بخشی از مقاله
خلاصه
پدافند غیر عامل امروزه فقط در مورد جنگ بکار نمی رود، در حقیقت مسئله ای فراتر از آن می باشد. در جوامع پیشرفته پدافند غیرعامل نقش اساسی در کنترل و مدیریت بحران ایفا مینماید. یکی از مهم ترین بخشهای پدافند غیرعامل مربوط به سازههای پدافندی میباشد. همان طور که در این پروژه بیان خواهد شد سازههای پدافندی زیر سطحی مزایا و ارجحیت بالایی نسبت به سازههای سطحی دارند.
اما حفر سازههای زیر سطحی با هزینههای اولیه ای روبرو است، لذا چنانچه بتوان از سازههای زیر سطحی طبیعی استفاده شود این هزینه اولیه صرفاً به هزینه اکتشاف آن محدود میشود. در این پروژه سعی شد با استفاده از روش ژئوفیزیکی مقاومت ویژه این امر مهم محقق شود. برای این کار در ابتدا کلیاتی در مورد روش مقاومت ویژه و نحوه آرایش بندی در سر زمین بیان شد، سپس روشهای تفسیر و مدلسازی دادههای مقاومت ویژه ارائه و در نهایت نتایج برداشتهای مقاومت ویژه به منظور یافتن حفرات زیر سطحی به عنوان سازههای پدافندی مورد بررسی و تفسیر کیفی و کمی قرار گرفت.
1. مقدمه
در جنگها و درگیریهای امروزی، بین نظامی و غیر نظامی تفاوتی وجود ندارد و خطرات ناشی از آن همه را در برمیگیرد. هدف قرار دادن جوامع شهری به منظور تضعیف روحیه، وارد آوردن صدمات اقتصادی و از هم گسیختگی نظام اجتماعی صورت میگیرد. کشور و ملت ما یکی از قربانیان جنگهای شیمیایی در قرن حاضر است و باید ملاحظات و برنامههای ویژه ای را اعمال نماید به گونه ای که اقدامات پدافند غیر عامل در اکثر زیر ساختها و حوزههای مختلف اقتصادی، صنعتی، مراکز حیاتی، شهری، نظامی و ... لحاظ گردد که پاسخگوی تهدیدات آینده باشد. در این بین، در کنار سایر مباحث پدافند غیر عامل نظیر استتار، اختفاء، فریب، پراکندگی و ... ، ساخت فضاهای امن در مقابل عوامل جنگهای نوین اهمیت بسیاری دارد.
سازههای زیرزمینی به دلیل کاربرد پدافندی راهبردی، ایمنی بالا به علت احتمال ضعیف آتشسوزی، انفجار و هزینههای عملیاتی و نگهداری پایین در بسیاری از کشورهای دنیا از جمله آمریکا، فرانسه، آلمان، ژاپن، هند، چین و غیره در دست اجرا و بهرهبرداری است. در صورت احداث این قبیل سازهها در کشور، علاوه بر رفع مشکلات مربوط به بازاریابی، خسارات ناشی از آسیبهای طبیعی و غیر طبیعی احتمالی به زیرساختهای کشور نیز ، به حداقل خواهد رسید.
قدم اول در مطالعه این سازهها، نحوه اکتشاف، تفسیر و مدلسازی این سازهها میباشد. هدف اصلی این پروژه توضیح یک روش اکتشافی مناسب، نحوه تفسیر و روشهای مدلسازی کمی دادهها - به همراه توضیح نرم افزار عمومی آن - میباشد. به طور کلی اکتشاف فضاهای خالی زیر سطحی - به عنوان سازههای زیرسطحی پدافندی - توسط دو روش لرزه نگاری و مقاومت سنجی انجام میگیرد. روشهای لرزهای هزینه بالایی در پی دارد لذا موماًع برای یافتن مخازن نفتی فقط بکار میرود. بدین منظور در این پروژه از روش مقاومت ویژه استفاده شده است.
2. فضاهای زیرزمینی به عنوان سازه های پدافندی غیر عامل
فضاهای زیرزمینی با توجه به این که در عمق زمین و دارای پایداری بالایی میباشند در مقابل حوادث طبیعی و همچنین موشکها و حملات هوایی مقاومتر از سازههای سطحی میباشند. فضاهای زیر سطحی عمیق خطری برای شهرها و اماکن حساس سطحی روی آن ندارند اما چنانچه در عمقهای پایین - مثلاً غارها - وجود داشته باشند در صورت بروز حوادث طبیعی ممکن است به تهدیدی علیه شهرها تبدیل شود. اما با شناسایی آنها و تقویت این فضاهای کم عمق، میتوان آنها را به پناهگاههایی جهت حفظ جان و سایر اهداف مورد نظر تبدیل نمود.[1] حفر این فضاهای طبیعی توسط طبیعت صورت میگیرد، لذا هزینه حفریات در این نوع از فضاها حذف میشود و فقط هزینه اندکی برای اکتشاف این فضاها صرف میشود.
فضاهای زیرزمینی طبیعی بدلیل این که حفر آن ها توسط طبیعت صورت گرفته است از پایداری طبیعی برخوردار است چرا که طبیعت همواره در جهتی حرکت مینماید که به تعادل بیشتر برسد. البته گاهی عدم پایداریهایی دیده میشود که این عدم پایداریها در نهایت به تعادل و پایداری بیشتر خواهد رسید، پس با دنبال نمودن این عدم تعادلها میتوان این فضاها را به پایداری فوق العاده بالا رساند. امروزه تلاش برای شناسایی ساختارهای زیرسطحی و دستیابی به منابع زیرسطحی گسترش وسیعی پیدا کرده است و ژئوالکتریک یکی از ابزارهای شناسایی این ساختارهاست. ژئوالکتریک به طور کلی شامل مطالعه زمین توسط اندازه گیری خصوصیات فیزیکی سنگها با استفاده از وسائل مناسب و بکارگیری تکنیک های بخصوص در سطح زمین میباشد.[2]
روش مقاومت ویژه الکتریکی یکی از روشهای ژئوالکتریک میباشند که در آن از یک چشمه الکتریکی مصنوعی، برای اندازهگیری مقاومت ویژه الکتریکی زمین استفاده میشود. برای این کار، از چهار الکترود استفاده میشود که دو تا از آنها برای فرستادن جریان الکتریکی و از دو تای دیگر، برای اندازهگیری اختلاف پتانسیل الکتریکی استفاده میشود. در صورت غیر همگن و غیر هماسنگرد بودن زمین، داده های مقاومت ویژه بدست آمده، نشان دهنده مقاومت ویژههای ظاهری زیر سطح زمین میباشند. با استفاده از داده های بدست آمده از روش مقاومت الکتریکی میتوان شرایط زیر زمین
را به خوبی شناسایی کرد و از وجود حفره ها و فضاهای زیرزمینی با خبر شد.[2]
3. مروری بر پیشینه ژئوالکتریک
ایده اکتشافات ژئوالکتریک در حدود سالهای دهه 1800 ارائه شد. روش مقاومت سنجی را نخستین بار اشلومبرگر، استاد فیزیک مدرسه عالی معدن پاریس در سال 1912 ابداع کرد. روش سونداژ الکتریکی قائم نیز جهت تغییرات عمودی و عمقی مقاومت ویژه و ضخامت لایهها به کار برده شده است. بسیاری از آرایشهای الکترودی از قبیل ونر - 1915 - ، اشلومبرگر - 1920 - ، دو قطبی – دو قطبی و قطبی – دوقطبی جهت پروفیل زنی و سونداژ الکتریکی توسعه یافته است. هاجر جم - 1972 - این آرایه را برای نواحی ناهمسانگرد و دارای شکستگی استفاده کرد. زهدی و همکاران - 1974 - روشهای ژئوالکتریک سطحی، شامل مقاومت ویژه الکتریکی را جهت بررسی آبهای زیرزمینی به کار بردند.
بسیاری از محققین اندازه گیری های ژئوالکتریک را جهت مشخص کردن ویژگیهای لایههای آبدار و به مقدار کمتری جهت جدا کردن لایههای محافظ به کار بردهاند. در دهه اخر سده بیستم با توسعه الگوریتمهای رایانهای و سامانه کابل چند الکترودی روشهای مدلسازی دو بعدی و سه بعدی توسعه چشمگیری یافت. لوکه و بارکر - 1996 - برای تفسیر دادههای ژئوالکتریک از روش مدلسازی معکوس برای شناسایی یک کانال ماسهای مصنوعی استفاده کرد. روش سونداژزنی الکتریکی جهت تعیین عمق، ضخامت و مرز لایههای آبدار، مشخص کردن زونهای با پتانسیل بالا در یک لایه ابدار، تعیین مرز بین زونهای آب شور و شیرین و مشخص کردن الودگی آبهای زیرزمینی به کار برده شده است.[2]
پایه روش های متنوع اکتشافات ژئوفیزیکی، ظرفیت زمین برای تولید و پاسخ میدانهای الکتریکی است. اندازهگیریهای الکتریکی در حدود سالهای دهه 1800 جهت اکتشاف مواد معدنی ارائه شد، اما کاربرد علمی و نتیجه بخش این روش حدود یک قرن بعد میسر گردید. روش مقاومت ویژه الکتریکی در اوایل 1900 میلادی توسعه یافت، اما به سبب اهمیت دسترسی کامپیوتر به پردازش و آنالیز دادهها از سال 1970 به بعد به طور گستردهای مورد استفاده قرار گرفت.
همهی روشهای مقاومت ویژه الکتریکی یک منبع مصنوعی از جریان را جهت عبور آن در داخل زمین به وسیله الکترودهای نقطهای یا اتصال خطی به کار میبرند. جریان الکتریکی که همان حرکت ذرات باردار است، به سه طریق هدایت اهمی، هدایت الکترولیتی و هدایت دی الکتریکی صورت میگیرد. روش برداشت مقاومت ویژه الکتریکی که توسط ایجاد جریان مستقیم - جریان متناوب با فرکانس پایین - در داخل زمین در بین الکترودها صورت میگیرد، بهترین وسیله برای دقت روی قسمتهای مخصوص در زمین می باشد.
در روش مقاومت ویژه الکتریکی اختلاف پتانسیل در دو سر الکترودها اندازه گیری شده و به سبب اینکه جریان نیز اندازهگیری میشود، تعیین عامل موثر یا مقاومت ویژه ظاهری زیرسطحی امکان پذیر است. از آنجا که نتایج کمی به وسیله یک منبع کنترل شده از ابعاد خاصی بدست آمده، روش مقاومت ویژه حداقل از نظر تئوری از روشهای الکتریکی دیگر برتر است.[3] فرض کنید که یک مدار الکتریکی ساخته شده است که زمین به عنوان مقاومت باشد. برای این کار الکترودهایی در دو نقطه مختلف در زمین مانند شکل - 1 - فرو کرده و به دو قطب پیل وصل میکنند. به دلیل اختلاف پتانسیل بین الکترودها جریان به ناچار در راستای مسیرهایی از قطب مثبت به قطب منفی جاری میشود.
سپس با ترکیب این اثرات طرح سه بعدی حرکت جریان در زمین را تعیین میکنند. برای هرچه ساده کردن مسائل فرض می شود که مقاومت ویژه زمین ثابت است. سطوح هم پتانسیل سطوحی هستند که بر خطوط جریان عمود بوده و در تمام نقاط هر یک از این سطوح، پتانسیل یکسان است. جریان خارج شده به طور شعاعی و به طور همگن در تمام جهات مطابق مسیرهای نشان داده شده در شکل - - 1 انتشار مییابد، زیرا مقاومت ویژه زمین یکنواخت است.
به دلیل اینکه جریان در تمامی جهات انتشار مییابد از یک منطقه نیمکروی جاری خواهد شد. این منطقه نیمکروی به عنوان مقاومت در نظر گرفته میشود. جریان هنگامی از این مقاومت خارج میشود که از سطح 2 d2 - سطح نیمکره - گذر نماید. در یک زمین همگن و همسانگرد، رابطه بین اندازه پتانسیل و مقاومت ویژه زمین به صورت رابطه - - 1 تعریف میشود.[4] که در رابطه بالا r بیانگر فاصله نقطه مورد نظر از الکترود جریان، اندازه پتانسیل الکتریکی در نقطه ای به فاصله r از یک منبع نقطه ای جریان، ρ اندازه مقاومت ویژه الکتریکی و I اندازه جریان الکتریکی میباشد.
در عمل، تمامی برداشتهای مقاومت ویژه الکتریکی حداقل با استفاده از دو الکترود جریان، انجام میگیرد که یکی از این الکترودها به عنوان قطب مثبت و دیگری به عنوان قطب منفی تعریف میشود. همچنین، اختلاف پتانسیل الکتریکی، توسط یک جفت الکترود دیگر اندازهگیری میشود. شکل - 1 - دو الکترود جریان که به فاصله یک متر از هم فاصله دارند و جریان یک آمپری را به داخل زمین میفرستند را نشان میدهد. همان طور که در این شکل دیده میشود، در اثر برخورد خطوط جریان به مرز جدایش بین دو محیط، این خطوط شکسته میشوند.[4]
در برداشتهای صحرایی با استفاده از یک آرایش خاص، اختلاف پتانسیل ایجاد شده در زمین اندازهگیری میشود. در شکل - 2 - ، نمونهای از یک آرایش چهار الکترودی نشان داده شده است. در این شکل، الکترودهای C1 و C2 نشان دهنده الکترودهای جریان و الکترودها P1 و P2 ، نشان دهنده الکترودهای پتانسیل میباشند. در این آرایش چهار الکترودی ، اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد شده بین دو الکترود پتانسیل ، طبق رابطه - - 2 محاسبه میشود.
