نشست خطی زمین در شهرک طالقانی‌ اشتهارد؛ بررسی علتها، پیآمدها و توصیه‌ها

دسته زمین شناسی مهندسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و چهارمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده مهندس احمد دادستان-دکتر فریدون رضایی
تاريخ برگزاری ۱۴ اسفند ۱۳۸۴

چکیده

۱>

نشست زمین در شهرک طالقانى که در بخش باخترى شهر اشتهارد قرار دارد، با سرعت تدریجى در تابستان ۱۳۸۴ شمسى پدیدار شد و آسیبهاى جدى به ساختمانهاى مسکونى وارد کرد. براى بررسى علت این نشست خطى و در نظر گرفتن فرضیه وجود رشته قنات مدفون اشتهارد در زیر آن، مطالعات ژئوالکتریک، وجود حفره‌اى قدیمى در عمق ۱۵ مترى را تأیید کرد. در مطالعات هیدروژئولوژیکى و زمین‌شناسى مهندسى، ضخامت، ضرایب قابلیت انتقال و هدایت هیدرولیکى لایه‌هاى اشباع و غیر اشباع آبخوان در شهرک طالقانى ارزیابى شد. اگر چه ۵ متر افت سطح آب زیرزمینى از سال ۱۳۷۹ لغایت ۱۳۸۳، در افزایش تنش مؤثر منطقه مؤثر است، اما در محدوده مورد مطالعه، مستقیماً در نشست خطى زمین اثر گذار نیست. احتمال ورود پسآب شهرک صنعتى اشتهارد به قنات اشتهارد منتفى بوده و ورود پسآب منازل مسکونى از طریق چاههاى جذبى که به داخل آبخوان نفوذ مى‌کند، به تنهایى نمى‌تواند عامل تسریع کننده نشست باشد. در بررسى‌هاى ژئوتکنیکى، جنس خاک (طبقه‌بندى USCS)، از رس لاغر (CL) تا رس چاق (CH) و ماسه سیلت‌دار (SM) است. مقدار نشست خاک بیش از حد مجاز است. خاکها واگرا تا نیمه واگرا تشخیص داده شده است.

جابه‌جایى ساکنان ساختمانهاى آسیب دیده به نقاط امن و تغییر کاربرى زمین در محدوده نشست توصیه مى‌شود.

 

Ground linear subsidence in Taleghan area of Eshtehard city; exploring the causes, consequents and recommendations

 

Abstact

The ground subsidence in Taleghan area in Eastern part of Eshtehard city has been shaped since the summer of ۲۰۰۵ and caused serious damages to the buildings. To investigate of subsidence and with keeping in mind the probability of existence a Qanat gallery under the area, the geophysical investigation has been made and existence of a buried Qanat gallery has been proven in a depth of ۱۵ meters of ground surface. The hydrogeological and engineering geology studies evaluate thickness, Hydraulic Conductivity and Transmissivity the water saturated and unsaturated layer of alluvial aquifer. The lowering of piezometric level during ۲۰۰۰– ۲۰۰۴ estimated to be up to ۵ meters and caused increase the effective stress in the study area. The probability of waste water entrance from industrial town of <?xml:namespace prefix = st۱ ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />Eshtehard۱:place>۱:City> into Qanat of Eshtehard rolled out and the entrance of sewage water of buildings in Taleghan area into alluvial aquifer can not be the main cause of subsidence of buildings.

The geotechnical studies suggest the soils in the area (USCS Classification) belong to Lean Clay (CL), Fat Clay (CH) and Silty Sand (SM). The maximum soil settlement more than allowable settlements. Soils recognize to be dispersive to semi dispersive soil.

Shift the inhabitances of the area to safe place and changing the land use of the area with notice of existence of buried Qanat in the area are some of recommendations.

مقدمه

رسیدن یا به‌دست آوردن یک دانش و فناوری، به تنهایی نمی‌تواند عامل ترقی محسوب شود بلکه استفاده مطلوب از آن باید در چارچوب فرهنگ خاص هر منطقه سازگاری داشته باشد. بهترین مثال این ادعا فناوری قنات در ایران باستان است و شیوه استفاده نسبتاً مناسب از آبهای زیرزمینی که ثروت خدادادی و مجانی به حساب می‌آید. اما با ورود انواع ماشینهای حفاری و دسترسی بسیار آسان و بهره‌برداری نسبتاً راحت‌تر از ذخیره آبهای زیرزمینی، علاوه بر آنکه خشک شدن چشمه‌ها و قناتهایی را به دنبال داشته است که بدون مصرف انرژی، آبهای ذخیره شده در آبخوانها را جهت مصارف شرب و کشاورزی بر سطح زمین جاری می‌کردند، دشتهای زیادی را با بهره‌برداریهای غیر مجاز، در اثر عدم برخورداری از مدیریت توانمند در عرصه منابع آب زیرزمینی به دشتهای ممنوعه مبدل کرده است. وجود قنات خشک مدفون در شهر اشتهارد نمونه‌ای از این عملکرد غلط به حساب می‌آید که اکنون گریبانگیر مردم شده است. برخورد آب شور و شیرین در محدوده شهر با ادامه بهره‌برداریهای غیرمجاز کار صیانت از آبخوان فعلی را دچار خسارتهای جبران‌ناپذیر کرده و خواهد کرد.

اکنون که مشکل شهرک طالقانی برای بخش باختری شهر اشتهارد به‌وجود آمده، ممکن است برای قسمتهای دیگر شهر هم قابل تعمیم باشد، برای جلوگیری از بروز خسارتها، ”پیشگیری“ از هر درمانی ساده‌تر و سهل‌الوصول‌تر است. پس بهتر است تدبیر لازم را جهت ”علاج واقعه قبل از وقوع آن“ اتخاذ و راه‌کارهای مناسب را انتخاب نمود، بدون آنکه فرصتی برای آزمون و خطا باقی مانده باشد.

 

هدف

هدف این مطالعات، جستجوی علت اصلی نشست زمین در محدوده شهرک طالقانی شهر اشتهارد می‌باشد که باعث خرابی ساختمانهای مسکونی شده است تا پس از شناسایی عامل اصلی نشست زمین، راه‌کارهای مناسب جهت بهسازی یا تغییر کاربری زمین، بر پایه داده‌های ژئوفیزیکی، ژئوتکنیکی، هیدروژئولوژیکی و زمین‌شناسی مهندسی ارائه شود.

 

موقعیت جغرافیایی

شهر اشتهارد در 70 کیلومتری باختر شهرستان کرج در باختر استان تهران واقع شده است. مختصات محل نشست زمین در شهرک طالقانی 3/24 ′43 ˚35 عرض شمالی و 2/36 21 ˚50 طول خاوری با ارتفاع 1188 متر و از نظر توپوگرافی، شیب کلی آن از جنوب به سمت شمال است.

 

زمین‌شناسی

عوامل کنترل کننده زمین‌ریخت‌شناسی منطقه، عوامل ساختاری، لیتولوژیکی، دگرسانی و آب و هوایی است. نهشته‌های نئوژن سست و زودفرسا بوده و شرایط آب و هوایی نیز با تسریع فرآیند هوازدگی و فرسایش بر روی واحدهای زودفرسا، ریخت‌شناسی منطقه را در دراز مدت، شکل داده‌اند. به همین دلیل سنگهای نئوژن در مناطق پست و کم ارتفاع مشاهده می‌شوند. نهشته‌های کواترنری از واحدهای Qt1 (نهشته‌های آبرفتی قدیمی در زمینه‌ای از ماسه و سیلت)، واحد Qt2 (نهشته‌های آبرفتی عهد حاضر)، واحد Qfp (معادل واحد Qt2 ولی با تراکم بیشتر آبراهه‌ها و حجم بیشتر)، واحد Qcu (زمینهای کشاورزی و معادل واحد  Qt2ولی از عناصر دانه‌ ریز( و واحد Qs1 (پهنه نمکی شمال) تشکیل شده است.

ساختمان زمین‌شناسی اصلی محدوده اشتهارد شامل دشت باریک و کشیده اشتهارد است. در ضلع شمالی، نهشته‌های نئوژن بر روی رسوبات عهد حاضر رانده شده (راندگی مردآباد) و تاقدیسهایی هم قابل‌مشاهده است و در بخش جنوبی گسلهای معکوس و راستالغز فراوانند. در دشت اشتهارد، گسل خاوری- باختری اشتهارد قرار دارد که کاملاً جوان است و سازوکار آن رورانده تا معکوس با مؤلفه امتدادلغز چپگرد است.

 

جایگاه شهرک طالقانی در دشت آبرفتی اشتهارد

احداث شهرک طالقانی در باختر شهر اشتهارد نتیجه ادامه توسعه شهر بر روی نهشته‌های کواترنری است. در محدوده نشست زمین، ضخامت رسوبات آبرفتی 110متر و ضخامت اشباع لایه آبدار 75 متر و ضخامت لایه غیر اشباع فوقانی آن 35 متر است. ساختمانهای مسکونی خسارت دیده، بیشتر در کوچه‌های خاوری- باختری شهید غلامحسین محمودی در جنوب و شهید غلامحسین شاه‌بختی در شمال، حد فاصل خیابان باهنر در سمت راست و خیابان رجایی در سمت چپ قرار دارد. این نشست بصورت خطی در امتداد دو کوچه فوق ایجاد شده است (شکل 1).

 

ویژگیهای هیدرودینامیکی نهشته‌های آبرفتی محدوده نشست

قابلیت انتقال آبخوان آبرفتی دشت اشتهارد در محدوده خیابانهای شهید باهنر و رجایی، از عمق 30 متری از سطح زمین معادل 1100 متر مربع در روز است و ضریب نفوذپذیری نیز

 است که مربوط به ذرات ریز ماسه دارای سیلت و رس می‌باشد. اگر مقدار ضریب نفوذپذیری برای لایه غیر اشباع فوقانی معادل 50% لایه اشباع در نظر گرفته شود، مقدار ضریب نفوذپذیری لایه غیر اشباع معادل  خواهد شد که از مخلوط ماسه، سیلت و رس است.

 

جنس و عمق سنگ کف در محدوده شهرک طالقانی

با بررسی نقشه هم‌ارتفاع مطلق طاق سنگ کف]3[ در محدوده باختری اشتهارد، سنگ کف در ارتفاع بیش از 1075 متر قرار دارد که در مقایسه با ارتفاع توپوگرافی آن، عمق سنگ کف معادل 125 متر به‌دست می‌آید. جنس سنگ کف نهشته‌های رسوبی پلیوکوآترنر PLQC از کنگلومرای سست با میان لایه‌های ماسه، سیلت و رس است که با دگرشیبی بر روی نهشته‌های رسوبی نئوژن (Mmsl) از جنس مارن قرمز با میان لایه‌های ژیپس و نمک، ماسه‌سنگ و سیلتستون سبز و آهک نازک لایه قرار دارد.

 

عمق و تراز آب زیرزمینی در چاههای پیزومتری محدوده شهر اشتهارد

در محدوده شهر اشتهارد 4 حلقه چاه پیزومتری شامل پیزومتر جنوب‌باختری اشتهارد (3952980-440810)، پیزومتر خاوری اشتهارد (3953680-444610)، پیزومتر جاده محمدیار (3950880-447340) و پیزومتر شمال‌خاوری امامزاده سلیمان (3954170-449390) در سال 1376 حفاری شده است که تقریباً نماینده تغییرات سطح آب زیرزمینی در محدوده شهر است. اما در شمال یا شمال‌باختری و جنوب آن چاه پیزومتری حفاری نشده است و نبود چاه پیزومتر در این نقاط با توجه به حساسیت مسایل و مشکلات شهری، در خور توجه است. نوسانات ماهانه عمق آب زیرزمینی پیزومترهای فوق در شکل 2 ارایه شده است. شکل 3 تغییرات سطح آب زیرزمینی از سطح تراز دریا و نوسانات عمق آن را از سطح زمین نشان می‌دهد که با کاهش ارتفاع سطح آب زیرزمینی بر عمق آن افزوده شده است.

 

اثرات بهره‌برداری درازمدت آب زیرزمینی در آبخوان محدوده نشست

بر اساس هیدروگراف واحد پیزومترهای جنوب‌باختری و خاور شهر اشتهارد، اختلاف ارتفاع سطح آب زیرزمینی به‌ ترتیب معادل m 41/8- و m 62/2- و متوسط حجم بهره‌برداری‌ غیرمجاز سالانه در محدوده تحت پوشش آنها نیز معادل mcm/an 5/4- و mcm/an 5/0- است (شکل4).

 

مسیریابی قنات اشتهارد

یکی از اقدامات انجام شده برای بررسی علت نشست خطی زمین در شهرک طالقانی، تعیین مسیر قنات اشتهارد بود تا مشخص گردد که آیا محدوده شهرک طالقانی محل عبور کوره‌ها و میله‌های این قنات بوده است یا خیر؟ در این خصوص با افراد محلی و قدیمی‌های شهر از محل ظهور قنات تا محدوده میدان بسیج پرس‌وجو بعمل آمد. در این بین مشخص گردید که مظهر قنات مزرعه اشتهارد در ضلع شمالی خیابان چمران (جلوه سابق) روبروی کتابخانه فعلی شهر قرار داشته و مسیر آن از محدوده شهرک طالقانی می‌گذشته است. این قنات از دهه 1340 به دلایل مختلف و بتدریج غیر قابل استفاده شده است.

بنا به اظهارات خبرگان محلی، به دلیل تخریب میله‌ها و کوره‌های قنات مزرعه اشتهارد و غیر قابل ترمیم شدن آنها، میله‌ها و کوره‌های دیگری حفاری شده و هدایت آب را در آنها میسر می‌کرده‌‌اند. این امر موجب شده است که میله‌ها و کوره‌ها در محدوده شهرک طالقانی به تعداد نامشخص و بصورت مدفون وجود داشته باشد.

با توجه به توسعه شهر اشتهارد و انجام عملیات ساختمان‌سازی، توجه چندانی به وضعیت ژئوتکنیکی محلهای انتخاب شده جهت شهرسازی توسط ارگانهای مسئول نشده و در حال حاضر نیز باعث بروز معضلاتی شده است.

 

بررسی احتمال ورود پسآب شهرک صنعتی به قنات اشتهارد

آب مورد نیاز روزانه واحدهای صنعتی شهرک صنعتی اشتهارد lit/sec 80 و حجم پسآبهای متصل به سیستم تصفیه فاضلاب آنها نیز lit/sec 32 است که با ورود به سیستم تصفیه، سر انجام به مصرف فضای سبز می‌رسد. برای بررسی دقیق‌تر، نوسانات سطح آب طی یک دوره 5 ساله (83-1379) در پیزومتر جنوب‌باختری شهر اشتهارد که m 116 از یکی از میله‌های قنات اشتهارد (GPS100) فاصله دارد مورد بازبینی قرار گرفت (شکل 3) که برآیند آن سیر نزولی داشت. به همین علت ورود پسآبهای صنعتی به داخل قنات اشتهارد در این دوره 5 ساله منتفی اعلام شد.

 

 بررسی احتمال ورود پسآب منازل مسکونی شهرک طالقانی به قنات اشتهارد

عمده دفع فاضلاب خانگی در شهرک طالقانی با استفاده از روش سنتی چاه جذبی صورت می‌گیرد. مقدار ضریب هدایت هیدرولیکی آبخوان معادل  ارزیابی شد. اگر این مقدار برای خاکهای غیر اشباع فوقانی حدود 50 درصد در نظر گرفته شود، مقدار آن معادل  به دست می‌آید که مربوط به مخلوط ماسه، سیلت و رس است. با توجه به گرادیان هیدرولیکی ایجاد شده با سطح آب زیرزمینی در عمق 35 متری، جهت جریان آب نفوذی نیز باید عمودی باشد تا خود را به شرایط حداقل پتانسیل یعنی به عمق 35 متری برساند. بنابراین تا عمق 35 متری، تجمع آب نفوذی ایجاد نخواهد شد، مگر اینکه وجود عدسی‌هایی از لایه‌های غیرقابل نفوذ رس، سد راه آبهای نفوذی گردد. ضمناً ورود پسآب خانگی به داخل چاههای جذبی یک فرآیند پیوسته محسوب می‌شود ‌که از ابتدای تأسیس شهرک طالقانی تا حال حاضر به داخل چاههای جذبی هدایت شده است. به این ترتیب می‌توان اظهار کرد که چون فرونشستی در نقاط مجاور مشاهده نشده است، ورود پسآب خانگی به داخل چاههای جذبی به تنهایی هم نمی‌تواند به عنوان عاملی جهت به‌وجود آمدن فرونشست تلقی گردد.

 

اثرات بهره‌برداری‌های غیرمجاز در افزایش تنش مؤثر در شهرک طالقانی

نوسانات سطح آب زیرزمینی از سال 1379 الی 1384، به ترتیب در اعماق بیش از 30 و 35 متری در تنش مؤثر بصورت منطقه‌ای نقش آفرین بوده است، نه بصورت خطی که هم اکنون در شهرک طالقانی دیده می‌شود.

 

بررسی احتمال نشت آب از شبکه آبرسانی شهری

لوله‌های اصلی شبکه آبرسانی به موازات کوچه‌ها در زمین مدفون شده و انشعابات آنها نیز به منازل مسکونی کشیده شده است. در این وضعیت، قضاوت در مورد احتمال نشت آب از لوله‌ها بدون بررسی کامل میسر نیست. برای تحقق این امر، نیاز است تا با استفاده از دستگاه فشار سنج، در ورودی و خروجی شبکه آبرسانی شهرک طالقانی نسبت به کنترل نشت آب از شبکه اقدام شود

 

کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی

در محدوده شهرک طالقانی هدایت الکتریکی مهر ماه 1381 µs/cm 3700 و اردیبهشت 1382 µs/cm 4500 بوده است. یعنی در مدت 8 ماه، مقدار آن به میزان µs/cm 800 افزایش یافته است. میزان کلرور اردیبهشت 1382، mg/lit 800 و مقدار TDS اردیبهشت 1382، mg/lit 2850 است. املاح فراوان و کیفیت نامناسب آب زیرزمینی، با کاهش سطح آب زیرزمینی و اثر نهشته‌های پلیوکواترنر زیرین ارتباط مستقیم دارد. تیپ آب زیرزمینی نیز در جنوب اشتهارد از نوع سولفات سدیک است و بتدریج به سمت شمال به کلرورسدیک تبدیل می‌شود.

 

بررسی‌های ژئوفیزیکی

برای تعیین مسیر قنات مدفون اشتهارد در محدوده شهرک طالقانی، گروه ژئوفیزیک زمینی سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور با استفاده از روشهای ژئوفیزیکی VLF، مغناطیس‌سنجی (مگنتومتر سزیم)، ژئوالکتریک و لرزه برای مطالعات زیر سطحی اقدام کرد. در میان روشهای استفاده شده، تنها روش ژئوالکتریک نا‌هنجاری ناشی از حفره به‌جا مانده از قنات قدیمی اشتهارد را در عمق 15 متری ثبت کرده است. که تأییدی بر وجود قنات در زیر ساختمانهای آسیب دیده است.

 

بررسی‌های ژئوتکنیکی

برای پی بردن به ویژگیهای مهندسی خاک، مطالعات ژئوتکنیکی با حفر 4 گمانه در محدوده شهرک طالقانی انجام شد. جنس خاک (طبقه‌بندی USCS)، از رس لاغر (CL) تا رس چاق (CH) دارای ماسه یا سیلت و ماسه سیلت‌دار (SM) است. در آزمون SPT، نمونه‌‌های خاک در گروه خاکهای سخت قرار می‌گیرد، در حالی‌که دانسیته صحرایی خشک و مرطوب در عمق 35/3 متری به ترتیب معادل g/cm3 89/1 و g/cm3 26/2 نشانه سست بودن خاک است و نشان می‌دهد که این خاک درجا، خشک و فاقد هوازدگی است ولی وقتی در معرض شرایط مطلوب رطوبت قرار می‌گیرد، بر اساس برخورداری از استعداد واگرایی، دچار فرسایش می‌شود. مقدار نشست نمونه‌های خاک حداکثر cm 114/0 مربوط به خاک CH به ازای طول نمونه آزمایشگاهی خاک محاسبه شده است که نشانه نشست قابل توجهی در ضخامت کل خاک خواهد بود. بیشترین ارقام واگرایی در عمق 05/3 متری 100%، در عمق 30/6 متری 3/109%، و کمترین آن در عمق 35/2 متری 66/16% بصورت نیمه واگرا تشخیص داده شده است. بیشترین مقدار چسبندگی خاک در آزمایش برش مستقیم kg/cm2 38/0 با زاویه اصطکاک داخلی (Φ) ˚22 است که نشان می‌دهد میزان رس در خاک محدوده طرح قابل توجه می‌باشد. در تنش تک محوری نامحدود اعمال شده بر روی نمونه BH2 در عمق 3/6 متری، مقدار چسبندگی (C) و تنش نرمال (qu) به ترتیب kg/cm2 15/1 و kg/cm2 35/2 است. این مقادیر درگمانه BH3 به ترتیب معادل kg/cm2 62/1 و kg/cm2 24/3 و در گمانه BH4 در عمق 3/8 متری نیز به ترتیب معادل kg/cm2 87/1 و kg/cm2 74/3 است.

در نتایج تجزیه شیمیایی، ترکیبات Cao، Sio2 و Mgo عمده‌ترین اکسیدهای تشکیل دهنده خاک هستند و میزان سولفات هم قابل توجه است.

 

نتیجه‌گیری

- وجود قنات خشک مدفون در شهر اشتهارد نتیجه عدم برخورداری از مدیریت توانمند در عرصه منابع آب زیرزمینی در دراز مدت بوده است.

- شهرک طالقانی بر روی نهشته‌های کواترنری احداث شده است و نتیجه ادامه توسعه شهر در باختر شهر اشتهارد است.

- اختلاف ارتفاع سطح آب زیرزمینی در هیدروگراف واحد پیزومترهای جنوب‌باختری و خاور شهر اشتهارد به ترتیب معادل m 41/8- و m 62/2- است. متوسط حجم بهره‌برداری‌ غیرمجاز سالانه در محدوده تحت پوشش آنها معادل mcm/an 5/4- و mcm/an 5/0- است.

- طبق بررسی‌های انجام شده، قنات مزرعه اشتهارد از زیر محدوده شهرک طالقانی می‌گذشته است.

- برای توسعه شهر و شهرسازی، با وجود کوره‌ها و میله‌های مدفون، به وضعیت ژئوتکنیکی محلهای انتخاب شده توجهی نشده‌ است.

- ورود پسآبهای شهرک صنعتی به داخل قنات اشتهارد در دوره 5 ساله (83-1379) منتفی است.

- کاهش سطح آب زیرزمینی در دراز مدت در تنش مؤثر نقش اساسی دارد و اثر آن بصورت منطقه‌ای است.

- قضاوت در مورد احتمال نشت آب از شبکه آبرسانی شهری در محدوده نشست با کنترل فشار در ورودی و خروجی شبکه میسر خواهد شد.

- ورود پسآب خانگی به داخل چاههای جذبی به تنهایی نمی‌تواند به عنوان عاملی جهت به‌وجود آمدن فرونشست تلقی گردد.

- بر اساس نتایج مطالعات ژئوتکنیکی در محدوده شهرک طالقانی، خاکها نسبتاً واگرا تا نیمه واگرا هستند و توان باربری آنها در حد مجاز نمی‌باشد.

 

پیشنهادات

1- با توجه به بالا بودن پتانسیل واگرایی و نشست بیش از حد مجاز، محدوده شهرک طالقانی در رده خاکهای مسئله دار قرار دارد.

2- تغییر کاربری زمین در راستای ساختمانهای مسکونی آسیب دیده شهرک طالقانی نظیر احداث پارک و فضای سبز، بهترین راهکار است.

3- انجام مطالعات ژئوتکنیک و پهنه‌بندی ژئوتکنیکی شهر و پیرامون برای انتخاب مکانهای جدید جهت توسعه شهر توصیه و تأکید می‌شود.

4- کنترل نشت آب از شبکه آبرسانی شهری با استفاده از دستگاه فشار سنج در ورودی و خروجی شبکه آبرسانی شهرک طالقانی

5- اجرای تدابیر لازم در خصوص بهینه‌یابی گزینه‌های رفع بحران در حمایت و صیانت از آبخوانها در مناطق شهری و نقاط دارای بهره‌برداری متمرکز و بازگرداندن شرایط بحرانی سطح آب به وضعیت مطلوب

کلید واژه ها: سایر موارد