کیفیت آبهای زیر زمینی
آب خالص (H2o) به طور معمول در طبیعت یافت نمی شود. حتی آب باران نیز برخلاف آنچه در گذشته تصور می شد خالص نیست. آب طبیعی اعم از منابع سطحی یا زیرزمینی به دست آمده باشد، شامل مواد جامد حل شده، گازها و مواد معلق است. کیفیت و کمیت اجزاء تشکیل دهندة آب به پارامترهای ژئولوژیکی و محیطی بستگی داشته و دائماً در اثر واکنش آب در تماس با رساناها و فعالیتهای انسانی، تغییر می کند. آبی هم که به عنوان آب طبیعی شناخته می شود نیز ممکن است همواره آلوده بوده و از این رو اصطلاح « آب طبیعی» نیز می تواند گمراه کننده باشد. آب طبیعی اصطلاحاً به آبی گفته می شود که هنوز مورد استفاده قرار نگرفته و اصولاً برای نمونه گیری و آزمایش به منظور پژوهش از آن استفاده می شود.
برای تعیین کیفیت آب قابل قبول برای مصارف کشاورزی و صنعتی یا انسانی، آب در معرض برخی آزمایشها قرار می گیرد. معمولاً این آزمایشها شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و رادیولوژیکی می باشد. نتایج این آزمایشها برای هر نوع استفادة خالص، با استاندارد قابل قبول آن استفاده مقایسه می شود. این استانداردها با یکدیگر فرق دارند. برای مثال کیفیت آب قابل قبول برای کشاورزی ممکن است برای آشامیدن قابل قبول نباشد. در صنعت نیز ممکن است استاندارد کیفیت آب قابل قبول با یک کاربرد خاص برای کاربردهای دیگر متفاوت باشد.
درجه حرارت آب، یکی از مهمترین عوامل مؤثر در کیفیت آب زیرزمینی است. درجه حرارت آب در مصارف مختلف صنعتی، انسانی، گیاهی و جانوری از اهمیت خاصی برخوردار است. درجه حرارت آب زیرزمینی در یک محل معمولاً در سراسر سال یکنواخت است. به همین دلیل آب زیرزمینی به عنوان آب مورد نیاز صنعت و انسان در بسیاری از موارد بر آب سطحی برتری دارد.
با مطالعه عوامل مؤثر در کیفیت آبهای زیرزمینی می توان کیفیت آیندة آن را در مقایسه با کیفیت فعلی پیش بینی کرد. با تعیین کیفیت آبهای زیرزمینی می توان نوع مصرف آن را تعیین نمود. دبی آبهای زیرزمینی را در یک محل می توان با اندازه گیری کل مواد جامد حل شده ( T D S ) در آن محل محاسبه نمود. با اندازه گیری غلظت یونی آبهای زیرزمینی و دبی نهرهای سطحی نیز می توان دبی آبهای زیرزمینی را به دست آورد.
مطالعه ترکیبات شیمیایی آب و تغییرات آنها می توان در منبع یا منابع تغذیه مصنوعی و تعیین مسیر آبهای زیرزمینی مؤثر واقع شود. همچنین با مطالعه ترکیبات آب می توان به وجود لایه های مرزی آبدار و شکل و ترتیب سیستمهای جریان در این لایه ها پی برد. تغییر کیفیت آبهای زیرزمینی می تواند از تغییر کیفیت بارش نفوذی، اندرکنش آبهای زیرزمینی با محیط، طول مسیر جریان، مدت زمان، ماند آب، و نوع گونه های گیاهان در یک محل متأثر گردد. با جذب گازهای مختلف توسط آب نیز کیفیت آبهای زیرزمینی تغییر می کند.
9-1- سرچشمه شوری
در آبهای زیرزمینی نمکهایی به صورت محلول وجود دارد. نوع و غلظت این نمکها به محیط، حرکت، و سرچشمة ( Source ) آبهای زیرزمینی بستگی دارد. نمکهای محلول در آبهای زیرزمینی در درجة اول از حل مواد قابل حل نتیجه می شوند. در ناحیه هایی که حجم زیادی از آب سطحی به آب زیرزمینی می پیوندد، کیفیت آبهای نفوذ کننده تأثیر زیادی بر کیفیت آب زیرزمینی خواهد داشت. گازهایی که منشاء مواد مذاب معدنی ( Magmatic ) دارند، به طور موضعی به میزان مواد معدنی و محلول در آب زیرزمینی می افزایند. آبهای ذاتی (Canate waters ) از آبهای باقیمانده ( Residual waters ) محبوس در سنگهای رسوبی، حاصل شده و معمولاً دارای مواد معدنی زیادی هستند. آب باران نیز نمکهایی را که از جو گرفته است با خود به داخل زمین می برد.
آب زیرزمینی ضمن عبور از خاک، مواد محلولی را که از تجزیة خاک حاصل شده با خود می برد و به این طریق به مقدار نمک خود می افزاید. آب اضافی آبیاری که از طریق نفوذ، به سفرة آب زیرزمینی می رسد مقدار معتنابهی نمک به آب زیرزمینی می افزاید. مقدار نمک آبی که از منطقة نفوذ ریشة گیاهان در زمینهای کشاورزی عبور کند ( آب زهکشی )، چندین برابر مقدار نمک آب آبیاری است. افزایش غلظت نمک در آب زهکشی به علت تعرق و تبخیر گیاهان ( Evapotranspiration ) در محل می باشد. جذب انتخابی کودها و نمکها بوسیلة گیاهان ( Seiective absorption ) نیز موجب تغییر غلظت نمک در آب نفوذ کرده می شوند. عواملی که باعث اضافه شدن غلظت نمک در آب نفوذ کرده به زمین می شوند عبارتند از:
- نفوذ پذیری خاک،
- وضع زهکشی
- مقدار تبخیر و تعرق گیاهان
- آب و هوا.
- در خاکها و آبهای زیرزمینی نواحی خشک که عمل شستشوی املاح بوسیلة آب باران، به اندازة کافی صورت نمی گیرد، شوری خاک و آب زیرزمینی زیاد است و قدرت تولید محصول در این قبیل زمینها کاهش می یابد.
به علت نامحلول بودن نسبی عناصر تشکیل دهندة سنگهای آذرین، آب زیرزمینی که از این گونه سنگها عبور می کند تنها مقدار کمی از مواد معدنی را در خود حل می کند. آب بارانی که به زمین نفوذ می کند به علت داشتن گاز کربنیک جو، توانایی حلالیت بیشتری دارد. در آبهای زیرزمینی که با سنگهای آذرین در تماسند، مواد معدنی از نوع سیلیکات نسبتاً بیشتر از بقیة مواد دیده می شوند.
انحلال سنگهای رسوبی بیشتر از سنگهای آذرین است، این خاصیت، به همراه فراوانی سنگهای رسوبی در پوستة زمین، موجب شده است که قسمت اعظم مواد محلول آبهای زیرزمینی دیده می شوند. آنیونهای موجود در آبهای زیرزمینی عبارتند از: بیکربناتها، کربناتها و سولفاتها. در شرایط طبیعی، کلرورها و نیتراتها فقط به مقدار کم در آب زیرزمینی وجود دارند. منابع کلرورها، فاضلابها و آبهای ذاتی و آب نافذ دریا می باشد. غلظت زیاد نیتراتها دال بر وجود منابع آلوده کننده در زمین است. در مناطقی که سنگ آهک وجود دارد، معمولاً یونهای کلسیم و کربنات در اثر حل شدن سنگ آهک به آب زیرزمینی اضافه می شوند.
9-2- تأثیر عوامل آب و هوا، موقعیت جغرافیایی و باران در کیفیت آب های زیرزمینی
موقعیت جغرافیایی محل و وضع آب و هوا تأثیر زیادی بر کیفیت آب دارد. غالباً آبهای مناطق کوهستانی، خیلی شیرین تر یا کم نمک تر از آبهای مناطق دشتی و کویری است. به طور کلی می توان گفت آبهای مناطق خشک دنیا، از آبهای مناطق معتدل مرطوب، نمک بیشتری دارند. نامناسب بودن شرایط آب و هوایی، مانند کم بودن میزان بارندگی، بالابودن درجه حرارت و شدت تبخیر، باعث بالا رفتن غلظت املاح می شود.
بر اثر تبخیر زیاد آب، نمکهای موجود در آن به حد اشباع رسیده و سرانجام رسوب می کنند. این رسوب در مناطق معتدل و کوهستانی، بیشتر از نوع توفهای آهکی و در مناطق بیابانی ابتدا به صورت گچ و بعد به صورت قشری از نمک است. هر قدر میزان رطوبت و بارندگی بیشتر باشد، به همان نسبت نیز از مقدار تبخیر کاسته شده و از بد شدن کیفیت آب کاسته می شود.
در مواردی که رطوبتی در سطح سنگ یا خاک وجود داشته باشد، گرما باعث می شود که محیط مناسبی برای فعالیت میکروارگانیسمها، یا موجودات زنده کوچک ذره بینی، به وجود آید. در نتیجه فعالیت این موجودات، گازکربنیک آزاد می شود. این گاز مهمترین عامل مؤثر در تخریب شیمیایی سنگها و کانیهای سیلیسی و آهکی است.
کیفیت آب زیرزمینی تحت تأثیر جنبه های مختلفی از چرخة آب در طبیعت متأثر می گردد. بارش جوی ( باران و برف ) شامل آبی است که خالصی خود را در حین عبور از میان جو قبل از رسیدن به سطح زمین از دست می دهد. ناخالصی ها و ترکیبات شیمیایی موجود در جو، ناشی از عوامل زیر است:
- خاکسترها و گازهای آتشفشانی
- گرد و خاک و مواد جامد هوازده
- نمکهای جابجا شده در اثر تابش آفتاب و تشعشعات کیهانی
- گازهای خروجی از کارخانجات صنعتی
- امواج رادیواکتیو ناشی از انفجارات هسته ای
تا قبل از آغاز آزمایشهای مربوط به سلاحهای هسته ای در سال 1952، مقدار تریتیم (Tritum ) آب باران از 1 تا 10 واحد تریتیم ( Tu ) بیشتر نبود. پس از سال 1954، مقدار تریتیم در بسیاری از نواحی از Tu 20 افزایش یافت ( 1970، Walton ).
وقتی باران به سطح زمین می رسد قبلاً قسمتی از ناخالصیها و ترکیبات شیمیایی موجود در آن حل شده و بقیه با آبهای سطحی مخلوط می شوند. سپس آب باران با مواد معدنی و خاک و سنگ واکنش شیمیایی انجام می دهد. مقدار و نوع مواد معدنی حل شده در آب باران به ترکیبات شیمیایی و ساختمان فیزیکی خاک و سنگ و عواملی از قبیل غلظت یونی هیدروژن ( PH ) و پتانسیل احیا ( EH )ی آب بستگی دارد غلظت یون هیدروژن ( PH ) به غلظت مؤثر یونها در آب نسبت داده می شود. این کمیت به صورت لگاریتم در پایه 10 غلظت + H( با علامت منفی) و برحسب مول بر لیتر (mol/lit ) بیان می شود ( 1978 Bouwer, ). آب مقطر در دمای c25 دارای غلظت + Hبرابر با mol /1 10است. بنابراین PH آن برابر PH= -log 10-7= 7 می باشد. این محلول با 7= PH خنثی نامیده می شود ( مقدار یونهای H+ وOH- برابرند).
هنگامی که 7 PH<است، محلول، اسیدی است. این چنین آبهایی روی دوام پمپها، فیلتر چاهها ( Well screen ) و لوله داخل چاه ( Casing ) اثر می گذارند. آب قلیایی دارای 7 PH > می باشد. بیشتر آبهای طبیعی دارای PH بین 6 و 5/8 می باشند ( 1970, Hem ). وقتی PH از 5/8 تجاوز کند، آب معمولاً آزاد است. PH کم نشان می دهد که آب یا دارای مقداری جزئی از اسیدهای معدنی است که از منابع سولفیدی بدست آمده اند و یا دارای اسیدهای آلی است.
پتانسیل احیاء ( EH ) مقیاسی است که قدرت یک محیط طبیعی را برای افزایش یا کاهش ظرفیت مثبت یا از دست دادن الکترونها نشان می دهد ( 1972، Domenico ). به عبارت ساده تر پتانسیل احیاء مقیاسی است که انرژی مورد نیاز برای از جا کندن و بلند کردن الکترونها را از یونها در یک محیط شیمیایی داده شده مشخص می کند.
غلظت شیمیایی آب باران از فصلی به فصل دیگر و از محلی به محل دیگر تغییر می کند. غالباً مقدار زیادی از آمونیم و نیترات موجود در آب، از خاک تأمین شده اند. در نواحی ساحلی و غلظت کلراید ( CI ) و پتاسیم ( K ) به طور نسبی به حدود mg/1 8 و mg/1 4/0 می رسد. غلظت سدیم از حدود 1/0 تا 3/0 میلی گرم بر لیتر در نواحی غیر ساحلی و تا حدود mg/1 4 در نواحی ساحلی تغییر می کند. غلظت کلسیم در خاکهای قلیایی ( AlKali ) و هنگامی که طوفانهای خاکی ( Dust storms ) روی می دهند افزایش می یابد.
دی اکسید کربن ( CO2 ) کسب شده از جو، تولید اسیدکربنیک می کند که با PH کمتر از 7 به آب باران وارد می شود. در نواحی صنعتی که هوا آلوده است، ممکن است مقدار PH باران از 5/4 نیز کمتر شود.
9-3- تأثیر عامل زمین در کیفیت آبهای زیرزمینی
آب باران که به سطح زمین می رسد آبهای سطحی و زیرزمینی را تشکیل می دهد. این آب در ابتدا دارای نمک بسیار ناچیزی است، اما پس از تماس با رسوبات زمین شناسی و سنگهای مختلف، املاح آن زیاد می شود. املاحی که در آغاز جریان در آب وجود دارند با کانی های رسوبات یا سنگهایی که آب از آنها عبور می کند واکنش پیدا می کند و املاح موجود در سنگ حل می شود.
طول مسیر یا جابجایی یک نمک تا محلی که به غلظت اشباع می رسد و دوباره در قالب سنگ یا خاک از محلول جدا می گردد به قابلیت به قابلیت حل شدن آن بستگی دارد. قابلیت جابجایی هر یک از نمکها، بسیار متفاوت است. قابلیت جابجایی و حل شدن یونهای کلر موجود در سنگها از همه بیشتر و صد در صد است. قدرت جابجایی یونهای دیگر کمتر است. به عنوان مثال قدرت جابجایی و قابلیت حل شدن یون کلسیم ( Ca++ ) را می توان 3 درصد و سدیم ( Na+ ) را 5/2 درصد ذکر کرد.
وقتی آب باران به زمین می رسد، پوشش خاک و سایر مواد ناشی شده از تجزیه گیاهان و حیوانات را به همین دلیل در منطقة رشد گیاه، ترکیبات شیمیایی آب با تبادل یونی بین اجزاء تشکیل دهندة آب و خاک یا به علت جذب مواد مغذی به وسیله گیاهان تغییر می کند. معمولاً آبی که در خاک نفوذ می کند حاوی نیتراتها، فسفاتها و پتاسیم است ( که از کودهای شیمیایی موجود درخاک حاصب می شوند ). هنگامی که گیاهان و سایر ارگانیسم های زنده، دی اکسید کربن و سایر ارگانیسم های زنده، دی اکسید کربن ( Co 2 ) و اسیدهای ارگانیک تولید می کنند، PH آب نفوذی کاهش می یابد. و به این ترتیب غلظت نمک در آب زیرزمینی که از آب آبیاری نتیجه می شود بسیار بیشتر از آبهای سطحی می گردد.
در مناطق لم یرزع و خشک معمولاً میزان تبخیر بیش از میزان نفوذ است. اگر زمین زهکشی نشود این امر باعث جمع شدن توده ای از نمک در نزدیکی سطح زمین می شود. به این ترتیب خاصیت اسیدی آب باران و آب سطحی ( مانند آب مورد استفاده در آبیاری ) کمی بعد از نفوذ آب به داخل خاک افزایش می یابد. با توجه به میزان قابلیت حل و ویژگی های کانیهای خاک و سنگ، مقدار مواد جامد قابل حل (T D S ، Total dissolved solids ) در آب نفوذی تغییر می یابد. علاوه براین، خاطر نشان می سازد که میزان قابلیت حل با درجه حرارت و فشار نیز تغییر می کند.
تغییرات فصلی آب از نظر کم و زیاد شدن باعث ایجاد نوسانات فصلی کیفیت شیمیایی آب می شود. بنابراین شیمی خاک مورد آبهای طبیعی دوره ای بود و تحت تأثیر چرخة هیدرولوژیکی قرار دارد. مهمترین نمکهای محلول که توسط چرخة شیمیایی خاک تولید می شوند به دو گروه تقسیم می گردند ( 1955، Cheboter ). یونهایی که مقدار آنها زیاد است عبارتند از: Hco-3 ، Co 2-3 ، Cl- ، So2-4 ، Na+ ، K+، Co2+ ، Mg2+ ، H+ ، و یونهایی که به ندرت و اتفاقی با آنها روبرو می شویم عبارتند از: NH4+، Al3+، Fe2+، Fe3+، No-2، So2-3، Oh-، Sio2-3، جدول شماره (9-1 ) آنیونها و کاتیونهای موجود در آبهای زیرزمینی را مشخص می کند. کاتیونها دارای بار مثبت و آنیونها دارای بار منفی هستند.
جدول شماره 9-1 آنیونها و کاتیونهای موجود در آبهای زیرزمینی
آنیونها و کاتیونهای مهم آنیونها و کاتیونهایی که در درجه دوم اهمیت قرار دارند.
کاتیونهای محلول اکی والان وزن آنیونهای مهم اکی والان وزن
کلسیم ( Ca )
منیزیم ( Mg )
سدیم ( Na )
پتاسیم (K ) 04/ 20
16/ 12
00/ 23
10/ 39 کربنات ( 3Co )
بیکربنات (3 HCO )
سولفات (4 SO)
کلرور (CL )
نیترات (3NO) 00/ 30
01/ 61
03/ 48
46/ 35
01/ 62 آهن ( Fe )
آلومینیم ( AI )
سیلیس ( Sio )
بر ( B )
فلور ( F )
سلنیوم ( Se )
جدول شماره ( 9-2 ) ضرایب تبدیل مربوط به تعادل شیمیایی را مشخص می کند. در این جدول حاصل ضرب غلظت، برحسب میلی گرم در لیتر و ضرایب تبدیل برابر با غلظت بر حسب میلی اکی والان در لیتر می باشد ( 1970 ، Hemm ).
جدول شماره 9-2 ضرایب تبدیل مربوط به تعادل شیمیایی
ترکیبات شیمیایی ضریب تبدیل ترکیب شیمیایی ضریب تبدیل
( Conversion Factor ) ( Chemical constituent ) ( Conversion Factor ) ( Chemical constuent )
آلومینیم ( Al 3+ ) 0. 11119 آمینیم ( NH+4 ) 0. 05544
باریم ( Ba 2 ) 0. 01456 بریلیم ( Bc3+ ) 0. 33288
بیکربنات ( Hco -3 ) 0. 01639 برم ( Br- ) 0. 01251
کادمیم ( Cd2+ ) 0. 01779 کلسیم (Ca2+) 04990 0 .
کربنات ( Co2-3 ) 0. 03333 کلراید ( Cl- ) 02821 . 0.
کبالت ( Co2+ ) 0.0 3394 مس ( Cu2+ ) .03148 0
فلوراید ( F- ) 0. 05264 هیدروژن ( H+ ) 0.99209
هیدروکسید ( OH- ) 0. 05880 ید ( I- ) 0.00788
آهن ( Fe2+ ) 0. 03581 آهن ( Fe3+ ) 0. 5372
لیتیم ( Li 2+ ) 0. 14411 منیزیم ( Mg2+ ) 0. 08226
منگنز ( Mn2+ ) 0. 03640 نیترات ( No-3 ) 0. 01613
نیتریت ( No-2 ) 0. 02174 فسفات ( Po-34 ) 0. 03159
پتاسیم ( K+ ) 0. 02557 روی ( Zn2+ ) 0. 03060
اداره عمران و احیاء اراضی آمریکا ( U . S B ureau of Reclamation ) نیز در سال 1977 اثرات یونهای نادر را مطالعه و بررسی نموده است. این یونها عبارتند از: بور (B )، سرب ( Pb )، آرسنیک ( As )، سلنیم ( Se )، باریم ( Ba )، مس ( Cu )، روی ( Zn )، سولفید هیدروژن (2s H)، متان ( CH4 )، اکسیژن ( O2 ) و دی اکسید کربن ( Co2 ). جدول شماره (9-3 ) که توسط Dufer و BecKer ارائه و بوسیله ارتباط مواد جامد حل شده در آب سبک نشان داده شده است ( 1966، Davis Wiest ).
غلظت نمک در آبهای زیرزمینی روان، با کاهش سرعت یا افزایش مواد معدنی زیاد می شود. آب در لایه های آبدار عمیق تقریباً بی حرکت است. بدین ترتیب شوری آب با عمق افزایش می یابد. آبهای دارای بیکربنات غالباً در نزدیکی سطح بالایی و آبهای دارای کلراید در نزدیکی سطح زیرین لایه آبدار مشاهده می شوند.
آبهای زیرزمینی ( و آبهای سطحی ) برحسب غلظت شوری به صورت آب شیرین ( Fresh water )، آب با شوری ملایم ( Brakish water )، آب بسیار شور ( Saline water ) و آب نمکین یا آب دریا ( Brine ) طبقه بندی شده اند. TDS انواع گوناگون آب به قرار زیر است: برای آب شیرین، کمتر از mg/1 1000، برای آب با شوری ملایم در حدود 1000 تا 10000 میلی گرم در لیتر، برای آب بسیار شوردرحدود 10000 تا 100000 و برای آب نمکین بیش ازmg/1 100000، Carroll ) ( 1962 . چنانچه طبقه بندی دیگری اختیار کنیم این حدود تغییر می کند. به عنوان مثال
( 1970 ، Hem ) حد پایین تر از mg/ 1 3000 را برای آب شور و بیش از mg/1 3500 را برای آب خیلی شور ارائه داده است. از لایه های آبدار بسیار شور نمی توان به عنوان منبع آب شیرین استفاده کرد. از آنها می توان به عنوان مخازنی برای ذخیره موقتی آب شیرین استفاده کرد. آب با شوری ملایم را می توان در صنعت برای خنک کردن ماشین آلات مختلف مورد استفاده قرار داد.
معمولاً از لایه های آبدار موجود در سنگهای آذرین و سنگهای بلورین می توان آب زیرزمینی با کیفیت بسیار خوب با غلظت نمک کمتر از mg/1 100 ( که از حدود mg/1 500 تجاوز نمی کند) به دست آورد. آب با کیفیت خوب در بالای لایه های آبدار مناطق ساحلی و تپه های شنی ساحلی یافت می شود. در اعماق پایین تر لایه های آبدار مناطق ساحلی، به علت نفوذ آب شور به زمین، آبهای زیرزمینی بسیار شور به وفور دیده می شوند. آب زیرزمینی با کیفیت خوب را می توان در لایه های رسوبی و آتشفشانی نیز با محدودیتهای خاص پیدا نمود.
آب موجود در لایه های تشکیل شده از ماسه سنگ آبدار، ممکن است دارای مقادیر زیادی سدیم و بیکربنات ( Hco-3 ) باشد. در لایه های تشکیل شده از سنگهای رسی آبدار، ممکن است اندکی اسید و مقدار زیادی آهن، سولفات ( So-24 ) و فلوراید ( F- ) وجود داشته باشد. در لایه های تشکیل شده از سنگهای آهکی آبدار با حالت قلیایی امکان وجود اندکی کلسیم ( Ca2+) و منیزیم ( Mg2+ ) وجود دارد.
از جمله عواملی که در قابلیت انحلال یک نمک تأثیر دارند، نوع املاح همراه آن نمک است. به عنوان مثال در حضور کلرور سدیم یا نیترات سدیم، قابلیت حل شدن گچ تا حد زیادی افزایش می یابد و به این طریق امکان زیاد شدن آن در آب فراهم می شود. لازم به ذکر است به محض اینکه غلظت کلرور سدیم از حد معینی تجاوز نماید قابلیت حل شدن سولفات کلسیم دو مرتبه پایین می آید. به طور کلی می توان گفت نوع سنگ یا رسوبات زمین شناسی و درجه قابلیت حل شدن نمکهای آنها در آب، از عوامل بسیار مهم مطالعه کیفی آبها است. از این رو در ارائه اثر سنگها و رسوبات مختلف زمین شناسی بر کیفیت آبها را به طور مختصر مورد بررسی قرار می دهیم.
9-3-1- کیفیت آب در زمینهای آهکی
قابلیت حل شدن ترکیبات آهکی به مقدار گازکربنیک موجود در هوا، و خاک بستگی دارد. قابلیت حل شدن Co با کاهش درجه حرارت آب افزایش می یابد و کربنات کلسیم متناسب با گازکربنیک موجود در آب حل می شود. چون میزان آن در آب باران محدود است و از 50 میلی گرم درلیتر تجاوز نمی کند، در آبهای زیرزمینی مقدار انیدرید کربنیک آزاد بین 20 الی 50 میلی گرم در لیتر است.
سرعت قابلیت حل شدن سنگهای آهکی مختلف به یک اندازه نیست. برای مثال، قابلیت حل شدن کالسیت بیشتر از دولومیت است. به طور کلی آهکهای کارستی از لحاظ کربناتها غنی ولی از لحاظ کلرورها و سولفاتها فقیر است و کلاً باقیمانده خشک آنها کم است و از حدود 500 میلی گرم در لیتر تجاوز نمی نماید.
9-3-2- کیفیت آب در زمینهای گچی و نمکی
املاح آب در این زمینها به سرعت افزایش می یابد. علت آن حل شدن سریع ترکیبات سولفاته و کلروره در آب است. در زمینهای مذکور، مقدار زیادی از گچ در آب حل می شود تا حدی که ممکن است به درجه اشباع رسیده و رسوب کند. آبها پس از اشباع شدن از سولفات کلسیم، می توانند مقدار بیشتری از نمکهای منیزیم را در خود حل کنند، زیرا املاح منیزیم از قابلیت حل شدن بیشتری برخوردارند.
قابلیت حل شدن کلرورها نیز زیاد است. به طور کلی می توان گفت که در آبهای زیرزمینی ، کلرورها کمتر به حد اشباع می رسند، در صورتی که در آبهای سطحی، امکان اشباع شدن آنها زیاد است. از این رو غالباً در مناطق خشک به ویژه در حاشیه کویر، به طور متناوب رسوبات گچی و رسوبات نمکی دیده می شوند. باقیمانده خشک آبهای این مناطق به 200 گرم در لیترمی رسد.
9-3-3- کیفیت آب در زمینهای مارنی و رسی
تخلخل طبقات مارن و رس زیاد است و در بعضی موارد به 50% می رسد. منافذ طبقات مذکور بسیار کوچک و درعین حال بسیار زیاد است، در نتیجه سطح تماس آب و سنگ می تواند زیاد باشد. از طرفی به دلیل آنکه سرعت حرکت آب در این زمینها خیلی کم است می توان گفت که توقف آب در آنها زیاد می باشد ( آب در حال سکون است). سطح تماس زیاد و توقف زیاد آب در این زمینها سبب افزایش نمکهای آب می شود.
از این گذشته چون مارنها و رسها به هنگام رسوب کردن در دریا می توانند تا 50% حجم خودشان، آب شور دریا را در خود نگه دارند، این تشکیلات، غالباً دارای نمکهای زیاد و شور می باشند؛ در نتیجه آبهای زیرزمینی زیرزمینی در این مناطق نیز دارای نمک فراوان هستند به طوری که باقیمانده خشک آبها از چندین گرم در لیتر تجاوز می کند. در تشکیلات مارنی و رسی میزان سولفات (So ) و کلر( Cl ) بالاست. سولفاتها به صورت سولفات کلسیم و سولفات منیزیم و کلرورها به صورت کلرور سدیم هستند.
9-3-4- کیفیت آب در زمینهای ماسه ای و شنی
سطح مجاورت آب با ماسه های نرم، زیاد است؛ از این رو معمولاً مقدار مواد محلول در آب در این نوع رسوبات، نسبت به رسوبات درشت دانه تر یعنی شن و ماسه درشت، بیشتر است. ضمناً در رسوبات ماسه ای و شنی، مقدار کلر، سولفات سدیم، کلسیم و منیزیم از سنگهای آهکی بیشتر است.
از آنجا که زمینهای ماسه ای و شنهای کاملاً سیلیسی، غالباً دارای مواد کوارتزی و غیر محلول هستند، نمک در آنها بسیار کم است. در آب این نوع زمینها مقدار کلسیم و منیزیم نیز خیلی کم می باشد. کربنات و بیکربنات هم از چند میلی گرم در لیتر تجاوز نمی کنند. PH این نوع آبها پایین و در حدود 5با 6 است.
9-3-5- کیفیت آب در زمینهای آذرین
املاح آب در این نوع زمینها، نسبت به زمینهای رسوبی کمتر است. آب در زمینهای گرانیتی دارای مقدار زیادی سیلیس کلوئیدی یا غیر کلوئیدی، کربنات قلیایی یا بیکربنات کلسیم و مقداری انیدرید کربنیک و هم است. این زمینها دارای کلسیم، منیزیم و سولفات و مقدار کمی کلرور هستند. PH آب اسیدی است ولی بر ار خروج گاز کربنیک آب، محیط، قلیایی می شود؛ بنابراین خواص آب که از زمینهای گرانیتی خارج می شود قلیایی است.
از آنجا که در سنگهای آذرین تخریب کمی صورت می گیرد، باقیمانده خشک آبهای این مناطق نیز کم است. در مرحله کربناته شدن آنها، مقداری از املاح مانند سیلیس به میزان 10 تا 40 میلی گرم در لیتر رسوب می کند. نسبت یونهای کلسیم و منیزیم این آبها با کلسیم و منیزیم موجود در سنگ گرانیتی مجاور آب متناسب است. با آنکه پتاسیم موجود در این نوع سنگها بیشتر از سدیم است، ولی مقدار پتاسیم موجود در آب کمتر است زیرا پتاسیم، جذب مواد تجزیه شدة دیگر می شود.
خواص و ترکیب آب زمینهای بازالتی نیز با نسبت یونهای موجود در سنگ بازالت متناسب است. به علت زیاد بودن مقدار کلسیم و منیزیم در سنگ، مقدار منیزیم و کلسیم در آب هم زیاد می شود، ولی هیچگاه مقدار کلسیم از 3 میلی اکی والان در لیتر و مقدار منیزیم از 2 میلی اکی والان در لیتر تجاوز نمی کند؛ در حالی که مقدار سدیم کمتر است و به 2 میلی اکی والان هم نمی رسد. آب زمینهای بازالتی دارای مقدار کمی سولفات، کلروبیکربنات است. میزان بیکربنات و همچنین PH این آبها کمی بیشتر از آبهای زیرزمینی مخازن گرانیتی است.
باقیمانده خشک آبهای این مخازن نیز معمولاً کم است و از 400 میلی گرم در لیتر تجاوز نمی کند. مقدار سیلیس آب در زمینهای بازالتی کمتر از زمینهای گرانیتی است، به طور کلی باقیمانده خشک آب مخازن آذرین همیشه کم است و خیلی کم اتفاق می افتد که مواد موجود در آب به حد اشباع برسد.
9-4- تأثیر عامل هیدروژئولوژی و پاک کننده ها در کیفیت آبهای زیرزمینی
کیفیت آب با طی مسافت زیاد و عبور از دانه بندی های مختلف خاک یا رسوبات، تغییر می کند. هر اندازه آبهای زیرزمینی مسافت بیشتری را طی می نمایند، در طول راه املاح بیشتری را در خود حل می کنند. از سوی دیگر، چون در گذرگاههای زیرزمینی، دانه بندی رسوبات در قسمت پایین دشت به تدریج ریزتر می شود، سرعت جریان آب زیرزمینی هم، کندتر می گردد و مدت زمان تماس آب با رسوبات افزایش می یابد؛ در نتیجه مقدار مواد محلول در آب هم، زیادتر می شود. بطور کلی، براساس قوانین هیدروژئوشیمی، کیفیت آبهای زیرزمینی زیرزمینی زیرزمینی در جهت جریان، از ابتدا تا انتها به این سه صورت درمی آید: در منطقه نفوذ به صورت بیکربناتها، سپس به صورت سولفاتها، و در انتها به صورت کلرورها.
عواملی ماند پودر لباسشویی، صابون و دیگر مواد نمکدار نیز در تغییر کیفیت آبهای زیرزمینی مؤثرند. امروزه، در نتیجه مصرف زیاد مواد شیمیایی نمکدار، به ویژه پودرهای لباسشویی و صابونها و امثال آنها، به مقدار نمک آبهای جاری در شهرها و روستاها به ویژه در شهرهای بزرگ و نیز آبهای زیرزمینی که در اثر نفوذ آبهای سطحی آلوده به وجود آمده اند، به میزان قابل توجهی افزوده شده است.
9-5- سختی ( Hardness ) آبهای زیرزمینی
وقتی باران اسیدی به درون سنگ آهک یا تشکیلات دولومیتی نفوذ می کند، کربناتهای کلسیم و منیزیم را در خود حل می نماید. آنگاه آب زیرزمینی حاصله، سخت ( Hard ) نامیده می شود. آب سخت با صابون واکنش نشان نمی دهد، بنابراین برای مقاصد بهداشتی خانگی مناسب نیست. آب سخت، وقتی منتقل می شود یا حرارت داده می شود، توده ای از جرم گرفتگی را در مخازن و مجراهای آب تولید می کند. آب زیرزمینی سخت، معمولاً از لایه های آبدار دولومینی، سنگ آهکی و ژیپسی که بوسیله لایه های خاک سطحی ضخیم پوشیده شده اند، حاصل می شود.
ادامة عمل انحلال آب اسیدی در چنین لایه های آبداری، سختی را افزایش می دهد تا آنجا که دی اکسید کربن آب زیرزمینی تمام شود، و سختی کربناته تثبیت گردد. مقدار سولفات آب زیرزمینی، بیشتر به عمل انحلال آب بستگی دارد تا مقدار دی اکسید کربن. عمل انحلال متناسب با مدت تماس با آب افزایش می یابد بنابراین مقدار سولفات در طول مدتی که آب جریان دارد دائماً افزایش می یابد. در این قبیل لایه های آبدار، سولفات ها درشت ترین مواد جامد حل شده را تشکیل می دهند اگر چه مقدار کربناتها از مقدار سولفاتها تجاوز می کند.
هنگامی که یک رودخانه به طور هیدرولیکی با یک لایة آبدار اتصال پیدا می کند، مقدار سختی از یک الگوی فصلی تبعیت خواهد کرد. سختی و قلیاییت آب زیرزمینی، طی یک دورة طولانی مدت کم آبی رودخانه، به تدریج افزایش یافته و در طی دورة سیلابی یا پرآبی رودخانه به طور ناگهانی کاهش می یابد. آب زیرزمینی ناشی از نفوذ آب یک رودخانه دارای کیفیت شیمیایی با یکنواخت تری نسبت به آب سطحی همان رودخانه خواهد بود ( Walton , 1970 ). در این اگرچه حالت آبهای زیرزمینی، بیشتر از رودخانه ها نشأت می گیرند، کیفیت آنها تحت تأثیر تغییرات ناگهانی کیفیت آب سطحی، قرار نمی گیرد. معمولاً آبهای زیرزمینی از آب نفوذی از رودخانه، از نظر مزه، بو، تیرگی، باکتری های بیماری زا و مواد آلی نسبت به آب سطحی در وضعیت بهتری هستند مگر در مواردی که رودخانه استثنائاً بار مواد آلی ( Organic loads ) سنگینی حمل کند.
سختی آب ( Hr ) معمولاً برحسب غلظت یونهای کلسیم و منیزیم سنجیده می شود. Hr برحسب میلی گرم بر لیتر کربنات کلسیم ( Ca C o3 ) بیان شده و از معادلة زیر محاسبه می شود
( Todd, 1980 ):
Hr= 2.5 Ca + 4 . 1 Mg
هنگامی آب به عنوان آب نرم شناخته می شود که کربنات کلسیم آن کمتر از m/g 75 باشد. محدودة کربنات کلسیم برای آب با سختی متوسط بین 75 تا mg/ l 100 و برای آب سخت، بین 150 تا mg/l 300 می باشد. هنگامی آب، به عنوان آب بسیار سخت شناخته می شود که کربنات کلسیم از mg/l 300 تجاوز کند.
برای مصارف خانگی فقط آب نرم را می توان مورد استفاده قرار داد. اثرات آب نرم و سخت بر سلامت انسان بحثهای بسیاری را موجب شده است. درجه سختی قابل قبول در صنعت بسته به نوع صنعت به طور قابل ملاحظه ای تغییر می کند. موقعیت و محل چاهها برای بدست آوردن آب با درجه سختی مناسب که برای صنایع خاصی در خور استفاده باشد باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. معمولاً در این گونه مطالعات نقشه های خطوط هم تراز سختی آبهای زیرزمینی را در داخل محوطة مورد نظر رسم کرد. در صورت وجود سختی زیاد لازم است پتانسیل تغییرات ناشی از عوامل محیطی نیز سنجیده و بررسی شوند.
9-6- گازهای حل شده
اکثر آبهای زیرزمینی دارای گازهای حل شده اند. این گازها یا از جو( نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن ) مشتق شده اند، یا از فساد مواد آلی ( که سولفید هیدروژن و گاز قابل اشتعال به متان را تولید می کند ) نشأت گرفته اند. گازهای دی اکسید سولفور، اکسیدهای نیتروژن و آمونیم کمترند. سولفید هیدروژن را در غلظت کمتر از mg/l 0/1 از روی بو می توان تشخیص داد. گاز متان از تجزیة مواد آلی دفن شده مانند زباله های جامد انباشته شده در یک محل، گورستانها تولید می شود. گاز متان، بی رنگ و بدون مزه است. آبی که دارای مقدار اندکی بین 1 تا 2 میلی گرم در لیتر متان باشد می تواند در فضایی که عمل تهویه در آن به خوبی انجام نمی شود، تولید انفجار نماید. متان، عامل بسیاری از حوادث از قبیل خفگی در عمق چاههای دستی و گودالها و انفجارات و آتش سوزی ها در حفره های چاهها است. گاز متان می تواند قسمت پایین سازه ها مانند زیرزمین و طبقة همکف ساختمانها و مخازن روی زمین را به دلیل فشار زیاد، منجفر کند مگر اینکه عمل تهویه در این قبیل سازه ها به خوبی صورت پذیرد. گازهای حل شده در آب زیرزمینی با افزایش درجه حرارت یا کاهش فشار، آزاد می شوند. در اکثر آبهای زیرزمینی، غلظت آبهای حل شده، از 1 تا PPM 100 تغییر می کند. این گازها به پمپها و پوشش داخل چاهها از طریق ایجاد خردگی و کاویتاسیون زیان می رسانند( U . S Bureau of Reclation, 1977 ).
9-7- علل و تأثیرات تغییر کیفیت آبهای زیرزمینی
واکنش بین آب زیرزمینی و محیط طبیعی آن تمایل به ایجاد یک تعادل شیمیایی در کیفیت آب زیرزمینی دارد. فاکتورهایی از قبیل عکس العملهای شیمیایی، گردش آب با مقادیر متفاوت از منابع مختلف و خارج و وارد کردن آب آلوده یا تمیز به داخل لایه های آبدار موجب تغییر در ترکیب شیمیایی و دیگر کیفیتهای آب می شود.
تبادل یونی اولیه، تغییراتی فیزیکی و شیمیایی در کیفیت آب زیرزمینی به وجود می آورد. این تبادل یونی عمدتاً شامل کاتیونهای مشخصی مانند سدیم، کلسیم و منیزیم می شود. وقتی آب حاوی سدیم زیاد به داخل خاک نفوذ کند، سدیم، کلسیم و دیگر یونها را جابه جا می کند. این امر باعث تجمع مواد در درون حفره های خاک و کاهش نفوذ پذیری خاک می شود. چناچه گچ ( So4 Sa ) به خاک اضافه شود، کلسیم کاتیون غالب شده و با انجام تبادل یونی، نفوذ پذیری خاک بیشتر خواهد شد. این تغییرات در نفوذ پذیری، باعث ایجاد تغییراتی در سرعت آب زیرزمینی شده و کیفیت آب را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
تبادل یونی اولیه، به عنوان تغییر آب از حالت سخت به نرم ( Soft ) شناخته شده است. مقادیر زیاد کلسیم و منیزیم در لایه های آبدار مناطق ساحلی، به تبادل یونی اولیه نسبت داده شده و این امر نمی تواند نتیجه اختلاط سادة آب دریا و آب تازه باشد. پدیدة تبادل یونی اولیه کمک می کند تا مسائلی که با راه حل شیمیایی ساده یا الگوهای جریان آب زیرزمینی نمی تواند تعریف شود، مشخص گردند. برای مثال، وجود نمک در آب زیرزمینی بیشتر از آنچه که در آب دریا وجود دارد، ممکن به علت تماس آب زیرزمینی با سنگهای رسوبی باشد ( Hanshaw, 1972 ). آب دریا ممکن است در این مثال مواد دانه ریز مانند خاک رس، برخی از یونها را طی فرایند تبادل یونی اولیه، نگهداری می کنند.
یک لایه آبدار که از لایه های نیمه نفوذ پذیر ( Aquiclude ) تشکیل شده نیز می تواند اختلافاتی بین فشار اسمزی و پتانسیل الکتریکی ( Electric potential ) این لایه و سایر لایه های آبدار ایجاد کند ( Hanshaw, 1972 ). ارتفاع نمایش دهندة فشار در یک لایة آبدار شنی که روی یک لایة شیل ( Shale ) واقع شده است، ممکن است کمتر از حد معمول باشد. دلیل این امر خارج شدن آب از خاک شیل به علت خاصیت اسمزی لایه است.
تغییر کیفیت شیمیایی در لایه های آبدار کم عمق از لایه های آبدار عمیق شدیدتر است زیرا لایه های آبدار کم عمق، بیشتر تحت تأثیر تغییرات فصلی و فعالیتهای انسان قرار می گیرند. رسوب مواد شیمیایی، یونها را با تشکیل ترکیبهای حل نشدنی از مواد محلول جدا کرده و باعث تغییر شیمیایی آب می شود. رسوب کربنات کلسیم و آزاد شدن دی اکسید کربن از کاهش فشار یا افزایش دما ناشی می شود.
9-8- خواص فیزیکی آبهای زیرزمینی
تحلیل فیزیکی آبهای زیرزمینی شامل تعیین رنگ، طعم، بو، تیرگی و دمای آن است. رنگ آب به نوع مواد معدنی و آلی درون محلول بستگی داشته و در مقایسه با محلول استاندارد، معمولاً برحسب میلی گرم در لیتر گزارش می شود( Hem, 1970 ). طعم و بو معمولاً به صورت تجربی تألیف می شوند، اگرچه می توانند از نظر کیفیت، با توجه به بیشترین درجه دقت درمقایسه با آب بدون طعم و بو، مشخص شوند. تیرگی ( Turbidity ) معیاری برای تشخیص مواد معلق و کلوئیدی موجود در آب از قبیل مواد آلی، میکروارگانیسم های میکروسکپی و ذرات گل و لجن است. اندازه گیری تیرگی ممکن است بر پایة طول مسیر طول گذرنده از میان آب که باعث محو شدن تصویر شمع استاندارد می شود، صورت گیرد.
آب زیرزمینی جاری شده از مخازن شنی و ماسه ای، به صورت طبیعی تصویه می شود و معمولاً فاقد تیرگی است. آبهای جاری شده از چاههای نواحی حفره دار یا صخره های غاری، همچنین آب چشمه های گل آلود که آبهای زیرزمینی متعلق به لایه های آبدار کم عمق را بعد از بارندگی طولانی مدت تخلیه می کنند، و نیز آبهای دارای ذرات کوچک اسید فریک حاصل شده از پمپهای زنگ زده، مثالهایی از آب دارای تیرگی زیاد هستند. غلظت کل مواد معلق در چاههای مورد استفاده نباید از ppm5 ( Walton, 1970 ).
دمای آب زیرزمینی در لایه های آبدار کم عمق، عمدتاً تحت تأثیر نواسانات دمای فصلی و روزانه سطح زمین قرار گرفته و کمتر تحت تأثیر گرادیان دمای داخل زمین قرار می گیرد. بر اثر گرادیان دمای داخل زمین، دمای آب بین oc1 تا 5oc ( به طور میانگین 5/2 oc ) برای هر 100m عمق افزایش می یابد. دمای آبهای زیرزمینی لایه های آبدار عمیق، کم و بیش ثابت است. دمای آب، زیرزمینی در اعماق m10 تا m20 تقریباً ثابت است و به طور طبیعی از دمای متوسط سالانه هوا، در حدود 1 تا oc5/1 بالاتر است. دمای کم و بیش ثابت آب زیرزمینی، به عنوان یک منبع تأمین آب، یک مزیت برای استفاده از آن در صنعت است. از این امر می توان برای کنترل دمای پمپ حرارتی در ساختمانها ( برای سرد کردن در تابستان و گرم کردن در زمستان) استفاده نمود.
دمای آب زیرزمینی استخراج شده ازچاهی که آب رودخانه از آن نفوذ می کند، رفتاری مطابق رفتار آب در رودخانه را داراست، اگرچه از نظر مقدار از آن کمتر و از نظر زمانی از آن عقبتر می باشد. آبهای ژئوترمال ( تحت تأثیر دمای داخلی زمین ) متعلق به لایه های آبدار عمیق می توانند دمایی بالاتر از نقطه جوش آب ( oc100 ) نیز داشته باشند. ( محدودة دمایی بین oc 200 تا oc300 برای آنها غیر معمول نیست.) استفاده های عملی از آبهای ژئوترمال چشمه ها یا چاهها برای گرم کردن خانه ها و گلخانه ها، مصارف صنعتی، پرورش ماهی، اهداف و مقاصد درمانی و تولید بخار برای نیروگاهها معمول است ( ذخعصثقو 1978 ). دمای آب باید بلافاصله بعد از نمونه گیری آن در محل اندازه گیری شود. برای تعیین بو، تیرگی و رنگ باید آزمایشهای لازم بلافاصله صورت پذیرد.
9-9- آزمایشهای شیمیایی و بیولوژیکی
معمول است که نمونه برداری از آب را مدت زمانی پس از پمپاژ چاه انجام می دهند. این امر باعث می شود تا از نمونه گیری از آبهای غیر طبیعی و بدون حرکت و راکد یا آلوده اجتناب شود. نمونه های آب باید دارای حجم کافی باشند تا بتوان کلیة آزمایشهای لازم را انجام داد. این نمونه ها باید دقیقاً در بطری های غیر آلوده جمع آوری ( گاهی بطری هایی لازمند که نمونه ها را از نور حفظ نمایند) و به صورت مناسب، بلافاصله به آزمایشگاه ارسال شوند، در غیر این صورت باید آنها را در محلی خنک نگهداری نمود. ذخیره سازی نمونه های آب ممکن است کیفیت آب را تحت تأثیر قرار دهد، زیرا ممکن است برخی از کاتیونهای Zn, Sn, Mn, Al, CU, Fe به علت تبادل یونی بین کاتیونها و دیوارة ظرف شیشه ای از دست بروند ( Rainwater and thatcher, 1960 ).
قبل ازترک محل، تحلیلهای درجا نیز باید انجام شوند تا PH ، سختی، گازهای غیر محلول، هدایت الکتریکی مخصوص و ساختار شیمیایی تقریبی آب مشخص گردد. اگر چه آزمایشهایی درجا معمولاً از آزمایشهای آزمایشگاهی دقت کمتری دارند، اما غالباً برای طرح یک برنامة آزمایشی قابل اطمینان می توانند اطلاعات مفیدتری ارائه دهند.
نتایج آزمایشهای مربوط به کیفیت شیمیایی معمولاً به صورت جدول یا منحنی ویژه ای نمایش داده می شوند (Hem , 1970). از منحنی بیشتر می توان برای مقایسة نتایج نمونه ها، شناسایی آب با محتوایات مختلف و مشخص کردن واکنشهای شیمیایی که از گردش آب زیرزمینی حاصل می شوند استفاده نمود. بعلاوه از روش منحنی می توان برای نشان دادن درجة اشباع کربنات کلسیم (CaCO3 ) و سولفات کلسیم (CaSO4 ) در آب زیرزمین استفاده کرد.
مقدار TDS نمونه ها می تواند بوسیلة اندازه گیری هدایت الکتریکی آب زیرزمینی به سرعت مشخص شود TDS ، همة مواد جامد موجود در محلول را، خواه یونیزه و خواه غیر آن در بر می گیرد. TDS ، شامل مواد معلق یاگازهای حل شده نمی شود. هدایت الکتریکی (Electrical conductivity , EC) معیاری برای نشان دادن قدرت آب برای هدایت یک جریان الکتریسته بوده و تابعی از دمای آب و TDS است. معکوس هدایت الکتریکی، به عنوان مقاومت شناخته می شود. هدایت الکتریکی cm3 از یک محلول در oc25، میزان هدایت الکتریکی ویژه آن محلول را مشخص می کند. هدایت الکتریکی با واحد میکروزیمنس ( Microsiemens ) در سانتیمتر ( us/ cm ) که معادل یک میکروموس در سانتیمتر است سنجیده می شود. هدایت الکتریکی با افزایش نمک در محلول افزایش پیدا می کند. میزان افزایش هدایت الکتریکی آب در اثر افزایش درجه حرارت محلول به میزان 1 درجه سانتیگراد، برابر 2% است. هدایت الکتریکی آب تقطیر شده از 5/0 تا mho/ cm 0/5 تغییر می کند. در آب زیرزمینی طبیعی، هدایت الکتریکی از mho 30 تا mho 2000 و در آب اقیانوسها از mho 45000 تا mho 55000 تغییر می کند ( Davis and Dewiest, 1966 ).
غلظتهای یونهای محلول در آب زیرزمینی را غالباً بر پایة وزنی، برحسب میلیونیم ( Part per million . ppm ) گزارش می کند. یک میلیونیم مطابق تعریف عبارت است از یک قسمت وزنی از یون به یک میلیون قسمت وزنی از آب. این مقدار، معادل میلی گرم در لیتر است. غلظت کل یونی ( Total ionic concentration ) کل مواد جامد محلول ( Total dissolved solids ) را نیز به همین نحو گزارش می کنند.
کاتیونها که بار مثبت دارند و آنیونها که دارای بار منفی هستند، از روی نسبتهای وزنی معینی به هم می پیوندند، یا از هم جدا می شوند. از آنجا که یک اکی والان وزن از یک کاتیون درست با یک اکی والان وزن از یک آنیون ترکیب می شود، با بیان غلظتها برحسب اکی والان وزن( Equivalent, weights ) این نسبتها را به سادگی تعیین می کنیم. وزن مولکولی یا یک اکی والان وزن از یون، برابر با نسبت وزن اتمی آن به ظرفیتش می باشد. جدول شماره (9-1 ) وزن مولکولی یا اکی والان وزن یونهای مختلف را نشان می دهد. به علت اینکه هیدروژن با وزن مولکولی یک، عنصر پایه محسوب می شود، وزن مولکلولی یا اکی والان وزن یونها در حقیقت اکی والان وزن هیدروژن هستند. مثلاً، اکی والان وزن یک یون و یک ماده مرکب بر حسب گرم، وزنی است برحسب گرم از آن یون یا مادة مرکب که به جای یک گرم هیدروژن قرار می گیرد یا با یک گرم هیدروژن ترکیب می شود.
برای سهولت، غلظتها را برحسب گرم اکی والان وزن در هر لیتر محلول، بیان می کنند؛ در نتیجه، میلی گرم اکی والان در لیتر ( meq/l )، یا تنها میلی اکی والان در لیتر ( me/l ) به کار گرفته می شود. بعلاوه از آنجا که یک میلی اکی والان در لیتر از هیدروژن، معادل یک میلیونیم از هیدروژن است، می توان گفت که یک میلی اکی والان در لیتر، معادل یک اکی والان در میلیون ( epm ) است. پس، مطابق تعریف، یک اکی والان در میلیون، معادل وزن یک یون یا نمک برحسب گرم در یک میلیون گرم، از محلول است. این تساوی فقط در حالتی که تکاثف مخصوص محلول، یک باشد صادق است؛ غلظت یک یون برحسب میلیونیم ( ppm ) تقسیم بر اکی والان وزن مولکوی آن، مقدار عددی meq/l یون را به دست می دهد.
ارتباط بین میلی اکی والان در لیتر و میلی گرم در لیتر برای بیشتر آبهای طبیعی ( محدوده 100 تا us/cm 5000 ) به وسیلة لوژان ( Logan, 1961 ) و ریچارد ( Richard, 1954 ) به صورت رابطه زیر داده شده است:
Meq/l = 100 us/cm از کاتیون
=l.56 us/cm mg/l l
شرح و تفسیر نتایج آزمایشهای شیمیایی آبهای زیرزمینی، به آنالیز آماری و تهیه نقشه های مختلف، دیاگرامها و منحنی های متفاوت نیاز دارد. ترسیم هیدروگراف کیفیت شیمیایی برای مطالعة تغییرات کیفیت آب برحسب زمان مفید است.
بررسی فعالیتهای میکروبی در لایه های آبدار نسبتاً مشکل است زیرا حفر یک چاه استریل تقریباً غیر ممکن می باشد. منشأ باکتری ها در لایه های آبدار ناشناخته است. عموماً مهاجرت باکتریها در خاکهای دانه ریز کمتر از خاکهای دانه درشت یا سنگهای شکافدار است ( Romero, 1970 ). باکتریهای بیماریزا ( Pathogenic )، ویروسها و دیگر میکروارگانیسمهایی که غالباًمحیط رشد و نموشان در زیر زمین نیست نمی توانند در آبهای زیرزمینی رشد و نمو کنند و چنانچه در زیرزمین قرار گیرند در نهایت می میرند. این میکروبها خوشبختانه بندرت در آبهای زیرزمینی یافت می شوند ( Walton, 1970 ). در محلهایی که ساختمان چاه، ضعیف است یا منابع آلوده در محل وجود دارند، انجام آنالیزهای بیولوژیکی برای مشخص کردن باکتریهای گروه کلیفرم
( Coliform ) لازم است. این آنالیزها برای تأیید سلامت آب به منظور آشامیدن ضروری است. در مورد تعداد باکتریهای گروه کلیفرم لازم است بیشترین عدد محتمل ( Most probable number, MPN ) در یک حجم داده شده از آب با استفاده از جدول احتمالات تعیین شود ( Todd, 1980 ).
مواد آلی در آب زیرزمینی معمولاً با روش استخراج کلروفرم کربن ( CCE ) و روش استخراج کربن – الکل ( CAE ) آزمایش می شوند ( Bouwer 1978 ). تعداد اکسیژن مورد نیاز بیولوژیکی ( BOD ) در آب زیزمینی اساساً صفر است. مواد عالی در رسوبات از نوع پیت ( Peat ) نسبتاً پایدار بوده واین امر باعث پایین بودن مقدار ( BOD ) در آب زیرزمینی می شود.
9-10 – مواد رادیواکتیو در آب زیرزمینی
در تعداد زیادی از منابع آب، مقداری جزئی مواد رادیواکتیو که به طور طبیعی به وجود آمده و ایزوترپ رادیواکتیو عناصر طبیعی، مانند پتاسیم 40 می باشد، وجود دارند. در آبهای جاری در زمینهای گرانیتی مقداری خیلی جزئی رادیم وجود دارد ( رادیم، عنصر رادیواکتیوی است که از اورانیم تولید می شود). معمولاً میزان مواد رادیو اکتیو طبیعی در آب آشامیدنی آنقد پایین است که سلامتی مصرف کننده را تهدید نمی کند. البته اخیراً به این مسأله پی برده اند که در آب بعضی از چشمه های معدنی مقداری جزئی مواد رادیواکتیو وجود دارد. فعالیتهای زیر در آلوده سازی محیط و آب با مواد رادیواکتیو مؤثرند:
1 – استخراج معادن مواد رادیواکتیو
2 – مصرف مواد رادیواکتیو در مراگز تولید نیرو
3 – مصرف مواد رادیواکتیو در مراکز تحقیقات پزشکی
4 – مصرف مواد رادیواکتیو در انفجارات اتمی
کمیسون بین المللی حفاظت محیط زیست از مواد راد اکتیو، سازمانی است که پیشنهادهایی در مورد کنترل مواد راد اکتیو ارائه داده و همچنین غلظت قابل قبول مواد راد اکتیو را نیز مشخص می کند. این پیشنهادها به صورت حداکثر غلظت قابل قبول مواد راد اکتیو در آب آشامیدنی در سال 1971 در استانداردهای بین المللی سازمان بهد
دانلود مقاله آب و خواص ان