تقنيات تحديد مواقع المياه

البحوث : هذا بحث عن تقنيات استكشاف المياة الجوفية و استخدام الطرق الجيوفيزيائية السطحية والجوفية وشامل الطرق السطحية للمسح الجيوفيزيائي



المقدمة البحث



تقنيات استكشاف المياة الجوفية

-----------------------------------------

لقد تطور علم الهيدروجيولوجيا في السنوات الماضية باختراع تقنيات لاستكشاف المكامن المائية ( الطبقة الحاملة للمياه ) حيث تمكن العلماء من اختراع العديد من الأجهزة لاستكشاف الطبقات الحاملة للمياه وبالذات في العقدين الماضيين , مع مراعاة النواحي البيئية وتحليلها . فقد استخدمت تقنيات الاستكشاف الجيوفيزيائي للمياه الجوفية أيضا في تتبع حركت المياه الجوفية في أعماق الأرض وفي المناجم السطحية وفي المفاعلات وفي التغذية الاصطناعية للمياه الجوفية والملوثات النووية وأيضا دراسة اثر السدود وخزاناتها وغيرها , حيث ما ذكر أعلاه يؤثر على المياه الجوفية من حيث الكمية والنوعية معا , وفي هذا الموضوع سأتطرق لعدة تقنيات للاستكشاف واستخداماتها في علم الهيدرولوجيا مثل :

إسخدام الصور الجوية والاستشعار .
استخدام الطرق الجيوفيزيائية السطحية والجوفية ونوعها .
1 ـ تحليل الصور الجوية

تستخدم الصور الجوية وخيالات الاستشعار عن بعد في عدة مجالات عمرانية وحضارية وإنسانية وزراعية وفي تقييم الموارد الطبيعية . أيضا تستخدم كمرحلة أولية في استكشاف المياه الجوفية وذلك برسم الخرائط الطبيعية الأساسية ذات المقاييس المختلفة المناسبة في تحليل الصور الجوية الملتقطة لمعرفة التراكيب الجيولوجية من صدوع وطيات وشقوق وكهوف .

وسوف نهتم بتحليل آثار الانكسارات الجيولوجية للبحث عن مصادر المياه الجوفية التي تعد أحد العوامل الناجحة التي يستخدمها الهيدرولوجيين وخصوصا في المناطق ذات التكوينات الجيولوجية الجيرية .

تتركز المياه الجوفية كما نعلم في الفراغات والمناطق ذات الانكسارات الشديدة ( Fracture Zone ) لعدة أنواع من الصخور . ويمكن معرفة هذه الانكسارات من دراسة الظواهر والسمات الخطية ( Linear Feature ) في الصور الجوية وصور الأقمار الصناعية .

2 ـ الطرق السطحية للمسح الجيوفيزيائي


صورة ( 1 ) جهاز المقاومة الكهربائية ثنائي الأبعاد مع الالكترود المستخدم في التوصيل الكهربائي
استخدمت المسوحات الجيوفيزيائية لعدة عقود زمنية في حقول المناجم والنفط وقد اكتشف الهيدرولوجيون مدى النفع الذي تحققه هذه المسوحات في استكشاف المكامن المائية الجوفية للأعماق الضحلة والعميقـــة ( بضع مئات الأمتار تحت سطح الأرض ) , وتستخدم عدة طرق لهذا الغرض وفيما يلي أكثرها شيوعا :

طرق قياس المقاومة الكهربائية ـ صورة ( 1 ) : Direct Current Resistivity
الانكسارات الموجيه السيزيمية : Seismic Refraction
طرق المغناطيسية والجاذبية : Gravity and Magnetic Method
فوائد استخدام الطرق الجيوفيزيائية
تحدد هذه الطرق طبيعة التكوينات الجيولوجية تحت سطح الأرض .
تحديد سمك الطبقات المتماسكة على السطح .
تحديد مستوى وأعماق المياه الجوفية .
التعرف على التراكيب الجيولوجية في باطن الأرض مثل رسوبيات الحصى وطبقات الطين .
تحديد أعماق الصخور التي توجد أسفل المكامن المائية .
رسم الخرائط اللازمة التي تساعد في تحديد مواقع الابار في الحقل دون اللجوء في كل مرة إلى الاستكشاف الجيوفيزيائي المكلف .
2 ـ 1 طريقة المقاومة الكهربائية بالتيار المستمر

هي إحدى الطرق الجيوفيزيائية الكهربائية التي لها نتائج ملموسة وناجحة في استكشاف الطبقات الحاملة للمياه ويستخدم في هذه الطريقة التيار الكهربائي المستمر أو تيار ذو ترددات منخفضة .

ويستخدم جهاز المقاومة الأرضية كما في الصورة ( 1 ) حيث يدفن في الأرض إلكترودات معدنية وإذا كانت التربة جافة تبلل بالماء لتصبح جيدة التوصيل , ويقاس فرق الجهد للأرض عن طريق الكترودين معدنيين آخرين موصلين على سطحها كما في الشكل ( 1 ) وبمعرفة التيار المتنقل فرق الجهد بين الالكترودين نحصل على قيمة المقاومة مواد الأرض ,

وتتغير مقاومة الأرض الكهربائية ( Electrical Resistivity ) من -6 10 ( اوم . م ) لمعدن الجرافيت إلى حوالي +12 10 ( اوم . م ) لصخر الكوارتزيت ويمكن حساب المقاومة كالتالي :



ويوضح الجدول التالي الرموز المستخدمة في حسابات المقاومة الأرضية

الرمز R A L ΔV I
تفسيره المقاومة الأرضية مساحة المقطع طول المسمار فرق الجهد شدة التيار

تقاس المقاومة الكهربائية بـ ( اوم . م ) أو ( أوم . قدم ) وتصمم الأقطاب الأربعة كالآتي :

الرمز A B M , N
تفسيريه ألكترود ذو تيار موجب ألكترود ذو تيار سالب إلكترود الجهد

وهناك طريقتان أساسيتان لتصميم الالكترودات المستخدمة للمقاومة وذلك اعتمادا على المسافة بينهما وهما طريقة ( Wenner ) وطريقة ( Schlumberger ) :


الشكل ( 1 ) طريقة تثبيت الالكترودات حسب
( wenner )
أ ـ طريقة Wenner

بهذه الطريقة تكون المسافات بين الالكترودات متساوية حسب الشكل ( 1 ) عند تثبيتها إلى الأرض حيث AM = MN = NB = a





ب ـ طريقة شلمبرجير Schlumberger Array

تنظم الالكترودات في هذه الطريقة بحيث يكون الكترود الجهد أقرب إلى بعضيهما البعض وحيث المسافة ( AB ) أكبر من المسافة ( MN ) بخمس مرات كما في الشكل ( 2 ) .

يتم قياس المقاومة بطريقتين:


الشكل ( 2 ) طريقة تثبيت الالكترودات حسب
( Schlumberger )
القياس الكهربائي : Electrical Sounding أو هي قياس المقاومة مع العمق .
قياس المقاومة الأفقي : Horizontal Profiling وتتم من خلال تحديد مقطع عرضي لتطبيق المسح الجيوفيزيائي من خلال تحديد نطاقات محددة على الأرض .
وتعتبر طريقة شلمبيرجير هي الطريقة الشائعة الآن من خلال استخدام جهاز المقاومة الأرضية والطبق في استكشاف الدراسات المائية في وزارة البيئة والمياه .


شكل ( 3 ) قطاع ثنائي الأبعاد للمقاومة الأرضية الكهربية الظاهرية المقاسة فى الحقل
وتستخدم الطرق الجيوكهربية في استكشاف لمياه الجوفية لمعرفة إمكانات المياه الجوفية ومناطق المياه العذبة وأيضا معرفة طبقات الطين والحصى ونتوصل في نهاية الدراسة إلى رسم جيولوجي يوضح الخصائص الجيولوجية الطبقة الحاملة للمياه , وأيضا الخصائص الكيميائية للمياه المتواجدة في الطبقة والشكل ( 3 ) يوضح ذلك .

2 ـ 2 ـ الطرق الاهتزازية السيزمية : Seismic Methods


الصورة ( 2 ) يوضح مسارات انتقال الموجه الاهتزازية المنكسرة والموجه المباشرة
تستخدم الطرق السيزيمية في إحداث أمواج اهتزازية تنتقل خلال صخور الأرض وطبقاتها وهذه الطرق شائعة الاستخدام في الهيدروجيولوجيا , وهي مفيدة في تحديد عمق الطبقات وسماكتها وميلها وعمق الطبقة الحاملة للمياه أحيانا و التكوين العام للطبقات , و تستخدم هذه الطرق في الصناعة النفطية بشكل عام ويحدد من خلالها تكوين الطبقات وكذلك الشكل الهندسي لحدود الطبقات والصورة ( 2 ) توضح آلية استخدام هذه التقنية في استكشاف المياه الجوفية .

2 ـ 3 ـ طرق الجاذبية المغناطيسية : Gravity and Magnetic Methods

وتعتبر هذه الطريقة من الطرق الجيوفيزيائية المهمة قياس مجال الجاذبية والمغناطيسية الأرضية وذلك من اجل دراسة تراكيب وتكوينات مواد الأرض ذات الكثافات المغناطيسية المختلفة التي تعتمد على تراكيبها المعدنية , ولقد تطور هذا العلم لخدمة علة الهبيدرولوجيا بهدف تحديد أماكن وجود المياه الجوفية في الأماكن المنخفضة مثل الوديان , والقنوات القديمة , والموارد غير المتماسكة والصخور البلورية ذات المهشمة ( كسور ) كالبازلت وتستخدم هذه التقنية أجهزة عديدة مثل جهاز الجاذبية الأرضية ( Gravimeter ) ,جهاز الكاشف الجوي ( Airborne ) .

وفي الدراسات الهيدروجيولوجية تكون التغيرات المغناطيسية مفيدة لتوضيح مغناطيسية الصخور الجوفية مثل صخور البازلت وهي من المكامن المائية المهمة في الصخور البلورية , لكونها صخور نارية شديدة الانكسارات والشقوق , وذلك بسبب تبريدها المفاجئ وتستخدم هذه التقنية أيضا للتتبع طبقات البازلت مع الصخور غير المغناطيسية .

يعتقد الكثير من الناس ان المياه الجوفيه يمكن الحصول عليها بالحفر فى أي مكان فى اي عمق كاف او الى مستوى اقرب مجرى مائي, ولكن ليست الحال دائما كذلك إذ ان المياه الجوفيه لا توجد إلا فى ظروف جيولوجية ومناخية ملائمة.

ولايجوز الإبتداء بمشروع يعتمد المياه الجوفية لإبعد الوثوق بكفاية مخزون هذه المياه ودراستها فى فترات مختلفة على مدار السنه واختبار المواقع بواسطة ابار اختبارية.
ولأختيار مواقع الآبار الضحلة او المتوسطة العمق يمكن ان يهتدي بشكل الأرض وطبيعة الصخور الواقعة تحت السطح مباشرة وطبيعة النباتات وغزارتها ويمكن ايضا أن نسترشد بوجود بعض المواقع الرطبة من الارض أو بوجود رواسب سطحية تبخرية ناتجة من تبخر المياه الجوفية الصاعده بفعل الخاصية الشعرية فى المناطق الجافة , ويمكن استخدام طرق البحث الجيوفيزيائي لأختيار اماكن حفر آبار الماء.

اما الىبار الارتوازية العميقة تحتاج التنقيب عنها الى معلومات دقيقة عن طبيعة الصخور تحت السطحية وتراكيبها, وذلك فى المناطق الصحراوية خاصة مكامن الميا الجوفية محدودة...

الطرق الجيولوجية والطبوغرافية
وهي تساعد على الكشف عن اماكن تجمع المياه الجوفيه بالمشاهدات التالية:

1- ضباب الأرض...
يظهر على سطح الأرض أحيانا ضباب تختلف كثافته باختلاف تبخر المياه الجوفى, باستخدام طرق مختلفة مثل : استخدام أفرع طويله من الأشجار (فى المناطق شبه الرطبة)تغرس فى الأرض وعندئذ تميل الأفرع فى هذا الاتجاه كما يمكن استخدام صحون توضع مائلة فوق سطح الأرض وتترك طوال اليل فيشاهد بخار الماء كثيفا على سطحها الداخلي فى الصباح إذا كان بالأرض كمية كبيرة من المياه الجوفية.

2- الأراضي الرطبة والراشحة:
عندما يكون الماء الجوفي تقريبا قريبا من سطح الأرض, فان قدرا من هذا الماء يصل الى السطح بالخاصية الشعرية, لذلك فإن الأراضي الرطبة أو وود مياه راشحة , تعد دلالات فى كثير من الأحيان على وجود مياه جوفية قريبة من سطح الأرض.
ولكن عند القيام بمثل هذه المشاهدات يجب ملاحظة أنه يمكن أن تكون بعض الأراضي والصخور السطحية رطبة نتيجة لاحتوائها على بعض الأملاح المتميعة التى تمتص الرطوبة من الجو, وفى هذه الحالات لاتدل رطوبة سطح الأرض على وجود مكمن للمياه الجوفية تحته.
وفى حال اكتشاف مكمن للماء الجوفي يجب اختيار موقع البئر فى اتجاه سريان المياه.
وعلى مسافة قصيرة من موقع الرشح . ومستوى أعلى من منطقة الرشح قليلا .

3- طبوغرافية سطح الأرض:
يسترشد بها لتعيين أنسب الأماكن لحفر الآبار فمن المعروف ان مستوى الماء الجوفي يكون أقرب الى سطح الأرض تحت الوديان عنه تحت المناطق المرتفعة.

4- المناطق الشاطئة والكثبان الرطبة:
فى المناطق ذات التساقط الكافي من الامطار تتجمع طبقة من المياه العذبة تطفو فوق المياه المالحة تحت سطح الارض بالقرب من الشواطئ أو المساحاة المغطاة بالكثبان الرملية.

5- وديان الانهار:
تعطى الوديان الواسعه المفتوحة واللطيفة الانحدار فرصا أحسن لحفر الآبار مما تعطيه الوديان الضيقة ذات الانحدار الشديد.

الوسائل الجيوفيزيائية للكشف عن المياه الجوفية:

أولا:

طرق التحديد المباشرة لمواقع المياه الجوفية:
تتوقف هذه الطرق على الخواص الفيزيائية للمياه الجوفية , فيمكن العثور على مياه الينابيع الحارة أو المالحة او المياه ذات الإشعاعات عن طريق تحديد التأثير الحراري أو الكهربائي أو الإشعاعي لهذه المياه على سطح الأراضي التى فوقها. ويتم هذا التحديد باستخدام اجهزة مثل: مقاييس الحرارة thermometersوعدادات جيجر geiger counters
لقياس الإشعاع الذري أو أجهزة خاصة لقياس المقاومة الكهربائية للصخور .
وتعتمد هذه المقاومة فى كثير من الحالالت على كمية الأملاح الذائبة فى السوائل المتخللة فى الصخور . إذ هي تتناسب عكسيا مع كمية هذه الأملاح.
طيب....

ماذا يحدث لو كانت مكامن المياه الجوفي داخل فجوات فى باطن الأرض؟؟؟

مثال: مناطق الكارست الغنية بالصخور الجيرية....

هنا يمكن استخدام الطرق اللاسلكية للكشف عن مواقع المياه الجوفية,فالموجات الاسلكية تتأثر بوجود مقل هذه الفجوات أثناء سيرانها فى باطن الأرض.

ويمكن تحديد مستوى الماء الأرضي بطرائق جيوفيزيائية بأخذ قراءات هيجرومترية. ( يعني تحديد نسبة الرطوبة فى الصخور والتربة).على أعماق مختلفة من خلال حفر بعض الآبار الاستكشافية .

ثانيا :
طرق تحديد التكاوين المناسبة لوجود المياه المناسبة :
تعتمد هذه الطريقة على تحديد الاماكن المناسبة لوجود المياه وتتوقف على رسم الخرائط الجيولوجية للكشف عن التكاوين المناسبة التى تتسم غالبا بطابع الميل فى الاتجاه البعيد عن منطقة التشرب او تمتاز بالتقعر.
وفى هذه الحالات يمكن استخدام احدى الطرق الجيوفيزيائية التى تعتمد على وجود الاختلاافات فى الكثافة او المرونه أو المغناطيسية أو التوصيل الكهربائي للصخور وتعرف هذه الطرق ب " الطرق الزلزالية والطرق المغناطيسية والطرق الكهربائية .

يمكن التنقيب عن المياه الجوفية بعدة طرق وأفضل تلك الطرق هي الطرق الجيوفيزيائية وبالأخص الطريقة الكهربائية فهيا من أفضل الطرق للتنقيب عن المياه الجوفية التي تتواجد في المتكونات المائية تحت سطح الأرض , وللتنقيب عن المياه الجوفية يجب دراسة المنطقة من حيث تغذية المتكون المائة بمعني اخر دراسة كمية الأمطار المتساقطة , فالأمطار تقوم بتغذية المتكونات المائية فبالتالي تكون متكونات متجدده ويمكن الإستفادة منها وهنالك ثلاث متكونات مائية وهي :
1- المتكون المحصور .
2_ المتكون الشبة محصور .
3- المتكون الغير محصور .
جميع هذه المتونات تعتمد على الطبقات الموجودة فكل طبقه لها دور كبير من حيث تغذية المتكون المائي وكذلك بمسامية الصخر ونفاذيتة , علم الهيدروجيولوجي علم كبير جدا يدرس تواجد المياه تحت سطح الأرض وحركة المياه وكمية التغذية والدوره المائية للمنطقة ودراسة حالة المناخ وعمل الخرائط الكنتورية وكذلك عمل الدراسات الإحصائية .

--------------------------------------------------------------------------------

ثالثا :
طرق تحديد الطبقات الحاملة للمياه :
تهدف هذه الطريقة الى الى تقدير حالة الطبقات الحاملة للماء وعمقها , وتحدد الظروف الخاصة بالمناطق المختلفة اختيار الطريقة الجيوفيزيائية المناسبة للقيام بهذه التقديرات فتعتمد الطريقة الزلزالية مثلاعلى ان سرعة انتقال الموجات الزلزالية فى التكاوين الرطبة اكبر منها فى التكاوين الجافة ولكن لايمكن استخدام هذه الطريقة لتحديد الطبقات الحاملة للمياه فى حال وجود تتابعات صخرية ذات اختلافات كبيرة فى قابليتها لتوصيل الموجات الزلزالية نتجة اختلاف فى تكوينها الصخري. اذن هذه الاختلافات تحجب تأثير وجود الماء على الموجات الزلزالية .
فهنا نعتمد دائما على الطرق الكهربائية .
وتعتمد هذه الطريقة على ان الماء فى مسام الصخور يغير درجة توصيلها للكهرباء الى حد قد ينعدم فيه تأثير طبيعة الصخور نفسها . ولكن فى حالة المياه الجوفية قليلة الملوحة . قد يكون استخدام الخاصية الكهربائية امرا صعبا.
لأن تأثير الملوحة الموجودة فى المياه قليل جدا ولايؤثر . وهنا يمكن معرفة الطبيعة الصخرية والخواص الجيوفيزيائية الحاملة للمياه من خلال آبار حفرت قريبا من المنطقة .

واخيراااا ........

بعد اكتشاف مكامن المياه الجوفية يجب تحديد اتساعها ومخزونها من هذه المياه وأيضا كيف يتم تزويدها بالماء المتخلل فى مناطق التشرب , فيمكن أن يكون لمكمن واحد من المياه الجوفية عدة مناطق تشرب.

الشروط الواجب توافرها ليكون أبار مياه ارتوازيه هي :

1- أن يكون مكمن الماء الجوفي تكوين مائل أو فى هيئة بحيره مقعره ( كما فى الصورة )
2- أن تكون منطقة التشرب للمكمن على ارتفاع بكفى ان يولد ضغطا مائيا رأسيا ( علل)
3- من الاكيد ان تكون منطقة التشرب منطقة مطيره ليتشبع المكمن
4- أن تكون مياه محصوره ولايوجد أي تركيب يسرب المياه

مثال : من اشهر المكامن المائية هو حوض لندن الذي يغذي معظم اجزاء لندن على شكل بحيره مقعر.
[b]