برداشت بی‌رویه از سفره‌های آب زیرزمینی چه پیامد‌هایی دارد؟

اقتصاد۲۴-با مسئلهٔ بحران کم‌آبی و فرونشست زمین ایده‌های مختلفی برای کاهش سرعت فرونشست زمین مطرح می‌شود. تغذیهٔ مصنوعی آبخوان‌ یکی از روش‌های کاهش ریسک فرونشست است که عمدتاً آب باران و سیلاب و پساب و فاضلاب شهری را به اعماق زمین می‌فرستند. معمولاً فاضلاب‌های خانگی و صنعتی، از جمله منابع آبی‌ای است که جهت تغذیهٔ سفره‌آب‌های زیرزمینی در مناطق خشک و کلانشهری مانند شهر تهران می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

تزریق مایعات در پوسته یا استخراج آنها، فشار و تنش منفذی را تغییر می‌دهد. تغییرات فشار و تنش هر دو می‌توانند لرزه‌خیزی را افزایش دهند و ازاین‌رو، رویدادهای لرزه‌ای را زلزله‌های القایی می‌نامند. پر شدن مخازن سطح زمین همچنین می‌تواند باعث ایجاد زلزله از ترکیبی از بارگذاری سطحی و تغییرات فشار منفذی شود. بااین‌حال، نسبت دادن هر زمین‌لرزه‌ای به فعالیت‌های انسانی همیشه ساده نیست.

اینکه چه چیزی بزرگای زمین‌لرزه‌های ناشی از القا را کنترل می‌کند، به تغییرات فشار منفذی و تنش و چگونگی مدیریت تزریق و استخراج آب و پساب بستگی دارد. با افزایش پروژه‌های تغذیهٔ آبخوان‌ها باید منتظر زلزله‌های القای بیشتر و بزرگتر در آینده باشیم.

ضرورت اجرای طرح‌های جمع‌آوری بهداشتی

در بیست تیرماه ۱۴۰۲ سخنگوی صنعت آب در مورد پروژهٔ تغذیهٔ مصنوعی آبخوان گفت این پروژه‌ها کمک می‌کند تا رواناب ناشی از سیلاب به سفره‌های آب زیرزمینی تزریق شود و منابع آب این حوزه را ارتقا دهد. تاکنون ۳۱۸ پروژهٔ تغذیهٔ مصنوعی به ظرفیت ۷۰۰ میلیون مترمکعب تزریق آب در سراسر کشور اجرا شده است. وزارت نیرو ۲۸ پروژهٔ تغذیهٔ مصنوعی با ظرفیت ۱۰۷ میلیون مترمکعب در دست اجرا دارد.

۶۸ پروژهٔ تغذیهٔ مصنوعی نیز در دست مطالعه است که ظرفیت این پروژه‌ها ۱۳۸ میلیون مترمکعب تزریق آب به سفره‌های زیرزمینی را فراهم می‌‌کند. با توجه به طرح‌های اجراشده، در دست اجرا و مطالعه‌شده هدفگذاری تزریق ۹۴۵ میلیون مترمکعب آب به سفره‌های زیرزمینی در قالب پروژهٔ تغذیهٔ مصنوعی در دست اجرا است. طرح‌های اجراشده در بستر رودخانهٔ کرج سبب شده است طی سیلاب‌هایی زمینهٔ تزریق آب به مخازن زیرزمینی فراهم شود و تراز آب زیرزمینی در این سفره‌ها افزایش پیدا کند.

بیشتر بخوانید:فاجعه آبی پنهان در میانه آمار‌ها

مهر ۱۴۰۰ مدیرعامل آب‌وفاضلاب استان تهران، با اشاره به فرونشست زمین در برخی نقاط استان تهران، گفت: «وزارت نیرو به آب منطقه‌ای تهران منابعی تخصیص داده و ابلاغ کرده است: باید ۲۹۰ میلیون مترمکعب آب تا افق ۱۴۱۰ برای تغذیه مصنوعی به منابع آب زیرزمینی تزریق شود. دو کار باید در بحث جلوگیری از فرونشست اتفاق بیفتد یکی اینکه باید برداشت منابع آب زیرزمینی را کاهش دهیم و دیگر باید پساب جایگزین چاه‌های کشاورزی شود. باید چاه‌های غیرمجاز را ببندند و چاه‌های مجاز را با پساب جایگزین کنند، حدود ۲۹۰ میلیون مترمکعب آب به این مسئله اختصاص داده شده است که اگر این اتفاق رخ دهد، مسئلهٔ فرونشست تهران حل خواهد شد.» البته این مدیر توضیح نداد که چگونه با تزریق ۲۹۰ میلیون مترمکعب پساب مشکل فرونشست در استان تهران حل خواهد شد، ولی می‌توان حدس زد که او این روند را مسیری برای کاهش ریسک فرونشست درنظر گرفته باشد.

استخراج آب و انواع سیالات دیگر می‌تواند باعث ایجاد زلزله شود، حتی اگر کاهش فشار منفذی به‌صورت مقطعی در جهت تثبیت گسل‌ها عمل کند

دبیر کارگروه ملی سازگاری با کم‌آبی ایران دی ۱۴۰۱ گفت: «منابع آب ‌‌‌زیرزمینی، بخشی از آب مورد نیاز شهر تهران را تأمین می‌کند. اجرای طرح‌‌‌های جمع‌‌‌آوری و دفع بهداشتی فاضلاب در شهرها ضروری است. به‌دلیل مخاطرات تزریق درازمدت فاضلاب شهری و آلاینده‌های همراه آن به منابع آب‌‌‌های زیرزمینی که به انباشت آلودگی در این منابع‌‌‌ منجر می‌شود، کاری پرهزینه و پرچالش در کلانشهرهایی مثل تهران است.

چنانچه منابع آب ‌‌‌زیرزمینی آلوده شود، مشکلات اجتماعی، محیط‌ زیستی و بهداشتی ایجاد خواهد کرد و طرح جمع‌‌‌آوری فاضلاب تهران بایست خیلی پیش‌تر اجرا و تکمیل می‌‌‌شد. اما عمده تغذیه آبخوان تهران از طریق چاه‌‌‌های جذبی فاضلاب ساختمان‌‌‌ها، اماکن مسکونی و غیر‌مسکونی است و حجم زیادی از تغذیه‌‌‌ای که این آبخوان داشته با اجرای طرح فاضلاب از دست رفته است. به همین دلیل، آبخوان در محدودهٔ شهر تهران دچار چالش کمی شده است. براین‌اساس، اجرای طرح فاضلاب چالش کیفیت آب این آبخوان را تا حد زیادی برطرف کرده، ولی چالش کاهش تغذیه آبخوان موضوع قابل‌توجهی است.»

عبارات «القاشده induced» و «تحریک‌شده/یا چکانده triggered» گاهی اوقات به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند. «زلزلهٔ القایی» زلزله‌ای است که در اثر فعالیت انسانی که تنش‌های موجود در پوسته را تغییر می‌دهد، ایجاد می‌شود. «زلزلهٔ چکانده» زلزله‌ای است که در اثر تغییرات تنش طبیعی، اعم از ایستا یا دینامیکی ایجاد می‌شود. در عمل، ایجاد تمایز بین این دو می‌تواند دشوار باشد، زیرا سازوکارهایی که از طریق آن آب بر لرزه‌خیزی اثر می‌گذارد، به‌طور مستقیم درنتیجه خودنمایی نمی‌کند.»

اینکه آیا تزریق فاضلاب می‌تواند باعث ایجاد یک زلزلهٔ «بزرگ» در گسلی شود که باعث آسیب گسترده در منطقهٔ وسیعی شود؟ البته استخراج گستردهٔ آب‌های زیرزمینی در دشت هند-گنگ در پنج‌دههٔ گذشته «به‌طور قابل‌توجهی» در زلزلهٔ مهلک نپال با بزرگای ۷.۸ در ۲۵ آوریل ۲۰۱۵ با حدود ۱۰ هزار نفر کشته و زمین‌لرزه‌های دههٔ اخیر در نوار مرز برخورد ساختاری هیمالیا نقش داشته است. کاهش آب‌های زیرزمینی در چنین منطقه‌ای در تحریک گسل و چکانش نهایی آن مؤثر بوده است.

استخراج‌های زلزله‌زا

استخراج آب و انواع سیالات دیگر می‌تواند باعث ایجاد زلزله شود، حتی اگر کاهش فشار منفذی به‌صورت مقطعی در جهت تثبیت گسل‌ها عمل کند. بهترین و گسترده‌ترین نمونهٔ مستند، مربوط به استخراج نفت و گاز است. زمین‌لرزه‌های منتسب به استخراج آب‌های زیرزمینی بسیار کمتر گزارش شده‌اند (در مقایسه با استخراج سیالات هیدروکربنی)، که ممکن است به ژرفای کمتر استخراج آب و اینکه زلزله‌ها تمایل دارند در ژرفای حداقل چندین کیلومتری رخ دهند، مربوط باشد.

تغذیهٔ مصنوعی آبخوان‌ یکی از روش‌های کاهش ریسک فرونشست است که عمدتاً آب باران و سیلاب و پساب و فاضلاب شهری را به اعماق زمین می‌فرستند

شروع گسیختگی، گسترش جبههٔ گسیختگی گسله و توقف انتشار گسیختگی گسل زمین‌لرزه‌ای تحت اثر خواص اصطکاکی گسل و تنش پیشالرزه‌ای است. مطالعات لرزه‌خیزی القاشده در میدان نزدیک، نشان می‌دهد که تغییر شکل سطح زمین، شرایط تنش پیش از زلزله لازم برای چنین مطالعاتی کمتر بررسی شده است. زلزلهٔ Mw 5.1 لورکا، جنوب‌شرقی اسپانیا، در 11 مه 2011 در ژرفای کم 2-4 کیلومتر، در یک صفحهٔ گسیختگی با لغزش به‌سمت سطح، با خواص اصطکاکی که از ناپایدار به پایدار تغییر کرده، گسترش یافته است.

منطقهٔ لغزش گسل به‌خوبی با الگوی تغییر تنش کولمب مثبت ناشی از استخراج آب‌های زیرزمینی در آبخوان حوضهٔ مجاور همبستگی دارد. توزیع لغزش کم‌ژرفا در زلزلهٔ لورکا 2011 را می‌توان با تنش‌های تخلیهٔ پوسته در انتقال اصطکاکی روبارهٔ لایهٔ لرزه‌زای ناشی از استخراج آب‌های زیرزمینی کنترل شده است. بنابراین، فعالیت‌های انسانی می‌توانند بر چگونگی و زمان وقوع زلزله اثر بگذارند. استخراج گستردهٔ آب زیرزمینی در حوضهٔ هند و گنگ برای بیش از پنج‌دهه به زلزلهٔ ویرانگر با بزرگای 7.8 نپال در 25 آوریل 2015 کمک کرد.

درحالی‌که فعالیت لرزه‌ای در امتداد مرز صفحه عمدتاً با زمین‌ساخت مرز ورقه هدایت می‌شود، فرآیندهای مختلف سطحی یا زیرسطحی -طبیعی یا ساختهٔ دست بشر- مانند آبگیری مخزن، استخراج سیالات و آب‌های زیرزمینی نیز می‌توانند باعث افزایش لغزش گسل در بازهٔ زمانی بلندمدت و تغییر در لرزه‌خیزی شوند. استخراج آب‌های زیرزمینی در حوضهٔ گانگ، فرآیند انباشت تنش را در راستای راندگی اصلی هیمالیا (MHT)، در زیر کمان ساختاری هیمالیا -منشأ زمین لرزه‌ها- تنظیم می‌کند.

فعالیت‌های انسانی موجب زلزله

استفاده از آب‌های زیرزمینی در دشت‌های هند و گنگ در دهه‌های اخیر سریعتر و گسترده‌تر از دوباره پر کردن سفره‌های زیرزمینی است که منجر به کاهش قابل‌توجه «توده» پوسته می‌شود. این تخلیهٔ پوسته به مقدار قابل‌توجهی از فشرده‌سازی پوسته می‌انجامد که بر نواحی دچار نبود لرزه‌ای -در حد فاصل دو زلزلهٔ مهم- در مرز راندگی هیمالیا اثر گذاشته است.

دشت هند و گنگ که حدود ۲۵۰ میلیون هکتار از دشت‌های حاصلخیز بیشتر قسمت‌های شمالی و شرقی هند را شکل می‌دهد، احتمالاً تحت شدیدترین بهره‌برداری از آب زیرزمینی در جنوب‌شرقی آسیا بوده است. کاهش آب‌های زیرزمینی طی سال‌های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۸ معادل تخلیهٔ پوسته حدود ۲۲ هزار میلیارد مترمکعب در سال بود که در طول ۱۰۰۰ کیلومتری حوضه توزیع شده است.

با در نظر گرفتن این تخمین از کاهش آب زیرزمینی در حوضهٔ گنگ، میزان تغییر تنش در راندگی اصلی هیمالیا با فرض ثبات سرعت استخراج حداقل از سال ۱۹۶۰ تا مشخص می‌شود فرآیند تخلیهٔ آب از پوسته حدود ۷ درصد به تغییرات تنش بینالرزه‌ای کمک کرده است. بنابراین، فرآیند انباشتگی در هیمالیا، نپال به‌طور قابل‌توجهی تحت اثر تخلیهٔ آب زیرزمینی قرار گرفته است.

سرعت تخلیهٔ آب زیرزمینی در حوضهٔ گنگ در مقایسه با درهٔ سن‌خواکین کالیفرنیا، حدود شش برابر بیشتر است. زلزله 2015 نپال و احتمالاً تمام زمین‌لرزه‌هایی که در راندگی اصلی MHT در زیر کمان ساختاری هیمالیا رخ می‌دهند، تحت اثر فعالیت‌های انسانی مربوط به استخراج آب‌های زیرزمینی در دشت‌های هند-گنگ هستند.

سایر فعالیت‌های انسانی، برای مثال تولید نفت در ازبکستان، باعث زمین‌لرزه‌های M7 شده است. لرزه‌خیزی ناشی از ذخیره‌سازی گاز ممکن است در ذخیره‌گاه گاز گازلی، در ازبکستان، پس از تخلیهٔ یک میدان گازی رخ داده باشد، که زلزله‌های مخرب با بزرگای 7.0 را در سال‌های 17 مه 1976 و 19 مارس 1984 تجربه کرده است.