خشک سالی، تهدیدی برای پل های زاینده رود (3) - سفر به هند

خشک سالی، تهدیدی برای پل های زاینده رود (3)

نویسندگان: دکتر مهدی حاجیان نژاد (1)، دکتر محمود هاشمی (2)، دکتر مهرداد حجازی (3)

ایجاد شکاف

اگر فرونشست حاصل از برداشت آب زیرزمینی در محدوده ای با وسعت زیاد اتفاق بیفتد، با توجه به آهسته بودن نرخ فرونشست این موضوع مسئله ی بحرانی و قابل توجهی نیست، مگر اینکه در نزدیکی ساحل و یا در طول رودخانه های مستعد سیلاب و بعلاوه در جاهایی که ساختارهای حساس به ارتفاع وجود دارند، اتفاق بیفتد. اما نکته ی مهم و قابل توجه در مورد فرونشست، پتانسیل ایجاد خسارت در نتیجه ی تراکم عمودی متفاوت (1)، جابه جایی های افقی (2) و ایجاد شکاف (3) است.افت سطح ایستابی باعث می شود شکاف ها در حاشیه ی حوضه ی فرونشست شکل بگیرند. رشد و توسعه ی شکاف ها بعد از گذشت یک سال یا بیشتر متوقف می شود و در واقع به صورت غیرفعال در می آیند؛ در عوض، شکاف های نوی در نزدیکی شکاف های قبلی شکل می گیرد. (منظور از رشد شکاف ها افزایش طول و بازشدگی دهانه ی شکاف است). معمولاً بازشدگی دهانه ی شکاف ها در حد سانتی متر است، به طوری که با گذشت زمان و فرسایش، به طور متناوب بزرگ تر می شوند.

شرایط ایجاد شکاف در نتیجه ی برداشت آب زیرزمینی

شکل گیری شکاف ها در ارتباط با برداشت آب زیرزمینی معمولاً در ارتباط با شرایط زیر است:

1-در آب و هوای خشک و نیمه خشک که زون غیراشباع نسبتاً ضخیمی بر روی آبخوان قرار گرفته و به صورت منفعل حرکات آبخوان تحت تنش را تحمل می نماید.

2- در اثر برداشت طولانی مدت از آبخوان هایی که در آنها مقدار برداشت از آبخوان تا حد زیادی بیش از مقدار تغذیه است، تنش مؤثر افزایش می یابد و در نتیجه ی آن تراکم و تغییر شکل ایجاد می شود.

3- حضور رسوبات تحکیم نیافته با ضریب تراکم پذیری نسبتاً بالا نیز از دیگر موارد مؤثر در ایجاد شکاف است.

هر زون ضعیف، همچون یک گسل یا ناهمگنی آبخوان با زون غیراشباع رویی می تواند یکی از دلایل شکست در زون غیراشباع باشد. در این مورد احتمالاً شروع شکست از سطح زمین است. البته این شکست ها در صورتی رخ می دهد که تنش های کششی در مقابله با ضعف های موجود قابل توجه باشد.

5- بسیاری افراد، تراکم عمودی متفاوت (4) را در ایجاد شکاف مؤثر می دانند.

فرونشست متفاوت معمولاً از ضخامت های نابرابر رسوبات تراکم پذیر در زیر سطح زمین منتج می شود. این حرکت نابرابر باعث کشش رسوبات سطحی می شود و به صورت کرنش افقی در رسوبات شنماینده ی نزدیک به سطح زمین نمایان می شود. تراکم عمودی متفاوت در عمق باعث می شود رسوبات سطحی شنماینده به سمتی چرخش نمایند که صخامت رسوبات بیشتر است. این ساز و کارها در تشکیل شکاف های سطحی دخیل هستند، اما لازمه ی ایجاد شکاف نمی باشند.

محیط زمین شناسی و ایجاد شکاف

قرارگیری آبخوان در محیط زمین شناسی خاص از عوامل ایجاد شکاف است. محیط های زمین شناسی وجود دارند که در نتیجه ی برداشت آب زیرزمینی از آبخوان های قرار گرفته در آنها، سطح زمین دچار شکاف می شود. بعلاوه فاکتورهایی از قبیل عمق آبخوان و خواص مهندسی مواد در آن محیط زمین شناسی خاص مورد توجه قرار می گیرد. این محیط های زمین شناسی عبارتند از:

1- حضور بین لایه هایی به عنوان صفحات ضعف در آبخوان.

2- قطع شدن آبخوان از طریق ی گسل.

3- قرارگیری آبخوان در بالای برآمدگی های سنگ بستر.

4- وجود ناهمگنی در آبخوان.

فرونشست در دشت مهیار شمالی واقع در اصفهان

دشت مهیار شمالی در حدود 25 کیلومتری جنوب شرق اصفهان و در راستا جاده ی اصلی اصفهان - شیراز واقع شده است. کوه های کلاه قاضی، لاشتر و ماه دشت در شرق، و ارتفاعات لرسگ، کوه شتر، کوه باریکه و کوه تک تک در غرب منطقه قرار دارند. این دشت در حدود 158 کیلومترمربع وسعت دارد و در ارتفاع 1650 متری از سطح دریا قرار گرفته است. عمق سنگ کف بسته به شرایط زمین شناسی منطقه از 130 تا بیش از 250 متر متغیر است. علاوه بر این، حفاری هایی که در برخی نقاط منطقه اجرا شده معین نموده است که گاهی افق های شن و ماسه سمانته شده و به صورت کنگلومرایی با سیمان سست درآمده اند.

مطالعات نشان داده است که بین بارندگی و تغذیه ی آبخوان نیز همبستگی وجود ندارد، که این موضوع می تواند به دلیل وسعت بسیار کم حوضه و بعلاوه عمق زیاد سطح آب و وجود لایه های رسی باشد. نفوذپذیری کم لایه های رس، مانع نفوذ آب باران به اعماق می شود.

اما نکته ی جالب توجه، معکوس شدن جهت جریان دهانه ی شمال غربی دشت است. در گذشته جهت جریان آب زیرزمینی به سمت شمال غرب منطقه بوده است و آب زیرزمینی در دشت نجف آباد تخلیه می شده است. در واقع سابقاً جهت جریان آب زیرزمینی و توپوگرافی سطح زمین از یکدیگر تبعیت می نموده است، اما به دلیل برداشت زیاد از آبخوان به ویژه از طریق چاه های مرکزی دشت مهیار شمالی، افت شدیدی در سطح آب زیرزمینی حوضه به وجود آمده است و این موضوع باعث شده تا جهت جریان آب زیرزمینی برعکس شود. در فاصله ی زمانی سال آبی 61 - 1360 تا 70 - 1369 مقدار افت سطح آب زیرزمینی 25/01 متر بوده که به طور میانه سالانه 2/5 متر افت داشته است، این مقدار افت در دشت ها حوضه ی گاوخونی بی سابقه بوده است. در فاصله ی زمانی سال آبی 73 - 1372 تا 79 - 1378 مقدار افت سطح آب زیرزمینی 5/5 متر بوده و به طور میانه سالانه 0/79 متر افت داشته است. اطلاعات به دست آمده از گمانه های سازمان آب منطقه ای در تیرماه 1384 نشان می دهد که حداقل سطح آب در منطقه حدود 65 متر و حداکثر 152 متر است.

در قسمت های مختلف دشت مهیار شمالی و بعلاوه در دشت مهیار جنوبی در ناحیه ی اطراف افتخاریه و در حاشیه ی ارتفاعات غرب مهیار و جنوب شرق رشته کوه های کلاه قاضی (شکل 24) و در دو طرف تنگه ای که معبر جریان آب زیرزمینی از طرف پرزان است، و نیز در مرکز دشت شکاف هایی در زمین به وجود آمده است. این شکاف ها اراضی کشاورزی و در چند مورد جاده را قطع نموده و باعث فرونشست کانال آب و تغییر شیب آن شده، دیوار باغ ها را خراب نموده و یا تیر چراغ برق را کج نموده است (شکل های 25 تا 28). این شکاف ها معمولاً به صورت دسته شکاف هایی موازی است که دهانه ی آنها از چند سانتی متر تا بیش از یک متر عرض دارد (شکل 28). به نظر می رسد عرض زیاد این شکاف ها حاصل فرسایش شکاف ها در اثر عملکرد آب های سطحی است. در برخی نقاط از جمله در اطراف کوه افتخاریه، برخی از شکاف ها با اختلاف سطح همراه بوده اند (شکل 29). طول این شکاف ها از چند صد متر تا چند کیلومتر است. عمق این شکاف های قابل مقدار گیری نبود اما به نظر می رسد بسیار عمیق باشند و عمقی بیش از 20 متر داشته باشند. در فصل زمستان از دهانه ی این شکاف ها به شدت بخار آب خارج می شود (شکل 30). این شکاف ها از حدود 30 سال قبل در منطقه مشاهده شده که به دلیل کم بودن توسعه آنها مورد توجه قرار نگرفته است، اما پس از خشک سالی سال 1371 تعداد آنها افزایش یافته و پیشروی آنها در دشت بیشتر در حال افزایش است و کوشش های کشاورزان جهت پر نمودن شکاف ها ثمری نبخشیده و قسمت زیادی از زمین های کشاورزی تبدیل به زمین های بایر شده است.

از دیگر معضلات دشت مهیار شمالی فرونشست کاسه ی دشت است. این فرونشست در نقطه ای از دشت از طریق ی بالا ماندن فونداسیون چاه مشاهداتی (چاه شاملو) نسبت به سطح زمین قابل مشاهده است (شکل 31). چاه مشاهداتی شاملو واقع در کنار جاده اصفهان - شیراز در دشت مهیار شمالی واقع شده است. ابتدا به نظر می رسید بیرون ماندن فونداسیون چاه بر اثر نظارت غلط بر حفاری بوده که فونداسیون بر روی گراول پکنیک قرار گرفته و به مرور زمان گراول پکنیک درون چاه فرو ریخته و فونداسیون چاه در هوا معلق شده است؛ لیکن با وجود پر نمودن مجدد زیر فونداسیون هنوز گراول پکنیک در حال نشست است که این خود می تواند دلیل قانع نماینده ای جهت تأیید نشست زمین در دشت مهیار شمالی باشد. البته مقدار فرونشست در قسمت های مختلف دشت قابل مقدار گیری نیست. در نتیجه ی فرونشست نابرابر در قسمت هایی از دشت، شیب توپوگرافی تغییرنموده و باعث تغییر جهت حرکت راستا آب و تغییر شیب کانال ها شده است.

مقابله با فرونشست

فرونشست زمین باعث ایجاد ترک در ساختمان ها، شکاف در زمین های کشاورزی، گسیختگی سطح جاده ها، ایجاد نشست های نامتقارن در ساختمان ها و در نتیجه ایجاد شکست و گسیختگی در منازل مسکونی، شکسته شدن لوله های آب رسانی و شکسته شدن لوله ی جدار چاه ها می شود.

خشک شدن زاینده رود و خشک شدن انهار در سطح شهر اصفهان و برداشت های بیش از حد از سفره های آب زیرزمینی باعث افت سطح آب زیرزمینی شده است. اگر چه برخی منابع غیررسمی اشاراتی به مقدار افت سطح آب زیرزمینی به یک سوم در آبخوان شهر اصفهان نموده اند، اما آنچه مسلم است سطح زیرزمینی در شرایط حاضر رو به افت است و این موضوع می تواند تهدیدی برای ابنیه ی شهر اصفهان به خصوص بناهای تاریخی از جمله پل های تاریخی بر روی زاینده رود باشد. فرونشست مخصوصاً در زمین های با تراکم کم، موجب عواقب ناگوار و خسارات جبران ناپذیر برای سازه های تاریخی خواهند شد، یا حداقل زمانی طولانی و هزینه های گزافی را برای ترمیم آنها در پی خواهند داشت.

اما به راستی چه باید کرد تا از وقوع چنین تهدیداتی جلوگیری نمود؟

جلوگیری از افت سطح آب زیرزمینی

از آن جایی که جلوگیری از افت سطح آب زیرزمینی یکی از مناسب ترین راهکاراهای پیشگیرانه جهت مقابله با اثرات پدیده ی نشست است، لذا اقدامات زیر پیشنهاد می شود:

* بهره برداری از آبخوان ها باید محدودتر شود. در این خصوص باید استحصال از آب زیرزمینی به شکلی برنامه ریزی شود که نه تنها برداشت از مقدار فعلی تجاوز ننماید، بلکه آبخوان های سطح استان به خصوص محدوده ی شهر اصفهان نیز تقویت شود.

* اصلاح ساختار مصرف آب در استان، به خصوص شهر اصفهان به نحوی انجام پذیرد که سهم مصرف آب در بخش های مختلف آن به بخش های مختلف با توجه به کمبود منابع آب مد نظر قرار گیرد.

* استفاده از تکنولوژی های نوین و بازیابی آب در بخش های مختلف شهری و مصرف آن در بخش های غیرشرب اگر چه اندک به نظر می رسد، ولی می تواند راهکاری مناسب در کاهش مصرف شهرها باشد.

* در کشور ما به خصوص بخش کشاورزی بالاترین سهم مصرف آب را به خود اختصاص می دهد. بنابراین استفاده از روش های آبیاری نوین مانند آبیاری تحت فشار، و سیستم آبیاری قطره ای جایگزین روش های سنتی شود.

* اقدامات سازه ای و غیرسازه ای برای تقویت آبخوان های دشت های مختلف در اولویت قرار داده شود. در این خصوص استفاده از طرح های تغذیه ی مصنوعی در سطح گسترده مورد مطالعه و در دستور کار قرار گیرد.

در مورد طرح های تغذیه مصنوعی، یکی از ویژگی های اقلیمی نواحی خشک و بیابانی شبیه استان اصفهان، علاوه بر کمبود بارندگی سالانه، وجود بارش هایی با شدت نسبتاً زیاد در زمانی کوتاه است که موجب بروز جریان های سیلابی شدید و مخربی در سطح شهرها و سایر منطقه ها می شود. این جریان های سیلابی عموماً بدون استفاده از دسترس خارج می شوند و در محلی دیگر بخشی از آن تبخیر و بخشی دیگر به زمین نفوذ می نماید. چه بسا که در این فرایند کیفیت آن نیز تغییر نماید و غیرقابل استفاده شود. با توجه به مسائل فوق الذکر، بهره برداری از جریان های سیلابی جهت تغذیه ی آبخوان های زیرزمینی در شهر و استان اصفهان باید مد نظر قرار گیرد. همان طوری که پیش تر نیز اشاره گشت، در سطح استانی طی یکی دو دهه ی اخیر تغذیه ی آبخوان های زیرزمینی به روش تغذیه ی مصنوعی مورد توجه قرار گرفته است، ولی برداشت بیش از حد مانع حصول نتایج رضایت بخش از این طرح ها شده است. دست یابی به نتایج رضایت بخش مستلزم کاهش مصارف و استفاده از تکنولوژی های نو و بعلاوه تحقیقات در این راستاست.

در سطح شهرها نیز علاوه بر کاهش مصرف آب، نفوذ روان آب ها در محل می تواند تا حدودی سفره های آب زیرزمینی را تقویت کند. این روان آب ها اغلب در مواقع بارش سبب مشکلاتی در سطح شهر می گردند که با یک مدیریت صحیح نه تنها می توان آن را مرتفع کرد، بلکه می توان سفره های آب زیرزمینی را تقویت نمود. با وجود پیشرفت هایی که در سطح جهانی در این زمینه انجام گرفته است، در کشور ما کمتر به آن توجه شده است.

روش های ترمیم پی سازه های تاریخی برای مقابله با فرونشست

بر اساس منشورها و دستورالعمل های بین المللی در مورد بازسازی سازه های تاریخی، قسمت زیرسازه های بنای تاریخی که در زیر خاک مدفون است (نظیر پی و خاک در حریم درجه ی یک سازه) جزو بنای تاریخی محسوب می شود و هرگونه مداخله در آن جهت بازسازی یا مقاوم سازی مستلزم رعایت اصول تبیین شده است. بازسازی و مقاوم سازی پی در سازه های تاریخی دارای فلسفه ای کاملاً متفاوت با سازه های نو است و لزوماً روش هایی که برای سازه های نو قابل کاربرد هستند برای سازه های تاریخی به دلیل پرهیز از خدشه دار شدن اصالت پی سازه قابلیت کاربرد ندارند. آنچه در ادامه می آید صرفاً تجزیه و تحلیل روش هایی است که برای سازه های نو به نتیجه رسیده اند و کاربرد آن درمورد بناهای تاریخی به صورت موردی خواهد بود و در هر مورد باید نظرات کارشناسی متخصصان معماری و بازسازی بنا مد نظر قرار گیرد، و تا قبل از اخذ نظر مثبت متخصصان بازسازی بناهای تاریخی باید از به کار بردن این روش ها اجتناب ورزند.

در مورد مقاوم سازی، کنارآمدن با چنین مواردی به صورت ترمیم و اصلاح زمین است. بدین لحاظ علم بهسازی زمین در سال های اخیر به یاری مهندسان عمران آمده است. هدف این علم بهبود شرایط نامطلوب و یا مخاطره آمیزی که ممکن است سازه و محیط اطراف آن از جمله سازه ها و ساکنین مجاور و عوامل اجرایی پروژه را تهدید نماید، باعث تأخیر کار شود، هزینه ها را افزایش دهد، بر عملکرد سازه تأثیر گذارد و باعث نشستن زمین شود. در این ارتباط، روش های سنتی حفاظت و پایدارسازی زمین و روش های نو پایدارسازی زمین در برابر فرونشست مد نظر قرار داده شده است.

پی نوشت

1-استادیار مهندسی هیدرولیک، گروه عمران، دانشکده ی فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان

2- استادیار ژئوتکنیک، گروه عمران، دانشکده ی فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان

3- دانشیار مهندسی سازه، گروه عمران، دانشکده ی فنی و مهندسی، 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، امیر کبیر، تهران، 1346.

4- مخلصی، محمدعلی، پل های قدیمی ایران، سازمان میراث فرهنگی 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 فنی - تخصصی دانش نما 175 - 174

/ن

منبع: راسخون