لایه های آبدار و مواد تشکیل دهنده آن

بخشی از آب‌ های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط مخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کند. لایه‌ های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان‌ های مختلف بوجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی و … باعث می‌شود بخش‌ های مختلف فضای زیر زمین ظرفیت‌ های متفاوتی برای جذب، ذخیره و انتقال آب داشته باشد. لایه‌هایی از زمین که به صورت نسبی ظرفیت بالاتری برای جذب، ذخیره و انتقال آب دارند، لایه آبدار نامیده می شوند. به طور کلی در آب های زیر زمینی دو موضوع حائز اهمیت است. یک حجم آب موجود در داخل مواد که به تخلخل آن بستگی دارد و دیگری ضریب نفوذپذیری مواد که سرعت حرکت آب تابع مستقیمی از آن است. بر این اساس مواد نگهدارنده آب در لایه های آبدار به چند گروه تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:

آکیفر (Aquifer): واژه آکیفر که در فارسی به آن لایه آبدار زیرزمینی گفته می شود و اخیرا در برخی منابع با نام آبخوان (سفره) نیز مشاهده می کنید؛ اولین بار در سال 1896 توسط یک زمین شناس آمریکایی اهل آیوا به نام ویلیام هارمون نورت در یک گزارش آب زیر زمینی بکار برده شد. آکیفر به تشکیلاتی اطلاق می شود که علاوه بر دارا بودن آب قادر است در صورت برقراری شیب هیدرولیکی آب را از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال دهد. ضریب نفوذ ناپذیری ذاتی مواد تشکیل دهنده آکیفر در حدود 0.01 دارسی یا بالاتر از آن است. متاسفانه در نوشته های فارسی برای واژه آکیفر، سفره آب زیرزمینی به کار برده می شود که اصطلاح چندان مناسبی نیست و لذا هنگامی که لایه آبدار گفته می شود منظور همان آکیفرها می باشند. در بالا یا پایین آکیفرها ممکن است یک لایه محدود کننده غیر قابل نفوذ وجود داشته باشد.

آکی تارد (Aquitard): لایه هایی هستند که دارای آب می باشند ولی هدایت هیدرولیکی آن ها کم است. در صورتی که بین دو آکیفر، لایه آکی تارد واقع شده باشد انتقال آب از یک آکیفر به آکیفر دیگر ولو با سرعت کم امکان پذیر است. بنابراین آکی تاردها از نظر تغذیه آکیفرها در صورتی که در مجاورت آن واقع شده باشند حائز اهمیت می باشند. ولی اگر چاهی صرفا در آن ها حفر شود آبدهی نخواهد داشت. به طور خلاصه آکی تاردها لایه ای هستند با نفوذپذیری کم که می تواند آب را در خود ذخیره کند و آن را از یک آکیفر به آکیفر دیگر با سرعت کم انتقال دهد.

آکی کلود (Aquiclude): آکی کلود به لایه هایی گفته می شود که به دلیل داشتن منافذ زیاد می توانند آب را در خود ذخیره کنند اما هدایت آب در آن ها به قدری کم است که نمی توانند آب را به مقدار زیاد انتقال دهند. این لایه های آبدار معمولا به صورت لایه هایی در بالا و پایین آکیفرها قرار گرفته و برای آن ها مرزهای محدود کننده ای را ایجاد می کنند. لایه های رس نمونه ای از آکی کلودها هستند. در واقع هدایت هیدرولیکی آن ها به قدری کم است که می توان آن ها لایه های آبدار بسته یا محصور قلمداد کرد.

آکی فوژ (Aquifuge): آکی فوژ به لایه هایی گفته می شود، کاملا غیر قابل نفوذ که داراری منافذ متصل به هم نبوده و لذا قادر نیستند آب را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل سازند. اگر بین دو آکیفر لایه ای از آکی فوژ قرار داشته باشد ارتباط بین آن ها از نظر تبادل آب کاملا قطع می شود. یک لایه گرانیتی نمونه ای از یک آکی فوژ است. آن ها معمولا فاقد آب می باشند.

در بعضی شرایط لایه های نازک عدسی مانند رسی در داخل آبرفت وجود دارد که آب نفوذی روی آن ها تجمع پیدا کرده  و یک لایه آبدار کوچک موقت و مجزا را به وجود می آورد. اصطلاحا به این لایه های آبدار سفره های معلق (Perched) گفته می شود. درضمن این نکته را فراموش نکنید که در هیدرولوژی آب های زیرزمینی فقط آکیفرها ( لایه های آبدار ) از نظر بهره برداری موردنظر می باشند. لایه های آبدار (آکیفر) نیز بسته به این که سطح ایستابی مشخصی در آن ها وجود داشته باشد یا نه به دو گروه لایه آبدار غیر محصور (آزاد) و محصور (غیر آزاد) تقسیم بندی می شوند.

لایه های آبدار غیر محصور

لایه های آبدار غیر محصور که در نزدیک سطح زمین مشاهده می شوند به لایه هایی گفته می شوند که مواد تشکیل دهنده آن ها از سطح زمین تا لایه غیر قابل نفوذ انتهایی (لایه کف) دارای نفوذپذیری ذاتی نسبتا زیاد است. تغذیه این لایه ها می تواند از بارندگی هایی که روی آن ها باریده شده صورت گرفته و یا آن که از منابع دیگر تامین شود. اگر در این لایه ها چاهی حفر گردد سطح ایستابی مشخصی در آن ها مشاهده خواهد شد که لایه اشباع پایین و لایه هوادار بالا را از یکدیگر متمایز می سازد. سطح ایستابی در لایه های آبدار غیر محصور یک سطح افقی نبوده و بسته به محل تغذیه، یا پمپاژ دارای پستی و بلندی است. از مشخصات لایه های آبدار غیر محصور آن است که آب داخل این لایه ها تحت فشار هیدرواستاتیک بوده و مقدار این فشار در سطح ایستابی صفر است. لایه های غیر محصور را لایه های آبدار آزاد (Phreatic) نیز می گویند. بنابراین چنان چه چاهی در آن ها حفر شود پس از برخورد با آب، سطح آب در چاه بالا نخواهد آمد.

لایه های آبدار محصور

در لایه های آبدار محصور که به آن ها لایه های زیرین تحت فشار یا آرتزین (Artesian) نیز گفته می شود سطح ایستابی به آن معنی که در لایه های آبدار غیر محصور مشاهده می شود وجود نداشته بلکه به جای آن سطح فشار یا سطح پیزومتری مطرح است. در این وضعیت معمولا آکیفر بین دو لایه نسبتا غیر قابل نفوذ محصور شده و تغذیه آن از محلی صورت می گیرد که آکیفر با سطح زمین نماس پیدا می کند و ممکن است این محل در فاصله بسیار زیادی از محل حفر چاه واقع شده باشد. اگر در این آکیفرها چاهی حفر شود پس از برخورد چاه با این آکیفر، آب در داخل آن بالا آمده (چاه نیمه آرتزین) و ممکن است گاهی اوقات از سطح زمین نیز فوران نماید (چاه آرتزین) این چاه ها را به این دلیل آرتزین می نامند که برگرفته از نام منطقه آرتوز در فرانسه است که اولین بار این پدیده در آن جا مشاهده گردید. بالا آمدن آب در داخل چاه به این دلیل است که آب موجود در آکیفر در هر نقطه از آن تحت فشاری است برابر با فاصله عمودی آن نقطه تا سطح ایستابی واقعی. امتداد سطح ایستابی واقعی را سطح فشار یا سطح پیزومتریک گویند. اگر در آکیفرهای تحت فشار چاهی را حفر کنیم، آب در داخل آن تا سطح پیزومتریک بالا خواهد آمد. در واقع این سطح مشابه یک سطح ایستابی مجازی که در آکیفرهای غیر محصور دیده شد، عمل می کند.