بخشی از مقاله
پهنه بندي و پتانسیل سنجی احداث سدهاي زیرزمینی در ایران با استفاده از GIS
چکیده
در سالهـاي اخیر استفاده از سدهاي زیرزمینی در جهـان به دلیل مزایاي بسیار آنهـا در مدیریت منابع آب بویژه جلوگیري از خروج بدون استفاده آبهـاي زیرزمینی قابل مصـرف رواج یافته است. با توجـه به موقعیت جغرافیـایی ایران و ویژگی هاي اقلیـمی مانند توزیع نامناسب مکـانی و زمـانی بارندگی در این سرزمین، استفـاده از منـابع آب زیرزمینی که داراي ثبـات بیش تري هستند در منـاطق خشک از اهمیت بـالایی برخوردار است. احـداث سـدهاي زیرزمینی در کشور می تواند راهکـاري عملی براي استفاده بهینه از منـابع آب و مدیریت صحیح آبهـاي زیرزمینی به شمار رود. در مورد این سدها دو مساله حـائز اهمیت است : نخست انتخاب صحیح محل احـداث سد و دیگري ساخت سد، یا به عبارت بهتر مکـان یابی و ساخت آنها. در این مقاله ابتدا به بررسی پارامترهاي موثر بر مکـان یابی سـدهـاي زیرزمینی پرداختـه و پس از آن کشـور ایران را به منظور پتانسیـل سنجی احـداث سـدهـاي زیرزمینی بر اسـاس این پارامترها و با استفاده از GIS پهنه بندي می کنیم.
کلمات کلیدي : سدهاي زیرزمینی، مکان یابی، پهنه بندي، GIS
مقدمه
سـد زیرزمینی بــطور کلــی به هر سازه اي گفته می شود که در مسیر جریان آب زیر زمینی احداث شود و منجر به جمع آوري و ذخیره آب گردد((1 این سدها به منظور تشکیل یک مخزن زیر زمینی احداث می شوند. در این نوع سدها معمولا سفره اي وجود ندارد ولی شرایط تشکیل آن فرآهم است((2 و در مقایسه با سدهاي سطحی که در عرض رودها سـاخته می شوند، این سدها در عرض خشکه رودها یا دره ها ساخته می شوند(.(3 این سدها از نظر مقیاس کوچک بوده و تاثیرات کمتري بر محیط بر جا می گذارند
طبقه بندي سدهاي زیرزمینی :
سدهاي زیرزمینی را می توان از نظر کارکرد به دو دسته ي سدهاي حفاظتی و سدهاي مخــزنی ، از لحاظ مکانیزم تاثیر به دو دسته ي هیدرولیکی و سازه اي، از نظر وضعیت قرارگیري نیز به دو دسته مدفون1 و نیمه مدفون2 و از نظر جنس به انواع زیادي طبقه بندي کرد، اما آنچه که بر مکان یابی این سدها موثر است طبقه بندي بر اساس کارکرد و مکانیزم تاثیر آن است. دو دیدگاه دیگر، خود متاثر از مکان سد می باشند.
.1 از نــظر کارکــرد:
سدهاي زیــرزمــینی از لـــحاظ کارکرد به دو دسته ي سدهاي حفاظتی و سدهاي مخــزنی تقسیم می شوند. سدهاي حفاظتی با هدف محــافظت از یک سفره آب زیــرزمــینی شیرین در برابر هجوم آب شور احداث می شوند. این سـدها زمانی ساخته می شوند که در مجاورت سفره، منابع آب شور از قبیل دریا، سفره آب زیرزمینی شور یا سازندهاي نمکی و گـچی وجود داشته باشد 4)و .(5
1
در دسته دوم یا سدهاي مخزنی معمولا سفره اي وجود ندارد ولی شرایط تشکیل آن فــرآهم است. جریان زیرسطحی توسط سد متوقف و در مخزن آبرفتی آن محبوس می شود و سفره محصور و کوچکی تشکیل می گردد 4)و .(6
.2 از لحاظ مکانیزم تاثیر:
سدهاي زیرزمینی به طورکلی می توانند به دوصورت تاثیر گذار باشند. مکانیزم اول از نوع هیدرولیکی است که بیشتر براي محافـظت سفره هاي آب شیـرین قابل استفاده است. در این روش یک مــیدان هیدرولیکی مناسب براي انـحراف آب شیرین و عامل تهدید کننده ایجاد می شود(7و .(8 مکانیزم دوم از نوع سازه اي است بدین معنی که در محل خاص به جــاي تـــزریق آب شیرین یک مانع ملموس و قابل رویت ساخته می شود(4و .(6
عوامل موثر بر مکان یابی سدهاي زیرزمینی:
مکان یابی سدهاي زیرزمینی مـهمترین بخش فــرآیند می باشد. پارامترهاي بسیاري از جمله : اقیلم، زمین شناسی، هیدرولوژي، ژئومورفولوژي، ژئوهـیدرولوژي، هیــدروشیمی، عوامل زیست محیطـی و عوامل اقتصادي-اجتماعی در مکان یایی سدهاي زیرزمینی دخالت دارند(.(3
الف) عامل اقلیم:
این عامل در مقیاس بزرگ بیش ترین تاثیرگذاري را بر مکان یابی و مکان گزینی این سدها دارا می باشد. این عامل که بیش تر به دو صورت بارش و دما تاثیر گذار است در تعیین مناطق اقلیمی اهمیت دارد. براي احداث سدهاي زیرزمینی مناسب ترین مناطق، نواحی خشک و نیمه خشک هستند که داري تــوزیع زمــانی بارش به صورت نامنظم و یا فصلی می باشند. طبق طبقه بندي وزارت جهاد کشاورزي مناطق با بارش کمتر از 50 میلی متر مناطق فرا خشک3، 50 تا
200 میلی متر مناطق خشک4 و 200 تا 500 میلی متر مناطق نیمه خشک5 محسوب می شوند. دخالت عامل دما نیز به صورت تبخیر ظاهر می گردد. باید اشاره کرد که در هــر جائی که نــرخ تبـخیر بالقوه بیش از نرخ باران باشد این سدها قابل اجرا هستند. البته سدهاي زیرزمینی حفاظتی که به منظور جلو گیري از هجوم آب شور به آبهاي شیرین ساخته می شوند تاثیر پذیري اندکی از عامل اقلیـم دارند(.(9
ب) عامل هیدرولوژي:
عامل هیــدرولوژي بیش تر به صــورت وضعیت بارش منـطقه نمایان می شود. برآورد سالانه آبهاي سطحــی و زیرزمینی در منطقه، کـل بارش سالانه در حــوضه، میــزان نفوذ و تبــخیر آن، وضعیت سیلابــهاي محتمل و مهمتـرین شاخص آن که ضریب رواناب حوضه است که بر اساس تراکم زهکشی در چهار رده تقسیم بندي می شود و هر چه میزان رواناب بیش تر باشد آبراهه از رده بالاتري برخوردار بوده و براي سد هاي زیر زمینی مناسب تر است، درواقع میزان تراکم زهکشی در ارتباط مستقیم با رده آبراهه می باشد. در رده بندي مناطق با GIS از جدول ذیل استفاده می شود:
2
ج) عامل زمین شناسی:
عامــل زمیـن شناسی شامــل مــواردي است که تاثیر بسیار زیادي بر مکان گزینی دارند. این عوامل عبارتنداز :
.1 وجــود آبـرفت (ضخامت و بافت) : براي ایــجاد یک سد زیرزمینــی نیــاز به منطقه ي وسیعی با ضخـامت آبــرفت حـدود 3 متر با دانه بندي درشت می باشد. بنابراین یک از مهمترین مراحل بدست آوردن ضخامت آبرفت در نقاط مختلف منطقه می باشد. از آن جا که ضخامت آبرفت ارتباط مستقیمی با ظرفیت ذخیره یک سفره دارد، هر چه ضخامت آبرفت بیش تر باشد حجم آب ذخیره شده در پشت سد افزایش می یابد. اما امکان ساخت سدهاي زیرزمینی به دلیل لزوم حفاري کمتر براي آبخوان هاي سطحی بیش تر است و هر چه ضخامت آبرفت افزایش یابد امکان ساخت مانع جهت مسدود کردن آب مشکل تر و پر هزینه تر خواهد بود. ضخامت آبرفت از طریق بررسی مقاطع ژئوالکتریک حاصل از نتایج عملیات ژئوفیزیکی و تهیه مقاطع و نقشه سه بعدي قابل محاسبه است. بــراي مکان یابی سد هاي زیرزمینــی با GIS از جدول ذیل استفاده می شود:
از لحاظ بافت، هر چه آبرفت درشت دانه تر باشد براي احـداث سد هاي زیرزمینی مناسب تر است، به دو دلیل: نخست این که گرچه بافت ریز دانه اي همچون رس قادر به ذخیره آب بسیار بالایی می باشد (تخلخل(%50 اما استحصال آب از مـواد ریــزدانه سخت تر است. به عبارتی دیــگر عــلاوه بر تخلخل، تخلخل ویژه نیز باید سنـجیده شود. از این رو بهترین آبرفت از لحاظ دانه بندي شن و ریگ متوسط با اندازه 0/5 تا 1میلی متــر است کهاصطلاحاً ماسه (شن ) خـوب دانه بندي شده ( well grained sand یا ( fine sand نامیـده شده و داراي تخلخل 25 تا 35 درصد با ضریب آبدهی 19 تا 25 درصد می باشد. (فرض تخلخل 30 تا 35 درصد با آبدهی ویژه 20 درصد براي رسوبات ماسه اي سست منجر به ذخیــره سـازي حـجم آبی در حدود 2000 متر مکعب می گردد(.(11 دوم اینکه : هر قدر میزان ریزدانه بودن آبرفت بیش تر شود، به دلیل افزایش خاصیت کاپیلاریته (موئینگی) امــکان شور شدن و تبخیر آب از طریق حفرات موئینه بیش تر می شود(.(12 از لحاظ ضــریب آبگذري نیز ایـن نوع آبرفت با این اندازه (ضریب آبگذري با افـزایش اندازه آبرفت بیش تر می شود) در رابطـه دارسی داراي ضریبی بین 1 تا 103 مـی باشد که معـادل 8/64 تا 8/64102 متر در روز خــواهد بود که با تـوجه به رابطه دارسی دبی نهائی سد بسیار مناسب خواهد شد(.(13
.2 دومیـن عــامل مهم زمین شناسی در مکان یابی این سدها عمق سنگ پی و نفوذ پذیري آن است. از آنجائیکه عمق سنگ پی تقریبا برابر با ضخــــامت آبرفت است، اهمیت رده نفوذپذیري آن بیش تر می باشد که با توجه به لیتولوژي منطقه بررسی می گردد. از لحاظ رده نفوذپذیري، میزان نفوذپذري mm/h
10-5 در رده بسیار مناسب، 10-3 تا 10-4 نسبتا منــاسب و بـیش تر از آن در رده بسیار نامناسب قرار می گیرد.
قسمت پی و تکیه گاه سد و همچنین دیواره هاي در تمـاس با سد باید فاقـــد آبــگذاري باشد(4و .(10 همچنین در ساخت سد لایه نفوذ ناپذیر است که ارتفاع سد را تعیین می کند که طبق رابطه ارتفاع سد برابر است با H = h + S که در آن H ارتفاع دیوار آب بند، h عمق نفوذ دیوار لایه زیرین است. معمولا S را بین 80 تا 150 سانتیمتر( حداقل 20 سانتیمتر) در نظر گــرفته و مقدار آن را بطور تجربی برابر یک دهم عمق لایه نفوذ ناپذیر فرض می کنند(. (1
.3 در مطالعات زمین شناسی باید به مطالعات تکنونیکی نیز اهمیت بسیاري داد. وجود گسل یا طبـقات دگر شیب نفوذ پذیر که امکان خارج کردن آب از
حوضه می تواند مشکل آفرین باشد. در این شرایط باید تا حد امکان راه خروجی آب مسدود شود که در غیر این صورت امکان تعویق یا عدم اجراي طرح نیز وجود دارد(10و .(14
د) عامل ژئومورفولوژي:
مهمترین تاثیــر عامــل ژئو مورفولوژي به صورت شیب سازندهاي منطقه اي بــروز می کند. از لحاظ تقسیم بندي شیب، حــداکثر شیبی که قابل قبــول است برابر 30 درصد می باشد(.(9 اما این زمـانی است که سایر عوامل داراي تاثیرگذاري بیش تري باشند. از آنجایی کهمعمولاً شیب هیدرولیکی سطح آب زیر زمینــی تابــع شیب توپوگرافی منطقه می باشد، پسترجیحاً باید شیب توپوگرافی اراضی منطقه به سمت معبر خــروجی حداقل باشد تا مخزن سد بیش ترین حجم ذخیره آب را در خود داشته باشد زیرا در یک سطح یکسان هر چه شیب بستر کمتر باشد حجم ذخیره آب بیش تر خواهد بود. از این رو تقسیم بندي هاي شیب در GIS به شرح زیر است:
