بخشی از مقاله
چکیده
توسعه، مدیریت بهرهبرداری و حفاظت از آب های زیرزمینی وابسته به تحلیل دقیق آبخوانها است و یکی از ابزارهای مدیریتی استفاده از مدلهای تحلیلی است. از آنجایی که اکثر آبخوانهای موجود در کشور، به علت وجود لایههایی از رس و سیلت به طور کامل تحت فشار نمیباشند و از لایههای مجاور به صورت نشت تغذیه میشوند. مقداری از نشت از ضرایب ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر تامین میشود، بنابراین تاثیر این پارامترها بر افت آبخوان تحت فشار نشتی امری جدانشدنی است. در مقاله پیش رو، سامانه آبخوان نشتی با اعمال ضرایب ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر با توجه به روابط ریاضی تحلیل میشود و روابط بدست آمده با تئوریهای پیشین مقایسه میشود.
مقدمه
جهت فائق آمدن بر بسیاری از مشکلات منابع آب زیرزمینی، نیاز بر مدیریت جامع فرابخشی و یکپارچه منابع آب سطحی و زیرزمینی است. از عوامل بسیار تأثیرگذار در بخش فنی مدیریت یکپارچه، شناخت علمی و دقیق وضعیت دشتها، منابع آنها و ارتباط هیدرولیکی بین لایهها است. این شناخت از طریق مدلهای تحلیلی و بررسی و آنها به دست میآید. پس از شناخت دقیق وضعیت هیدروژئولوژیکی منطقه و اعمال روابط ریاضی و فیزیک، روابط هیدرولیکی بین لایهها و اندرکنش بین آنها قابل تحلیل و بررسی میباشند و نتایج بهدست آمده جهت مدیریت صحیح و متعادل مورد آزمون و بررسی قرار میگیرند. این بررسیهای علمی نیاز به ابزارهای گوناگونی دارند که یکی از آنها مدلهای تحلیلی است. اساساً هر بررسی علمی و فنی بر پایه ریاضیات استوار است. علیالخصوص در بخش مهندسی آب محاسبات ریاضی و متدهای بکار گیری آن نقش کلیدی دارند.
به علت وجود رس یا سیلت در لایههای مختلف زمین، اکثر آبخوانها به طور کامل تحت فشار نمیباشند و آبخوان ماسهای از بالا یا پایین و یا هر دو توسط لایههای نیمه نفوذپذیر محدود میشود. هیدرولیک آبخوان تحت فشار از طریق جذب و یا از دست دادن آب از لایههای نیمه نفوذپذیر بالا یا پایین تحت تاثیر قرار میگیرد، به چنبن آبخوانی تحت فشار نشتی می گویند. این لایهها مقدار کمی آب را در خود ذخیره میکنند و همچنین مقداری آب را به صورت نشت از آبخوانهای مجاور به آبخوان تحت فشار انتقال میدهند. بنابراین افت در منطقه تحت تاثیر پارامترهای هیدرولیکی آبخوانهای تحت فشار و لایه های نیمه نفوذپذیر است. برخلاف بسیاری از پژوهشهای پیشین تاثیر ضریب ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر امری جدانشدنی است.
جریان در سامانه آبخوان نشتی سهبعدی است. اما با توجه به فرضیاتی که سحتسنجی آنها بررسی شده است - Hantush&Jacob,1955;Neuman&Witherspoon,1972 - ، جریان به دو بعد کاهش مییابد. این فرضیات عبارتند از:.1 لایه تامین کننده نشت مرتبا توسط منبعی تغذیه میشود و هد هیدرولیکی در این لایه ثابت باقی میماند. .2 هدایت هیدرولیکی در لایههای نیمه نفوذپذیر در جهت Z غالب است و در آبخوان تحت فشار هدایت هیدرولیکی در جهت افقی غالب است، بنابراین جریان در آبخوان تحت فشار افقی و در لایههای نیمه نفوذپذیر عمودی است. .3ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر در نظر گرفته میشود.
Hantush, - 1960 - برای اولین بار مدلی تحلیلی با توجه به فرضیات و زمینشناسی منطقه، برای سامانه جریان آب زیرزمینی شامل آبخوان تحت فشار و لایههای نیمه نفوذپذیر با اعمال ضرایب ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر را توسعه داد. 1969 - ،Herrera - 1970 معادلات حاکم بر سامانه آبخوان نشتی را با کمک تبدیلات و سادهسازیهای ریاضی به معادله حاکم بر آبخوان تحت فشار کاهش داد. در این مطالعه با توسعه مدل تحلیلی، هیدرولیک سامانه آبخوان تحت فشار نشتی با اعمال ضرایب ذخیره لایه های نیمه نفوذپذیر تحت فرضیات مدل Hantush, - 1960 - بررسی می شود. معادلات حاکم بر سامانه آبخوان نشتی با کمک تبدیلات ریاضی و تقریبهای توابع نمایی سادهسازی میشوند و معادله افت در آبخوان تحت فشار نشتی ارائه میشود. معادلات افت ارائه شده با دادههای آزمایش پمپاژ منطقه Dalem در کشور هلند مورد تحلیل قرار میگیرند و در نهایت دقت معادلات افت ارائه شده با تئوریهای پیشین مقایسه میشود.
حل تحلیلی
تعریف مسئله
مسئله مورد مطالعه تعیین افت در آبخوان تحت فشار محدود شده با لایه های نیمه نفوذپذیر در شرایط ناپایدار است. در این سامانه چاه به طور کامل حفر شده است و دبی آن از کاهش ذخیره آبخوان تحت فشار و نشت از لایههای نیمه نفوذپذیر تامین شده است. نشت از کاهش ذخیره لایههای نیمه نفوذپذیر و از آبخوانهای مجاور تامین میشود. هدایت هیدرولیکی در لایههای نیمه نفوذپذیر نسبت به آبخوان تحت فشار بسیار کوچک است، بنابراین جریان در آبخوان تحت فشار افقی و در لایه نیمه نفوذپذیر عمودی است - شکل. - 1
سامانه جریان
در سامانه جریان نشتی چاه پمپاژ با دبی ثابت آب را از آبخوان تحت فشار محدود شده با لایههای نیمه نفوذپذیر استخراج میکند. سامانه آبخوان نشتی با توجه به زمینشناسی منطقه، در بالا و زیر لایههای نیمه نفوذپذیر شامل آبخوانهایی با هد ثابت است. - شکل. - 2
