مقاله فرکتال هندسی منطقه نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان

بخشی از مقاله

چکیده

نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان در 38 کیلومتری شمال غرب اصفهان واقع شده است. با توجه به اهمیت صنایع زیرساختی و بحث امنیت این مکان ها در برابر بلایای طبیعی در این تحقیق به بررسی هندسه فرکتالی در محدوده نیروگاه اصفهان پرداخته شده است.ابتدا زمین شناسی و موقعیت منطقه عنوان شده است. سپس مقدمه ای بر انواع روش های فرکتال در بررسی گسل ها آورده شده است.

به منظور بررسی فرکتالی با استفاده از روش مربعی، بعد هندسه فرکتالی نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان محاسبه و مورد تحلیل واقع شده است.به این منظور 10 منطقه مربعی به ضلع 60 کیلومتر مشخص شده که با در نظر گرفتن نواحی همپوشانی 50 درصد و حذف مناطق پوشیده از آبرفت به منظور کاهش خطا 23 منطقه قابل بررسی در نظر گرفته شده است.

از محاسبات انجام گرفته استنباط می شود که بعد فرکتالی منطقه 0.15می . این بعد فرکتالی کوچک و نزدیک به صفر نشان دهنده ی آن است که محل احداث این نیروگاه از امنیت نسبی بالایی در برابر زلزله برخوردار است. بررسی ها به وسیله ی نمودار توزیع ،نقشه چگالی گسل ها و رز دیاگرام گسل های منطقه نیز نتایج مشابهی را نشان می دهد.

مقدمه :

رشد جمعیت و گسترش سکونت گاه ها روی نواحی پرمخاطره، اثر حوادث طبیعی را در جوامع صنعتی و به ویژه کشورهای در حال توسعه، افزایش داده است. اتخاذ تدابیری به منظور کاهش اثرات بلایا، راهکاری است که در کشورهای پیشرفته و جهان سوم به کار می رود. از جمله ساخت هایی که حفاظت از آن ها در برابر بلایای طبیعی از اهمیت به سزایی برخوردار است، نیروگاه ها و خطوط انتقال نیرو می باشد. یکی از این بلایای طبیعی زلزله است. پر واضح است که زلزله های طبیعی با فاکتورهای تکتونیکی یک منطقه نظیر شکستگی ها و گسل ها مرتب هستند.

بنابراین تحلیل این فاکتورهای تکتونیکی به شناسایی مناطق پرخطر از لحاظ وقوع زلزله کمک میکندو نقطه ای که حائز اهمیت است انتخاب روش تحلیل مناسب می باشد. در این جا برای تحلیل لرزه خیزی در شعاع تقریبی 30 کیلومتری نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان از هندسه فرکتالی استفاده شده است. هندسه فرکتالی بر خلاف هندسه اقلیدسی که مقادیر گسسته و صحیحی از بعد را بررسی میکند - یک بعدی، دو بعدی و ... - مقادیر پیوسته ای از بعد را نیز شامل میشود - مانند بعد 1/2 یا . - 0/9 الزام این تحقیق را میتوان در اهمیت حفظ امنیت صنایع زیر ساختی مانند نیروگاه ها جست و جو کرد. در این تحقیق از روش فرکتال مربعی استفاده شده است و نتایج به دست آمده به صورت نقشه کنتوری از ابعاد فرکتالی زیرمنطقه های انتخاب شده ارائه شده است.

بحث:

-1معرفی منطقه مورد مطالعه

نیروگاه شهید محمد منتظری در 38 کیلومتری شمال غرب اصفهان جنب پالایشگاه در زمینی به وسعت 2/2 میلیون متر مربع احداث گردیده است . این نیروگاه دارای هشت واحد 200 مگاواتی مجموعا به ظرفیت تولید 1600 مگاوات در ساعت می باشد. نیروگاه شهید محمد منتظری اصفهان در نزدیکی شهر شاهین شهر، در مختصات 32.7950829 درجه شمالی و 51.5050623 ذرجه شرقی واقع شده است. موقعیت این نیروگاه در شکل - 1 - آمده است.

-2زمین شناسی و تکتونیک منطقه مورد مطالعه

قدیمی ترین واحد های سنگی منطقه منطقه مربوط به تریاس بالایی شامل شیل های خاکستری تیره همراه با میان لایه هایی از آهک می باشد. این سنگ ها که متعلق به سازند نایبند هستند در نیمه غربی و شمال غربی گسترش دارند. سازند نایبند کهنترین واحد سنگچینهای گروه شمشک ایران مرکزی است. بعد از آن شیل های آمونیت دار ژوراسیک در حنوب شرقی و جنوب غربی گسترش اندکی دارند. در صفحه ایران، - سنندج - سیرجان، ایران مرکزی، البرز، آذربایجان - ، سنگهای ژوراسیک نشانگر دو چرخه رسوبی بزرگ و جداگانه هستند که مرز آنها به رویدادهای زمینساختی است.

نخستین سیکل رسوبی ژوراسیک به سن ژوراسیک پایینی / میانی و شامل شیل و ماسهسنگهای زغالدار است که در محی کولابی و مردابی نزدیک به ساحل نهشته شدهاند و ستبرای آن از چندین متر تا بیش از سه هزار متر متغیر است. رسوبهای زغالدار یاد شده، به همراه ردیفهای مشابه ولی به سن تریاس پسین، چرخه رسوبی واحدی در مرتبه گروه هستند که برای آنها نام » گروه شمشک« انتخاب شده است.

مرز زیرین این گروه با ناپیوستگی سیمرین پیشین و مرز بالایی آن با رویداد سیمرین میانی مشخص میشود. پس از آن گسترش گروه آهکی مربوط به کرتاسه پایینی به طور گسترده با روند شمال غربی جنوب شرقی در منطقه گسترش یافته اند. میان لایه هایی از کنگلومرا،مارن و ماسه سنگ و ... و نیز فسیل های اوربیتولین ها، آمونیت ها و رادیولاریت ها در بین این طبقات آهکی دیده میشود.

سنگ آهکهای اُربیتولیندارکرتاسه پایینی، یکی از شاخصترین واحدهای سنگی ایران مرکزی است که اغلب با ردیفهای آواری سُرخرنگ آغاز و به طور پیشرونده و گاه دگرشیب سنگهای کهنتر را میپوشاند. گستردگی زیاد این سنگها، در نواحی گوناگون ایران مرکزی، گویای پیشروی گسترده دریا و پوشیده شدن بسیاری از کهن پشتهها، با دریای پیشرونده کرتاسه پایین است. سنگآهکهای زیستی « شامل سنگآهکهای زیستی - تخریبی تودهای و قهوهای رنگ و پایان بخش توالی کرتاسه اصفهان است که قطعات فراوان رودیست دارد. وجود روزنهدارانی مانند جنسهای شاخص گلوبوترونکانا، نشانگر سن کامپانین پسین - ماستریشتین است. این سنگآهکها را میتوان قابل قیاس با سازند کلات در کپه داغ دانست.

-3لرزه خیزی و سایزموتکنیک منطقه

پژوهشگران علوم زمین براساس تاریخچه تحولات ساختمانی-رسوبی، جایگاه زمین ساختی، اطلاعات ژئوفیزیکی، داده های زلزله شناسی و ویژه گی های لرزه زمین ساختی، ایران را به واحدهای ساختمانی،ساختمانی-رسوبی و لرزه زمین ساختی متفاوت تقسیم بندی کرده اند .در تقسیم بندی ایران زمین به ایالت های لرزه زمین ساختی متفاوت که براساس جایگاه زمین ساختیو ویژگی های لرزه زمین ساختی که میرزائی و همکاران - - 1998 به انجام رسانده اند. گستره مورد بررسی عمدتاً در ایالت لرزه زمین ساختی ایران مرکزی-شرق ایران است و فق بخش جنوب غربی آن در ایالت لرزه زمین ساختی زاگرس قرار می گیرد. تعداد زمین لرزه های ثبت شده در دشت اصفهان بخش مرکزی تصویر - - 2 و منطقه مورد مطالعه در این تحقیق بسیار اندک است، درحالی که تراکمی از رومرکز زمین لرزه ها در زاگرس جلب توجه می کند.

-4روش تحقیق: هندسه فرکتال در مطالعه گسل ها

بعضی از پدیده های اطراف ما در چارچوب هندسه اقلیدسی قابل توجیه نمی باشد. در هندسه اقلیدسی بعد عدد صحیحی مانند یک'دو و سه می باشد. از این رو هندسی اقلیدسی می تواند پدیده های یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و یا بیشتر را توضیح دهد. نگرش دیگر این است که بعد پدیده ها یا رخدادها را عدد صحیحی نپنداریم، بلکه بپذیریم که بعد می تواند به طور پیوسته از صفر تا یک و از یک تا دو و از دو تا سه و یا بیشتر تغییر کند. روش های فرکتالی مبتنی بر تحلیل گزاره های خاصی می باشند که در آن ها از تغییرات نسبی - نمایی کمیت های مستقل - - Independent variables به منظور تعیین هویت متغیر های وابسته - - Dependent در قالب توابع لگاریتمی استفاده می گردد. بنابراین برای کمیت های مفروض A وC با ضریب نمایی رابطه ی پیشنهادی به قرار زیر است:

معادله - - 1

جوامع گسلی ماهیت فرکتالی دارند و برخی از خصوصیات آن ها دارای توزیع نمایی است. به عبارت دیگر یا تعیین بعد فراکتال گسل های بزرگ و اصلی منطقه همان بعد فرکتال گسل های کوچک و حتی شکستگی های منطقه است. به عبارت دیگر با تعیین بعد فرکتال یک منطقه می توان روابطی را بین پارامترهای مختلف گسل های آن منطقه برقرار کرد و با استفاده از این رواب میزان جا به جایی، عرض زون خرد شده و ... را برای هر یک از گسل های منطقه مشخص کرد. تعیین بعد فرکتالی یک عارضه مانند گسل و یا رگه به روش های مختلفی مانند مربع شمار، خ پیمایش، طیف توانی و واریو گرام انجام پذیر است .

پرکاربردترین روش در تعیین بعد فرکتال روش مربع شمار است. در این روش ابتدا گسل ها و زمین لرزه های منطقه بر روی یک شبکه مربعی با طول - - r0 به مربع های کوچکتر با طول اضلاع r1=r0/2,r0/4,r0/8,... تقسیم می شود. مجموع تعداد مربع ها یا جعبه هایی که حداقل توس یک خ گسلی قطع شده اند برابر N - ri - را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود:

معادله - - 2

با توجه به معادله بالا مشخص می شود که D عبارت از بعد فرکتالی سیستم گسلی. بعد فرکتالی - - D عبارت است از شیب نمودار LOG N - ri - در برابر LOG - r0/ri - محاسبه می شود. در شکل - 3 - شمایی ساده از روش مربعی آورده شده است.

-5بررسی فرکتال هندسی گسل های منطقه مورد مطالعه

برای بررسی فرکتال هندسی نیروگاه یک مربع به ضلع 60 کیلومتر در اطراف نیروگاه در نظر گرفته شده است. از آنجا که شرق نیروگاه بیشتر آبرفت های دوران چهارم قرار داده اند و عمده گسل های منطقه در یک روند شمال شرق- جنوب غرب تمرکز یافته اند، محدوده انتخابی به سمت غرب تمایل بیشتری دارد. در این محدوده با استفاده از نقشه زمین شناسی 11 گسل شناسایی شد - شکل - 4 که مشخصات آن ها در جدول - 1 - آمده است. سپس در ادامه با استفاده از روش فرکتال مربعی' بعد فرکتالی در 23 منطقه با همپوشانی 50 محاسبه شده است. در این راستا 10 منطقه مربعی مطابق شکل - - 5 انتخاب گردید که با در نظر گرفتن مناطق همپوشانی 23منطقه برای تحلیل بعد فرکتال منطقه خواهیم داشت.

در هر یک از مناطق 23 گانه انتخاب شده روش فرکتال مربعی به کار گرفته شده است. باید دقت کرد در بعضی از این مناطق گسلی وجود ندارد که بعد فرکتالی صفر بر ای این مناطق در نظر گرفته میشود. تعداد سلول های ایجاد شده در هر مرحله در جدول - - 2 آورده شده است.نمودار لگاریتم تعداد سلول های پر شده در برابر لگاریتم تقسیمات هر ضلع برای مناطق 23 گانه که دارای گسترش گسل در محدوده ی خود هستند رسم شده است. شیب این نمودارها برابر با بعد فرکتال منطقه می باشد. نتیجه کلی رسم این نمودارها و نعیین بعد فرکتال هر منطقه در جدول - - 3 آمده است.

-6بررسی آماری وضعیت گسل های منطقه مورد مطالعه

برای بررسی هندسه فرکتالی منطقه از سه ابزار نقشه کنتوری، تمودار توزیع مقادیر فرکتال و نقشه چگالی استفاده شده است که به ترتیب در شکل - - 6، نمودار - - 1 و شکل - - 7 آمده است. با توجه به نقشه - - 6 و با استفاده از درون یابی تقریبی میتوان دریافت که بعد فرکتالی موقعیت نیروگاه اصفهان مقدار عددی تقریبی 0/15 را داراست که از لحاظ زلزله خیزی شرای نسبتا امنی را برای این صنعت زیر بنایی ایجاد کرده است. برای ترسیم کنتورهای فرکتال منطقه از روش کریجینگ استفاده شده است.

با توجه به نمودار - - 1 نتایج مشابهی استنباط میشود. زیرا ابعاد فرکتالی بالا نسبت به نیروگاه فاصله زیادی دارند و با توجه به پایداری زمین شناسی منطقه وقوع زلزله های عمیق بعید به نظر می رسد. از لحاظ چگالی گسل در شکل - - 7 نیز موقعیت نیروگاه در پایین ترین کلاس کیفی از لحاظ چگالی گسل های منطقه قرار می گیرد. بر اساس رزدیاگرام ترسیم شده در شکل - - 8 نیز تمرکزی از دسته گسل ها به صورت خاص دیده نمی شود.