بخشی از مقاله
چکیده
بالازدگی موضعی آب زیرزمینی پدیدهای است که در اثر نفوذ موضعی آب در خاک و بالا آمدن سطح ایستابی زیر آن منطقه رخ دادهاست. مزایای این پدیده عبارتند از جلوگیری از ورود آبهای شور در سواحل دریا به آبخوان آب زیرزمینی، ذخیره و نگهداری آب در زمین برای استفاده در آینده و جلوگیری از کاهش افت هد آبزیرزمینی در برخی مناطق است. ایجاد منطقه اشباع، کاهش سرعت تغذیه، مشکلات کیفیتی آب زیرزمینی با کاهش یا از دست دادن قابلیت نفوذ زیر لایه غیراشباع، امکان ایجاد جریان درونی یا تخلیه آب سطحی، کاهش استحکامات ساختمانی و پی خیس از جمله معایب این پدیده است.
با وجود مزایا و معایب این پدیده، تحقیقات زیادی بر روی آن انجام شده که به راهحلهای تحلیلی و عددی منجر شدهاست. در این مقاله براساس روش حل تحلیلی کد کامپیوتری به زبان متلب نوشته شدهاست. نتایج حاصل از مدل توسعه داده شده با استفاده از نرمافزار PMWIN برای منطقه مطالعاتی از دشت میمه در استان اصفهان صحت سنجی شدهاست. مقایسه نتایج، دقت مدل توسعه داده شده را برای محدوده مورد نظر نشان داد.
-1 مقدمه و هدف
بالازدگی موضعی آب زیرزمینی - Mound - هنگامی رخ میدهد که منطقه مورد نظر به صورت موضعی تحت نفوذ آب قرار گیرد و خاک شروع به ذخیره آب در حد فاصل ناحیه اشباع تا غیراشباع کند. زمانیکه آب نفوذ یافته به سطحایستابی آکیفر میرسد، این بالازدگی در سطح ایستابی نمایان میشود. شکل و ارتفاع این بالازدگی به سرعت نفوذ، اندازه حوزه، ساختار ژئولوژی و هدایت هیدرولیک خاک و نوسانات آن بستگی دارد.
توسعه بالازدگی موضعی آبهای زیرزمینی در امتداد داخلی ساحل دریا، نفوذ آب نمک را محدود کردهاست. فواید دیگر این بالازدگی موضعی عبارتند از: ذخیره یا نگهداری قسمت زیادی از آب برای نیازهای آینده و جلوگیری از افت سطح آب زیرزمینی.[9] پیشبینی بالازدگی موضعی آب زیرزمینی در طراحی سیستمهای نفوذ آب و سیستمهای بهبود کیفیت آب مهم است.
برآمدگی بیش از حد آب زیرزمینی زیر یک منطقه نفوذپذیر میتواند باعث ایجاد مشکلاتی شود از جمله، ایجاد منطقه اشباع، کاهش سرعت تغذیه، ایجاد مشکلات کیفیتی آب زیرزمینی با کاهش یا از دست دادن قابلیت نفوذ زیر لایه غیراشباع، امکان ایجاد جریان درونی یا تخلیه آب سطحی، کاهش استحکامات ساختمانی و پی خیس، ایجاد سهم نامناسبی برای جریان پایه و نشست زمین در اثر سست شدن توده خاک هنگام حفر تونلهای کم عمق در پروژههای عمرانی گردد.برای پیشبینی بالازدگی موضعی معادله حاکم که معادله دیفرانسیل با مشتقات جزیی غیرخطی است باید بصورت تحلیلی یا عددی حل شود.
شکل -1 خیز سطح آب زیرزمینی در اثر نفوذ آب از زیر حوضچه تغذیه مستطیلی
گلاور [5] اولین کسی است که یک راهحل تقریبی تحلیلی برای محاسبه ارتفاع بالازدگی موضعی آب زیرزمینی غیرماندگار ناشی از نفوذ یکنواخت زیرحوضچه مستطیلی ارائه دادهاست. باوئر [3] بالازدگی موضعی آب زیرزمینی را با استفاده از یک شبکه مقاومت تحلیل کردهاست. مارینو[7]این پدیده را با استفاده از مدل هل - شاو مورد بررسی قرار دادهاست. مشاهدات صحرایی بالازدگی موضعی آب زیرزمینی توسط بیانچی و هاسکل برداشت شدهاست.
هانتوش[6] راهحل تحلیلی مشابه با روش گلاور با استفاده از تبدیل لاپلاس با انجام اصلاح در ضخامت اشباع آکیفر پیشنهاد دادهاست. مارینو[8] نیز مثال مشابهی را با استفاده از روش ضمنی مستقیم- تکراری بطور عددی حل کردهاست. وارنر و همکاران[11] مشاهده کردهاند که راهحل رائو و سارما همگرایی ضعیفی دارد و به خطای مورد نظر برای کوتاه کردن سریها، خصوصا برای زمانها و فواصل طولانی حساسیت بیشتری نشان دادهاست.
وارنر و همکاران راهحلهای مختلفی را با نتایج بدست آمده از روش المان محدود در جریان آب زیرزمینی مقایسه کردهاند، اما در نهایت آنها ارتفاع بالازدگی موضعی را در مقایسه با ضخامت اشباع آکیفر مورد آزمایش قرار دادند که این مقدار نیز ناچیز است. آنها همچنین مشاهده کردند که این نتایج با نتایج بدست آمده از کاربرد مدل جریان آب زیرزمینی معادل است.
باوئر [4] جنبههای مختلف دیگری از تغذیه مصنوعی را مورد بحث قرار داده-است. در مورد آکیفرهای غیرمحصور، ممکن است ارتفاع بالازدگی موضعی آب زیرزمینی در مقایسه با ضخامت اشباع آکیفر ناچیز نباشد.
در این تحقیق یک مدل کامپیوتری بر مبنای حل تحلیلی معادله حاکم بر بالازدگی موضعی توسعه داده شدهاست و برای صحتسنجی مدل توسعه داده شده از بسته نرمافزاری - PMWIN - Processing Modflow for Windows، که سیستم پیشرفته شبیهسازی جریان و حرکت مواد در محیطهای متخلخل است و به صورت سه بعدی و با استفاده از روش تفاضلات محدود فرآیند مدلسازی را انجام میدهد استفاده شدهاست.
-2 مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه در این پژوهش منطقهای از دشت اصفهان است که این منطقه زیر حوضه میمه محسوب میشود که دارای مساحت نسبتا خوب و آورد آب بالایی است. مکانی که جهت طرح تغذیه مصنوعی در نظر گرفته شدهاست محدودهای منطقه جوشقان با مختصات جغرافیایی x=513458 و y=3711224 است. شکل - 1 - موقعیت جغرافیایی استان اصفهان و دشت میمه و شکل - 2 - محدوده جوشقان را نشان میدهد.
شکل -1 موقیعیت جغرافیایی استان اصفهان
شکل-2 موقعیت جغرافیایی منطقه جوشقان در دشت میمه
