پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)

پدیده فروچاله چیست؟

فروچاله ها حفره هایی هستند که در سطح زمین های آهکی و یا دیگر سنگ های انحلال پذیر به وجود می آیند. فروچاله ها از دیدگاه زمین شناسی مهندسی، فرورفتگی سطح زمین در اشکال بیضی و کروی دارای دیواره های با شیب تند در ابعاد به طور متوسط 3 تا ده ها متر است که در اثر گسیختگیِ لایه های سطحی ایجاد می شود. به طور معمول فروچاله ها در سنگ های کربناته (آهک و سنگ گچ) شکل می گیرند و شناسایی آن ها به دلیل اینکه قابل رؤیت نیستند، کار بسیار سختی است.

عوامل طبیعی و انسانی مختلفی در ایجاد این پدیده نقش مؤثری دارند. فروچاله ها که به آهستگی و به تدریج در طی زمان گسترش می یابند، شاید همانند سایر مخاطرات طبیعی نظیر سیل و زلزله، خسارت های ناگهانی و فاجعه بار نداشته باشند، با این وجود به طور معمول خسارت های ناشی از وقوع فروچاله ها ترمیم ناپذیر، پرهزینه و مخرب هستند.

در پدیده فروچاله نیاز به این است که حفره ای زیر زمین باشد و این حفره به سمت زمین رشد کند که معمولاً با ترک های مدور در سطح زمین همراه است و حتی ممکن است پدیده فروچاله با عبور یک انسان، سطح زمین به یک باره فرو ریزد.

وقوع پدیده فروچاله در مناطق کارستیک (مناطقی که دارای خوردگی و انحلال توده سنگ های کربناته از قبیل آهک یا سنگ‌گچ است) امری بدیهی است و اگر در مناطقی باشیم که سنگ های آهکی زیر دشت باشد، ممکن است با فرو ریختن سقف غار‌ها در زیر دشت، پدیده فروچاله شکل گیرد. چنین شرایطی در حوالی غار علیصدر استان همدان و بخش کبودرآهنگ اتفاق افتاد.

تفاوت دو پدیده فرونشست و فروچاله به بیان ساده

از جمله تفاوت دو پدیده فروچاله و فرونشست این است که در پدیده فروچاله به طور حتم نیاز به ریزش سقف یک حفره زیرزمینی است و روی سطح زمین نیز به صورت واضح قابل رؤیت است. در صورتی که در پدیده فرونشست زمین وسعت یک دشت درگیر می شود و در واقع، آثار آن به وضوح دیده نمی شود.

لازم به ذکر است؛ دشتی که دچار فرونشست شده است، به دلیل تراکم پذیری و فشردگی خاک و عدم نفوذ آب به داخل خاک، حاصلخیزی خود را از دست می دهد و خاکی که اجازه نفوذ آب را ندهد، عملاً از دست رفته است. پدیده فرونشست زمین، وقوع نشست در محدوده ای بزرگ مثل یک دشت هست که اغلب یکنواخت می باشد لکن گاهی شکاف های طولانی در اثر نشست غیریکنواخت زمین به وجود می آید.

فرونشست عمومی دشت ها به دلیل مصرف اضافی آب و یا به بیان بهتر برداشت بی رویه از منابع آبی صورت می گیرد. بنابراین چنانچه پایین رفتن سطح آب زیرزمینی به وجود آمده متوقف گردد، وقوع پدیده فرونشست زمین نیز به تبع آن متوقف خواهد گردید.

فروچاله های معروف شهرستان کبودرآهنگ استان همدان

شهرستان کبودرآهنگ که در شمال استان همدان واقع گردیده است، از جمله مناطقی است که با معضل فروچاله ها روبرو است؛ منابع آب، خاک و هوا در دشت کبودرآهنگ دچار بحران شده است و با عدم مدیریت منابع آب و خاک روبرو است و این امر منجر به تخریب محیط زیست و زمین شده است، به گونه ای که در سال های اخیر وقوع فروچاله در دشت های این شهرستان، خسارت های چشمگیری به زمین های کشاورزی و نیز تأسیسات منطقه وارد آورده است. سالهاست که تشکیل فروچاله های مختلف در این منطقه موجب نگرانی مردم و مسئولین شده است.

نتایج یک پژوهش که به مطالعه و بررسی عوامل شکل گیری فروچاله های رخ داده در دشت کبودرآهنگ استان همدان پرداخته بود، نشان می داد که عوامل انسانی نظیر احداث نیروگاه، بهره برداری از چاه های عمیق و نیمه عمیق در منطقه و بهره برداری بیش از حد از آب زیر زمینی از مهمترین عوامل مؤثر بر بروز فروچاله ها در دشت کبودرآهنگ بوده است. لازم به ذکر است دلایل و عوامل وقوع پدیده فروچاله در مناطق مختلف متناسب با جنس زمین و نوع لایه های خاک ساختگاه منطقه می تواند متفاوت باشد.

ارتباط میان افت سطح آب و ایجاد فروچاله

وقتی سطح آب افت می کند، تنش مؤثر در اثر از بین رفتن حالت شناوری بر روی سقف حفرات، افزایش می یابد. این افزایش تنش می تواند باعث فشار بیشتر به سقف غار و در نتیجه ریزش آن و ایجاد فروچاله در زمانی زودتر از وضعیتی گردد که افت سطح آب در آن وجود ندارد. به عنوان مثال، همین دلیل سبب شده است که در طول چند سال گذشته بیش از ۳۰ فروچاله در دشت همدان کبودرآهنگ تشکیل شده اند.

اگر افت سطح آب نبود، شاید برخی از فروچاله ها در ۵۰ یا ۵۰۰ و یا ۱۰۰۰ سال دیگر یا کمتر یا بیشتر تشکیل می شدند. افت سطح آب در اثر برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی این دشت، باعث تسریع ایجاد فروچاله گردید. چون انحلال، فرآیندی بسیار زمان بر است (برای حفره ای به قطر یک متر حدود 10،000 سال زمان لازم است).

برخی از کارشناسان معتقدند که حتی اگر مصرف آب زیرزمینی در منطقه کبودرآهنگ کنترل بشود، تشکیل فروچاله در این منطقه متوقف نخواهد شد زیرا انحلال سنگ ها و بزرگتر شدن حفره ها ادامه دارد. همچنین برخی دیگر از صاحب نظران معتقد هستند که خشکسالی یا برداشت بی رویه از منابع آبی، عامل اصلی وقوع پدیده فروچاله نیست اما وقتی سطح آب زیرزمینی پایین می رود، لایه های خاک از حالت غوطه وری خارج می شوند و فشار بیشتری به لایه های پایین می آورند. لذا در داخل حفره ها فرو می روند.

ترک های به وجود آمده پیش از گسیختگی در پدیده فروچاله

چنانچه در منطقه مستعد وقوع پدیده فروچاله ، سطح زمین با روسازی آسفالتی یا بناهای دیگر پوشیده نشده باشد، فروچاله های بزرگ قبل از گسیختگی علائمی همچون ترک خوردگی بر روی سطح نشان می دهند.

برخی از راهکارهای پیشنهادی جهت مدیریت خطرات و جلوگیری از وقوع پدیده فروچاله

• آگاهی رسانی واقع بینانه بسیار مهم است. به گونه ای که می بایست به مردم منطقه نحوه تشکیل فروچاله های منطقه سکونت خود را آموزش داد. این فروچاله ها قبل از تشکیل با نشست یا ترک های سطحی همراه هستند. بنابراین مردم می توانند نشانه های پدیده فروچاله را قبل از وقوع آن تشخیص دهند.
• برای ساخت و سازهای جدید و موجود در منطقه ای که مستعد وقوع این پدیده می باشد، می توان خطرات و خسارات وقوع آن را با به کارگیری روش های مختلفی کم کرد.
• پایین رفتن سطح آب زیرزمینی در چند دهه اخیر باعث گردیده است که تنش های وارد بر سنگ بستر افزایش یابد و گسیختگی حفره ها در سنگ زیاد شود. بنابراین برای مدیریت خطرات وقوع پدیده فروچاله در یک پروژه مشخص نمی توان کنترلی روی سطح آب زیرزمینی و مصرف آب در منطقه محل پروژه داشت. اما در این نوع پروژه ها می توان پایدارسازی حفره ها را در دستور کار قرار داد.
• فرآیند طبیعی انحلال سنگ آهک زمان بر است ولی ممکن است شرایط محل قرارگیری پروژه به گونه ای باشد که فرآیندهای ثانویه نظیر بارش باران یا پساب های اسیدی موجب افزایش سرعت انحلال سنگ آهک گردد.

راهکارهای پیشنهادی برخی از پژوهشگران جهت مدیریت خطرات و جلوگیری از وقوع پدیده فروچاله در دشت کبودرآهنگ

1. کنترل بهره برداری از طریق نصب کنتور و تغییر تجهیزات آبکشی از موتورهای دیزلی به الکتریکی و تقلیل مقدار بهره برداری فعلی به وسیله مسدود نمودن بخشی از چاه های موجود.
2. تغییر الگوی کشت و استفاده از روش های نوین آبیاری همچون آبیاری تحت فشار، قطره ای، بارانی، کشت گلخانه ای و عدم کشت محصولات غیر راهبردی و استفاده از آب های تصفیه شده پساب های شهری برای آبیاری، به منظور کاهش اتکا به آب های زیرزمینی جهت جلوگیری از پدیده فروچاله.
3. آموزش کشاورزان و صاحبان باغ ها در مورد مخاطرات اضافه برداشت از مخازن آب های زیرزمینی و تشویق آنان به رعایت اصول فنی در جلوگیری از تلفات مصرف بی رویه آب و جلوگیری از پدیده فروچاله.
4. رعایت اصول فنی در تجهیز چاه های بهره برداری به منظور جلوگیری از خروج ماسه و عناصر ریزدانه در مواقع آبکشی از چاه ها در جهت جلوگیری از تشدید موضعی پدیده فرونشست و اندازه گیری متداوم فرونشست منطقه از طریق نصب دستگاه های دقیق.
5. در اطراف روستای عین آباد که چاه های پمپاژ نیروگاه تولید برق شهید مفتح همدان در آنجا واقع می باشند، افت سطح آب زیرزمینی، بسیار زیاد و نگران کننده می باشد و با توجه به فروچاله هایی که در اطراف نیروگاه ایجاد شده، توصیه می گردد، ساخت نیروگاه خشك که در کنار نیروگاه تر در حال اجراست، زودتر به پایان رسیده و مورد بهره برداری قرار گیرد.
6. برای جلوگیری از وقوع پدیده فروچاله ، مسئولان آب و فاضلاب استان اقداماتی را برای حذف چاه های نیروگاه در دستور کار قرار دهند و به جای استفاده از چاه های عمیق نیروگاه از آب تصفیه فاضلاب شهر همدان و برج های خشك استفاده شود و با استفاده از پساب فاضلاب چاه های عمیق را از مدار خارج کنند.
7. پیشنهاد ممنوعیت کشاورزی در دشت کبودرآهنگ که طبق قانون توزیع عادلانه آب در سال 1811 مصوب شده بود، اجرایی شود تا متأسفانه همچنان بیشترین مصرف این دشت مربوط به بخش کشاورزی نباشد.

علت فرونشست زمین چیست

فرونشست زمین پدیده‌ای است که در اثر کاهش حجم خاک در لایه‌های زیرین زمین رخ می‌دهد و عمدتاً به دلیل برداشت بی‌رویه آب‌های زیرزمینی استخراج نفت و گاز و فعالیت‌های معدنی به وجود می‌آید. وقتی آب موجود در خلل و فرج خاک تخلیه می‌شود ساختار خاک متراکم‌تر شده و زمین به‌تدریج نشست می‌کند.
 این پدیده در مناطق شهری می‌تواند باعث ترک‌خوردگی سازه‌ها تخریب زیرساخت‌ها و افزایش خطرات ژئوتکنیکی شود و به همین دلیل نیازمند پایش و مدیریت دقیق منابع زیرزمینی و توسعه شهری است.