بحران آب در استان تهران دیگر صرفاً یک مسئله محیط زیستی یا تأمین آب شرب نیست. افت مستمر سطح آب های زیرزمینی، فرونشست زمین، کاهش ذخایر برفی و تخلیه مداوم آبخوان ها اکنون به موضوعی زمین ساختی تبدیل شده که می تواند بر رفتار گسل های فعال پیرامون پایتخت نیز اثر بگذارد.

دکتر مهدی زارع، استاد پژوهشکده بین المللی زلزله شناسی، با بررسی ارتباط میان تخلیه منابع آب و تغییرات تنش در گسل های شرق تهران، نسبت به تداوم روند کنونی تا سال 1410 هشدار می دهد.

زارع در تشریح وضعیت دشت پردیس-دماوند می گوید این محدوده یکی از مهم ترین نقاطی است که اثرات همزمان بحران آب و لرزه خیزی در آن مشاهده می شود.

به گفته او، پردیس بر روی آبرفت های متراکم ساخته شده است که به سرعت به حوضه های آبریز جاجرود و شرق تهران زهکشی می شوند. گسل مشا در این بخش خاص از یک صفحه امتدادلغز شیب دار تقریباً عمودی به یک گسله شیب لغز فشاری در نزدیکی قطعه پردیس-بومهن منتقل می شود.

او توضیح می دهد که کاهش حجم آب زیرزمینی و تخلیه حوضه های محلی، بخشی از بار وارد بر پوسته زمین را حذف می کند: کاهش حجم عظیم آب از حوضه های رودخانه ای موضعی و پایین رفتن سطح آب زیرزمینی در دشت پردیس، بار عمودی را حذف می کند. برای بخش های امتدادلغز تقریباً عمودی گسل مشا، این تخلیه بار سطحی، فشار مهاری نرمال را کاهش می دهد و تغییر تنش کولمب را به سمت حالت مستعد شکست هدایت می کند.

زارع معتقد است حتی تغییرات کوچک تنش نیز می تواند در شرایط خاص اهمیت پیدا کند: اگر یک قطعه گسل با بارگذاری ناشی از فشار پوسته به آستانه شکست خود برسد، یک شوک جزیی ناشی از آب، مانند تغییر 0.1 تا 0.5 بار در سال در تنش کولمب ناشی از تخلیه سریع حوضه آبریز کوهستان، کاملاً برای ایجاد فوجی از زلزله های کوچک در امتداد روند پردیس-دماوند کافی است.

او زلزله 4.6 ریشتری 22 اردیبهشت 1405 در پردیس را نیز در چارچوب همین تغییرات تنش منطقه ای قابل بررسی می داند.

زارع در ادامه به ویژگی های توپوگرافی منطقه اشاره می کند: اختلاف ارتفاع بین دماوند با ارتفاع 5670 متر، دره مشا در حدود 2200 متر و حوضه ساختاری پردیس در حدود 1400 متر، یک گرادیان گرانشی پستی وبلندی بسیار بالا ایجاد می کند. در شرایط خشکسالی شدید، توزیع نامتوازن از دست رفتن جرم آب و برف می تواند میدان های تنش موضعی را تشدید کند.

به گفته او، تخلیه سریع برف انباشته و از دست دادن وزن توده های برفی و یخی، موجب بالاآمدگی ناشی از تخلیه پوسته و بازگشت الاستیک بلوک کوهستانی دماوند نسبت به دیواره جنوبی و حوضه آبرفتی پردیس می شود.

زارع همزمان به اثر برداشت های گسترده آب زیرزمینی اشاره می کند: استخراج تهاجمی آب های زیرزمینی محلی برای استفاده شهری و صنعتی به افت و نشست سفره آب زیرزمینی منجر می شود. در چنین شرایطی، بلوک کوهستانی و دشت رفتاری متفاوت پیدا می کنند.

بلوک کوهستانی در شمال با تخلیه برف و یخ نسبت به دره و دشت جنوبی بالا می آید، در حالی که حوضه شهری پردیس افت آب موضعی را تجربه می کند. این وضعیت تغییر شکل برشی عمودی را دقیقاً در امتداد سامانه گسلی پردیس متمرکز می کند.

زارع در ادامه به زلزله 5.1 ریشتری دماوند در اردیبهشت 1399 اشاره می کند: زلزله دماوند با بزرگی 5.1 در 18 اردیبهشت 1399 نشان داد که قطعه شرقی گسل مشا به تغییرات موضعی بسیار واکنش پذیر 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. چرخه های متناوب تغذیه آبی شدید و تخلیه شتابان آب های زیرزمینی همچنان باعث ایجاد خوشه های لرزه ای با بزرگای 3 تا 4.5 خواهند شد.

او اضافه می کند: این دسته ها می توانند 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 سریع تر به سمت یک گسیختگی بزرگ تر سوق دهند.

زارع به ابعاد هیدرولوژیکی بحران اشاره می کند: جابجایی آب در منطقه تهران با شوک های بارگیری فصلی آب های سطحی و همچنین تخلیه مداوم و عظیم ناشی از برداشت آب های زیرزمینی تجدیدناپذیر رخ می دهد.

او با استناد به داده های ماهواره ای GRACE-FO و شبکه های پیزومتری می گوید: مقیاس نوسانات جرم آب در این منطقه سالانه در حدود صدها میلیون تا یک میلیارد متر مکعب -در یک بازه 5 ساله 1399-1404- قابل اندازه گیری است.

زارع هشدار می دهد که در صورت تداوم روند کنونی، شرایط تا سال 1410 وخیم تر خواهد شد: اگر روند فعلی پمپاژ کشاورزی و استخراج شهری در شرایط خشکسالی ادامه یابد، سامانه های آبخوان تهران-البرز با کاهش حجمی خالص تجمعی و برگشت ناپذیر حدود 4.5 تا 6 میلیارد متر مکعب آب مواجه خواهند شد.

او تأکید می کند که این حجم برداشت عمدتاً از دشت های ورامین، شهریار، ری و جنوب تهران صورت خواهد گرفت.

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 20 تا 25 سانتی متر در سال می شود. برخلاف آب های سطحی که در بازه های زمانی کوتاه نوسان دارند، افت آب های زیرزمینی روندی پیوسته و انباشتی است.

افت آب های زیرزمینی یک روند نزولی مداوم است، در حالی که حجم آب های سطحی جرم را به سرعت در بازه های زمانی کوتاه تغییر می دهد.

زارع سپس به نقش پنج سد اصلی تأمین کننده آب تهران اشاره می کند: تهران به پنج مخزن اصلی شامل امیرکبیر، لتیان، لار، ماملو و طالقان متکی است که با چرخه های بارش شدید، ذوب سریع برف، تبخیر بالا و برداشت حداکثری در دوره های خشکی مواجه اند. در اوج چرخه خشکسالی، ظرفیت ترکیبی این مخازن به حدود 10 تا 15 درصد ظرفیت اسمی طراحی کاهش می یابد.

او توضیح می دهد که در چنین شرایطی حدود 0.7 تا 0.9 میلیارد متر مکعب آب ظرف چند ماه از مخازن تخلیه می شود. در مقابل، وقوع یک رویداد قوی ال نینو می تواند بارگذاری ناگهانی آب را به منطقه بازگرداند.

سوپر ال نینوی 2026 می تواند موجب شارژ ناگهانی آب شود و ذوب سریع برف ها و رواناب های ناگهانی، حدود 0.6 تا 0.8 میلیارد متر مکعب آب را در یک فصل بهار به دره های کوهستانی بازگرداند.

زارع معتقد است همین نوسانات شدید آبی نیز اثر مکانیکی دارند: بارگذاری سریع آب در بهار موجب خمش الاستیک در لبه های گسله می شود و خشک شدن سریع تابستان بازگشت الاستیک را به دنبال دارد. این فرآیند می تواند تنش کولمب محلی را در بخش های کم ژرفای گسل تا حدود 0.2 تا 0.5 بار در سال تغییر دهد.

او همچنین به پیامدهای پمپاژ شدید آب های زیرزمینی اشاره می کند: در اثر برداشت شدید آب زیرزمینی، از بین رفتن دائمی فشار منفذی در امتداد گسل های دماوند، پردیس، ری و کهریزک رخ می دهد. این وضعیت باعث فشردگی موضعی و تمرکز تنش برشی در مرز حوضه ها و امتداد گسل ها می شود.

زارع در جمع بندی تأکید می کند: حجم آبی که در پنج سال آینده از محدوده تهران خارج یا در آن جابجا می شود، تقریباً معادل 5 تا 7 میلیارد متر مکعب خواهد بود. از آنجا که این استخراج عظیم در یک حوضه محدود و لرزه خیز در جنوب البرز متمرکز شده است، تغییرات مکانی حاصل در بارگذاری پوسته بسیار قابل توجه خواهد بود.

تغییر تنش ناشی از افت فشار منفذی می تواند به عنوان آخرین محرک مکانیکی برای گسل هایی عمل کند که از پیش به سطوح بالای تمرکز تنش رسیده اند.