જળવિદ્યા અને જળસ્રોતો : પૃથ્વી ઉપરના પાણીના જીવનના સમગ્ર ઇતિહાસને આવરી લેતા વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસનું ક્ષેત્ર. જળવિદ્યામાં જલાવરણ અને વાતાવરણમાંના પાણીની પ્રાપ્તિ, તેનું પરિવહન અને વિતરણ ઉપરાંત તેના ગુણધર્મો તથા પર્યાવરણ અને સજીવ સૃષ્ટિ સાથેના તેના પારસ્પરિક સંબંધની ર્દષ્ટિએ અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. જળસ્રોતોમાં ઘન, પ્રવાહી અને બાષ્પરૂપમાં મળતું પાણી; નદી, સરોવર અને દરિયાનું પાણી; ભૂગર્ભ, વનસ્પતિ અને પ્રાણીઓમાં રહેલું પાણી; ઉપરાંત માનવરચિત બંધો અને નહેરોમાં થતા વિતરણના પાણીનો સમાવેશ થાય છે.
પાણી સજીવસૃષ્ટિ માટે અનિવાર્ય છે. ખેતીવાડી તેમજ શહેરી અને ઔદ્યોગિક વિકાસ માટે તે અગત્યનું અંગ છે. સાથે સાથે જો તે પ્રદૂષિત થાય તો તેની ગુણવત્તા નીચી જાય છે. જો નદીઓમાં પૂર આવે તો તે વિનાશ સર્જે છે અને જો ભૂગર્ભજળનું સ્તર વધુ ઊંચું આવે તો જમીનના ક્ષારોમાં વધારો થવાથી તથા પાણીના ભરાવાને લીધે જમીનની ફળદ્રુપતાને હાનિ પહોંચતાં તે નકામી બને છે. પૂરને લીધે જમીનનું ધોવાણ થતાં તે બિનઉપજાઉ બને છે અને નદીમાં ખેંચાઈ આવેલો કચરો બંધો, વહેળાની નાળો અને જળાશયોમાં એકઠો થઈને અનેક પ્રશ્નો ઊભા કરે છે. આથી કુદરતી પાણીને યોગ્ય રીતે એકઠું કરી તેનું નિયંત્રણ કે વ્યવસ્થાપન કરવું માનવજીવન અને અર્થશાસ્ત્રની ર્દષ્ટિએ જરૂરી છે.
જળવિદ્યાના અભ્યાસમાં વર્ષણ અથવા નિસ્સાદન (precipitation)ની માત્રા અને તેની તીવ્રતા, બરફ (ice) અને હિમ (snow) તરીકે સંઘરાયેલા પાણીના જથ્થા તથા સમય સાથે તેમાં થતો ફેરફાર, વહેળાઓનું નિસ્સરણ (discharge), જમીનમાં પાણીનાં અંત:સ્યંદન(infiltration)નો દર અને તેનો જથ્થો તથા જમીનમાંના ભેજની હિલચાલ (movement); પૃષ્ઠજળ અને ભૂગર્ભજળમાં ઓગળેલાં રસાયણો; બાષ્પીભવન અને બાષ્પનઉત્સર્જન (evapotranspiration) દ્વારા હવામાં ચાલ્યો જતો પાણીનો જથ્થો; તેમજ જમીને ગુમાવેલો અને વહેળાઓ દ્વારા લઈ જવાયેલો અવસાદ (sediment) વગેરેને લગતાં ક્ષેત્રીય માપનોનો સમાવેશ થાય છે. આ માપનો ઉપરાંત જળવિદ્યા જળ-ભૂવિજ્ઞાન ચક્ર(hydrogeologic cycle)માં સમાયેલા બધા ભૌતિક અને જૈવિક ઘટકો સાથે સંકળાયેલી ઘટનાઓ અને ક્રિયાવિધિઓ(mechanisms) સાથે પણ સંલગ્ન છે. તેથી તે બધાંને સમજીને ધ્યાનમાં લઈ તદનુસાર ભવિષ્યકથન થઈ શકે. આ માટે પ્રદેશવાર વર્ષા, વહેળા અને નદીઓના અપવાહ તથા હવામાનના ફેરફારોની સમયબદ્ધ નોંધ તેમજ આ માટેની પ્રાથમિક ક્રિયાઓની સમજૂતી જરૂરી છે.
જળવિદ્યામાં જળચક્ર (hydrologic cycle) ઉપરાંત કેટલેક અંશે ભૂસ્તરશાસ્ત્ર, સમુદ્રવિજ્ઞાન (oceanography) અને હવામાનશાસ્ત્ર(meteorology)નો પણ સમાવેશ થાય છે. પણ તેમાં પૃથ્વીની સપાટી ઉપર અથવા નીચે જળની પ્રાપ્તિ તેમજ પાણી અને બરફની હિલચાલ (movement) અને સમય સાથે તેમાં થતા ફેરફાર ઉપર વધુ ભાર મૂકવામાં આવે છે. ભૌમિક પર્યાવરણમાં પાણી જે સ્વરૂપે પ્રાપ્ય હોય તે પ્રમાણે જળવિદ્યાની શાખાઓ પાડવામાં આવે છે. દા.ત. હિમવિદ્યા(glaciology)માં હિમનદીઓ અને ધ્રુવીય બરફની ચાદરો કે છત્રો(caps)નો; ભૂગર્ભજળ અભ્યાસમાં જમીન અને શૈલસંસ્તર- (bedrock)માં રહેલા પાણીનો; સરિતવિજ્ઞાન(potamology)માં સપાટી ઉપર વહેતા વહેળાઓનો; સરોવરવિજ્ઞાન(limnology)માં સરોવરો અને તળાવોના સ્થિર જળનો; અને જળહવામાનશાસ્ત્ર(hydrometeorology)માં વાતાવરણમાં રહેલ પાણીનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક જળવિદ્યામાં પૃથ્વીની સપાટી ઉપર તેમજ ભૂગર્ભમાં આવેલા પાણીનો રાસાયણિક ર્દષ્ટિએ અભ્યાસ કરવામાં આવે છે.
પાણી સાર્વત્રિક (universal) દ્રાવક હોવાથી તે જે જે પદાર્થના સંપર્કમાં આવે છે તેને ઓગાળે છે અને તેથી તે રાસાયણિક ર્દષ્ટિથી પ્રભાવિત થાય છે. આને કારણે પાણી કઠિન (hard) કે નરમ (soft) અથવા ઍસિડિક કે આલ્કેલાઇન બને છે. તેમાં ઓગળેલા વાયુઓ પણ પાણીની પ્રકૃતિને અસર કરે છે. નદીઓમાં અને અન્યત્ર છોડવામાં આવતા નકામા પાણી(effluent)ને લીધે પણ તે પ્રદૂષિત થાય છે. ધોવાણને લીધે જમીનમાંના ક્ષારોની સમુદ્રમાં જવાની તેમજ બાષ્પીભવન, વાદળ-રચના (cloud formation) જેવી ક્રિયાઓને લીધે ક્ષારોની સમુદ્રમાંથી જમીન તરફ જવાની ક્રિયાઓનો, રણપ્રદેશોમાં ભૂગર્ભજળનાં ઉદગમસ્થાનો(origin)નો તથા હિમચાદરો અને હિમનદીઓના રેડિયો સમસ્થાનિકીય (radio-isotopic) અભ્યાસનો પણ રાસાયણિક જળવિદ્યામાં સમાવેશ થાય છે.
જળવિદ્યાનો અભ્યાસ પૂરનિયંત્રણ, સિંચાઈ, પાણીના ઘરવપરાશ અને ઔદ્યોગિક વપરાશ તથા જળવિદ્યુતના ઉત્પાદન માટે અગત્યનો છે.
જળચક્ર (hydrologic cycle) : પૃથ્વીના પોપડાનો મોટો ભાગ પ્રવાહી અથવા ઘન સ્વરૂપે પાણી વડે છવાયેલો છે. ગુરુત્વાકર્ષણ અને સૂર્ય-ઊર્જાના સંકીર્ણ પ્રક્રમ વડે પાણીની ઘન, પ્રવાહી અને બાષ્પ રૂપમાં વાતાવરણ, સમુદ્રો અને પૃથ્વીના પોપડા વચ્ચે હેરફેર થયા કરે છે. તાત્વિક રીતે બધા પાણીનો મૂળ સ્રોત સમુદ્ર છે. પાણીનો અણુ જળચક્ર દ્વારા તેના પરિસંચારણની શરૂઆત કરે છે. સપાટી ઉપરનો અણુ અન્ય અણુઓની સરખામણીમાં વધુ ઉષ્મા-ઊર્જા પ્રાપ્ત કરીને પાણીની સપાટી પરના તણાવ(surface tension)ની અસરમાંથી મુક્ત થઈ બાષ્પ-અણુમાં ફેરવાય છે. તે જે હવામાં જાય છે તે હવા ધ્રુવીય (polar) અને ઉષ્ણકટિબંધીય (tropical) વિસ્તારોના વિભેદી (differential) તાપન(heating)ને કારણે તથા વાતાવરણના દબાણના તફાવતને લીધે તેમજ પૃથ્વીના પરિભ્રમણને કારણે ગતિમાં હોય છે. આથી પાણીના અણુઓ બાષ્પ રૂપે ઊંચે જાય છે. ત્યાં તે ઠંડા પડતાં હવામાં બાષ્પ રૂપે રહી ન શકતાં સંઘનન (condensation) પામે છે અને જો સંજોગો અનુકૂળ હોય તો તે બરફના અથવા ધૂળના કણની આસપાસ સંલયન (coalescence) પામે છે. આ બિંદુઓ મોટાં થતાં તેમનું વજન વધી જવાને કારણે તે વરસાદ, કરા અથવા હિમ (snow) રૂપે પૃથ્વી ઉપર પાછા આવે છે. આ પાણી જમીન ઉપર અથવા ભૂગર્ભમાં વહીને સમુદ્રને મળે છે અને એમ ચક્ર પૂરું થાય છે. (જુઓ જળચક્ર.)
વર્ષણ (precipitation) : વર્ષણની તીવ્રતા અને તેની માત્રા હવામાં રહેલા ભેજના પ્રમાણ અને તેના ઠંડા પડવાના દર ઉપર આધાર રાખે છે. નિસ્સાદન માપવા માટે સાદા અથવા સ્વયંસંચાલિત અભિલેખન (automatic recording) પ્રકારના વર્ષામાપક(rain gauge)નો ઉપયોગ થાય છે. તેમાં વરસાદ પડે ત્યારે પાણીનું વજન કરી આલેખન કરવામાં આવે છે જે વરસાદી તોફાનનો સમય, તેની અવધિ અને તેની તીવ્રતા દર્શાવે છે. હિમપાત (snowfall) માપવા હિમનળી(snow tube)નો ઉપયોગ થાય છે.
નિસ્સાદનના બે ભાગ છે : એકમાં વાતાગ્રી (frontal) અને અવાતાગ્રી (non-frontal) એવા વ્યાપક (extensive) ચક્રવાતી તોફાનનો સમાવેશ થાય છે. જ્યારે ગરમ હવા ઠંડી હવાની ઉપર ઊંચકાય છે ત્યારે વાતાગ્રી વર્ષણ થાય છે. નીચા દબાણવાળા ક્ષેત્રમાં હવાના વહન(flow)ને પરિણામે ઉદભવતા ક્ષૈતિજ અભિકેન્દ્રી ઉત્થાપન(lifting)ને કારણે અવાતાગ્રી વર્ષણ જોવા મળે છે. બીજો પ્રકાર ઓછો વ્યાપક છે પણ વધુ તીવ્ર અને ગર્જના સાથેના ઝંઝાવાત (thunderstorm)નો છે જેમાં પ્રબળ સંવહની (convective) પ્રવાહોને લીધે ગરમ હવા ઝડપથી ઊંચે જાય છે. સાધારણ (moderate) અથવા ધીમી ગતિએ પડતો વરસાદ ખેડૂત માટે સારો ગણાય છે કારણ કે તેમાં પાણી જમીનમાં ઊંડે સુધી ઊતરે છે. જો વરસાદ અત્યંત વધુ વેગથી પડે તો તેનું મોટા ભાગનું પાણી જમીન ઉપરથી ઝડપથી વહી જાય છે અને તેને કારણે માટીના ઉપલા સ્તરનું ધોવાણ થાય છે તથા નદીઓમાં ભારે પૂર આવતાં વિનાશ સર્જાય છે.
જો હવામાંના ભેજનું સંઘનન 0o સે.થી ઘણા નીચા તાપમાને થાય તો બરફના સ્ફટિકો ઉત્પન્ન થાય છે અને તે જમીન ઉપર હિમતૂલ (ice flakes) રૂપે પડે છે. સામાન્ય રીતે દરિયાની સપાટીથી 2000 મી. કરતાં ઊંચા પ્રદેશોમાં બરફનું પ્રાવરણ(mantle) જામે છે.
બાષ્પીભવન (evaporation) : જળચક્રનો આ પણ અગત્યનો ભાગ છે. બાષ્પીભવનની ક્રિયા જળસપાટીમાંથી અથવા ભીની જમીનમાંથી સતત ચાલ્યા કરે છે. વનસ્પતિ દ્વારા બાષ્પોત્સર્જનને કારણે પણ પાણી વાતાવરણમાં જાય છે. બાષ્પીભવન માપવા 1.2 મી.ના પાત્રનો ઉપયોગ થાય છે. આદર્શ પરિસ્થિતિમાં સરોવરમાં આવતું, તેમાંથી બહાર જતું અને તેમાં સંઘરાતું પાણી અને સંતુલન જાળવી રાખવા જોઈતા અવશેષી (residual) પાણીના અનુમાન વડે બાષ્પીભવન માપી શકાય છે. જોકે આ પદ્ધતિ સંતોષકારક નથી. અન્ય એક અભિગમ ઊર્જા-અંદાજનો છે જેમાં સરોવરમાં ઉષ્માના રૂપમાં દાખલ થતી, તેમાંથી બહાર જતી અને તેમાં સંઘરાતી ઊર્જાને લક્ષમાં લેવામાં આવે છે. પ્રશાંત મહાસાગરમાંનો સરેરાશ બાષ્પીભવન દર 66થી 127 સેમી. અને આટલાન્ટિક મહાસાગરમાંનો દર 81થી 178 સેમી જેટલો હોય છે. પાણીનો પૂરતો પુરવઠો ધરાવતી અને અત્યંત લીલી વનસ્પતિ છવાયેલી હોય તેવી જમીન ઉપરથી થતું બાષ્પોત્સર્જન બાજુમાં આવેલા સરોવરમાંથી થતા બાષ્પીભવન જેટલું જ લગભગ હોય છે. ખૂબ વરસાદ પડતો હોય તેવા વિસ્તારોમાં બાષ્પોત્સર્જનનું પ્રમાણ ખુલ્લા પાણીમાંથી થતા બાષ્પીભવન કરતાં ઓછું હોય છે જ્યારે સૂકા પ્રદેશોમાં તે નિસ્સાદન વડે સીમિત થઈ જતું હોય છે.
જળસ્રોતો (sources of water) : પાણી એ પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિનો એક અગત્યનો ઘટક છે. બધા સજીવોને તેમની જૈવિક ક્રિયાઓ (life functions) માટે પાણીની જરૂર પડે છે. જોકે પ્રદેશવાર તેમાં વધઘટ થયા કરે છે. લાખો વર્ષો થયાં પૃથ્વી ઉપર પાણીનો જથ્થો અચળ રહ્યો છે. પૃથ્વીની ઉપર કે ભૂગર્ભમાં રહેલા લગભગ 1360 × 106 ઘ.કિમી. પાણીનો ફક્ત 2.8 % જેટલો હિસ્સો જ તાજા પાણીનો છે જ્યારે પૃથ્વીની સપાટીનો 70 % ભાગ રોકનાર સમુદ્રો અને ખારા પાણીનાં સરોવરો પૃથ્વીના પાણીનો લગભગ 97.2 % જથ્થો ધરાવે છે. તાજા પાણીના 2.8 % પૈકી મોટા ભાગનો (2.2% જેટલો) જથ્થો ઘન બરફ અને હિમનદીઓ રૂપે છે, જ્યારે ફક્ત 0.6 % પ્રવાહી રૂપે છે જે માનવી વાપરી શકે તેમ છે. આ પ્રવાહી જથ્થાનો પણ લગભગ 95 % કરતાં વધુ જથ્થો (37.5 × 106 ઘ.કિમી.) ભૂગર્ભમાં રહેલો છે. જોકે તેનો અડધો હિસ્સો 1 કિમી. કરતાં ઓછી ઊંડાઈએ હોય છે.
તાજા પાણીનો મુખ્ય સ્રોત વરસાદ, કરા અથવા હિમ રૂપમાં થતું વર્ષણ છે. તે ઉપરાંત માનવી પૃષ્ઠજળ અને ભૂગર્ભજળનો પણ ઉપયોગ કરી શકે છે. તાજા પાણીના સ્રોતોને તેમના કદ કરતાં વહનદર (flow rate) વડે વધુ અર્થપૂર્ણ રીતે વર્ણવી શકાય છે. સરેરાશ વર્ષણદર એ પૃથ્વી પર પડતા જળરાશિનો દર છે. પણ તેનો સારો એવો અંશ, લગભગ 2/3 ભાગ બાષ્પન–બાષ્પોત્સર્જનની ક્રિયાઓ દ્વારા નદીઓ અને સરોવરોમાંથી બાષ્પીભવન વડે તથા વનસ્પતિના બાષ્પોત્સર્જન (transpiration) મારફત પાછો હવામાં ચાલ્યો જાય છે. આ બાષ્પન-બાષ્પોત્સર્જન માનવીના સીધા ઉપયોગ માટે અપ્રાપ્ય જળ છે પણ તે જંગલો, ભિન્ન ભિન્ન પાકો અને વનસ્પતિના ઉછેરને પોષવાનું ઉપયોગી કાર્ય કરે છે. વર્ષણદર અને બાષ્પન-બાષ્પોત્સર્જન દર વચ્ચેનો તફાવત એ જળવહન-નીપજ (water yield) અથવા અપવાહ (run off) દર કહેવાય છે. જો પાણી જમીનમાં ઊતરે તે કરતાં વધુ દરથી વરસાદ પડે કે હિમ પીગળે તો પૃષ્ઠીય અપવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. આને લીધે પ્રથમ ભૂતલમાંના ગર્તો (depressions) ભરાય છે અને પછી તે ઊભરાઈને ક્ષુદ્ર સરિતા (rills) અથવા ઝરણા(rivulet)માં ફેરવાય છે. આગળ જતાં તે કેન્દ્રિત થઈ સાંકડી ખાડી અને નદીના રૂપમાં વહે છે જ્યાં તેનો જળપ્રવાહ માપી શકાય છે. વહેળાના સમય સાથેના ચઢાવ અને ઉતારના આલેખને જલાલેખ (hydrograph) કહે છે. અપવાહનો કેટલોક ભાગ ભૂગર્ભજળ અવસ્રવણ (seepage) તરીકે પણ દાખલ થાય છે. દુનિયાનો સરેરાશ અપવાહ દર લગભગ 39,000 ઘ.કિમી. પ્રતિવર્ષ જેટલો છે. આ પ્રવાહ માનવીય ઉપયોગ અને વ્યવસ્થાપન (management) માટે સૈદ્ધાંતિક રીતે પ્રાપ્ય જથ્થો છે અને દુનિયાના જળસ્રોતોનો મહત્તમ અંદાજ (estimate) દર્શાવે છે.
અપવાહનો ભૂગર્ભજળ ઘટક એ પૃષ્ઠજળ(surface water)થી ભિન્ન જળસ્રોત નથી. વરસાદ અને હિમ-ગલન (snow melt)ના અંત:સ્રવણ(percolation)ને લીધે ભૂગર્ભજળનું પુન:પૂરણ (recharge) થાય છે અને આંતર-સંકલિત (interconnected) પ્રણાલી દ્વારા અપવાહ દરિયામાં વહી જાય છે. આમ માનવ-જરૂરિયાતને પૂરી પાડવા માટેનો ખરેખરો પ્રાપ્ય જથ્થો કુલ સરેરાશ અપવાહ કરતાં ઓછો હોય છે કારણ કે વહેળાનો પ્રવાહ (stream flow) સમય સાથે ઘણા પ્રમાણમાં બદલાય છે. આથી ભૂગર્ભજળમાંનો અપવાહ ભૂખંડીય (continental) આધાર પરના વ્યવસ્થાપિત (manageable) જળસ્રોતનો વધુ વાસ્તવિક અંદાજ છે. વિવિધ ખંડોમાંના અપવાહદર ઘણા ચલિત (variable) હોય છે. (જુઓ સારણી 1).
| સારણી 1 : દુનિયાના જળસ્રોતો | |||
| ખંડ | કુલ અપવાહ | ભૂગર્ભજળમાંથી અપવાહ | |
| ઘ.કિમી./વર્ષ | ઘ.કિમી./વર્ષ | કુલ અપવાહના ટકા | |
| યુરોપ | 3110 | 1065 | 34 |
| એશિયા | 13190 | 3410 | 26 |
| આફ્રિકા | 4225 | 1465 | 35 |
| ઉ. અમેરિકા | 5960 | 1740 | 29 |
| દ. અમેરિકા | 10380 | 3740 | 36 |
| ઑસ્ટ્રેલિયા | 1965 | 465 | 24 |
| 38830 | 11885 | (સરેરાશ) 31 % | |
દા.ત. અમેરિકાના મેદાની ભાગોમાં તે 25 મિમી./વર્ષથી માંડીને પર્વતીય ભાગોમાં 1000 મિમી./વર્ષ જેટલો હોય છે. આ વિભિન્નતા ઋતુ પ્રમાણે (seasonal) અને વર્ષોવર્ષ થતા નિસ્સાદન, બાષ્પન–બાષ્પોત્સર્જન અને હિમ-ગલન દ્વારા; વહેળાઓના વહનમાં ભૂગર્ભજળના અવસ્રવણ(seepage)ના પ્રમાણ અને જળાશયો (reservoirs) દ્વારા વહેળાઓના જળના સંગ્રહ અને તે રીતે તેમાં થતા ફેરફારની માત્રા કેટલી ઘટે છે તેના ઉપર આધારિત છે.
પાણીના મોટા ભાગના ઉપયોગ માટે એ જરૂરી છે કે વર્ષના 90 % જેટલા ગાળા દરમિયાન નિશ્ચિત વહનદર પ્રાપ્ય હોય. સામાન્ય રીતે આ નિશ્ચિત વહન એ પ્રાપ્ય જળસ્રોતોની વધુ વાસ્તવિક વ્યાખ્યા આપે છે અને તે સરેરાશ વહનના 10 % જેટલો હોય છે. વળી જળસંચયસ્તર (aquifer) જેવી ભૌગોલિક રચનાઓના પ્રકાર અને પાણી ખેંચવાના પંપોની મર્યાદાને કારણે કુદરતી રીતે પ્રાપ્ય જળ ઉપર મર્યાદા આવી જાય છે. અત્યંત ઊંડે આવેલ કેટલાક જળસંચયસ્તરો જળચક્ર માટે પ્રાપ્ય થતા નથી, સિવાય કે જ્વાળામુખી ફાટે અને તે વરાળ રૂપે બહાર આવે.
પૃષ્ઠજળ સ્રોતો : નદીઓ, તળાવો અને પરિબદ્ધ જળાશયો પૃષ્ઠજળના સ્રોતો છે. નદીઓ અને વહેળાઓમાં તાજા પાણીનો 0.01 % જેટલો અને સરોવરમાં 1.47 % (લગભગ 1,25,000 ઘ.કિમી.) જેટલો જથ્થો જોવા મળે છે. તેમ છતાં આ સ્રોતો હંમેશાં અગત્યના રહ્યા છે કારણ કે માનવવસ્તી શરૂઆતમાં તેની આસપાસના વિસ્તારોમાં વસેલી હતી. સરોવરોનું જળસ્તર વર્ષાઋતુ સિવાયના દિવસોમાં ઝરણા રૂપે વહી જવાને લીધે, જમીનમાં ઝમી જવાથી અથવા બાષ્પીભવનને લીધે ઘટી જાય છે. વર્ષણ અથવા નદી, વહેળા કે ઝરણાંની આવને લીધે આ સ્તર ઊંચું આવે છે પણ બાષ્પીભવનને લીધે શુદ્ધ પાણી ઊડી જતું હોવાથી સરોવરોમાં ક્ષારનું પ્રમાણ વધે છે. આના કારણે વર્ષો બાદ કેટલાંક સરોવરોનું પાણી સજીવો માટે ક્ષારયુક્ત બનવાને લીધે વાપરવાલાયક રહેતું નથી. છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષોનો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે દરિયાની સપાટી દર વર્ષે 1 મિમી. (0.05 ઇંચ) જેટલી ઊંચી આવે છે તેને લીધે જમીન ઉપરના જળસ્રોતોમાં આશરે 430 ઘ.કિમી.નો ઘટાડો થાય છે.
ભૂગર્ભજળ (ground water) : રેતી અને કંકર (gravels) અને છિદ્રાળુ અથવા વિભંજિત (fractured) ખડકો જેવા અધસ્તલીય સ્રોતોમાંથી મેળવાતા પાણીને ભૂગર્ભજળ કહે છે. તે નદીની ખીણોમાંનાં નિસ્સાર બિંદુઓ અને કેટલીક જગાએ દરિયાકાંઠા તરફ વહે છે. આ વહેણ જળસંચયસ્તર તરીકે ઓળખાતા જળધારક પડો(water bearing strata)માં પેદા થાય છે અને તેનો વેગ, જળસંચયસ્તરની છિદ્રાળુતા અને દ્રવચાલિત (hydraulic) પ્રવણતા (gradient) પ્રમાણે, થોડાક મીટરથી કેટલાક કિલોમીટર પ્રતિવર્ષ હોય છે. જો ઢોળાવ સીધો હોય તો ઉદભવતા દબાણને લીધે પાણી જળસંચયસ્તરમાંથી જોરથી બહાર આવે છે. જો ઢોળાવ ઓછો હોય તો પાણીને ધકેલતું બળ ઓછું હોય છે. આવા પાણીનો વેગ ઓછો હોવાથી તેનું ખનિજીકરણ વધુ થવા સંભવ છે. આવું પાણી વહેતું ન હોય તો તે ભાગ્યે જ વપરાશયોગ્ય બને. જોકે અધસ્તલની પારગમ્યતા (permeability) પાણી કેટલી ઝડપથી વહેશે તે નક્કી કરે છે. વહેતું પાણી પૃષ્ઠપ્રવાહ કરતાં જુદા દ્રવચાલિત નિયમોને અનુસરે છે. 1856માં ફ્રેન્ચ ઇજનેર હેન્રી ડર્સીએ ભૂગર્ભજળના વહેણ માટેનો નિયમ રજૂ કર્યો હતો તે સાદા સ્વરૂપમાં નીચે પ્રમાણે મૂકી શકાય :
જ્યાં v = પારગમ્ય પદાર્થના સ્તંભમાંથી વહેતા પાણીનો વેગ; h = સ્તંભના બે છેડાઓ વચ્ચેની જલદાબી ઊંચાઈ; i = સ્તંભની ઊંચાઈ; અને P = પદાર્થની લાક્ષણિકતા [કણ માપ (grain size) અને ગોઠવણી (arrangement)] ઉપર આધારિત અચળાંક].
અંત:સ્યંદન વર્ષણનો જે ભાગ જમીનમાં ઊતરે છે તે બે પ્રકારે અસર પામે છે : ગુરુત્વાકર્ષણ બળથી અને પાણીના અણુઓ માટે જમીનના કણોના આણ્વીય (molecular) આકર્ષણથી. આ બન્ને બળો એકબીજાથી વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. જમીનના કણોને લાગેલું પાણી માટીમાંનું આર્દ્રતાદર્શી પાણી કહેવાય છે તે વનસ્પતિ ઉછેરમાં મદદરૂપ થાય છે. જમીનમાં નીચે ઊતરતું જતું પાણી વહેળાઓને મળે છે અથવા જલતલ(water table)ને મળે છે. વહેળાની નાળ (stream channel) કરતાં જલતલ નીચું હોય તો પાણીને ભૂગર્ભજળ કહે છે.
જલતલ (water table) : અનિરુદ્ધ (unconfined) પડમાં ભૂગર્ભજળનું પૃષ્ઠ એટલે કે સ્થળાકૃતિ (topography) પ્રમાણે ભૂપૃષ્ઠ(ground surface)થી કેટલાક સેમી. અથવા સેંકડો મીટર નીચે હોઈ શકે છે. અપ્રવેશ્ય (impervious) પડો વચ્ચે રૂંધાયેલા જલસંચયસ્તરોમાં પાણી દબાણ હેઠળ હોય છે. જો આવા સ્તરમાં કૂવો ખોદવામાં આવે અને દબાણ પૂરતું હોય તો પાણી બળપૂર્વક બહાર ધસી આવે છે અને તે પાતાલકૂપ(artesian well) રૂપે ફેરવાય છે. જોકે જલતલની ઊંચાઈ અને પાતાળકૂવાનું દબાણ વરસાદને લીધે જલસંચયસ્તર કેટલો પુન:પૂરિત થાય છે અને ઋતુ પ્રમાણે તેમાંથી કેટલું પાણી ખેંચવામાં આવે છે તેના ઉપર આધારિત હોવાથી ઋતુ પ્રમાણે બદલાય છે. જો પુન:ભારણ(recharge) કરતાં વધુ પાણી ખેંચવામાં આવે તો સંચયસ્તર ખલાસ થઈ જતાં પાણીનો પુરવઠો બંધ થઈ જાય છે.
ક્ષારીય જળ(salt-water)નું અંતર્વેધન (intrusion) : સામાન્ય રીતે ભૂગર્ભજળનો પ્રવાહ દરિયા તરફનો હોય છે. પણ જો જમીનમાંથી પાણી વધુ પડતું ખેંચવામાં આવે તો જલતલ નીચું ઊતરી જાય છે અને આ પ્રવાહની સામાન્ય દિશા ઊલટી થઈ જાય છે અને દરિયાનું ખારું પાણી મીઠા પાણીના જલસંચયસ્તરમાં વહી આવે છે. આને ક્ષારીય જળ-અંતર્વેધન કહે છે.
ઝરણાં (springs) : ઢોળાવવાળી જમીનના તળિયે અથવા જ્યાં જલતલ કરતાં જમીનનો ભાગ નીચો હોય ત્યાં તેમજ પાતાલકૂપના (artesian) જલસંચયસ્તરમાંની દ્રવચાલિત પ્રવણતાની નીચેના ભાગે ઝરણાં ઉત્પન્ન થાય છે. અતિભારણ(overburden)માંની તિરાડો અથવા દબાણ હેઠળના જલસંચયસ્તરમાંથી સપાટી ઉપર લંબાતી નાળો દ્વારા બહાર આવતાં ઝરણાંને પુરવઠો મળી રહે છે.
કૂવા : જમીનની સપાટીથી જળધારક સ્તર સુધી ખોદીને અથવા શારીને ઊર્ધ્વ ધારયુક્ત (vertical opening) રચના તે કૂવો. તેમાંથી પાણી ખેંચતાં તેની જળસપાટી નીચી જાય છે અને તેથી જલસંચય-સ્તરમાંનું પાણી કૂવા તરફ વહે છે. જાડા, પારગમ્ય જલસંચયસ્તરો રોજના કેટલાક લાખ લિટર પાણી આપી શકે છે અને છતાં તલમાં થોડાક જ મીટરનો ઘટાડો થાય છે. જ્યારે પાતળા અથવા અપ્રવેશ્ય (impervious) જલસંચયસ્તરોમાંથી એટલો જ પુરવઠો ખેંચતાં તલમાં સારો એવો ઘટાડો થાય છે. તેથી તે ઓછો પુરવઠો પૂરો પાડે છે.
સામાન્ય ઘરવપરાશ તેમજ ખેતીવાડી માટે કેટલાક મીટર વ્યાસના ખુલ્લા કૂવા વપરાય છે. તેમાંથી થોડું પાણી મળે છે. નગરપાલિકાના પુરવઠા માટે જાડી રેતી અથવા કંકરમાં ખોદેલા ઊંચી ક્ષમતાવાળા કૂવા વપરાય છે. શારેલા કૂવા ઘણા ઊંડા હોય છે. આવા કૂવાના જલતલથી ઉપરના ભાગમાં કૉંક્રીટ કે પથ્થરનું પડ અથવા પોલાદનું આવરક (steel casing) લગાવવામાં આવે છે. જો નક્કર ખડકમાં કૂવો ખોદેલો હોય તો આવા ટેકાની જરૂર હોતી નથી. કૂવાના જલસંચયસ્તરમાંના ભાગને ખુલ્લા સાંધાવાળા ચણતરની અથવા ધાતુની જાળી જડી દેવામાં આવે છે જેથી કૂવામાં પાણીનો આવરો ચાલુ રહે. આ માટે કાણાં પાડેલાં પતરાં અથવા ટેકો આપનાર ધાતુની પટ્ટીઓ ઉપર તાર બાંધીને તૈયાર કરેલી જાળી વપરાય છે. સામાન્ય રીતે આ માટે પાણીની સંક્ષારકતા (corrosivity) પ્રમાણે ગૅલ્વેનાઇઝ્ડ સ્ટીલ, કાંસા અથવા સ્ટેનલેસ સ્ટીલની જાળી વપરાય છે. હવે પ્લાસ્ટિકની જાળીઓ પણ વપરાવા લાગી છે.
બે કૂવા વચ્ચેનું અંતર તેમાંથી ખેંચાતા પાણીનું પ્રમાણ અને જલસંચયસ્તરની ક્ષમતા મુજબ ઓછુંવત્તું (કેટલાક મીટરથી માંડીને એક અથવા વધુ કિલોમીટર જેટલું) રાખવામાં આવે છે.
અંત:સ્યંદન દીર્ઘાઓ (infiltration galleries) : એ ભૂગર્ભજળને આંતરતા, જલસંચયસ્તરમાંથી ક્ષૈતિજ રીતે લંબાતી નાળો (channels) છે અને તે નજીક નજીક આવેલા કૂવાની ગરજ સારે છે. તે નદીકિનારાના ભાગમાં 25 મી.થી ઓછી ઊંડાઈએ આવેલા પાતળા જલસંચયસ્તરોમાં ઉપયોગી છે. રેને કૂવો કેઇઝન કેન્દ્ર અને તેમાંથી ક્ષૈતિજ અને ત્રિજ્યક રીતે (radially) લંબાયેલી નળીઓથી બને છે. ઓછી ઊંડાઈએ પાતળા જલસંચયસ્તરોમાં ઉપયોગી છે.
5 મી.થી ઊંડા કૂવામાંથી પાણી ખેંચવા વિશિષ્ટ રીતે બનાવેલા બહુગુણિત કક્ષાવાળા અપકેન્દ્રી પંપો (multiple stage centrifugal pumps) વપરાય છે. આવા પંપો જલસ્તરથી થોડા નીચા ઉતારવામાં આવેલા હોય છે જેથી અપકર્ષણ (draw down) દરમિયાન પણ તે પાણીમાં ડૂબેલા રહે. આવા પંપોની મોટરો સપાટી ઉપર અથવા તે જલસહ (water proof) હોય તો પંપની નીચે બેસાડવામાં આવે છે. પાઇપ દ્વારા કૂવાને તળિયે દબાણ હેઠળ હવા ફૂંકીને પણ પાણી ખેંચી શકાય છે.
ઉપયોગો અને જરૂરિયાતો : જળસ્રોતોનું મૂલ્યાંકન કરતી વખતે પાણીની ગુણવત્તા તેમજ પ્રવાહની પરિવર્તનશીલતા (variability) અગત્યનાં છે. કારણ કે પાણીના ઉપયોગને અનુલક્ષીને તેની ગુણવત્તા હોવી જોઈએ. પાણીના ઉપયોગનું વર્ગીકરણ બે રીતે થઈ શકે : અંત:પ્રવાહિત (in-stream) ઉપયોગ અને તેની વિરુદ્ધ અપનયનલક્ષી ઉપયોગ, અને વપરાશી (consumptive) તથા બિનવપરાશી (non- consumptive) ઉપયોગ.
અંત:પ્રવાહિત ઉપયોગોમાં નૌસંચાલન (navigation), જળવિદ્યુત શક્તિનું ઉત્પાદન, પાણીની ગુણવત્તાની જાળવણી, મત્સ્ય અને વન્ય પ્રાણી આવાસ(wildlife habitat)નો સમાવેશ થાય છે. તેનો સૌંદર્યલક્ષી (aesthetic) ઉપયોગ પણ તેમાં આવે છે. અવનયન પ્રકારનો ઉપયોગ એટલે વહેળા અથવા ભૂગર્ભજળમાંથી પાણીને ખેંચવું. તે પાણીના જે ભાગનું બાષ્પીભવન કે બાષ્પોત્સર્જન થાય, વિવિધ પેદાશોમાં તે સમાઈ જાય અથવા ક્ષારીય જળરાશિમાં વહી જતાં તેનો ફરીથી ઉપયોગ થઈ શકતો નથી. આવા પાણીને વપરાઈ ગયેલું (consumed) પાણી કહે છે. નદીના કોઈ એક પટ્ટા(stretch)માંના જળસ્રોતની માંગ એ અંત:પ્રવાહિત (in-stream) હેતુઓ માટેનો જળરાશિ અને અપનયન જળરાશિના સરવાળા બરાબર છે. પાણીનો જે જથ્થો ખેંચવામાં આવે પણ તે વપરાઈ ન જાય તો તે (ઘણુંખરું યોગ્ય માવજત પછી) હેઠવાસમાં ફરી વપરાશમાં લઈ શકાય છે. દા.ત., જળવિદ્યુત ઉત્પાદનમાં વપરાતું પાણી.
1975માં સમગ્ર દુનિયાના પાણીનું અપનયન લગભગ 2400 ઘ.કિમી./વર્ષ હતું. તેનો 82 % જેટલો ભાગ ખેતીવાડીમાં સિંચાઈ માટે, 8 % શહેરી વપરાશમાં, 8 % ઉદ્યોગોમાં અને 2 % ગ્રામીણ પ્રદેશોમાં ઘરવપરાશ માટેનો હતો. દુનિયાના કેટલાક ભાગોમાં પાણીની માંગ વધી જવાને કારણે પંપો દ્વારા ભૂગર્ભજળનું પાણી વધુ પડતું [તે પુન:ભારણની ક્રિયા દ્વારા ભરપાઈ (replenish) થાય તે કરતાં વધુ] ઉલેચવામાં આવે છે. આને લીધે જલતલ નીચું જાય છે અને વધુ ઊર્જા વપરાય છે. વળી ભૂગર્ભમાં અવકાશ ઉત્પન્ન થવાને લીધે ઘણી વાર જમીન બેસી જતાં પુન:ભારણ વખતે ઓછું પાણી જમીનમાં ઊતરે છે. ઈ.સ. 2000 સુધીમાં પૃથ્વી ઉપરના વાર્ષિક પ્રતિસ્થાપિત(renewable) પાણીનો 25 % જેટલો જથ્થો વપરાયાનો અંદાજ છે. 21મા સૈકાની મધ્યમાં પાણીનો વપરાશ વધીને લગભગ 20,000 ઘ.કિમી./વર્ષ પર પહોંચશે. આ સંખ્યા દુનિયાની નદીઓના નિશ્ચિત પ્રવાહ (flow) કરતાં વધુ હોઈ પાણી એ દુર્લભ સ્રોત બની જશે. આમ થતાં આવતા સૈકામાં વસ્તી મર્યાદિત બની જવાનો સંભવ છે. આ આંકડાઓમાં પાણીની ગુણવત્તા જાળવી રાખવા 10,000 ઘ.કિમી./વર્ષ જેવી અંત:પ્રવાહિત (in-stream) જરૂરિયાતોનો સમાવેશ થતો નથી.
જ. દા. તલાટી