظت نمك كمتر از mg/1 100 ( كه از حدود mg/1 500 تجاوز نمي كند) به دست آورد. آب با كيفيت خوب در بالاي لايه هاي آبدار مناطق ساحلي و تپه هاي شني ساحلي يافت مي شود. در اعماق پايين تر لايه هاي آبدار مناطق ساحلي، به علت نفوذ آب شور به زمين، آبهاي زيرزميني بسيار شور به وفور ديده مي شوند. آب زيرزميني با كيفيت خوب را مي توان در لايه هاي رسوبي و آتشفشاني نيز با محدوديتهاي خاص پيدا نمود.

آب موجود در لايه هاي تشكيل شده از ماسه سنگ آبدار، ممكن است داراي مقادير زيادي سديم و بيكربنات ( Hco-3 ) باشد. در لايه هاي تشكيل شده از سنگهاي رسي آبدار، ممكن است اندكي اسيد و مقدار زيادي آهن، سولفات ( So-24 ) و فلورايد ( F- ) وجود داشته باشد. در لايه هاي تشكيل شده از سنگهاي آهكي آبدار با حالت قليايي امكان وجود اندكي كلسيم ( Ca2+) و منيزيم ( Mg2+ ) وجود دارد.
از جمله عواملي كه در قابليت انحلال يك نمك تأثير دارند، نوع املاح همراه آن نمك است. به عنوان مثال در حضور كلرور سديم يا نيترات سديم، قابليت حل شدن گچ

تا حد زيادي افزايش مي يابد و به اين طريق امكان زياد شدن آن در آب فراهم مي شود. لازم به ذكر است به محض اينكه غلظت كلرور سديم از حد معيني تجاوز نمايد قابليت حل شدن سولفات كلسيم دو مرتبه پايين مي آيد. به طور كلي مي توان گفت نوع سنگ يا رسوبات زمين شناسي و درجه قابليت حل شدن نمكهاي آنها در آب، از عوامل بسيار مهم مطالعه كيفي آبها است. از اين رو در ارائه اثر سنگها و رسوبات مختلف زمين شناسي بر كيفيت آبها را به طور مختصر مورد بررسي قرار مي دهيم.
۹-۳-۱- كيفيت آب در زمينهاي آهكي

قابليت حل شدن تركيبات آهكي به مقدار گازكربنيك موجود در هوا، و خاك بستگي دارد. قابليت حل شدن Co با كاهش درجه حرارت آب افزايش مي يابد و كربنات كلسيم متناسب با گازكربنيك موجود در آب حل مي شود. چون ميزان‌ آن در آب باران محدود است و از ۵۰ ميلي گرم درليتر تجاوز نمي كند، در آبهاي زيرزميني مقدار انيدريد كربنيك آزاد بين ۲۰ الي ۵۰ ميلي گرم در ليتر است.
سرعت قابليت حل شدن سنگهاي آهكي مختلف به يك اندازه نيست. براي مثال، قابليت حل شدن كالسيت بيشتر از دولوميت است. به طور كلي آهكهاي كارستي از لحاظ كربناتها غني ولي از لحاظ كلرورها و سولفاتها فقير است و كلاً باقيمانده خشك آنها كم است و از حدود ۵۰۰ ميلي گرم در ليتر تجاوز نمي نمايد.

۹-۳-۲- كيفيت آب در زمينهاي گچي و نمكي
املاح آب در اين زمينها به سرعت افزايش مي يابد. علت آن حل شدن سريع تركيبات سولفاته و كلروره در آب است. در زمينهاي مذكور، مقدار زيادي از گچ در آب حل مي شود تا حدي كه ممكن است به درجه اشباع رسيده و رسوب كند. آبها پس از اشباع شدن از سولفات كلسيم، مي توانند مقدار بيشتري از نمكهاي منيزيم را در خود حل كنند، زيرا املاح منيزيم از قابليت حل شدن بيشتري برخوردارند.
قابليت حل شدن كلرورها نيز زياد است. به طور كلي مي توان گفت كه در آبهاي زيرزميني ، كلرورها كمتر به حد اشباع مي رسند، در صورتي كه در آبهاي سطحي، امكان اشباع شدن آنه

ا زياد است. از اين رو غالباً در مناطق خشك به ويژه در حاشيه كوير، به طور متناوب رسوبات گچي و رسوبات نمكي ديده مي شوند. باقيمانده خشك آبهاي اين مناطق به ۲۰۰ گرم در ليترمي رسد.
۹-۳-۳- كيفيت آب در زمينهاي مارني و رسي
تخلخل طبقات مارن و رس زياد است و در بعضي موارد به ۵۰% مي رسد. منافذ طبقات مذكور بسيار كوچك و درعين حال بسيار زياد است، در نتيجه سطح تماس آب و سنگ مي تواند زياد باشد. از طرفي به دليل آنكه سرعت حركت آب در اين زمينها خيلي كم است مي توان گفت كه توقف آب در آنها زياد مي باشد ( آب در حال سكون است). سطح تماس زياد و توقف زياد آب در اين زمينها سبب افزايش نمكهاي آب مي شود.

از اين گذشته چون مارنها و رسها به هنگام رسوب كردن در دريا مي توانند تا ۵۰% حجم خودشان، آب شور دريا را در خود نگه دارند، اين تشكيلات، غالباً داراي نمكهاي زياد و شور مي باشند؛ در نتيجه آبهاي زيرزميني زيرزميني در اين مناطق نيز داراي نمك فراوان هستند به طوري كه باقيمانده خشك آبها از چندين گرم در ليتر تجاوز مي كند. در تشكيلات مارني و رسي ميزان سولفات (So ) و كلر( Cl ) بالاست. سولفاتها به صورت سولفات كلسيم و سولفات منيزيم و كلرورها به صورت كلرور سديم هستند.

۹-۳-۴- كيفيت آب در زمينهاي ماسه اي و شني
سطح مجاورت آب با ماسه هاي نرم، زياد است؛ از اين رو معمولاً مقدار مواد محلول در آب در اين نوع رسوبات، نسبت به رسوبات درشت دانه تر يعني شن و ماسه درشت، بيشتر است. ضمناً در رسوبات ماسه اي و شني، مقدار كلر، سولفات سديم، كلسيم و منيزيم از سنگهاي آهكي بيشتر است.
از آنجا كه زمينهاي ماسه اي و شنهاي كاملاً سيليسي، غالباً داراي مواد كوارتزي و غير محلول هستند، نمك در آنها بسيار كم است. در آب اين نوع زمينها مقدار كلسيم و منيزيم نيز خيلي كم مي باشد. كربنات و بيكربنات هم از چند ميلي گرم در ليتر تجاوز نمي كنند. PH اين نوع آبها پايين و در حدود ۵با ۶ است.
۹-۳-۵- كيفيت آب در زمينهاي آذرين
املاح آب در اين نوع زمينها، نسبت به زمينهاي رسوبي كمتر است. آب در زمينهاي گرانيتي داراي مقدار زيادي سيليس كلوئيدي يا غير كلوئيدي، كربنات قليايي يا بيكربنات كلسيم و مقداري انيدريد كربنيك و هم است. اين زمينها داراي كلسيم، منيزيم و سولفات و مقدار كمي كلرور هستند. ‍PH آب اسيدي است ولي بر ار خروج گاز كربنيك آب، محيط، قليايي مي شود؛ بنابراين خواص آب كه از زمينهاي گرانيتي خارج مي شود قليايي است.
از آنجا كه در سنگهاي آذرين تخريب كمي صورت مي گيرد، باقيمانده خشك آبهاي اين مناطق نيز كم است. در مرحله كربناته شدن آنها، مقداري از املاح مانند سيليس به ميزان ۱۰ تا ۴۰ ميلي گرم در ليتر رسوب مي كند. نسبت يونهاي كلسيم و منيزيم اين آبها با كلسيم و منيزيم موجود در سنگ گرانيتي مجاور آب متناسب است. با آنكه پتاسيم موجود در اين نوع سنگها بيشتر از سديم است، ولي مقدار پتاسيم موجود در آب كمتر است زيرا پتاسيم، جذب مواد تجزيه شدة ديگر مي شود.
خواص و تركيب آب زمينهاي بازالتي نيز با نسبت يونهاي موجود در سنگ بازالت متناسب است. به علت زياد بودن مقدار كلسيم و منيزيم در سنگ، مقدار منيزيم و كلسيم در آب هم زياد مي شود، ولي هيچگاه مقدار كلسيم از ۳ ميلي اكي والان در ليتر و مقدار منيزيم از ۲ ميلي اكي والان در ليتر تجاوز نمي كند؛ در حالي كه مقدار سديم كمتر است و به ۲ ميلي اكي والان هم نمي رسد. آب زمينهاي بازالتي داراي مقدار كمي سولفات، كلروبيكربنات است. ميزان بيكربنات و همچنين PH اين آبها كمي بيشتر از آبهاي زيرزميني مخازن گرانيتي است.

باقيمانده خشك آبهاي اين مخازن نيز معمولاً كم است و از ۴۰۰ ميلي گرم در ليتر تجاوز نمي كند. مقدار سيليس آب در زمينهاي بازالتي كمتر از زمينهاي گرانيتي است، به طور كلي باقيمانده خشك آب مخازن آذرين هميشه كم است و خيلي كم اتفاق مي افتد كه مواد موجود در آب به حد اشباع برسد.
۹-۴- تأثير عامل هيدروژئولوژي و پاك كننده ها در كيفيت آبهاي زيرزميني
كيفيت آب با طي مسافت زياد و عبور از دانه بندي هاي مختلف خاك يا رسوبات، تغيير مي كند. هر اندازه آبهاي زيرزميني مسافت بيشتري را طي مي نمايند، در طول راه املاح بيشتري را در خود حل مي كنند. از سوي ديگر، چون در گذرگاههاي زيرزميني، دانه بندي رسوبات در قسمت پايين د

شت به تدريج ريزتر مي شود، سرعت جريان آب زيرزميني هم، كندتر مي گردد و مدت زمان تماس آب با رسوبات افزايش مي يابد؛ در نتيجه مقدار مواد محلول در آب هم، زيادتر مي شود. بطور كلي، براساس قوانين هيدروژئوشيمي، كيفيت آبهاي زيرزميني زيرزميني زيرزميني در جهت جريان، از ابتدا تا انتها به اين سه صورت درمي آيد: در منطقه نفوذ به صورت بيكربناتها، سپس به صورت سولفاتها، و در انتها به صورت كلرورها.
عواملي ماند پودر لباسشويي، صابون و ديگر مواد نمكدار نيز در تغيير كيفيت آبهاي زيرزميني مؤثرند. امروزه، در نتيجه مصرف زياد مواد شيميايي نمكدار، به ويژه پودرهاي لباسشويي و صابونها و امثال آنها، به مقدار نمك آبهاي جاري در شهرها و روستاها به ويژه در شهرهاي بزرگ و نيز آبهاي زيرزميني كه در اثر نفوذ آبهاي سطحي آلوده به وجود آمده اند، به ميزان قابل توجهي افزوده شده است.
۹-۵- سختي ( Hardness ) آبهاي زيرزميني
وقتي باران اسيدي به درون سنگ آهك يا تشكيلات دولوميتي نفوذ مي كند، كربناتهاي كلسيم و منيزيم را در خود حل مي نمايد. آنگاه آب زيرزميني حاصله، سخت ( Hard ) ناميده مي شود. آب سخت با صابون واكنش نشان نمي دهد، بنابراين براي مقاصد بهداشتي خانگي مناسب نيست. آب سخت، وقتي منتقل مي شود يا حرارت داده مي شود، توده اي از جرم گرفتگي را در مخازن و مجراهاي آب توليد مي كند. آب زيرزميني سخت، معمولاً از لايه هاي آبدار دولوميني، سنگ آهكي و ژيپسي كه بوسيله لايه هاي خاك سطحي ضخيم پوشيده شده اند، حاصل مي شود.
ادامة عمل انحلال آب اسيدي در چنين لايه هاي آبداري، سختي را افزايش مي دهد تا آنجا كه دي اكسيد كربن آب زيرزميني تمام شود، و سختي كربناته تثبيت گردد. مقدار سولفات آب زيرزميني، بيشتر به عمل انحلال آب بستگي دارد تا مقدار دي اكسيد كربن. عمل انحلال متناسب با مدت تماس با‌ آب افزايش مي يابد بنابراين مقدار سولفات در طول مدتي كه آب جريان دارد دائماً افزايش مي يابد. در اين قبيل لايه هاي آبدار، سولفات ها درشت ترين مواد جامد حل شده را تشكيل مي دهند اگر چه مقدار كربناتها از مقدار سولفاتها تجاوز مي كند.

هنگامي كه يك رودخانه به طور هيدروليكي با يك لاية آبدار اتصال پيدا مي كند، مقدار سختي از يك الگوي فصلي تبعيت خواهد كرد. سختي و قلياييت آب زيرزميني، طي يك دورة طولاني مدت كم آبي رودخانه، به تدريج افزايش يافته و در طي دورة سيلابي يا پرآبي رودخانه به طور ناگهاني كاهش مي يابد. آب زيرزميني ناشي از نفوذ آب يك رودخانه داراي كيفيت شيميايي با يكنواخت تري نسبت به آب سطحي همان رودخانه خواهد بود ( Walton , 1970 ). در اين اگرچه حالت آبهاي زيرزمين

ي، بيشتر از رودخانه ها نشأت مي گيرند، كيفيت آنها تحت تأثير تغييرات ناگهاني كيفيت آب سطحي، قرار نمي گيرد. معمولاً آبهاي زيرزميني از آب نفوذي از رودخانه، از نظر مزه، بو، تيرگي، باكتري هاي بيماري زا و مواد آلي نسبت به آب سطحي در وضعيت بهتري هستند مگر در مواردي كه رودخانه استثنائاً بار مواد آلي ( Organic loads ) سنگيني حمل كند.

سختي آب ( Hr ) معمولاً برحسب غلظت يونهاي كلسيم و منيزيم سنجيده مي شود. Hr برحسب ميلي گرم بر ليتر كربنات كلسيم ( Ca C o3 ) بيان شده و از معادلة زير محاسبه مي شود

( Todd, 1980 ):
Hr= 2.5 Ca + 4 . 1 Mg
هنگامي آب به عنوان آب نرم شناخته مي شود كه كربنات كلسيم آن كمتر از m/g 75 باشد. محدودة كربنات كلسيم براي آب با سختي متوسط بين ۷۵ تا mg/ l 100 و براي آب سخت، بين ۱۵۰ تا mg/l 300 مي باشد. هنگامي آب، به عنوان آب بسيار سخت شناخته مي شود كه كربنات كلسيم از mg/l 300 تجاوز كند.
براي مصارف خانگي فقط آب نرم را مي توان مورد استفاده قرار داد. اثرات آب نرم و سخت بر سلامت انسان بحثهاي بسياري را موجب شده است. درجه سختي قابل قبول در صنعت بسته به نوع صنعت به طور قابل ملاحظه اي تغيير مي كند. موقعيت و محل چاهها براي بدست آوردن آب با درجه سختي مناسب كه براي صنايع خاصي در خور استفاده باشد بايد به دقت مورد بررسي قرار گيرد. معمولاً در اين گونه مطالعات نقشه هاي خطوط هم تراز سختي آبهاي زيرزميني را در داخل محوطة مورد نظر رسم كرد. در صورت وجود سختي زياد لازم است پتانسيل تغييرات ناشي از عوامل محيطي نيز سنجيده و بررسي شوند.
۹-۶- گازهاي حل شده
اكثر آبهاي زيرزميني داراي گازهاي حل شده اند. اين گازها يا از جو( نيتروژن، اكسيژن و دي اكسيد كربن ) مشتق شده اند، يا از فساد مواد آلي ( كه سولفيد هيدروژن و گاز قابل اشتعال به متان را توليد مي كند ) نشأت گرفته اند. گازهاي دي اكسيد سولفور، اكسيدهاي نيتروژن و آمونيم كمترند.

سولفيد هيدروژن را در غلظت كمتر از mg/l 0/1 از روي بو مي توان تشخيص داد. گاز متان از تجزية مواد آلي دفن شده مانند زباله هاي جامد انباشته شده در يك محل، گورستانها توليد مي شود. گاز متان، بي رنگ و بدون مزه است. آبي كه داراي مقدار اندكي بين ۱ تا ۲ ميلي گرم در ليتر متان باشد مي تواند در فضايي كه عمل تهويه در آن به خوبي انجام نمي شود، توليد انفجار نمايد. متان، عامل بسياري از حوادث از قبيل خفگي در عمق چاههاي دستي و گودالها و انفجارات و آتش سوزي ها در حفره هاي چاهها است. گاز متان مي تواند قسمت پايين سازه ها مانند زيرزمين و طبقة همكف ساختمانها و مخازن روي زمين را به دليل فشار زياد، منجفر كند مگر اينكه عمل تهويه در اين قبيل سازه ها به خوبي صورت پذيرد. گازهاي حل شده در آب زيرزميني با افزايش درجه

حرارت يا كاهش فشار، آزاد مي شوند. در اكثر آبهاي زيرزميني، غلظت آبهاي حل شده، از ۱ تا PPM 100 تغيير مي كند. اين گازها به پمپها و پوشش داخل چاهها از طريق ايجاد خردگي و كاويتاسيون زيان مي رسانند( U . S Bureau of Reclation, 1977 ).
9-7- علل و تأثيرات تغيير كيفيت آبهاي زيرزميني
واكنش بين آب زيرزميني و محيط طبيعي آن تمايل به ايجاد يك تعادل شيميايي در كيفيت آب

زيرزميني دارد. فاكتورهايي از قبيل عكس العملهاي شيميايي، گردش آب با مقادير متفاوت از منابع مختلف و خارج و وارد كردن آب آلوده يا تميز به داخل لايه هاي آبدار موجب تغيير در تركيب شيميايي و ديگر كيفيتهاي آب مي شود.
تبادل يوني اوليه، تغييراتي فيزيكي و شيميايي در كيفيت آب زيرزميني به وجود مي آورد. اين تبادل يوني عمدتاً شامل كاتيونهاي مشخصي مانند سديم، كلسيم و منيزيم مي شود. وقتي آب حاوي سديم زياد به داخل خاك نفوذ كند، سديم، كلسيم و ديگر يونها را جابه جا مي كند. اين امر باعث تجمع مواد در درون حفره هاي خاك و كاهش نفوذ پذيري خاك مي شود. چناچه گچ ( So4 Sa ) به خاك اضافه شود، كلسيم كاتيون غالب شده و با انجام تبادل يوني، نفوذ پذيري خاك بيشتر خواهد شد. اين تغييرات در نفوذ پذيري، باعث ايجاد تغييراتي در سرعت آب زيرزميني شده و كيفيت آب را تحت تأثير قرار خواهد داد.
تبادل يوني اوليه، به عنوان تغيير آب از حالت سخت به نرم ( Soft ) شناخته شده است. مقادير زياد كلسيم و منيزيم در لايه هاي آبدار مناطق ساحلي، به تبادل يوني اوليه نسبت داده شده و اين امر نمي تواند نتيجه اختلاط سادة آب دريا و آب تازه باشد. پديدة تبادل يوني اوليه كمك مي كند تا مسائلي كه با راه حل شيميايي ساده يا الگوهاي جريان آب زيرزميني نمي تواند تعريف شود،

مشخص گردند. براي مثال، وجود نمك در آب زيرزميني بيشتر از آنچه كه در آب دريا وجود دارد، ممكن به علت تماس آب زيرزميني با سنگهاي رسوبي باشد ( Hanshaw, 1972 ). آب دريا ممكن است در اين مثال مواد دانه ريز مانند خاك رس، برخي از يونها را طي فرايند تبادل يوني اوليه، نگهداري مي كنند.
يك لايه آبدار كه از لايه هاي نيمه نفوذ پذير ( Aquiclude ) تشكيل شده نيز مي تواند اختلافاتي بين فشار اسمزي و پتانسيل الكتريكي ( Electric potential ) اين لايه و ساير لايه هاي آبدار ايجاد كند ( Hanshaw, 1972 ). ارتفاع نمايش دهندة فشار در يك لاية آبدار شني كه روي يك لاية‌ شيل (

Shale ) واقع شده است، ممكن است كمتر از حد معمول باشد. دليل اين امر خارج شدن آب از خاك شيل به علت خاصيت اسمزي لايه است.
تغيير كيفيت شيميايي در لايه هاي آبدار كم عمق از لايه هاي آبدار عميق شديدتر است زيرا لايه هاي آبدار كم عمق، بيشتر تحت تأثير تغييرات فصلي و فعاليتهاي انسان قرار مي گيرند. رسوب مواد شيميايي، يونها را با تشكيل تركيبهاي حل نشدني از مواد محلول جدا كرده و باعث تغيير شيميايي آب مي شود. رسوب كربنات كلسيم و آزاد شدن دي اكسيد كربن از كاهش فشار يا افزايش دما ناشي مي شود.
۹-۸- خواص فيزيكي آبهاي زيرزميني
تحليل فيزيكي آبهاي زيرزميني شامل تعيين رنگ، طعم، بو، تيرگي و دماي آن است. رنگ آب به نوع مواد معدني و آلي درون محلول بستگي داشته و در مقايسه با محلول استاندارد، معمولاً برحسب ميلي گرم در ليتر گزارش مي شود( Hem, 1970 ). طعم و بو معمولاً به صورت تجربي تأليف مي شوند، اگرچه مي توانند از نظر كيفيت، با توجه به بيشترين درجه دقت درمقايسه با آب بدون طعم و

بو، مشخص شوند. تيرگي ( Turbidity ) معياري براي تشخيص مواد معلق و كلوئيدي موجود در آب از قبيل مواد آلي، ميكروارگانيسم هاي ميكروسكپي و ذرات گل و لجن است. اندازه گيري تيرگي ممكن است بر پاية طول مسير طول گذرنده از ميان آب كه باعث محو شدن تصوير شمع استاندارد مي شود، صورت گيرد.