محتوای آموزشی
فصل سوم: منابع آب و خاک
مطالب صفحات ۴۱ تا ۵۸ کتاب با حفظ تعریفها، روابط محاسباتی، نکات شکلها، علت و معلولها و سؤالهای پرتکرار امتحان نهایی خلاصه شده است. توضیحهای افزوده با برچسب بنفش از متن کتاب جدا هستند.
آغاز فصل؛ آب و خاک، پایه زندگی
نقشه کلی فصل سوم
زمین به دلیل پوشیدهشدن بخش بزرگی از سطحش با اقیانوسها و دریاها، «سیاره آبی» دیده میشود. آب در سه حالت جامد، مایع و گاز میان هواکره و سنگکره در گردش است و در تغییر پوسته، فرسایش و اقلیم نقش دارد.
آب سطحی
بارش، رواناب، رودخانه، فرسایش و رسوبگذاری.آب زیرزمینی
نفوذ، آبخوان، چشمه، قنات، چاه و بهرهبرداری.خاک
تشکیل از هوازدگی و مواد آلی، افقها، فرسایش و حفاظت.حوضه آبریز و سرعت جریان رود
از بارش تا رواناب و الگوی سرعت
بخشی از بارش تبخیر میشود، بخشی به صورت رواناب به مناطق پستتر میرود و بخشی از رواناب با نفوذ به زمین، آب زیرزمینی را تغذیه میکند.
حجم آب جاری در برابر کل آبکره ناچیز است، اما رودها مهمترین عامل تغییر شکل سطح خشکیها هستند: در محل پرانرژی فرسایش و در محل کاهش انرژی رسوبگذاری میکنند.
رود مستقیم
بیشترین سرعت در وسط و نزدیک سطح آب است. نزدیک کف و دیوارهها به علت اصطکاک، سرعت کمینه میشود.رود پیچان
بیشترین سرعت به دیواره مقعرِ بیرونی پیچ منتقل میشود؛ آنجا فرسایش بیشتر و در دیواره محدبِ داخلی رسوبگذاری بیشتر است.آبدهی رود و انواع رودها
رابطه Q=A×V و تبدیل زمان
آبدهی یا دبی، حجم آبی است که در واحد زمان از مقطع عرضی رودخانه عبور میکند. سرعت و آبدهی در طول رود و فصلهای مختلف ثابت نیست.
| نماد | معنی | یکا |
|---|---|---|
| Q | آبدهی یا دبی | m³/s |
| A | مساحت سطح مقطع جریان | m² |
| V | سرعت متوسط جریان | m/s |
ماشینحساب دبی و حجم عبوری
رود دائمی
در مناطق مرطوب با بارش زیاد و تبخیر کم. در نبود بارندگی، آبدهی پایه از ذوب برف و یخ یا ورود آب زیرزمینی تأمین میشود.رود موقتی/فصلی
در مناطق گرم و خشک با بارش کم و تبخیر زیاد.آب زیرزمینی، قنات و منطقه تهویه
بزرگترین ذخیره آب شیرین قابل بهرهبرداری خشکیها
بارش مهمترین منشأ آب زیرزمینی است. آب زیرزمینی در منافذ و فضاهای خالی لایههای نزدیک سطح جمع میشود و با چاه، چشمه و قنات قابل بهرهبرداری است.
اهمیت
با وجود سهم کم از آبکره، بزرگترین ذخیره آب شیرین قابل استفاده در خشکیهاست و در ایران به علت کمبود آب سطحی بسیار مهم است.قنات
مادرچاه، میلهچاهها، کانال و مظهر دارد؛ آب بدون برق و با نیروی گرانش جریان مییابد.- کمربند رطوبت خاک: مجاور سطح، محل ریشهها و تأمین آب گیاه.
- کمربند حدواسط: بخشی از آب به علت جاذبه مولکولی آب و سنگ به صورت «آب معلق» میماند؛ در مناطق خشک میتواند صدها متر ضخامت داشته باشد و در مناطق مرطوب مانند گیلان گاهی وجود ندارد.
- کمربند مویینه: نزدیک آب زیرزمینی؛ آب بر اثر خاصیت مویینگی بالا میآید و ضخامت آن از چند سانتیمتر تا چند متر است.
منطقه اشباع، سطح ایستابی و چشمه
مرز مهم آب زیرزمینی
آب نفوذی پس از عبور از منطقه تهویه، به عمق بیشتری میرود تا تمام فضای خالی را پر کند و منطقه اشباع تشکیل شود. سطح بالایی این منطقه، سطح ایستابی است.
تبعیت از ناهمواری
سطح ایستابی تقریباً از توپوگرافی سطح زمین پیروی میکند، اما هموارتر از آن است.صعود مویینگی
در ذرات ریز و مجاری باریک، ارتفاع صعود مویینگی بیشتر است؛ بنابراین حاشیه مویینه ضخیمتر میشود.تخلخل؛ ظرفیت ذخیره آب
نوع منافذ و عوامل کنترلکننده
برای تشکیل آبخوان، سنگ یا رسوب باید فضای خالی داشته باشد. این فضاها میتوانند از ابتدا وجود داشته باشند یا بعداً ایجاد شوند.
منافذ اولیه
همزمان با تشکیل رسوب یا سنگ وجود دارند؛ مانند فضای میان ذرات آبرفت و منافذ پوکه معدنی.منافذ ثانویه
پس از تشکیل بر اثر شکستگی، هوازدگی، انحلال و عوامل دیگر ایجاد میشوند.اندازه و شکل دانه
بافت، نوع و شکل فضاهای خالی را کنترل میکند.جورشدگی
دانههای هماندازهتر معمولاً تخلخل بیشتری دارند؛ دانههای ریز میان دانههای درشت، فضاها را پر میکنند.سیمان و شکستگی
سیمانشدگی تخلخل را کم؛ هوازدگی و درز و شکاف معمولاً منافذ ثانویه را زیاد میکند.ماشینحساب افت ذخیره آبخوان
نفوذپذیری و انواع آبخوان
ذخیره آب با توان انتقال آن یکی نیست
تخلخل
مقدار فضای خالی و ظرفیت ذخیره آب.نفوذپذیری
توانایی انتقال و هدایت آب؛ وابسته به اتصال منافذ و اندازه مجاری.- رس: تخلخل حدود ۵۰٪ یا بیشتر، اما به علت مجاری بسیار ریز نفوذپذیری اندک.
- پوکه و سنگپا: ممکن است بسیار متخلخل باشند، اما اگر منافذ مرتبط نباشند آب عبور نمیکند.
- آبرفت و آهک حفرهدار کارستی: آبخوانهای مناسب و گاه چشمههای پرآب و دائمی.
- رس، بیشتر سنگهای آذرین و دگرگونی سالم: آبخوانهای ضعیف؛ مگر آنکه شکسته و هوازده باشند.
آبخوان آزاد
سطح آب چاه، سطح ایستابی را نشان میدهد و از بالا مستقیماً تغذیه میشود.آبخوان تحت فشار
میان لایههای نفوذناپذیر قرار دارد؛ سطح آب چاه تا سطح پیزومتریک بالا میآید. اگر خودبهخود به سطح برسد، چاه آرتزین است.حرکت آب زیرزمینی، کارست و ترکیب آب
جریان کند در مسیر منحنی
آب زیرزمینی از ناحیه با انرژی و سطح ایستابی بالاتر به ناحیه با انرژی کمتر، در مسیرهای منحنی حرکت میکند. سرعت آن بسیار کمتر از رودخانه و حدود یک متر در روز تا یک متر در سال است.
کارست
حاصل انحلال سنگهای کربناتی مانند آهک است؛ حفره، غار، فروچاله و تخلخل ثانویه ایجاد میکند و میتواند آبخوان و چشمه پرآب بسازد.ریسک کارست
شکستگیها و مجاری بزرگ، انتقال سریع آب و آلودگی را ممکن میکنند؛ بنابراین آبخوان کارستی به آلایندهها حساس است.ترکیب آب زیرزمینی از جایی به جای دیگر فرق میکند و عمدتاً شامل کلریدها، سولفاتها و بیکربناتهای کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم و آهن است. مقدار نمک محلول به جنس سنگ و کانی، سرعت نفوذ، دما و طول مسیر بستگی دارد.
کیفیت آب، سختی و آغاز آلودگی
اثر جنس سنگ بر املاح آب
| نوع سنگ/رسوب | ویژگی معمول آب |
|---|---|
| آذرین و دگرگونیِ شکسته و هوازده | املاح کمتر و معمولاً کیفیت مناسبتر برای مصرف |
| تبخیری؛ سنگ نمک و گچ | انحلال زیاد و آب پراملاح |
| کربناتی؛ آهک و دولومیت | کلسیم و منیزیم بیشتر؛ آب سخت |
| آبرفت رودخانهای | اغلب آب شیرین، مگر در حوضههای بسته یا مناطق شور |
آب سخت با صابون خوب کف نمیکند و در لولهها و ظرفها رسوب میگذارد. معیار اصلی سختی در کتاب، یونهای کلسیم و منیزیم است.
ماشینحساب سختی کل
آلودگی آب زیرزمینی با افزایش جمعیت، برداشت زیاد و ورود آلایندههای کشاورزی، صنعتی و شهری شدت میگیرد. منابع آلاینده به دو دسته نقطهای و غیرنقطهای تقسیم میشوند.
حریم منابع آب و مخروط افت چاه
پیشگیری از آلودگی مهمتر از پاکسازی
آلودگی نقطهای
از یک منبع مشخص مانند چاه فاضلاب مستقیماً وارد آب زیرزمینی میشود.آلودگی غیرنقطهای
از سطح گسترده، مانند رواناب آلوده مراتع و زمینهای کشاورزی، نفوذ میکند.در خاک ریزدانه، آلایندهها زودتر متوقف میشوند؛ در سنگهای درزدار و کارستی میتوانند مسافت زیادی حرکت کنند. خاک درشتدانه و اشباع، حرکت میکروبها را آسانتر میکند.
چاه حفرهای از سطح زمین تا منطقه اشباع است. با برداشت آب، سطح آب اطراف چاه پایین میرود و جریان طبیعی آب زیرزمینی به سوی چاه تغییر میکند.
بیلان آب و بحران ذخایر زیرزمینی
ورودی منهای خروجی برابر تغییر ذخیره
بیلان آب مانند ترازنامه اقتصادی است و نشان میدهد ذخیره آبخوان افزایش یافته یا کاهش پیدا کرده است.
بیلان مثبت
ورودی بیشتر از خروجی؛ ذخیره افزایش مییابد.بیلان صفر
ورودی و خروجی برابر؛ ذخیره تقریباً ثابت میماند.بیلان منفی
خروجی بیشتر از ورودی؛ ذخیره کاهش مییابد و خطر افت سطح آب و فرونشست بالا میرود.ماشینحساب بیلان آبخوان
فرونشست زمین و آغاز مبحث خاک
پیامد مستقیم برداشت بیرویه
فرونشست حرکت قائم و روبهپایین سطح زمین است. مهمترین علت آن در مناطق خشک و نیمهخشک، برداشت بیرویه از سفرههای آب زیرزمینی است.
شکلهای بروز
فروچاله سریع، ترک و شکاف، یا نشست آرام سطح وسیع.خسارتها
کاهش حاصلخیزی، کجشدن چاهها، لولهزایی، تغییر شیب جاده و رودخانه و افزایش سیلخیزی.راه کاهش
کاهش برداشت و تقویت آبخوان با تغذیه مصنوعی.تعریف خاک
خاک محصول هوازدگی فیزیکی و شیمیایی سنگها همراه با بقایای در حال فساد جانداران است و میان سنگ بستر و هواکره قرار میگیرد. خاک از بخش آلی یا هوموس و بخش معدنی تشکیل میشود؛ بخش معدنی دستکم ۸۰٪ خاک است.
بافت خاک، خاک لوم و افقهای خاک
مهمترین صفحه خاک برای امتحان
خاک رسی
ذرات بسیار ریز، نگهداری آب زیاد، عبور آب و تهویه کم؛ برای ریشه نامناسب اگر به تنهایی باشد.خاک شنی
زهکشی خوب، اما نگهداری آب و مواد غذایی کم؛ به تنهایی برای رشد مطلوب نیست.خاک لوم
مخلوط ماسه، سیلت و رس؛ حفظ رطوبت و غنیبودن از مواد مغذی، خاک دلخواه کشاورزی.ریشه گیاه، گیاخاک همراه ماسه و رس؛ مواد آلی رنگ خاکستری تا سیاه میدهد.
رس، ماسه، شن، املاح شستهشده از A و مقدار کمی گیاخاک.
مواد سنگی اندکی تخریب و تجزیه شدهاند؛ قطعات سنگ مادر هنوز مشخصاند.
سنگ تقریباً دستنخورده و بدون تخریب یا تجزیه.
هوازدگی فلدسپار میتواند کانی رسی کائولینیت بسازد که در خاک و صنایع کاشی و چینی مهم است. کوارتز در برابر هوازدگی شیمیایی مقاوم است؛ خاک حاصل از سنگ کوارتزدار معمولاً شنی و کمارزشتر برای کشاورزی است.
فرسایش آبی؛ از قطره باران تا خندق
جداشدن، حمل و رسوبگذاری
هوازدگی مقدمه فرسایش است. در فرسایش، ذرات خاک از بستر جدا و به کمک آب، باد، یخچال، جاذبه یا آب زیرزمینی به محل دیگری منتقل میشوند.
قدرت فرسایندگی رواناب
به سرعت، جرم و مقدار مواد معلق بستگی دارد. آب دارای مواد معلق از آب خالص فرسایندهتر است.شروع رسوبگذاری
وقتی مواد از توان حمل بیشتر شوند یا سرعت و انرژی آب کاهش یابد.- سرعت با کاهش شیب بستر، عریضشدن بستر یا کمشدن مقدار آب کاهش مییابد.
- ورود رود به دریا یا مخزن سد، افت شدید انرژی و تهنشینی مواد را در پی دارد.
- کانالسازی و پوشش گیاهی میتواند انرژی رواناب را کم کند.
دیاژنز، مارن و ضرورت حفاظت خاک
از رسوب تا سنگ و از خاک تا توسعه پایدار
| اندازه ذره | رسوب | سنگ حاصل |
|---|---|---|
| بزرگتر از ۲ میلیمتر | شن، ریگ، قلوهسنگ | کنگلومرا برای ذرات گرد؛ بُرش برای ذرات زاویهدار |
| ۱/۱۶ تا ۲ میلیمتر | ماسه | ماسهسنگ |
| کوچکتر از ۱/۱۶ میلیمتر | سیلت و رس | سیلتسنگ، گِلسنگ و شیل |
فرسایش، ضخامت و مواد معدنی و آلی خاک را کم و حاصلخیزی را کاهش میدهد. رسوبگذاری در آبراهه و سد نیز ظرفیت آبگیری را کم میکند.
حفاظت آب و خاک
کاهش فرسایش و آلودگی، استفاده بهینه از منابع و حرکت به سوی توسعه پایدار.معیار موفقیت
سرعت فرسایش باید از سرعت تشکیل خاک کمتر باشد.پیامدهای سازندهای مارنی در ایران
بخش «بیشتر بدانید» و کماولویت امتحانی
سازندهای مارنی سطح وسیعی از ایران را پوشاندهاند و به علت فرسایشپذیری زیاد، رسوب فراوان تولید میکنند.
خاک و دامنه
کاهش کیفیت اراضی کشاورزی، مرتعی و جنگلی و افزایش خطر حرکت تودهای و زمینلغزش.آبهای سطحی
افزایش بار معلق و کاهش کیفیت آب و ظرفیت مخازن سد و برکه.مدیریت بومی
مکانیابی مناسب برکه و ساخت حوضچه رسوبگیر در ورودی آب؛ پس از سیلاب نیاز به لایروبی.هیدروژئولوژی و رسوبشناسی
پیوند علم با زندگی و کارآفرینی
هیدروژئولوژی
مطالعه حرکت آب در زمین، اکتشاف و شناخت آب زیرزمینی، بهرهبرداری و فعالیتهای عمرانی و معدنی مرتبط با آب.رسوبشناسی و سنگشناسی رسوبی
مطالعه انتقال و تهنشینی رسوبات و تبدیل آنها به سنگهای رسوبی.متخصصان این حوزه در پروژههای تأمین و انتقال آب، سدسازی، تونلسازی، راهسازی، معدن، محیط زیست و مدیریت منابع طبیعی نقش دارند.
صفحه تصویری گذار به فصل چهارم
چینخوردگی لایههای ماسهسنگی شمال سراوان
این صفحه تصویر نمونهای از چینخوردگی است و فصل سوم را به فصل چهارم «پویایی زمین» پیوند میدهد. نکته آموزشی مستقل و مستقیم از منابع آب و خاک ندارد.
اولویتبندی فصل سوم برای امتحان نهایی
بر پایه متن کتاب و الگوی سؤالهای بارگذاریشده.
اولویت خیلی بالا
- رابطه Q=A×V و تبدیل زمان
- منطقه تهویه، اشباع و سطح ایستابی
- تفاوت تخلخل و نفوذپذیری
- آبخوان آزاد، تحت فشار و چاه آرتزین
- مخروط افت و بیلان ΔS=I−O
- فرونشست و علت اصلی آن
- خاک لوم و افقهای A، B و C
- فرسایش ورقهای و خندقی
اولویت متوسط
- حوضه آبریز و الگوی سرعت رود
- کارست و حساسیت به آلودگی
- سختی آب و رابطه TH
- منابع نقطهای و غیرنقطهای آلودگی
- حریم کمی و کیفی چاه
- مارن و حفاظت خاک
اولویت پایینتر
- عددهای جزئی قنات قصبه
- دانشمندان ایرانی آب زیرزمینی
- جزئیات TDS در جمعآوری اطلاعات
- جزئیات دیاژنز
- مطالب گسترده سازندهای مارنی صفحه ۵۶
- فهرست سازمانهای محل اشتغال
آزمون خودسنجی فصل سوم
گزینه مناسب را انتخاب کنید و در پایان «تصحیح آزمون» را بزنید.
۱) حوضه آبریز چیست؟
۲) بیشترین سرعت در رود مستقیم معمولاً کجاست؟
۳) رودی با سطح مقطع ۲۰ مترمربع و سرعت ۸ متر بر ثانیه چه دبیای دارد؟
۴) سطح بالایی منطقه اشباع چه نام دارد؟
۵) کدام عبارت درباره رس درست است؟
۶) در آبخوان آزاد، سطح آب چاه چه چیزی را نشان میدهد؟
۷) کدام آبخوان به ورود سریع آلاینده حساستر است؟
۸) سختی آب بیشتر با کدام یونها سنجیده میشود؟
۹) پمپاژ آب از چاه چه ساختاری در سطح ایستابی ایجاد میکند؟
۱۰) اگر I=80 و O=110 میلیون مترمکعب باشد، بیلان چگونه است؟
۱۱) مهمترین علت فرونشست در مناطق خشک و نیمهخشک چیست؟
۱۲) خاک مطلوب کشاورزان که ماسه، سیلت و رس دارد چیست؟
۱۳) قطعات سنگی که اندکی تخریب شدهاند بیشتر در کدام افقاند؟
۱۴) قدرت فرسایندگی رواناب به چه چیزهایی وابسته است؟
فلشکارت مرور پنجدقیقهای
روی هر کارت بزنید تا پاسخ نمایش داده شود.