بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تخمين ضرايب هيدروديناميک آبخوان در آکيفرهاي آزاد
(مطالعه موردي دشت سربيشه استان خراسان جنوبي )
چکيده
تخمين مناسب و قابل اطمينان پارامترهاي هيدروليکي آبخوان مي تواند ما را در مديريت کاراتر منابع آب هاي زيرزميني کمک کند. آزمايش پمپاژ آبخوان ،روش استانداردي براي تخمين خصوصيات هيدروليکي مختلف سيستم هاي آبخوان ، يعني قابليت انتقال (T)، ضريب ذخيره (S) به روش هاي گرافيکي مي باشد. در اين تحقيق داده هاي آزمايش پمپاژ (زمان – افت ) در دشت سربيشه با استفاده از مدل هاي غير خطي مانند مدل تايس اصلاح شده و مدل نيومن ، توسط نرم افزار Aquifer Test مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت . نتايج حاکي از آن است که با توجه به دبي و افت مشاهداتي نهايي ، استفاده همزمان از نتايج دو روش منطقي تر به نظر مي رسد.
کليد واژه ها:آبخوان آزاد،روش برگشت ،روش هاي تايس ونيومن ، هيدر ليک چاه ،مدل Aquifer Test
۱-مقدمه
آب زيرزميني گنجينه اي از منابع زمين مي باشد و مزاياي ذاتي متعددي نسبت به آب هاي سطحي دارد، با در نظر گرفتن رشد سريع جمعيت و آلودگي در سراسر جهان ، مديريت آب هاي زيرزميني با در نظر گرفتن کارآمدي و تداوم آن ها در تأمين نياز آبي ، ضروري مي باشد.آب هاي زيرزميني فرآيندهاي پيچيده اي در طبيعت را در برمي گيرند که مدلسازي اين فرآيندها نقش مؤثري را در طراحي و مديريت سيستم هاي آب زيرزميني دارد.
شناخت اوليه پارامترهاي آبخوان براي دستيابي به نتايج موفق و قابل اعتماد در مدل سازي و به تبع آن مديريت صحيح منابع آب ضروري مي باشد. براي برآورد پارامترهاي هيدروليکي از سفره هاي آب زيرزميني ، مانند قابليت انتقال (T)،
ضريب ذخيره (S) وهدايت هيدروليکي (K)، آزمايش پمپاژ يا آزمايش آبخوان به طور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرند [۱].
اهميت ضرايب هيدروديناميکي زماني مشخص مي شود که بدانيم ، برآورد پارامترهاي بيلان منابع آب ، پتانسيل آب زيرزميني و امکان توسعه بهره برداري و مديريت مخازن ثابت و ديناميکي آب زيرزميني قبل از هر چيز بستگي به آن دارد که تا چه حد پارامترهاي هيدروديناميکي يک آبخوان دقيق برآورد شده است . اندازه گيري اين ضرايب معمولاً با استفاده از آزمون هاي پمپاژ چاه صورت مي گيرد [۲].
معادلات مختلفي براي خصوصيات هيدروليکي آبخوان در آکيفرهاي آزاد و غير آزاد پيشنهاد شده است که از آن جمله مي توان به معادلات تايس ١و نيومن ٢اشاره نمود. پارامترهاي لازم براي حل اين معادلات از طريق آزمايشات پمپاژ بدست مي آيد. آزمايش پمپاژ مشتمل بر يک کار صحرايي است که از يک چاه اکتشافي با دبي ثابت به مدت طولاني (که از ۷۲ساعت تا يک هفته متغير است )، پمپاژ مي شود و سپس با اندازه گيري ميزان افت در بازه هاي زماني از شروع پمپاژ در چاه هاي مشاهده اي (که در اطراف چاه پمپاژ حفر شده اند)،مي توان در وضعيت غيرماندگار به تخمين ضرايب هيدروليکي آبخوان پرداخت [۳].
۲-مواد و روشها
روش تايس
تايس اولين کسي بود که معادله جريان شعاعي را در مختصات قطبي در سال ۱۹۳۵با مشابه قرار دادن معادله جريان
آب زيرزميني و جريان گرما حل نمود و روابط زير را ارائه داد [۴] :
که در اين فرمول ها، ( t,r )s = مقدار افت انداره گيري شده در پيزومتري در فاصله rو زمان t،t = زمان از شروع پمپاژ(ثانيه )، r = فاصله نقطه موردنظر تا مرکز چاه پمپاژ (متر)، Q = مقدار برداشت ثابت از چاه (ليتر در ثانيه )، S= ضريب ذخيره و T= قابليت انتقال (مترمربع در روز) مي باشد.
مقدار (W)u به ازاي u هاي مختلف با استفاده از بسط سري تيلور٣(براي ≥u>) و مربع گوس _لاگر٤(براي <u)
محاسبه مي شود که :
-سري تيلور
-مربع سا ي گوس -لاگور
به ترتيب ريشه هاي چند جمله اي لاگر و ضرايب لاگر هستند [۵].
روش تايس با اصلاح ژاکوب ١
سطح ايستابي در آبخوان آزاد با سطح پتانسيل برابرمي باشد، قابليت انتقال ثابت نيست و با اف ايش افت ، کاهش م يابد و اين بدان معناست که فقط جريان افقي به سمت چاه وجود ندارد بلکه مؤلفه عمودي نيز هست که با نزديک شدن به چاه افزايش مي يابد.
از آنجايي که قابليت انتقال در آبخوان هاي آزاد ثابت نيست ، راه حل دقيقي براي اين آبخوان وجود ندارد به همين ليل
افت اندازه گيري شده به صورت معادله (۷) اصلاح مي شود:
Scor= افت اصلاح شده
S = افت اندازه گيري شده
D = ضخامت اشباع آکيفر
روش نيومن
درخلال پمپاژ در يک چاه کامل ، افت در يک چاه مشاهده اي به فاصله rو در زمان tبه صورت زير است (نيومن ،
و عبارات ٠ و gريشه هاي معادلات زير هستند:
sافت مشاهده اي ، rفاصله شعاعي از چاه پمپاژ، tزمان از شروع پمپاژ، Q مقدار پمپاژ، T قابليت انتقال ، (x) ٠ Jتابع بسل نوع اول و درجه صفر، y يک متغير به صورت ،معادله (۱۳)، KD، درجه ناهمساني به صورت معادله (۱۴)، KZ، ه ايت هيدروليکي عمو ي ، Kr، هدايت هيدروليکي افق ، پارامتر بدون بعد به صورت معادله (۱۵)، b، ضخامت اشباع اوليه آبخوان ، ، پارامتر بدون بعد به صورت معادله (۱۶)، S، ضريب ذخيره به صورت معادله (۱۷)، SS، ضريب ذخيره ويژه و Sy، آبدهي ويژه مي باشد.
نيومن با استفاده از روش بولتون ١، معادله حاکم در چاه هاي ناقص و کامل را تعميم داد. منحني تيپ تکميلي براي برازش
داده ها به صورت شکل (۱) مي باشد [۷].
شکل (۱):منحني تيپ تايس و نيومن براي محاسبه پارامترهاي هيدرولي ي آبخوان آزاد [۸]
آزمايش برگشت ٢
روش ديگري که براي محاسبه T و Sوجود دارد روش آزمايش برگشت مي باشد. در اين روش فرض مي شود پس از قطع پمپاژ،چاه ۳ديگري به طور فرضي با همان دبي که چاه اصلي پمپاژ مي شد آب را در زمان tبه بالا مي آورد.
بازگشت سطح آب به سطح اوليه فقط به شرايط طبيعي مانند T، و گراديان سطح پيزومتري بستگي دارد. باقيمانده افت ۴
ˬ
'S عبارت است از فاصله سطح آب اوليه قبل از شروع پمپاژ و سطح آب که بعد از قطع پمپاژ بالا آمده است . مقدار
باقيمانده افت رامي توان از فرمول زير محاسبه نمود [۹]:
t= زماني که پمپاژ چاه اصلي شرع شده و شامل زمان 't هم مي شود:
't = زمان بعد از قطع پمپاژ
"t = زمان پمپاژ
منطقه مورد مطالعه
دشت سربيشه تقريباً در بخش مرکزي استان خراسان جنوبي و در حاشيه شرقي زير حوضه کوير لوت قرار دارد. اين محدوده از شرق به محدوده حسين آباد از شمال به محدوده درميان اسد آباد از غرب و جنوب به محدوده هاي بيرجند و سهل آباد (زير حوضه کوير لوت ) منتهي مي گردد، شکل (۲) موقعيت جغرا يايي دشت س بيشه و چاه هاي اکتشافي که
آزمايش پمپاژ در آن صورت گرفته است را نشان مي دهد:
