خشک سالي، تهديدي براي پل هاي زاينده رود (3)

ايجاد شکاف
 

اگر فرونشست حاصل از برداشت آب زيرزميني در محدوده اي با وسعت زياد اتفاق بيفتد، با توجه به آهسته بودن نرخ فرونشست اين موضوع مسئله ي بحراني و قابل توجهي نيست، مگر اينکه در نزديکي ساحل و يا در طول رودخانه هاي مستعد سيلاب و همچنين در جاهايي که ساختارهاي حساس به ارتفاع وجود دارند، اتفاق بيفتد. اما نکته ي مهم و قابل توجه در مورد فرونشست، پتانسيل ايجاد خسارت در نتيجه ي تراکم عمودي متفاوت (1)، جابه جايي هاي افقي (2) و ايجاد شکاف (3) است.

افت سطح ايستابي باعث مي شود شکاف ها در حاشيه ي حوضه ي فرونشست شکل بگيرند. رشد و توسعه ي شکاف ها بعد از گذشت يک سال يا بيشتر متوقف مي شود و در واقع به صورت غيرفعال در مي آيند؛ در عوض، شکاف هاي جديدي در نزديکي شکاف هاي قبلي شکل مي گيرد. (منظور از رشد شکاف ها افزايش طول و بازشدگي دهانه ي شکاف است). معمولاً بازشدگي دهانه ي شکاف ها در حد سانتي متر است، به طوري که با گذشت زمان و فرسايش، به طور متناوب بزرگ تر مي شوند.

شرايط ايجاد شکاف در نتيجه ي برداشت آب زيرزميني
 

شکل گيري شکاف ها در ارتباط با برداشت آب زيرزميني معمولاً در ارتباط با شرايط زير است:
1-در آب و هواي خشک و نيمه خشک که زون غيراشباع نسبتاً ضخيمي بر روي آبخوان قرار گرفته و به صورت منفعل حرکات آبخوان تحت تنش را تحمل مي کند.
2- در اثر برداشت طولاني مدت از آبخوان هايي که در آنها ميزان برداشت از آبخوان تا حد زيادي بيش از ميزان تغذيه است، تنش مؤثر افزايش مي يابد و در نتيجه ي آن تراکم و تغيير شکل ايجاد مي شود.
3- حضور رسوبات تحکيم نيافته با ضريب تراکم پذيري نسبتاً بالا نيز از ديگر موارد مؤثر در ايجاد شکاف است.
هر زون ضعيف، همانند يک گسل يا ناهمگني آبخوان با زون غيراشباع رويي مي تواند يکي از دلايل شکست در زون غيراشباع باشد. در اين مورد احتمالاً آغاز شکست از سطح زمين است. البته اين شکست ها در صورتي رخ مي دهد که تنش هاي کششي در مقابله با ضعف هاي موجود قابل توجه باشد.

5- بسياري افراد، تراکم عمودي متفاوت (4) را در ايجاد شکاف مؤثر مي دانند.
فرونشست متفاوت معمولاً از ضخامت هاي نابرابر رسوبات تراکم پذير در زير سطح زمين منتج مي شود. اين حرکت نابرابر باعث کشش رسوبات سطحي مي شود و به صورت کرنش افقي در رسوبات شکننده ي نزديک به سطح زمين نمايان مي گردد. تراکم عمودي متفاوت در عمق باعث مي شود رسوبات سطحي شکننده به سمتي چرخش کنند که صخامت رسوبات بيشتر است. اين ساز و کارها در تشکيل شکاف هاي سطحي دخيل هستند، اما لازمه ي ايجاد شکاف نمي باشند.

محيط زمين شناسي و ايجاد شکاف
 

قرارگيري آبخوان در محيط زمين شناسي خاص از عوامل ايجاد شکاف است. محيط هاي زمين شناسي وجود دارند که در نتيجه ي برداشت آب زيرزميني از آبخوان هاي قرار گرفته در آنها، سطح زمين دچار شکاف مي شود. همچنين فاکتورهايي از قبيل عمق آبخوان و خواص مهندسي مواد در آن محيط زمين شناسي خاص مورد توجه قرار مي گيرد. اين محيط هاي زمين شناسي عبارتند از:
1- حضور بين لايه هايي به عنوان صفحات ضعف در آبخوان.
2- قطع شدن آبخوان به وسيله ي گسل.
3- قرارگيري آبخوان در بالاي برآمدگي هاي سنگ بستر.
4- وجود ناهمگني در آبخوان.

فرونشست در دشت مهيار شمالي واقع در اصفهان
 

دشت مهيار شمالي در حدود 25 کيلومتري جنوب شرق اصفهان و در مسير جاده ي اصلي اصفهان – شيراز قرار دارد. کوه هاي کلاه قاضي، لاشتر و ماه دشت در شرق، و ارتفاعات لرسگ، کوه شتر، کوه باريکه و کوه تک تک در غرب منطقه قرار دارند. اين دشت در حدود 158 کيلومترمربع وسعت دارد و در ارتفاع 1650 متري از سطح دريا قرار گرفته است. عمق سنگ کف بسته به وضعيت زمين شناسي منطقه از 130 تا بيش از 250 متر متغير است. علاوه بر اين، حفاري هايي که در برخي نقاط منطقه انجام شده مشخص نموده است که گاهي افق هاي شن و ماسه سمانته گرديده و به صورت کنگلومرايي با سيمان سست درآمده اند.
مطالعات نشان داده است که بين بارندگي و تغذيه ي آبخوان نيز همبستگي وجود ندارد، که اين موضوع مي تواند به دليل وسعت بسيار کم حوضه و همچنين عمق زياد سطح آب و وجود لايه هاي رسي باشد. نفوذپذيري کم لايه هاي رس، مانع نفوذ آب باران به اعماق مي شود.
اما نکته ي جالب توجه، معکوس شدن جهت جريان دهانه ي شمال غربي دشت است. در گذشته جهت جريان آب زيرزميني به سمت شمال غرب منطقه بوده است و آب زيرزميني در دشت نجف آباد تخليه مي شده است. در واقع سابقاً جهت جريان آب زيرزميني و توپوگرافي سطح زمين از يکديگر تبعيت مي کرده است، اما به علت برداشت زياد از آبخوان به ويژه توسط چاه هاي مرکزي دشت مهيار شمالي، افت شديدي در سطح آب زيرزميني حوضه به وجود آمده است و اين موضوع باعث شده تا جهت جريان آب زيرزميني برعکس شود. در فاصله ي زماني سال آبي 61 – 1360 تا 70 – 1369 مقدار افت سطح آب زيرزميني 25/01 متر بوده که به طور متوسط سالانه 2/5 متر افت داشته است، اين مقدار افت در دشت ها حوضه ي گاوخوني بي سابقه بوده است. در فاصله ي زماني سال آبي 73 – 1372 تا 79 – 1378 مقدار افت سطح آب زيرزميني 5/5 متر بوده و به طور متوسط سالانه 0/79 متر افت داشته است. اطلاعات به دست آمده از گمانه هاي سازمان آب منطقه اي در تيرماه 1384 نشان مي دهد که حداقل سطح آب در منطقه حدود 65 متر و حداکثر 152 متر است.
در قسمت هاي مختلف دشت مهيار شمالي و همچنين در دشت مهيار جنوبي در ناحيه ي اطراف افتخاريه و در حاشيه ي ارتفاعات غرب مهيار و جنوب شرق رشته کوه هاي کلاه قاضي (شکل 24) و در دو طرف تنگه اي که معبر جريان آب زيرزميني از طرف پرزان است، و نيز در مرکز دشت شکاف هايي در زمين به وجود آمده است. اين شکاف ها اراضي کشاورزي و در چند مورد جاده را قطع کرده و باعث فرونشست کانال آب و تغيير شيب آن شده، ديوار باغ ها را خراب کرده و يا تير چراغ برق را کج نموده است (شکل هاي 25 تا 28). اين شکاف ها معمولاً به صورت دسته شکاف هايي موازي است که دهانه ي آنها از چند سانتي متر تا بيش از يک متر عرض دارد (شکل 28). به نظر مي رسد عرض زياد اين شکاف ها حاصل فرسايش شکاف ها در اثر عملکرد آب هاي سطحي است. در برخي نقاط از جمله در اطراف کوه افتخاريه، بعضي از شکاف ها با اختلاف سطح همراه بوده اند (شکل 29). طول اين شکاف ها از چند صد متر تا چند کيلومتر است. عمق اين شکاف هاي قابل اندازه گيري نبود اما به نظر مي رسد بسيار عميق باشند و عمقي بيش از 20 متر داشته باشند. در فصل زمستان از دهانه ي اين شکاف ها به شدت بخار آب خارج مي شود (شکل 30). اين شکاف ها از حدود 30 سال قبل در منطقه مشاهده شده که به دليل کم بودن گسترش آنها مورد توجه قرار نگرفته است، اما پس از خشک سالي سال 1371 تعداد آنها افزايش يافته و پيشروي آنها در دشت بيشتر در حال افزايش است و تلاش هاي کشاورزان جهت پر نمودن شکاف ها ثمري نبخشيده و قسمت زيادي از زمين هاي کشاورزي تبديل به زمين هاي باير شده است.

از ديگر معضلات دشت مهيار شمالي فرونشست کاسه ي دشت است. اين فرونشست در نقطه اي از دشت به وسيله ي بالا ماندن فونداسيون چاه مشاهداتي (چاه شاملو) نسبت به سطح زمين قابل مشاهده است (شکل 31). چاه مشاهداتي شاملو واقع در کنار جاده اصفهان – شيراز در دشت مهيار شمالي واقع شده است. ابتدا به نظر مي رسيد بيرون ماندن فونداسيون چاه بر اثر نظارت غلط بر حفاري بوده که فونداسيون بر روي گراول پکنيک قرار گرفته و به مرور زمان گراول پکنيک درون چاه فرو ريخته و فونداسيون چاه در هوا معلق شده است؛ ليکن با وجود پر نمودن مجدد زير فونداسيون هنوز گراول پکنيک در حال نشست است که اين خود مي تواند دليل قانع کننده اي جهت تأييد نشست زمين در دشت مهيار شمالي باشد. البته ميزان فرونشست در قسمت هاي مختلف دشت قابل اندازه گيري نيست. در نتيجه ي فرونشست نابرابر در قسمت هايي از دشت، شيب توپوگرافي تغييرکرده و باعث تغيير جهت حرکت مسير آب و تغيير شيب کانال ها شده است.

مقابله با فرونشست
 

فرونشست زمين باعث ايجاد ترک در ساختمان ها، شکاف در زمين هاي کشاورزي، گسيختگي سطح جاده ها، ايجاد نشست هاي نامتقارن در ساختمان ها و در نتيجه ايجاد شکست و گسيختگي در منازل مسکوني، شکسته شدن لوله هاي آب رساني و شکسته شدن لوله ي جدار چاه ها مي گردد.
خشک شدن زاينده رود و خشک شدن انهار در سطح شهر اصفهان و برداشت هاي بيش از حد از سفره هاي آب زيرزميني باعث افت سطح آب زيرزميني گرديده است. اگر چه برخي منابع غيررسمي اشاراتي به ميزان افت سطح آب زيرزميني به يک سوم در آبخوان شهر اصفهان نموده اند، اما آنچه مسلم است سطح زيرزميني در شرايط حاضر رو به افت است و اين موضوع مي تواند تهديدي براي ابنيه ي شهر اصفهان به خصوص بناهاي تاريخي از جمله پل هاي تاريخي بر روي زاينده رود باشد. فرونشست مخصوصاً در زمين هاي با تراکم کم، موجب عواقب ناگوار و خسارات جبران ناپذير براي سازه هاي تاريخي خواهند شد، يا حداقل زماني طولاني و هزينه هاي گزافي را براي ترميم آنها به دنبال خواهند داشت.
اما به راستي چه بايد کرد تا از وقوع چنين تهديداتي جلوگيري نمود؟

جلوگيري از افت سطح آب زيرزميني
 

از آن جايي که جلوگيري از افت سطح آب زيرزميني يکي از مناسب ترين راهکاراهاي پيشگيرانه جهت مقابله با اثرات پديده ي نشست است، لذا اقدامات زير پيشنهاد مي گردد:
* بهره برداري از آبخوان ها بايد محدودتر گردد. در اين خصوص بايد استحصال از آب زيرزميني به شکلي برنامه ريزي گردد که نه تنها برداشت از ميزان فعلي تجاوز ننمايد، بلکه آبخوان هاي سطح استان به خصوص محدوده ي شهر اصفهان نيز تقويت گردد.

* اصلاح ساختار مصرف آب در استان، به خصوص شهر اصفهان به نحوي انجام پذيرد که سهم مصرف آب در بخش هاي مختلف آن به بخش هاي مختلف با توجه به کمبود منابع آب مد نظر قرار گيرد.
* استفاده از تکنولوژي هاي نوين و بازيابي آب در بخش هاي مختلف شهري و مصرف آن در بخش هاي غيرشرب اگر چه اندک به نظر مي رسد، ولي مي تواند راهکاري مناسب در کاهش مصرف شهرها باشد.

* در کشور ما به خصوص بخش کشاورزي بالاترين سهم مصرف آب را به خود اختصاص مي دهد. بنابراين استفاده از روش هاي آبياري نوين مانند آبياري تحت فشار، و سيستم آبياري قطره اي جايگزين روش هاي سنتي گردد.
* اقدامات سازه اي و غيرسازه اي براي تقويت آبخوان هاي دشت هاي مختلف در اولويت قرار داده شود. در اين خصوص استفاده از طرح هاي تغذيه ي مصنوعي در سطح گسترده مورد مطالعه و در دستور کار قرار گيرد.
در خصوص طرح هاي تغذيه مصنوعي، يکي از ويژگي هاي اقليمي نواحي خشک و بياباني شبيه استان اصفهان، علاوه بر کمبود بارندگي سالانه، وجود بارش هايي با شدت نسبتاً زياد در زماني کوتاه است که موجب بروز جريان هاي سيلابي شديد و مخربي در سطح شهرها و ساير مناطق مي گردد. اين جريان هاي سيلابي عموماً بدون استفاده از دسترس خارج مي شوند و در محلي ديگر بخشي از آن تبخير و بخشي ديگر به زمين نفوذ مي کند. چه بسا که در اين پروسه کيفيت آن نيز تغيير نمايد و غيرقابل استفاده گردد. با توجه به مسائل فوق الذکر، بهره برداري از جريان هاي سيلابي جهت تغذيه ي آبخوان هاي زيرزميني در شهر و استان اصفهان بايد مد نظر قرار گيرد. همان طوري که پيش تر نيز اشاره گرديد، در سطح استاني طي يکي دو دهه ي اخير تغذيه ي آبخوان هاي زيرزميني به روش تغذيه ي مصنوعي مورد توجه قرار گرفته است، ولي برداشت بيش از حد مانع حصول نتايج رضايت بخش از اين طرح ها گرديده است. دست يابي به نتايج رضايت بخش مستلزم کاهش مصارف و استفاده از تکنولوژي هاي جديد و همچنين تحقيقات در اين راستاست.
در سطح شهرها نيز علاوه بر کاهش مصرف آب، نفوذ روان آب ها در محل مي تواند تا حدودي سفره هاي آب زيرزميني را تقويت کند. اين روان آب ها اغلب در مواقع بارش سبب مشکلاتي در سطح شهر مي گردند که با يک مديريت صحيح نه تنها مي توان آن را مرتفع کرد، بلکه مي توان سفره هاي آب زيرزميني را تقويت نمود. با وجود پيشرفت هايي که در سطح جهاني در اين زمينه انجام گرفته است، در کشور ما کمتر به آن توجه گرديده است.

روش هاي ترميم پي سازه هاي تاريخي براي مقابله با فرونشست
 

بر اساس منشورها و دستورالعمل هاي بين المللي در مورد مرمت سازه هاي تاريخي، قسمت زيرسازه هاي بناي تاريخي که در زير خاک مدفون است (نظير پي و خاک در حريم درجه ي يک سازه) جزو بناي تاريخي محسوب مي گردد و هرگونه مداخله در آن جهت مرمت يا مقاوم سازي مستلزم رعايت اصول تبيين شده است. مرمت و مقاوم سازي پي در سازه هاي تاريخي داراي فلسفه اي کاملاً متفاوت با سازه هاي جديد است و لزوماً روش هايي که براي سازه هاي جديد قابل کاربرد هستند براي سازه هاي تاريخي به دليل پرهيز از خدشه دار شدن اصالت پي سازه قابليت کاربرد ندارند. آنچه در ادامه مي آيد صرفاً تجزيه و تحليل روش هايي است که براي سازه هاي جديد به نتيجه رسيده اند و کاربرد آن درمورد بناهاي تاريخي به صورت موردي خواهد بود و در هر مورد بايد نظرات کارشناسي متخصصان معماري و مرمت بنا مد نظر قرار گيرد، و تا قبل از اخذ نظر مثبت متخصصان مرمت بناهاي تاريخي بايد از به کار بردن اين روش ها اجتناب ورزند.
در خصوص مقاوم سازي، کنارآمدن با چنين مواردي به صورت ترميم و اصلاح زمين است. بدين لحاظ علم بهسازي زمين در سال هاي اخير به کمک مهندسان عمران آمده است. هدف اين علم بهبود شرايط نامطلوب و يا مخاطره آميزي که ممکن است سازه و محيط اطراف آن از جمله سازه ها و ساکنين مجاور و عوامل اجرايي پروژه را تهديد نمايد، باعث تأخير کار شود، هزينه ها را افزايش دهد، بر عملکرد سازه تأثير گذارد و باعث نشستن زمين شود. در اين ارتباط، روش هاي سنتي حفاظت و پايدارسازي زمين و روش هاي جديد پايدارسازي زمين در برابر فرونشست مد نظر قرار داده شده است.

پي نوشت
 

1-استاديار مهندسي هيدروليک، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
2- استاديار ژئوتکنيک، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
3- دانشيار مهندسي سازه، گروه عمران، دانشکده ي فني و مهندسي، دانشگاه اصفهان
1- Differential vertical subsidence
2- Horizental displament
3- Earth fissuring
4- Differential vertical compaction
 

منابع
1- Cerna, M. M., and McDower, C. (2000) Risks and Reconstruction, World Bank, Washington D.C.
2- Hejazi, M. (2008) The Risks to Cultural Hertiag in Western and Central Asia, Journal of Asian Architecture and Building Enginering (JAABE), Vol. 7, No. 2, pp.239-245
3- هنر فر، لطف الله، اصفهان، امير کبير، تهران، 1346.
4- مخلصي، محمدعلي، پل هاي قديمي ايران، سازمان ميراث فرهنگي کشور، تهران، 1379.
5- Ajalleina, A., and B. Bahadoran (1998) Ground subsidence due to perculting and pumping water (case studies in Iran): The 19th Asian Conf. on Remote Sensing (ACRS), 16-20. Nov. 1998. Monila, Philipping.
منبع: ماهنامه فني – تخصصي دانش نما 175 - 174

/ن