هیدروژئولوژی
سال:1397 | دوره:3 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

سامانه آب زیرزمینی یک سامانه پیچیده است و برآورد متغیرهای هیدروژئولوژیکی که معمولاً با روش های کلاسیک مانند روش های آزمایشگاهی، اسلاگ تست، آزمایش ردیابی و آزمون های پمپاژ انجام می گیرد؛ با عدم قطعیت ذاتی همراه بوده و پر هزینه و وقت گیر است. بنابراین، استفاده از روش های هوش مصنوعی برای برآورد هدایت هیدرولیکی، می تواند از عدم قطعیت این متغیر کم کند و تا حدودی بر دقت آن می افزاید تا بتواند بر نواقص موجود در روش های کلاسیک چیره شود. در این میان مدیریت بهینه این تقاضا و جلوگیری از تخریب آبخوان ها و منابع آب زیرزمینی مستلزم شناخت دقیق پارامترهای هیدرودینامیکی می باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل های فازی ساگنو(SFL) و ممدانی(MFL) به تخمین هدایت هیدرولیکی آبخوان باروق پرداخته می شود. در همین راستا از داده های هدایت الکتریکی (EC)، ضخامت زون اشباع (B) و مقاومت عرضی آبخوان (RT) به عنوان داده های ورودی مدل استفاده شده است. در نهایت به منظور به دست آوردن ایده-آل ترین مدل مقدار مجذور میانگین مربعات خطا و R2 برای هر دو مدل محاسبه و دو مدل با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان که مدل فازی ساگنو به ترتیب با ضریب همبستگی R2=0. 94 و مجذور مربعات خطا RMSE=0. 045 در مرحله آموزش عملکرد بهتری را نسبت به مدل ممدانی برای تخمین هدایت هیدرولیکی دارد.

نتایج به دست آمده از مطالعه آزمایشگاهی حمل و جابجایی متیل ترشیو بوتیل اتر در محیط خاک غیر اشباع با استفاده از یک مدل دوبعدی قایم ارائه شده است. متیل ترشیو بوتیل اتر با غلظت 200 میلی گرم در لیتر از نقطه میانی مرز بالایی مدل رهاسازی شد و غلظت جابجایی آن در زمان های مختلف با روش کروماتوگرافی گازی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که حرکت عمودی آلودگی بیشتر از حرکت افقی آن است. به طور مثال در فاصله عمودی 5 سانتی متری از نقطه رهاسازی پس از 10 دقیقه از شروع آزمایش غلظت ماده مذکور برابر 135 میلی گرم در لیتر ثبت و در همین نقطه پس از 133 دقیقه غلظت به 188 میلی گرم بر لیتر افزایش یافت. در نقطه دیگری در فاصله عمودی 15 سانتی متر پس از 25 دقیقه از شروع آزمایش غلظت 120 میلی گرم بر لیتر و در زمان 133 دقیقه ای به 185 میلی گرم در لیتر رسید. همچنین در نقطه ای به فاصله عمودی 30 سانتی متر پس از 100 دقیقه غلظت آلودگی 127 میلی گرم بر لیتر و در انتهای آزمایش 148 میلی گرم در لیتر ثبت شد. در یک جمع بندی پس از 10 الی 25 دقیقه ظرفیت جذب آلاینده توسط خاک به حداکثر رسید و آلودگی به همراه آب جابجا شد و غلظت آلاینده در نقاط نمونه گیری اندازه گیری شد. با شروع حرکت آلودگی در جهت افقی و عمودی، میزان غلظت آلاینده رهاسازی شده افزایش می یابد و این روند افزایشی در جهت حرکت عمودی بیشتر از افقی است. بنابراین MTBE بیشتر تمایل به جابجایی با آب دارد تا در خاک جذب شود.

دشت شبستر در شرق حوضه آبریز دریاچه ارومیه واقع شده که به منظور مطالعه آب زیرزمینی و به دست آوردن ویژگی های هیدرولیکی آبخوان این دشت، آزمایش های پمپاژ بر روی چاه های بهره برداری و اکتشافی موجود در منطقه صورت گرفته است. با تعیین و تعمیم پارامتر قابلیت انتقال و هدایت هیدرولیکی به محدوده مورد مطالعه می توان بهترین مکان ها برای استحصال آب زیرزمینی را تعیین نمود و از وارد آمدن خسارات جبران ناپذیر به آبخوان بر اثر برداشت نامتعارف جلوگیری به عمل آورد. برای افزایش صحت و دقت آزمایش پمپاژ، بایستی چاه های انتخابی از نوع کامل بوده و به طور کامل در داخل آبخوان حفرشده باشند اما به علت در دسترس نبودن ضخامت آبخوان در هنگام حفاری، بسیاری از چاه های مورد استفاده در آزمایش های پمپاژ از نوع ناقص بوده و با ایجاد مقاومت در برابر جریان ورودی به چاه های ناقص، مقادیر قابلیت انتقال محاسبه شده کمتر از واقعیت برآورد می شود. در این تحقیق پس از محاسبه دقیق سنگ بستر با کمک سونداژهای الکتریکی و لاگ های حفاری، ضخامت آبخوان در محل چاه های مورد استفاده در آزمایش های پمپاژ تعیین و ضریب قابلیت انتقال چاه هایی که به صورت ناقص حفرشده بودند با رابطه کوزنی تصحیح گردید. سپس هدایت هیدرولیکی محاسبه و برای تمام محدوده مطالعاتی بسط داده شد. میانگین ضریب قابلیت انتقال کل آبخوان دشت شبستر برابر 410 مترمربع بر روز و متوسط هدایت هیدرولیکی آن 52/4 متر بر ثانیه تعیین گردید. بررسی موقعیت و برداشت چاه های بهره برداری و تأثیرگذاری این روند استحصال بر روی تراز آب زیرزمینی دشت شبستر، نشان داد که تراکم چاه های بهره برداری در مناطقی که آبخوان دارای هدایت هیدرولیکی نسبی کمتری می باشد افت موضعی شدیدی در تراز آب زیرزمینی آبخوان این دشت ایجاد نموده است.

برای اعمال مدیریت صحیح، نیاز به شناسایی و به مدل درآوردن سطح آب زیرزمینی جهت برنامه ریزی های بلندمدت و استفاده بیشتر و بهتر از پتانسیل های آبی موجود در دشت ها، عمیقاً احساس می شود. در این مطالعه از اطلاعات آماری ماهانه سطح پیزومتر ها برای 5 سال آبی (89-88 تا 93-92) مربوط به سطح ایستابی 8 پیزومتر آبخوان دشت لور-اندیمشک، استفاده شد. در ابتدا با استفاده از روش تیسن، میانگین وزنی هر پیزومتر محاسبه شد و بدین طریق سری زمانی تراز آب زیرزمینی دشت که بیانگر هیدروگراف معرف آبخوان منطقه مورد مطالعه است، به دست آمد. سپس با استفاده از مدل مفهومی آب زیرزمینی مادفلو و فرا مدل شبیه ساز بیان ژن، هیدروگراف معرف آبخوان مدل سازی شد و نتایج با هم مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل مفهومی مادفلو با ضریب تبیین 7836/0 در مرحله تست نسبت به فرا مدل شبیه ساز بیان ژن با ضریب تبیین 739/0 با اختلاف بسیار جزئی دارای عملکرد بهتری می باشد.

دشت نوق با حدود 3600 کیلومتر مربع وسعت در جنوب شرق ایران و غرب استان کرمان واقع شده است. موقعیت جغرافیایی آن بین 30 درجه و 61 دقیقه تا 31 درجه و 23 دقیقه عرض شمالی و 55 درجه و 32 دقیقه تا 56 درجه و 03 دقیقه طول شرقی قرار دارد. هدف این مطالعه، تعیین منشأ و ارزیابی نقش فرآیندهای تأثیرگذار بر کیفیت شیمیایی آب های زیرزمینی بخش میانی دشت نوق واقع در غرب استان کرمان است. بدین منظور 22 نمونه آب زیرزمینی از چاه های بهره برداری برداشت گردید. نقشه های هم غلظت و تحلیل های آماری ( آنالیز مؤلفه اصلی و آنالیز خوشه ای) روی این نمونه ها انجام شد. سپس غلظت فلزات سنگین(Mo، Ni، Fe، Mn، Pb، و Ag)، یون های اصلی ( Na+، Ca2+، Mg2+، Cl-، SO42-و HCO3– ) به علاوه EC وpH در صحرا سنجش شد. غلظت فلزات سنگین همراه با سایر یون ها و بعضی عناصر دیگر به طریق ICP-MS تعیین شد. به منظور شناسایی فرآیندهای تأثیر گذارنده نقشه های هم غلظت ترسیم و تفسیر گردیدند، شاخص های اشباع شدگی نمونه ها نسبت به هالیت، کلسیت، آراگونیت، دولومیت و ژیپس محاسبه و مورد ارزیابی قرار گرفتند و همچنین نمایه های کلروآلکان نمونه ها تعیین شدند. بر اساس موارد فوق مشخص گردید که فرآیندهای تبخیر آب، انحلال تبخیری ها، رسوب گذاری کلسیت و ژیپس، اکسید شدن سولفیدها، واجذب بعضی از فلزات سنگین، اثر اشتراک یونی، هیدرولیز سیلیکات ها و تبادل یونی کمابیش در این سفره آب زیرزمینی صورت گرفته و بر کیفیت آب تأثیر گذاشته اند.

با افزایش روزافزون جمعیت، برداشت بی رویه از این منابع بیشتر شده و این ذخایر طبیعی با تهدید جدی مواجه شده اند. از این رو هدف از این مطالعه بررسی وضعیت آب های زیرزمینی و عوامل مؤثر برکمیت منابع دشت مهران می باشد. بدین منظور از آمار 23 حلقه چاه پیزومتری واقع در آبخوان دشت مهران در طی سال های آبی 1393-1373 استفاده شد و هیدروگراف آب زیرزمینی برای دشت ترسیم گردید. به منظور بررسی ارتباط بین کاربری اراضی و آب زیرزمینی، تغییرات نقشه کاربری اراضی در طی سه دوره زمانی 1368، 1381 و 1394 با استفاده از تصاویر ماهواره ای TM و +ETM ماهواره لندست در منطقه مهران تهیه گردید. برای طبقه بندی تصاویر از روش طبقه بندی نظارت شده و روش حداکثر احتمال استفاده شد. نتایج نشان داد که در طول دوره به وسعت اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی، مراتع خیلی فقیر و اراضی بایر افزوده شده و در مقابل از وسعت مراتع فقیر کاسته شده است. نتایج نشان دهنده افت تراز آب زیرزمینی به میزان 9/16 متر در طول دوره و ارتباط مستقیم افت تراز آب و افزایش مناطق مسکونی و اراضی کشاورزی است؛ بنابراین افزایش کاربری کشاورزی و به طبع آن افزایش چاه های بهره برداری، موجب برداشت بی رویه و افت آب زیرزمینی در این دشت شده است. در ضمن عامل دیگر در کاهش تراز آب زیرزمینی در آبخوان منطقه روند تغییرات بارش در منطقه است.

در مطالعات آب های زیرزمینی، تغییرات سطح ایستابى از اهمیت فراوانی برخوردار است. به همین دلیل، امروزه شبیه سازی جریان آب زیرزمینی توسط مدل های ریاضی و کامپیوتری که یک روش غیرمستقیم مطالعه آب زیرزمینی می ّباشد، با صرف هزینه کمتر صورت می گیرد. پیش بینی سطح آب زیرزمینی یک حوضه نقش مهمی را در مدیریت منابع آبی ایفا می کند. به خصوص در مناطق نیمه خشک آب های زیرزمینی نقش بسیار مهمی در تعیین آب مورد نیاز، کشاورزی، شهری و امور صنعتی دارد. در این تحقیق کارایی مدل های شبکه های عصبی مصنوعی، منطق فازی و سری زمانی در تخمین سطح آب زیرزمینی آبخوان دشت عجب شیر مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای بارندگی، دما، دبی جریان و تراز سطح ایستابی در دوره زمانی ماه قبل به عنوان ورودی و تراز سطح ایستابی در دوره موردنظر به عنوان خروجی مدل ها در مقیاس زمانی ماهانه در طی دوره آماری (1396-1385) انتخاب گردید. معیارهای ضریب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا برای ارزیابی و نیز مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد که مدل منطق فازی می تواند تراز سطح ایستابی را با دقت قابل قبولی پیش بینی نماید. توابع عضویت استفاده شده برای مدل سازی فازی سطح ایستابی، تابع عضویت گوسی بود که به داده های دسته بندی شده برازش داده شد و نیز تابع عضویت خروجی مدل ساگنو تابعی است خطی که بر اساس ورودی ها ساخته می شود. در مورد دقت، مدل منطق فازی با بیشترین با ضریب همبستگی، کمترین ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدر مطلق خطا به عنوان بهترین مدل برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی شناخته شد.

با توجه به افت سطح آب زیرزمینی در اکثر دشت های کشورمان و افزایش تقاضای آب، شناسایی مخازن آب زیرزمینی در سازندهای سخت به ویژه سنگ های غیر کربناته از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. به منظور شناسایی مخازن آب زیرزمینی در واحدهای آذرآواری منطقه کال در جنوب شهر دماوند تعداد 15 عدد سونداژ ژئوالکتریک با استفاده از سیستم آرایه های چهار قطبی متقارن شولومبرژه و بیشینه طول فرستنده جریان 1500متر اجرا و سپس اطلاعات به دست آمده از صحرا پردازش شده اند. بر اساس یافته های ژئوالکتریک در این منطقه 5 لایه زمین شناسی شامل رسوبات آبرفتی و تخریبی با مقاومت 35 تا 110 اهم متر، لایه کنگلومرای سازند هزار دره با مقاومت 15 تا 60 اهم متر، لایه توف بالایی با مقاومت 50 تا 100 اهم متر، لایه توف پایینی با مقاومت بیش از 60 اهم متر و لایه توف خرد شده میانی با مقاومت 40 تا 50 اهم متر شناسایی شده است. در راستای مقطع B-B یک گسل مدفون زیرزمینی شناسایی شده که فعالیت گسل مذکور باعث ایجاد خردشدگی در توف های موجود در منطقه شده است. لایه توفی خرد شده حاوی آب زیرزمینی در اعماق 50 تا 100 متری شناسایی شده و چاه های حفر شده در این زون نسبت به سایر چاه های بهره برداری موجود در منطقه دارای آبدهی بیشتری بوده و سونداژ های شماره 2، 3 و 8 دارای پتانسیل آب زیرزمینی بهتری می باشند. مطالعات ژئوالکتریک در این منطقه نشان داد سنگ های آذرین و آذرآواری می توانند به عنوان منابعی جدید جهت تأمین نیاز آب شرب منطقه مدنظر قرار گیرند.