بخشی از مقاله
چکیده
با کنترل پدیده بالا آمدگی مخروطی - Upconing - آب شور زیر چاههاي پمپاژ که مرحلهاي از تداخل آب شور و آب شیرین است، میتوان از پدیده پیشروي - Intrusion - کامل آب شور به سمت آب شیرین در آبخوانها پیشگیري نمود.
در پژوهش حاضر با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی سه بعدي برمبناي به جعبه ماسه این پدیده شبیه سازي گردیده و براساس تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از نمونه برداريها مشاهده میشود با افزایش زمان بهره برداري از یک چاه با دبی برداشت 457 میلی لیتر بر دقیقه که به دلیل محدودیتهاي آزمایشگاهی بیشتر از دبی بحرانی پمپاژ میباشد در زمانهاي 60، 120 ، 180، 240، 300، 345 دقیقه بعد از شروع پمپاژ بهترتیب ارتفاع قله بالاآمدگی مخروطی براي هدایت الکتریکی 1 میلی زیمنس بر متر نسبت به زمان صفر %11/41، %41/14، %97/46، %140/52، %156/14، %162/83 افزایش یافته و در نهایت آب شور وارد چاه میشود. همچنین در زمانهاي مذکور، عرض بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر چاه در نصف فاصله کف چاه تا بالاي سطح مشترك آب شور و شیرین به ترتیب بعد از تشکیل قله در ساعت دوم به بعد %14/78، %105/14، %190/12، %196/01 افزایش مییابد.
-1 مقدمه
به طورکلی، آب مورد نیاز با کیفیت مطلوب براي زندگی بشر ضروري است و از این رو شناخت منابع آلودگی امري مهم به شمار میآید. از جمله موارد مهم آلودگی در آبهاي زیرزمینی تداخل آب شور و شیرین در سواحل، جزایر و مناطق کویري و بیابانی بر اثر برداشتهاي بیرویه میباشد. در بسیاري موارد آبهاي زیرزمینی با سادهترین فرایند تصفیه مورد نیاز یعنی گندزدائی با کلر و یا فلوئور زنی براي شرب قابل مصرف میشوند. چنانچه بهنحوي آبهاي زیرزمینی آلوده شوند، ضمن اینکه جریان آب زیرزمینی نقش مهمی در جابجایی آلایندهها در محیط خواهند داشت، تصفیه آبهاي زیرزمینی آلوده شده هم بسیار گران و مشکل خواهد بود.
شوري آب به واسطه عناصر و عوامل متعددي تعیین میشود که از آن جمله میتوان به میزان کل جامدات محلول - TDS - ، هدایت الکتریکی - Electrical conductivity - و غلظت آنیون کلر - cl- - اشاره نمود.
دوکمون - Ducommun - در سال 1828، اولین گزارش درباره پیشروي آب شور و تعادل موجود بین آب شور و شیرین در آبخوان هاي ساحلی را ارائه نمود.
پس از آن گزارشی درباره نفوذ آب شور در سال 1855 توسط ویت - Braith waite - منتشر گردید که در آن توضیحاتی درباره ازدیاد شوري آبهاي پمپاژ شده از چاههاي نواحی لندن و لیورپول انگلستان داده شده بود. پروانه خواه طهران در سال 1389، تأثیر پارامترهایی نظیر مدت زمان پمپاژ، عمق چاه پمپاژ، ضرایب انتشار طولی، عرضی و پخش مولکولی و ضریب تأخیر محیط متخلخل، سرعت ورودي جریان آب زیرزمینی و نفوذپذیري ذاتی دانه هاي جامد و ضرایب نفوذپذیري در امتداد و همچنین عمود بر لایه ها در محدوده مطالعاتی دشت تالار-بابل-هراز روي پدیده بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر چاه هاي پمپاژ ساحلی را جهت کنترل این پدیده، مورد تجزیه و تحلیل قرار داد .
بهطور کلی تداخل آب شور و شیرین در نواحی ساحلی، جزایر و مناطق کویري و بیابانی و در نقاطی که آب شور در اعماق پایینتر وجود داشته و یا برداشت از چاهها از عمق هاي بیشتر انجام میگیرد، از اهمیت زیادي برخوردار است. مطابق شکل1 اطلاعات و شواهد موجود و همچنین مطالعات میدانی نشان میدهد که به علت پیشروي آب شور در آبخوانهاي ساحلی، سه ناحیه شامل منطقه آب شیرین، منطقه انتقالی - اختلاطی - و منطقه آب شور، قابل تشخیص و تمایز است.
شکل:1 مقطع شماتیک ناحیه انتقالی
در این مناطق به دلیل اختلاف چگالی، آب شور در پایین آب شیرین قرار دارد و با برداشت بیش از حد آبهاي شیرین و کاهش تراز آب زیرزمینی و فشار پیزومتریک، حالت تعادل بین آب شور و شیرین برهم خورده و با شروع تداخل آب شور و شیرین، منابع آبهاي شیرین زیرزمینی در معرض خطر هجوم آبهاي شور قرار میگیرند.
وجود آبهاي شور و آثار هجوم آن به سمت آبهاي شیرین در مناطق مختلف ساحلی و نواحی کویري و بیابانی ایران گزارش شده است. به عنوان مثال، آبخوانهاي دشتهاي ساحلی در شمال و جنوب ایران و نیز آبخوانهاي اطراف دریاچههاي داخلی و باتلاقها در طولی حدود 3000 کیلومتر با آبهاي شور در تماس میباشند و علیرغم مشاهده آثار هجوم آب شور در اکثر سواحل دریاي مازندران، خلیجفارس، دریايعمان و همچنین تعدادي از دشتهاي ساحل دریاچه ارومیه، متأسفانه تاکنون اقدامات کامل، جدي و مؤثري جهت کنترل و جلوگیري از آن به عمل نیامده است.
مدل آزمایشگاهی براي تجزیه و تحلیل پدیدههاي فیزیکی نظیر شرایط و حالتهاي مختلف تداخل آب شور و شیرین، نیازمند صرف زمان و هزینه زیادي است، ولی با توجه به اهمیت مطالعات، استفاده از آنها خصوصاً در کنار روشهاي دیگر نظیر مدلهاي ریاضی - عددي، گزینه مناسبی جهت ارزیابی و ارائه راه حل در خصوص کاهش بار آلودگی آبخوانها میباشد که متأسفانه تعداد بسیار اندکی کار آزمایشگاهی در این زمینه انجام گرفته است.
خادم معارف در سال 1392 شبیه سازي عددي با استفاده از برنامه Matlab بهمنظور تجزیه و تحلیل تاثیر فاصله بین چاههاي پمپاژ جهت کنترل بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر آنها را براي مطالعه موردي آبخوان غربی زیر حوضه تالار انجام داد و به این نتیجه رسید که با نزدیک شدن چاهها همپوشانی شعاع تاثیر آنها و همچنین افزایش بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر چاههاي پمپاژ را شاهد خواهیم بود.
شفرت و همکاران - Dorte seifert ,Et al - در سال 2012 با استفاده از طراحی یک مدل آزمایشگاهی موسوم به جعبه ماسه کاهش هدایت هیدرولیکی را با درنظر گرفتن گرفتگی محیط متخلخل در اثر رشد بیولوژیکی بیوفیلمها در بالا آمدگی مخروطی را مورد بررسی قرار دادند.
جاکوویچ و همکاران - Danica Jakovovic ,Et al - در سال 2012 جذب سطحی ماده ردیاب رودامین - Rhodamine WT - ب ا CaCl2 را در آزمایش بالا آمدگی مخروطی آب شور با استفاده از جعبه ماسه مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که به دلیل تفاوت در جذب سطحی مواد استفاده شده در آزمایش مخروطهاي دو قوسی در بالا آمدگی مخروطی مشاهده خواهد شد.
رنجبران در سال 1391 با مدلسازي آزمایشگاهی تاثیر جذب در محیط متخلخل بر کنترل بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر یک چاه پمپاژ را بررسی نمود.
پروانه خواه طهران در سال 1390، به تأثیر تخلخل مفید آبخوان آزاد ساحلی دشت تالار-بابل-هراز بر روي سرعتهاي واقعی جریان در جهات مختلف و همچنین ضرایب انتشار طولی و عرضی معادله حاکم بر انتقال شیمیایی مواد در محیط متخلخل پرداخت، به گونهاي که دریافت با کاهش این ضریب و افزایش سرعتهاي واقعی جریان، میزان خطوط همغلظت یون کلر که شاخصی براي سنجش شوري آب است، کاهش یافته و آلودگی آبخوان به واسطه پدیده بالاآمدگی مخروطی آب شور زیر یک چاه پمپاژ کنترل میشود.
از این رو پیشنهاد داد با مطالعات اکتشافی آبهاي زیرزمینی میتوان در مناطق مستعد آلودگی از طریق تداخل آب شور و شیرین، محلهایی را براي حفاري چاههاي بهرهبرداري انتخاب نمود که بخشهاي قرار گرفته زیر چاهها در آبخوان آن نواحی، داراي تخلخل مفید کمتري باشد و در نهایت پیشنهاد نمود فضاي زیر چاههاي پمپاژ ناقص ساحلی از مواد ریزدانه تشکیل شده باشد
ورنر و همکاران - Werner ,Et al - در سال 2009 با استفاده از مدل آزمایشگاهی، داده هاي گرافیکی بالاآمدگی آب شور زیر یک چاه بهره برداري نسبت به زمان را ارائه نمودند. نتایج آزمایشگاهی با راه حلهاي تحلیلی موجود مقایسه شد و تطابق قابل قبولی بین آنها مشاهده گردید
-2 مواد و روشها
با توجه به بررسیهاي انجام شده برروي مدلهاي پیشنهادي توسط دیگر محققین، مشخصات و ویژگیهاي اصلی مدل مانند ابعاد مدل، ایجاد شرایط مرزي و جنس مواد مصرفی مشخص شد. آزمایشات جعبه ماسه اساس این مطالعه را تشکیل میدهد.
در جلو و عقب جعبه ماسه از شیشههاي سوهان خورده استفاده شده است و دو عدد شیشه سوراخ شده جهت ورودي و خروجی آب شیرین در سمت چپ و راست جعبه و یک عدد شیشه سوراخ شده جهت ورودي و خروجی آب شور در جعبه در نظر گرفته شده است.
