بخشی از مقاله
چکیده
زهکشی آبهای زیرزمینی در معادن یکی از مشکلات پیش روی مهندسان معدن میباشد. وجود ناهمگنیها و لیتولوژیهای مختلف زیرسطحی، گسلها، و همچنین کمبود اطلاعات دقیق باعث میگردد که پیشبینی مکانهای مناسب برای حفر چاههای زهکشی با مشکل مواجه گردد. یکی از روشهای موجود برای غلبه بر این مشکلات استفاده از روشهای زمینآمار میباشد. در این مطالعه از دادههای ضریب آبگذری به دست آمده از 81 چاه در محل معدن گلگهر برای شبیهسازی این متغیر توسط روش کریجینگ و شبیهسازی زمینآماری ملتهب استفاده شده است.
ضریب قابلیت انتقال در بخشهای جنوبغربی به حداکثر مقدار خود 3510 - مترمربع بر روز - میرسد و در بخش مرکزی پیت به حداقل مقدار خود 8 - متر مربع بر روز - میرسد. نتایج به دست آمده از این دو روش نشان داد که مناطق شرقی، شمالغرب و جنوبغربی پیت در محل معدن گلگهر دارای بهترین شرایط جهت پمپاژ از نظر متغیر ضریب آبگذری 600-800 - مترمربع بر روز - میباشند. نتایج بدست آمده از این تحقیق با مطالعات ژئوالکتریک و عملکرد چاه های پمپاژ موجود نیز تایید شده است. روش شبیهسازی زمینآماری ملتهب به دلیل نداشتن اثر نرمشدگی - Smoothing - که یکی از خصوصیات و معایب روش کریجینگ میباشد به عنوان روش برتر در شبیهسازی این متغیر معرفی می شود.
-1 مقدمه
تخمین یک متغیر، بر اساس دادههای موجود که به لحاظ مکانی در نقاط مختلفی واقع شدهاند یکی از اهداف اصلی علم زمینآمار میباشد. در واقع در علم زمینآمار موقعیت مکانی دادهها نیز در فرآیند تخمین در نظر گرفته میشود. از مهمترین دلایلی که میتوان برای اهمیت فرآیند تخمین ذکر نمود میتوان به دو عامل بسیار مهم زیر اشاره نمود:
1. تعداد کم دادههای موجود
2. هزینه بر بودن اندازهگیری یک متغیر در تمامی محدوده مورد مطالعه عامل اول یا تعداد کم دادهها یکی از عوامل محدوده کننده در بسیاری از علوم میباشد و مدلسازی بسیاری از فرآیندهای طبیعی - مثلاً جریان آب زیرزمینی - نیاز به حجم عظیمی از اطلاعات ورودی دارد. عامل دوم به این نکته اشاره دارد که اندازه-گیری دقیق یک متغیر در یک نقطه نیاز به صرف وقت و هزینه نسبتاً زیادی دارد. با توجه به این دو عامل میتوان به اهمیت فرآیند تخمین یک متغیر بر اساس دادههای موجود پی برد.
در این مطالعه با توجه به اهداف مدنظر و مزیتهایی که روش کریجینگ معمولی دارد، از این روش برای تخمین ضریب آبگذری استفاده شده است. این تخمینگر به اختصار B.L.U.E. نیز نامیده میشود که مخفف بهترین تخمینگر خطی بدون انحراف - Best Linear Unbiased Estimator - میباشد.روش کریجینگ معمولی - Ordinary Kriging - خطی میباشد، چراکه تخمینها بر اساس ترکیب وزنی - خطی - از دادههای موجود میباشد. این روش بدون انحراف میباشد چراکه دراین روش سعی بر این است که میانگین مقادیر خطا - Mean Residual - برابر با صفر گردد. این روش بهترین میباشد، چراکه هدف آن به حداقل رساندن واریانس خطاها میباشد. مهمترین تفاوت این روش با سایر روشهای تخمین در به حداقل رساندن واریانس خطاها میباشد که در سایر روشها در نظر گرفته نمیشود . - Issaks and
هر مقدار از یک متغیر به عنوان یک خروجی از یک متغیر تصادفی در نظر گرفته میشود. بنابراین مقادیری از یک متغیر نیز که درطی مطالعات در مکانهای مختلف منطقه مورد مطالعه اندازهگیری میشوند نیز به عنوان خروجیهای یک متغیر تصادفی در نظر گرفته میشوند. بنابراین تخمینهایی که توسط روشهای مختلف برآورد میگردد نیز به عنوان یک متغیر تصادفی در نظر گرفته میشود چراکه این تخمینها از ترکیبی خطی از متغیرهای تصادفی به وجود آمدهاند و یا به عبارتی:
فرمول 1
شبیهسازی زمینآماری ملتهب یک نام عمومی برای یک سری از الگوریتمهای بهینهسازی بر مبنای اصول استوک استیک میباشد . - Geman and Geman, 1984; Farmer, 1988 - این روش در واقع از فرآیند سرد شدن تدریجی یک آلیاژ در فرآیندهای متالورژی اقتباس شده است. در این روش یک تصویر اولیه - Seed - از توزیع متغیر مورد نظر به هم ریخته میشود تا به تدریج به هیستوگرام، واریوگرام و یا کوواریانس هدف برسیم. علاوه بر این موقعیت دادههای اندازهگیری شده نیز در این روش به عنوان یک قید در نظر گرفته میشود . - Data Conditioning - از آنجاییکه حلهای نسبتاً متعددی برای یک مساله بهینهسازی وجود دارد بنابراین یک دسته از جوابهای به دست آمده از این روش به عنوان یک دسته "هستش" - Realization - در نظر گرفته میشود.
اصول و طرح کلی شبیهسازی ملتهب:
برای مثال شبیهسازی متغیر پیوسته z در یک شبکه با N تعداد سلول مشروط به تحقق یافتن مقدار دادههای اندازهگیری شده در مکانهای فعلی آنها - Data Conditioning - و به گونهای که مقدار واریوگرام در هر فاصله معین - Lag - به دست آید را میتوان توسط یک تابع هدف به صورت فرمول زیر بیان نمود : - Goovaerts, 1997 -
فرمول 2
در این فرمول - Ks - مقدار واریوگرام هدف در فاصله hs و مقدار واریوگرام مربوط به هستش i - Realization - ام میباشد. S تعداد فواصل مدنظر قرار داده شده برای تابع هدف میباشد.
روش شبیهسازی ملتهب دارای قابلیت انعطافپذیری بالایی میباشد به طوریکه میتوان توابع هدف متعددی را در تابع هدف کلی - Global Objective Function - تعریف نمود. نکته مهم این است که میبایست این توابع هدف را به صورت کمی در تابع هدف کلی تعریف نمود و به هرکدام بنا به اهمیتی که دارند وزن معینی داد.
منطقه مورد مطالعه در استان کرمان و شهرستان سیرجان قرار دارد. این منطقه در جنوب غربی شهر سیرجان بین طولهای شرقی 55 15 40 و 55 22 33 و عرضهای شمال 29 03 10 و 29 07 04 قرار دارد. این منطقه در فاصله 53 کیلومتری جنوب غربی شهر سیرجان و 325 کیلومتری شمال شرقی شیراز واقع شده است. منطقه مطالعاتی گلگهر بخش کوچکی از رشته کوههای زاگرس را در بر دارد. این منطقه در پهنه سنندج-سیرجان قرار گرفته است و در نزدیکی محل برخورد گسلهای دهبید و دهشیر و در کنار گسل تراستی زاگرس قرار دارد. در منطقه گلگهر مجموعه دگرگونی گلگهر و کرسفید منصوب به پالئوزوئیک رخنمون دارند مطابق با مطالعات صورت گرفته دو آبخوان را میتوان در محدوده معدن سنگ آهن گلگهر تشخیص داد - مهندسین مشاور کوشا معدن، : - 1386
1. آبخوان آزاد - آبرفتی - : این آبخوان در درون رسوبات کواترنری و عهد حاضر قرار دارد.
2. آبخوان محبوس: این آبخوان در قسمت زیرین آبخوان آزاد قرار دارد ضخامت این آبخوان در بخش مرکزی پیت معدن به حداکثر میرسد. جهت عمومی حرکت آب زیرزمینی از سمت شمالشرق به سمت جنوبغرب میباشد - مهندسین مشاور کوشا معدن، . - 1386 بالاترین ارتفاع سطح آب در بخش شمالشرقی معدن و منطبق بر تراز 1710 متر میباشد. هماکنون در محدوده معدن گلگهر، سه پیت 1، 2 و 3 در حال بهرهبرداری میباشد. از این میان، پیت شماره 1 دارای بیشترین وسعت میباشد و این مطالعه بر روی آن متمرکز شده است.
محدودهای که برای شبیهسازی زمینآماری ملتهب در نظر گرفته شده است در شکل 1 - a - نشان داده شده است که منطبق بر مرز بیرونی پروفیلهای برداشت شده مربوط به مطالعات ژئوالکتریک - مهندسین مشاور تهران پادیر، - 1384 میباشد و دارای وسعتی برابر با 19/72 کیلومترمربع میباشد. تعداد 81 چاه پمپاژ، مشاهدهای و پیزومتر در این محدوده واقع شدهاند که اندازهگیری کامل خصوصیات هیدرودینامیکی آبخوان از جمله ضریب آبگذری و ضریب ذخیره توسط آزمون پمپاژ بر روی آنها انجام شده است. با توجه به شرایط هیدروژئولوژیکی موجود در محدوده معدن گل گهر این مطالعه با هدف تحلیل و بررسی مدل تغییرات مکانی ضریب آبگذری در راستای تعیین محل های بهینه برای پمپاژ آب و زهکشی پیت شماره 1 معدن گل گهر انجام شده است.
