خشکسالی و فرونشست: آیا زمین در حال فروپاشی تدریجی در شرق تهران است؟
گوی خبر [1]- بحران آب در استان تهران دیگر صرفاً یک مسئله محیطزیستی یا تأمین آب شرب نیست. افت مستمر سطح آبهای زیرزمینی، فرونشست زمین، کاهش ذخایر برفی و تخلیه مداوم آبخوانها اکنون به موضوعی زمینساختی تبدیل شده که میتواند بر رفتار گسلهای فعال پیرامون پایتخت نیز اثر بگذارد.
دکتر مهدی زارع، استاد پژوهشکده بینالمللی زلزلهشناسی با بررسی ارتباط میان تخلیه منابع آب و تغییرات تنش در گسلهای شرق تهران، نسبت به تداوم روند کنونی تا سال ۱۴۱۰ هشدار میدهد.
اثر افت آبهای زیرزمینی بر گسل مشا
زارع در تشریح وضعیت دشت پردیس-دماوند میگوید این محدوده یکی از مهمترین نقاطی است که اثرات همزمان بحران آب و لرزهخیزی در آن مشاهده میشود.
به گفته او، «پردیس بر روی آبرفتهای متراکم ساخته شده است که به سرعت به حوضههای آبریز جاجرود و شرق تهران زهکشی میشوند. گسل مشا در این بخش خاص از یک صفحه امتدادلغز شیبدار تقریباً عمودی به یک گسله شیبلغز فشاری در نزدیکی قطعه پردیس-بومهن منتقل میشود.»
او توضیح میدهد که کاهش حجم آب زیرزمینی و تخلیه حوضههای محلی، بخشی از بار وارد بر پوسته زمین را حذف میکند: «کاهش حجم عظیم آب از حوضههای رودخانهای موضعی و پایین رفتن سطح آب زیرزمینی در دشت پردیس، بار عمودی را حذف میکند. برای بخشهای امتدادلغز تقریباً عمودی گسل مشا، این تخلیه بار سطحی، فشار مهاری نرمال را کاهش میدهد و تغییر تنش کولمب را به سمت حالت مستعد شکست هدایت میکند.»
زارع معتقد است حتی تغییرات کوچک تنش نیز میتواند در شرایط خاص اهمیت پیدا کند: «اگر یک قطعه گسل با بارگذاری ناشی از فشار پوسته به آستانه شکست خود برسد، یک شوک جزئی ناشی از آب، مانند تغییر ۰.۱ تا ۰.۵ بار در سال در تنش کولمب ناشی از تخلیه سریع حوضه آبریز کوهستان، کاملاً برای ایجاد فوجی از زلزلههای کوچک در امتداد روند پردیس-دماوند کافی است.»
او زلزله ۴.۶ ریشتری ۲۲ اردیبهشت ۱۴۰۵ در پردیس را نیز در چارچوب همین تغییرات تنش منطقهای قابل بررسی میداند.
نقش اختلاف ارتفاع دماوند تا پردیس در تمرکز تنش
زارع در ادامه به ویژگیهای توپوگرافی منطقه اشاره میکند: «اختلاف ارتفاع بین دماوند با ارتفاع ۵۶۷۰ متر، دره مشا در حدود ۲۲۰۰ متر و حوضه ساختاری پردیس در حدود ۱۴۰۰ متر، یک گرادیان گرانشی پستیوبلندی بسیار بالا ایجاد میکند. در شرایط خشکسالی شدید، توزیع نامتوازن از دست رفتن جرم آب و برف میتواند میدانهای تنش موضعی را تشدید کند.»
به گفته او، «تخلیه سریع برف انباشته و از دست دادن وزن تودههای برفی و یخی، موجب بالاآمدگی ناشی از تخلیه پوسته و بازگشت الاستیک بلوک کوهستانی دماوند نسبت به دیواره جنوبی و حوضه آبرفتی پردیس میشود.»
زارع همزمان به اثر برداشتهای گسترده آب زیرزمینی اشاره میکند: «استخراج تهاجمی آبهای زیرزمینی محلی برای استفاده شهری و صنعتی به افت و نشست سفره آب زیرزمینی منجر میشود. در چنین شرایطی، بلوک کوهستانی و دشت رفتاری متفاوت پیدا میکنند.
بلوک کوهستانی در شمال با تخلیه برف و یخ نسبت به دره و دشت جنوبی بالا میآید، در حالی که حوضه شهری پردیس افت آب موضعی را تجربه میکند. این وضعیت تغییر شکل برشی عمودی را دقیقاً در امتداد سامانه گسلی پردیس متمرکز میکند.»
زلزله دماوند و پنجره بحرانی تنش
زارع در ادامه به زلزله ۵.۱ ریشتری دماوند در اردیبهشت ۱۳۹۹ اشاره میکند: «زلزله دماوند با بزرگی ۵.۱ در ۱۸ اردیبهشت ۱۳۹۹ نشان داد که قطعه شرقی گسل مشا به تغییرات موضعی بسیار واکنشپذیر است و قادر به انتقال تنش به سمت غرب و گسل شمال تهران است. شرایط فعلی یک «پنجره بحرانی» در چرخه تنش منطقه ایجاد کرده است. چرخههای متناوب تغذیه آبی شدید و تخلیه شتابان آبهای زیرزمینی همچنان باعث ایجاد خوشههای لرزهای با بزرگای ۳ تا ۴.۵ خواهند شد.»
او اضافه میکند: «این دستهها میتوانند به سرعت انتقال تنش را در امتداد محل اتصال گسل مشا و گسل شمال تهران در محدوده روستای کلان لواسان تسریع کنند و سامانه را سریعتر به سمت یک گسیختگی بزرگتر سوق دهند.»
جابهجایی میلیاردها مترمکعب آب در تهران
زارع به ابعاد هیدرولوژیکی بحران اشاره میکند: «جابجایی آب در منطقه تهران با شوکهای بارگیری فصلی آبهای سطحی و همچنین تخلیه مداوم و عظیم ناشی از برداشت آبهای زیرزمینی تجدیدناپذیر رخ میدهد.»
او با استناد به دادههای ماهوارهای GRACE-FO و شبکههای پیزومتری میگوید: «مقیاس نوسانات جرم آب در این منطقه سالانه در حدود صدها میلیون تا یک میلیارد متر مکعب -در یک بازه ۵ ساله ۱۳۹۹-۱۴۰۴- قابل اندازهگیری است.»
زارع هشدار میدهد که در صورت تداوم روند کنونی، شرایط تا سال ۱۴۱۰ وخیمتر خواهد شد: «اگر روند فعلی پمپاژ کشاورزی و استخراج شهری در شرایط خشکسالی ادامه یابد، سامانههای آبخوان تهران-البرز با کاهش حجمی خالص تجمعی و برگشتناپذیر حدود ۴.۵ تا ۶ میلیارد متر مکعب آب مواجه خواهند شد.»
او تأکید میکند که این حجم برداشت عمدتاً از دشتهای ورامین، شهریار، ری و جنوب تهران صورت خواهد گرفت.
فرونشست و افت مداوم آبخوانها
زارع معتقد است یکی از پیامدهای مستقیم این وضعیت، تشدید فرونشست زمین است: «این تخلیه سریع بار همان چیزی است که باعث توسعه فرونشست گسترده زمین با نرخ ۲۰ تا ۲۵ سانتیمتر در سال میشود. برخلاف آبهای سطحی که در بازههای زمانی کوتاه نوسان دارند، افت آبهای زیرزمینی روندی پیوسته و انباشتی است.
افت آبهای زیرزمینی یک روند نزولی مداوم است، در حالی که حجم آبهای سطحی جرم را به سرعت در بازههای زمانی کوتاه تغییر میدهد.»
وضعیت سدهای تهران و سناریوی النینو
زارع سپس به نقش پنج سد اصلی تأمینکننده آب تهران اشاره میکند: «تهران به پنج مخزن اصلی شامل امیرکبیر، لتیان، لار، ماملو و طالقان متکی است که با چرخههای بارش شدید، ذوب سریع برف، تبخیر بالا و برداشت حداکثری در دورههای خشکی مواجهاند. در اوج چرخه خشکسالی، ظرفیت ترکیبی این مخازن به حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد ظرفیت اسمی طراحی کاهش مییابد.»
او توضیح میدهد که در چنین شرایطی حدود ۰.۷ تا ۰.۹ میلیارد متر مکعب آب ظرف چند ماه از مخازن تخلیه میشود. در مقابل، وقوع یک رویداد قوی النینو میتواند بارگذاری ناگهانی آب را به منطقه بازگرداند.
«سوپر النینوی ۲۰۲۶ میتواند موجب شارژ ناگهانی آب شود و ذوب سریع برفها و روانابهای ناگهانی، حدود ۰.۶ تا ۰.۸ میلیارد متر مکعب آب را در یک فصل بهار به درههای کوهستانی بازگرداند.»
تنشهای ناشی از بارگذاری و تخلیه آب
زارع معتقد است همین نوسانات شدید آبی نیز اثر مکانیکی دارند: «بارگذاری سریع آب در بهار موجب خمش الاستیک در لبههای گسله میشود و خشک شدن سریع تابستان بازگشت الاستیک را به دنبال دارد. این فرآیند میتواند تنش کولمب محلی را در بخشهای کمژرفای گسل تا حدود ۰.۲ تا ۰.۵ بار در سال تغییر دهد.»
او همچنین به پیامدهای پمپاژ شدید آبهای زیرزمینی اشاره میکند: «در اثر برداشت شدید آب زیرزمینی، از بین رفتن دائمی فشار منفذی در امتداد گسلهای دماوند، پردیس، ری و کهریزک رخ میدهد. این وضعیت باعث فشردگی موضعی و تمرکز تنش برشی در مرز حوضهها و امتداد گسلها میشود.»
هشدار برای سالهای آینده
زارع در جمعبندی تأکید میکند: «حجم آبی که در پنج سال آینده از محدوده تهران خارج یا در آن جابجا میشود، تقریباً معادل ۵ تا ۷ میلیارد متر مکعب خواهد بود. از آنجا که این استخراج عظیم در یک حوضه محدود و لرزهخیز در جنوب البرز متمرکز شده است، تغییرات مکانی حاصل در بارگذاری پوسته بسیار قابل توجه خواهد بود.
تغییر تنش ناشی از افت فشار منفذی میتواند به عنوان آخرین محرک مکانیکی برای گسلهایی عمل کند که از پیش به سطوح بالای تمرکز تنش رسیدهاند.»