بخشی از مقاله
مقدمه
در نقاط زیادی از دنیا مردم با مشـکل کمبـود آب روبـرو هسـتند، زیـرا منابع آبی بیشتر از میزانی که تغذیه می شوند در حال تخلیه از طرف مردم بـوده و علاوه بر این فعالیت های بشری نیز روز به روز بر آلودگی همین منابع در حـال زوال افـزوده و میـزان آب شـیرین در دسـترس را کـاهش داده اسـت. آبهـای زیرزمینی میتوانند توسط لندفیلها، مخازن دفن فاضلاب ، استفاده بیش از حـد
نمک افشانی بر جادهها و مواد شـیمیایی مـرتبط، مخـزنهـای گـازی زیرزمینـی دارای نشت، نشت از مخازن مواد نفتی و در نهایت استفاده بی رویـه از کودهـای شیمیایی آلوده شـوند. تولیـد روزافـزون زبالـه در کشـور و در عـین حـال نبـود سیستمهای امحاء مناسب در این زمینه که در نهایـت منجـر بـه دفـع زبالـه در دشت های کشور به صورت روباز شده است، خطـر جـدی آلـودگی آبخـوانهـای کشور را در محل دفن زبالهها بوجود آورده است. با توجـه بـه اینکـه در انتخـاب محل دفن زبالههای شهر رشت هیچکدام از اصول ضروری در ساخت یـک محـل
69
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
بهداشتی جهت دفن زبالهها رعایت نشـده اسـت و عـلاوه بـراین در ایـن محـل، پوشش زبالهها با رسوبات و متراکم نمودن آن به منظور کاهش شستشـو توسـط بارندگی و نفوذ شیرابه به لایههای زیرین به درستی و کامل صـورت نمـیگیـرد، این منطقه استعداد زیادی برای آلوده کردن منابع آبی و خاکی منطقـه دارد. در این رابطه به نظر میرسد با توجـه بـه عـدم انجـام هیچگونـه مطالعـهای جهـت شناسایی ساختار محل دفن زبالهها، انجام مطالعات ژئوفیزیکی و حفر گمانهـای ژئوتکنیکی میتواند در شناخت ساختار و ترکیب زیرسطحی منطقه بسیار مفیـد باشد. علاوه بر این میتوان با انجام مدلسازی نحوه انتقال آلودگی ناشی از نشـت شیرابه از این محل، مناطق مستعد آلودگی را که در جهت جریان مـوج آلـودگی هستند شناسایی کرده و غلظت آلودگی را بـه صـورت تـابعی از زمـان و در هـر نقطه برآورد کرد که در برخی مناطق که با هجوم موج آلودگی مواجه هستیم به موقع آنها را از رده بهرهبرداری خارج کنیم. در مواردی نیز میتوان بـا مدلسـازی انتقال آلودگی، مناطقی را که در مسیر انتقال آلودگی با بیشترین غلظت هستند شناسایی کرده و با حفر چاههای پمپاژ اقدام به پمپاژ آب آلـوده و انتقـال آن بـه واحدهای تصفیهای کرد و بدین ترتیب از حرکت آلودگی به مناطق پایین دسـت جلوگیری کرد. در رابطه با بررسی انتقال آلودگی از محل لندفیلها و محلهـای دفن زباله مطالعات متعددی صورت گرفته کـه چنـد نمونـه بـه اختصـار عنـوان میشود. مدلسازی انتقال آلودگی از محل دفن زباله در اوگاندا که بـا اسـتفاده از نرم افزار FEMLAB انجام شد، زمانی نزدیک به 40 ساعت را برای طی مسـیر از محل تولید تا رسیدن موج آلودگی به آب زیرزمینی را نشـان مـیدهـد . ( MD. .(Tauhid-Ur-Rahman,2009 مطالعه و مدلسازی لندفیل در مناطق سـاحلی لبنان که با استفاده از روشهای حـل FDM وFVM و بهـرهگیـری از Visual HELP انجام شد نشان داد کـه کنتورهـای غلظـت شـیرابه حتـی در 75سـال آینـده نیــز بـه منــاطق پــاییندسـت نخواهــد رســید( Rouholahnejad and .(Sadrnejad, 2009 در مطالعهای که بـا هـدف تعیـین پتانسـیل آلـودگی آب زیرزمینی توسط شیرابه رها شده از یک لندفیل با مساحت 22 هکتـار در مانیـل فیلیپین صورت گرفته اسـت، مـدل سـه بعـدی جریـان آب زیرزمینـی و انتقـال آلــودگی بــا اســتفاده از مــدول FEMWATER از سیســتم مدلســازی آب زیرزمینی((GMS تهیـه شـد. در ایـن مطالعـه از نـرمافـزار Visual HELP در تعیین نرخ شیرابه تولیدی از محل این لنـدفیل و نفـوذ بـه منـاطق زیرسـطحی استفاده شد. مدلسازی انتقال آلودگی برای یک ترکیب غیرواکنشی در یک بـازه زمانی 50 ساله صورت گرفت که مشاهده آلودگی 150میلیگرم در لیتر بـرای 4 تا 5 سال بعد و 250 میلیگرم در لیتر بـرای 10 سـال آینـده پـیشبینـی شـد. Rojas) و همکاران، .(2004 در این مطالعه، با توجه بـه ضـرورت بررسـی محـل دفن زبالههای شهر رشت، از مطالعات ژئـوالکتریکی جهـت بررسـی سـاختگاه، از مطالعــات هیــدورلوژیکی محــل دفــن زبالــههــا بــه منظــور تعیــین پارامترهــای هیدرولوژیکی و همچنین تعیین نرخ نشت شیرابه به لایـههـای زیـرین اسـتفاده شده است و نهایتاً مدلسازی انتقال آلـودگی ناشـی از نشـت شـیرابه بـه منظـور تعیین روند انتقال دنبال شده است.
بهار 91، شماره 3، جلد 1
خصوصیات منطقه الف) زمینشناسی منطقه مورد مطالعه
محدوده مورد مطالعه در جنـوب شـرقی شهرسـتان رشـت و در منطقـه سراوان واقع شده است. محل دفن زبالههای شهر رشت واقع در منطقـه سـراوان تنها محل دفن پسماندهای شهر رشت مـی باشـد کـه در فاصـله 20 کیلـومتری جنوب شهر رشت و در ارتفاع 200 متـری واقـع شـده اسـت. بـر اسـاس نقشـه زمــینشناســی بــا مقیــاس 1:100000 مربــوط بــه محــدوده مــورد مطالعــه، قدیمیترین سازندها مربوط به دوران مزوزوئیک و دوره تریاس پسین مـیباشـد. شاخصترین تشکیلات موجود در این منطقه که از لحاظ قرارگیری محـل دفـن زبالههای شهر رشت بـر روی آن دارای بیشـترین اهمیـت مـیباشـد، تشـکیلات آهکی مربوط به زمان کرتاسه پیشین است(شکل.(1 البته باید خاطر نشـان کـرد که در این نقشه، محل دفن زبالههای شهر رشت بر تشکیلات آهکی نمایش داده شده است که در مطالعات ژئوفیزیکی که در این منطقه انجام شد مشـخص شـد که ساختگاه محل دفن بر تشکیلات آهکی قرار نگرفته است که ایـن موضـوع در ادامه بررسی شده است.
شکل.1 نقشه زمینشناسی محدوده مورد مطالعه و موقعیت محل دفن زبالههای شهر رشت
ب) مطالعات ژئوفیزیکی
به منظور تحلیل ساختار زمینشناسـی منطقـه از نتـایج بدسـت آمـده از انجام 4 سونداژ ژئوالکتریکی که در اطراف محـل دفـن زبالـههـا صـورت گرفـت؛ استفاده شد. (شکل2 و جدول.(1
70
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 91، شماره 3، جلد 1
جدول.1 نتایج حاصل از انجام سونداژ ژئوالکتریکی در اطراف محل دفن زبالههای شهر رشت
شماره سونداژ توضیحات
سونداژ ژئوالکتریکی پس از رسوبات ریزدانه و کم ضخامت سطحی، لایهای سنگی با درز و شکاف بالا که احتمالاً دگرگون شده میباشند قرار گرفته است
شماره1 که این ساختار سنگی تا عمق 20 متری ادامه دارد. دومین تشکیلات زمینشناسی موجود در این محل که تا عمق 32 متری ادامه
دارد، لایههای مارنی یا آذرین بیرونی مثل توف میباشد. از عمق 32 متری به بعد با افزایش شدید مقاومت ویژه محیط مواجه هستیم
که بیانگر لایهای بسیار متراکم است و میتوان آنرا به عنوان سنگ بستر در نظر گرفت.
سونداژ ژئوالکتریکی پس از رسوبات سطحی این ناحیه، افزایش شدید مقاومت ویژه محیط نشاندهنده لایهای نیمه متراکم و سنگی تا عمق 11/5 است.
شماره2 پس از این لایه سنگی نیز لایههای رسی و مارنی تا عمق 34 متری ادامه دارد که پس از آن نیز لایهای بسیار متراکم با مقاومت
3600 اهممتری قرار دارد که میتوان آنرا به عنوان سنگ بستر منطقه در نظر گرفت.
سونداژ ژئوالکتریکی پس از رسوبات سطحی کم ضخامت، لایهای نیمهمتراکم سنگی تا عمق 4 متری ادامه دارد. پس از لایه نیمهمتراکم سنگی، لایههای
شماره3 رسی یا مارنی به تناوب قرار گرفتهاند.
سونداژ ژئوالکتریکی پس از لایه سطحی، در عمق 4/5 متری به یک لایه سنگی نیمهمتراکم قرار گرفته است. پس از لایه سطحی، لایههای مارنی و
شماره4 احتمالاً توفی به صورت متناوب تکرار میشوند.
شکل.2 موقعیت سونداژهای انجام شده در اطراف محل دفن زبالههای شهر رشت
ج) ویژگیهای اقلیمی شهرستان رشت د) هیدرولوژی و هیدروژئولوژی محدوده مطالعاتی
با توجه به اینکه خصوصیات اقلیمی محدوده مورد مطالعه میتواند در محدوده رشت و منطقه مورد مطالعه واقع در سراوان بخشی از محدوده
تعیین میزان پارامترهای هیدرولوژیکی محل دفن زبالهها مؤثر باشد، برخی از
مطالعاتی فومنات واقع در حوضه آبریز سفیدرود و تالش- بندر انزلی میباشد.
پارامترهای اقلیمی این محدوده در جدول 2 ارائه شده است (سازمان هواشناسی
محدودهای که محل دفن زباله شهرستان رشت در آن واقع شده است دارای
استان گیلان،.(1390
ساختاری بسته بوده و خود یک حوضه آبریز مجزا را تشکیل میدهد که جریان
جدول.2 خلاصه وضعیت اقلیمی شهرستان رشت آب سطحی و زیرزمینی به سمت شمال و رودخانه چپلی رودخان که یکی از
سرشاخههای رودخانه سیاهرود میباشد صورت میگیرد. رسوبات آبرفتی موجود
پارامتر اقلیمی میانگین یا متوسط سالانه در محدوده مطالعاتی(اطراف محل دفن زبالههای شهر رشت) دارای ضخامت و
دما 15/9 درجه سانتیگراد
توسعه بالایی نیستند، بنابراین نمیتوان آبخوانی با توان تأمین بالا را در این
رطوبت نسبی هوا 81/9 درصد منطقه متصور شد. تشکیلات آهکی موجود در محدوده مطالعاتی فومنات دارای
بارندگی 1359 میلیمتر
آبدهی ویژه 5/33 لیتر در ثانیه بر کیلومتر مکعب و هدایت الکتریکی 150 تا
تعداد روزهای یخبندان 25 روز
1000 میکرومهوس بر سانتیمتر میباشد. (مهندسین مشاور کنکاش
71
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 91، شماره 3، جلد 1
عمران،.(1388
مواد و روشها
در این مطالعه ابتدا مباحثی در مورد خصوصیات هیدرولوژیکی محل دفن زبالهها با استفاده از نرمافزار Visual HELP صورت گرفت و خروجیهای این مدل بویژه نرخ، حجم و درصد تولید شیرابه برای هر سال و همچنین یک دوره زمانی15 و 50 ساله مورد توجه قرار گرفت . در ادامه، روند پژوهش با بهرهگیری از مدل HYDRUS 3D به عنوان کاربردیترین مدل استفاده شده در این مطالعه مورد توجه قرار گرفت . تعیین سرعت حرکت، غلظت، شار و توزیع آلودگی به عنوان اصلیترین هدف مطالعه و با توجه به شرایط مرزی و شرایط اولیه وارد شده به مدل برای دوره زمانی 50 ساله دنبال شد. دو بخش اصلی مطرح شده در این مطالعه از طریق دو ابزار نرمافزاری انجامپذیر است که به صورت زیر معرفی میشوند:
-1 ارزیابی هیدرولوژیکی عملکرد محل دفن زبالهها (HELP1) با استفاده از نرمافزار Visual HELP
برنامه HELP یک مدل هیدرولوژیکی شبه دوبعدی است که برای تحلیل بیلان آبی محل دفن زبالهها مورد استفاده قرار میگیرد. در این نرمافزار، رواناب بر اساس روش SCS تعیین میشود، قانون دارسی برای زهکشی عمودی که تنها متأثر از گرانش است مورد استفاده قرار میگیرد علاوه بر این، هدایت هیدرولیکی منطقه غیراشباع با استفاده از معادله کمپل2 و با بهرهگیری از پارامترهای بروک- کوری3 محاسبه میشود (راهنمای نرمافزار Visual HELP .(2.2
-2 تهیه مدل جریان و انتقال آلودگی با استفاده از نرم افزار HYDRUS 3D نرمافزار HYDRUS برای شبیهسازی دو و سهبعدی جریان آب، انتقال
حرارت و انتقال مواد محلول در شرایط اشباعشدگی متفاوت مورد استفاده قرار میگیرد . این برنامه معادله ریچاردز را برای جریان آب در محیط اشباع-غیراشباع و معادله نوع فرارفت- پراکندگی4 را برای انتقال حرارت و مواد محلول، به صورت عددی حل میکند(راهنمای نرم افزار HYDRUS 1.06 .(3D
بحث الف) تحلیل عملکرد هیدرولوژیکی محل دفن زبالهها
در منطقه مورد مطالعه، به دلیل توپوگرافی ناهموار و شرایط محل دفن مورد نظر که دارای ساختاری نامتوازن و هتروژن بوده و علاوه بر این، شاهد
وجود ضخامتهای متفاوتی از زباله در نقاط مختلف منطقه می باشیم، به منظور بررسی دقیقتر، محل دفن مورد نظر بر اساس مشاهدات و اندازهگیریهای صحرایی، تحلیل تصاویر ماهوارهای و سوال از مسئولین مطلع در سازمان مدیریت پسماند خشک استان گیلان به سه بلوک تقسیم شد (جدول 3 و شکل.(3
جدول.3 بلوکهای مجزا شده از محل دفن زبالههای شهر رشت
شماره مساحت(هکتار) ضخامت زباله زاویه کف
بلوک (متر) بلوک(درجه)
1 6/5 45 25
2 2 15 18
3 2/8 20 15
شکل.3 محدوده مورد مطالعه و بلوکهای مجزای شده محل دفن زبالهها
بر طبق استانداردهای آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا((EPA، تراکم استاندارد زبالههای دفن شده در یک محل که پس از تخلیه زبالهها، عملیات متراکم کردن و اضافه کردن پوشش ر سوبی به آن صورت میگیرد؛ برابر 312 کیلوگرم برمترمکعب می باشد. با توجه به اینکه این موارد در محل دفن زبالههای شهر رشت نیز صورت می گیرد و علاوه بر این، هیچگونه آنالیز و مطالعهای که نشاندهنده میزان تراکم زباله در این منطقه باشد وجود ندارد، بنابراین تراکم زبالهها معادل مقدار پیشنهادی EPA درنظر گرفته شد و پارامترهای هیدرولیکی مربوط به این نوع زباله در نرمافزار Visual HELP تخمین زده شد (جدول.(4
1- The Hydrologic Evaluation of Landfill Performance 2- Campbell equation 3- Brooks- Corey parameters 4- Convection- dispersion
72
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته بهار 91، شماره 3، جلد 1
جدول.4 ویژگیهای هیدرولیکی و پارامترهای مرتبط با نشت عمودی از لایههای ورودی نرمافزار HELP
زباله شهری
تخلخل کل (vol/vol) 0/671
پارامترهای ظرفیت مزرعه (vol/vol) 0/292
نفوذ نقطه پژمردگی ( vol/vol ) 0/077
عمودی
هدایت هیدرولیکی اشباع (cm/day) 86/4
آب ورودی زیرسطحی 0
در ادامه، تعیین پارامترهای هیدرولوژیکی محل دفن زبالههای شهر رشت براساس خصوصیات تعریف شده زباله در این محل(تراکم، ضخامت، شیب کف و مساحت ) و همچنین اطلاعات اقلیمی مورد نیاز نرم افزار Visual HELPجهت انجام محاسبات(دما، بارش و تابش خورشیدی(5 صورت گرفت. به منظور برداشت دادههای دما، بارش و تابش خورشیدی که اصلیترین دادههای مورد نیاز نرمافزار برای انجام محاسبات و بررسیهای هیدرولوژیکی محل دفن زبالهها میباشد، از ایستگاه رشت به عنوان نزدیکترین ایستگاه سینوپتیکی به منطقه سراوان و محل مورد نظر استفاده شد. نبود دادههای پیوسته و بلندمدت در رابطه با موقعیت مورد نظر منجر به تعیین پارامترهای هیدرولوژیکی آن با استفاده از دادههای کوتاهمدت منطقه (بازه 15 ساله ((1375-1389) شد(جداول5 ، 6 و.(7 با توجه به اینکه تولید شیرابه و نشت آن به لایههای زیرین به طور مداوم ادامه دارد و هدف اصلی این پژوهش نیز بررسی نحوه و نرخ انتقال شیرابه و مدلسازی حرکت آن در بازه بلند مدت 50) ساله) میباشد، شرایط اقلیمی (دما، بارش و تابش خورشید) با استفاده از نرمافزار HELP و به صورت تصادفی مد نظر قرار گرفت که البته در این مورد از دادههای واقعی 15 ساله به عنوان پایه اطلاعاتی و مبنای شبیهسازی دادهها استفاده شده است. پس از شبیهسازی 50 ساله شرایط اقلیمی در منطقه مورد مطالعه، بار دیگر مدل برای هر سه بلوک اجرا شد. ادغام و جمعبندی نتایج حاصل از بررسی 15 و 50 ساله عملکرد هیدرولوژیکی محل دفن زبالهها در قالب جداول 8 و 9 ارائه شده است. با توجه به جدول بالا میتوان نرخ نشت را در بازه 15 و 50 ساله به طور متوسط برابر با 0/69 متر در هر سال در نظر گرفت. در مراحل بعدی این مقدار به عنوان ورودی نرم افزار HYDRUS در تعیین شرایط مرزی محل دفن زبالهها (شکل(4 مورد استفاده قرار گرفت.
