پمپاژ آب‌های زیر‌زمینی و تحریک لرزه‌خیزی تهران

در سال آبی ۱۴۰۱-۱۴۰۰ با کاهش ۱۸ تا ۲۴ درصد بارندگی و افزایش ۱.۱ درجه‌ای میانگین دمای هوای کشور نسبت به میانگین بلند مدت مواجه بودیم. مجموع حجم بارش‌های کشور از میانگین ۲۴۹.۳میلی‌متر در دوره ۵۴ ساله به ۲۰۳.۹میلی‌متر در سال آبی ۱۴۰۰-۱۴۰۱ رسید.

اخبار سبز کشاورزی ؛ مهدی زارع، زلزله‌شناس و رئیس شاخه زمین‌شناسی فرهنگستان علوم | روند کاهشی بارش‌های جوی همزمان با تغییر اقلیم و افزایش میانگین دمای هوا، در چند سال اخیر به تشدید بحران آب منجر شد.

۲۸ شهریور ۱۴۰۰ گزارش آب منطقه‌ای استان تهران نشان داد که حدود ۱۳ هزار و ۴۹۰ حلقه چاه مجاز در این استان وجود دارد و یک میلیارد و ۸۷۰ متر مکعب در سال از این چاه‌ها آب برداشت می‌شود. از هزار و ۹۰۰ حلقه چاه غیر مجاز در استان تهران سالانه ۴۰۶ میلیون متر مکعب آب برداشت می‌شود.

از چاه‌های غیر‌مجاز بخش آب شرب، باغچه‌ها و ویلاها حدود ۱۷۵ میلیون متر مکعب، از چاه‌های غیر‌مجاز در بخش کشاورزی ۱۷۳ میلیون متر مکعب، و از چاه‌های غیر‌مجاز بخش فضای سبز حدود ۵۵ میلیون متر مکعب آب برداشت می‌شود. جمع برداشت سالانه از چاه‌های استان تهران حدود بیش از ۲.۲ میلیارد متر مکعب برآورد می‌شود. سالانه ۸۴۰ میلیون متر مکعب آب از سفره‌های زیرزمینی برای تامین آب شرب برداشت می‌شود و فقط ۸۰۰ میلیون متر مکعب آب به سفره ها باز می گردد بنابراین سالانه ۳۰ تا ۴۰ میلیون متر مکعب آب در تهران تراز منفی داریم.

تغییرات در حجم آب زیر‌زمینی باعث تغییر شکل الاستیک پوسته زمین می‌شود. این تغییر شکل در تعدیل تنش پوسته و لرزه‌خیزی در مناطقی که نوسانات ذخیره آب زیاد رخ می‌دهد، نقش دارد.

مثلا آب‌های زیرزمینی جزء مهمی از تغییر کل ذخیره آب در کالیفرنیا است که به نوسانات ذخیره آب سالانه و از دست دادن آن در دوره‌های خشکسالی می‌انجامد. برآوردهای مستقیم از دست دادن حجم آب زیرزمینی در خشکسالی ۲۰۰۶-۲۰۱۰ در دره مرکزی کالیفرنیا ارتباط با تغییرات میدان تنش را نشان داد.

تخلیه آب زیرزمینی در خشکسالی باعث «تغییر تنش کولمب» تا ۵.۵ کیلو پاسکال و نوسانات فصلی تا ۲.۶ کیلو پاسکال در لایه لرزه‌زا می‌شود. گسل‌های واقع در پهنه پمپاژ آب بیشترین تغییر تنش را نشان می‌دهند. در کالیفرنیا گسل سان آندریاس ۲۰۰ تا ۳۰۰ پاسکال ( ۰.۲ تا ۰.۳ کیلو پاسکال ، ۰.۰۰۲ تا ۰.۰۰۳ بار) تغییر تنش کولمب در سال را از تغییر آب زیر زمینی تجربه می‌کند.

تغییرات تنش کولمب سالانه عمدتاً در پاییز، زمانی که سطح آب زیرزمینی پایین است، به اوج می‌رسد. برخی از گسل‌ها اوج تنش را در بهار تجربه می‌کنند که سطح آب زیرزمینی بالاتر است.

تغییر ذخیره آب زیرزمینی برای خشکسالی ۲۰۰۶-۲۰۱۰ با مدل المان محدود سه بعدی برای برآورد تغییر تنش کولمب و برآورد اثرات ویسکوالاستیک تخمین زده شد. این تغییرات با لرزه خیزی کم ژرفا - تا ژرفای ۱۵ کیلومتر - وابستگی نشان داده است. تغییر شکل الاستیک و تغییرات تنش به شدت با فاصله از دره کاهش می‌یابد. روی گسل‌های فعال برای فرآیندهای حساس به استرس، ناهنجاری‌های کوچک برای تحریک رویدادهای بزرگتر می‌تواند کافی باشد.

تغییرات لرزه خیزی با تغییرات کوچک (۰.۳-۳ مگاپاسکال : ۳ تا۳۰ بار) در فشار منفذی مرتبط و به اندازه بحرانی برای هسته‌زایی زلزله نزدیک است. زلزله ۲۸ سپتامبر ۲۰۰۴ پارکفیلد با بزرگای ۶.۰ منجر به تغییر فشار منفذی به میزان ۰.۷ کیلو پاسکال شد. تغییر فشار در مرتبه ۰.۱-۰.۳ کیلو پاسکال در سال نقش کمی در سطوح فعالیت لرزه‌خیزی دارد. تخلیه طولانی‌مدت (در مقیاس قرن) منجر به تغییرات تنش کولمب در حدود ۱۰ کیلو پاسکال می‌شود، که به حد آستانه تنش برای رخداد زلزله های کوچک نزدیک است.

تغییرات هیدروکره - هیدروسفر - آشفتگی‌های تنش زیرسطحی را در مقیاسی ایجاد می‌کند که می‌تواند رخدادهای لرزه‌ای را ایجاد کند یا فراوانی لرزه‌خیزی را در محدوده نزدیک گسل‌تسریع کند. پمپاژ آب زیرزمینی در زلزله با بزرگای ۵.۱ در سال ۲۰۱۱ در لورکا، اسپانیا و زلزله با بزرگای ۷.۲ بایا کالیفرنیا در سال ۲۰۱۰ نقش داشته است. زمین لرزه ۴ آوریل ۲۰۱۰ در مکزیک، در نزدیکی مرز آمریکا قوی ترین زمین لرزه‌ای است که منطقه گودال سالتون را از زمان زلزله ۱۹۹۲ لندرز با بزرگای ۷.۳ لرزاند.

پتانسیل گسیختگی در گسل‌های نزدیک به مناطق برداشت آب زیرزمینی بیشتر است. تغییر در تنش کولمب به میزان بیش از ۱۰ کیلو پاسکال بر پایه پمپاژ آب‌، منجر به القای زلزله می‌شود. ناحیه گسلی تا حد زیادی تغییر شکل و رژیم تنش را در حین پمپاژ کنترل می‌کند.

تغییر شکل منجر به دو ناحیه تجمع تنش و احتمالا در نهایت منجر به گسیختگی گسل می‌شود: در نزدیکی سطح زمین در ناحیه گسله، و در نزدیکی سطح اشباع-غیراشباع از آب در نزدیکی فرادیواره گسل.

فرونشست زمین در مناطق جنوبی تهران در پهنه‌ای با ۵۲۵ کیلومتر مربع مساحت و حداکثر میزان نشست ۳۶ سانتی‌متر در سال در برخی مناطق غربی تهران است. وجود یک لایه ضخیم خاک رس سطحی، این منطقه را مستعد فرونشست می‌کند.

علاوه بر این، تهران در این سال‌ها با خشک‌سالی روبه‌رو بوده که منجر به کاهش سطح آب‌های زیرزمینی شده است.

در ۲۵ مهر ۱۳۸۸ زلزله با بزرگای ۴.۰ در شریف آباد ورامین‌، اول اسفند ۱۳۸۹ با بزرگای ۴.۱ در پاکدشت، ۲۴ مرداد ۱۳۹۴ در جواد آباد ورامین با بزرگای ۴.۱ و در ۲۹ آذر ۱۳۹۶ در ملارد با بزرگای ۵.۲ و در در ۶ خرداد ۱۴۰۱ در علی آباد در جنوب تهران، در مجاورت آزادراه تهران -قم با بزرگای ۴.۱ نمونه هایی از رخداد زمینلرزه های کوچک تا متوسط در پیرامون دشت‌های استان تهران در ۱۳ سال گذشته است.

تداوم برداشت آب از آبخوان‌های استان تهران می‌تواند تهران و پهنه پیرامونش را با چالش تحریک گسل‌های فعال که از دشت محل پمپاژ از چاه های استان ، و وقوع زمین‌لرزه‌های شدید یا بزرگتر مواجه کند.