دانلود پایان نامه ارشد : بررسی نفوذ آب شور از کویر چاه جم به آبخوان دشت دامغان در استان سمنان

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران 

گرایش : مدیریت منابع آب

عنوان : بررسی نفوذ آب شور از کویر چاه جم به آبخوان دشت دامغان در استان سمنان        

دانشکده مهندسی عمران

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب- مدیریت منابع آب

بررسی نفوذ آب شور از کویر چاه جم به آبخوان دشت دامغان در استان سمنان

 استاد راهنما:

دکتر سید‌مرتضی موسوی

استاد مشاور:

دکتر مجید احتشامی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

پیشروی آب شور در سفره­های آب شیرین، تنها به جزایر و سواحل اقیانوس­ها و دریاها و دریاچه­های شور محدود نمی­شود، بلکه امکان دارد سفره­های آب شور، از طریق کویرها، باتلاق­ها و چاله­های آب شور در سفره­های آب شیرین مجاور، پیشروی کنند و آن را شور و در شرایط بحرانی، غیر قابل استفاده سازند. ایران به دلیل داشتن آب و هوای خشک، دارای کویرهای فراون می باشد. محدودیت منابع آب های سطحی و بهره‌برداری بیش از اندازه ازآب‌های زیرزمینی باعث پیشروی آب شور به آبخوان آب شیرین در مناطق حاشیه کویر شده است.

براساس آمار و اطلاعات سازمان آب منطقه ای سمنان از دشت دامغان، کیفیت آب  بهره‌برداری شرب و کشاورزی در روستاهای شمال شرق دشت به علت نفوذ آب شور از کویر چاه جم  پایین آمده و[1]TDS مشاهده شده در برخی از روستاها به حدود 7000 میلی گرم در لیتر رسیده و ادامه این روند می تواند موجب پیشروی شوری به سمت شهر دامغان و بخش کشاورزی منطقه گردد، لذا  برای ارائه دورنمایی از وضع آتی این دشت در صورت ادامه روند کنونی استخراج آب زیر زمینی یا کاهش و افزایش پمپاژ، مدلسازی دشت انجام و وضع آتی دشت از نظر افت سطح آب زیر زمینی و میزان شوری با فرض سه سناریو پیش بینی گردید.

در این تحقیق، پیشروی آب شور از کویر چاه جم در آبخوان دشت دامغان، با استفاده از نرم افزارVisual Modflow مورد شبیه‌سازی سه بعدی قرار گرفته است. برای پیش بینی وضعیت آبخوان در سال 1395، اطلاعات یک دوره 5 ساله چاه های مشاهده ای کمی و کیفی برای سال‌های 1386 تا 1388 واسنجی و برای دو سال 1389 و 1390 صحت سنجی شد. نتایج نشان داد که با ادامه روند تخلیه و تغذیه کنونی، در سال 1395 سطح آب زیرزمینی بیشترین افت را به میزان 16 متر در منطقه غرب شهر دامغان خواهد داشت و غلظت نمک در چاه های کیفی به میزان متوسط 150 میلی گرم در لیتر افزایش خواهد یافت. همچنین کاهش پمپاژ چاه های بهره برداری به میزان 15درصد، باعث افت سطح آب به میزان 14 متر و کند شدن پیشروی آب شور در آبخوان دشت و افزایش غلظت نمک به میزان 82 میلی گرم در لیتر خواهد شد که در مقایسه با فرض ادامه روند کنونی 45 درصد کمتر است. از سوی دیگر، افزایش پمپاژ چاه های بهره‌برداری به میزان 15درصد، افت سطح آب آبخوان به میزان 20 متر و افزایش متوسط غلظت نمک به میزان 464 میلی گرم در لیتر را در پی خواهد داشت.

 کلمات کلیدی: آب زیرزمینی، پیشروی آب شور، تداخل آب شور و آب شیرین، آبخوان دشت دامغان، مدل سازی ،شبیه­سازی، Visual Modflow

فهرست مطالب

  1. فصل اول کلیات.. 1

1-1 مقدمه. 2

1-2 اهداف و ضرورت تحقیق حاضر. 3

1-3 سوالات اساسی تحقیق.. 3

1-4 فرضیات تحقیق.. 4

1-5 دلایل استفاده از آب زیرزمینی.. 4

1-6 آلودگی آب های زیرزمینی.. 5

1-7 مسئله نفوذ شوری به آبخوان های ساحلی.. 6

1-8 خسارتهای پیشروی آب شور در سفره آب زیرزمینی.. 7

1-9 روش‌های کنترل پیشروی آب شور درآبخوان.. 9

1-9-1 کاهش نرخ پمپاژ. 9

1-9-2 تغییر مکان چاههای پمپاژ. 10

1-9-3 سدهای زیرزمینی.. 10

1-9-4 تغذیه  طبیعی.. 11

1-9-5 تغذیه  مصنوعی.. 11

1-9-6 تخلیه  آب شور. 12

1-9-7 روش های ترکیبی.. 13

1-9-8 نمک زدایی آب  شور با استفاده از روش اسمزی معکوس… 14

  1. فصل دوم مرور پیشینه مطالعات.. 15

2-1 مقدمه. 16

2-2 تحقیقات آزمایشگاهی  در مورد پیشروی آب شور در آبخوان‌های ساحلی و کنترل آن.. 16

2-3 تحقیقات عددی در مورد پیشروی آب شور در آبخوان‌های ساحلی.. 22

2-4 تحقیقات میدانی درمورد پیشروی آب شور به آبخوان‌های ساحلی و کنترل آن.. 25

  1. فصل سوم مبانی تئوری حاکم.. 32

3-1 مقدمه. 33

3-2 تعریف مدل.. 33

3-3 مدل جریان آب زیرزمینی.. 34

3-4 مدل ریاضی.. 34

3-5 معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی.. 34

3-5-1 معادله برنولی.. 34

3-5-2 معادله پیوستگی.. 35

3-5-3 معادله دارسی.. 36

3-5-4 معادله عمومی حاکم بر آب‌ زیرزمینی.. 37

3-5-5 معادلات شرایط مرزی: 39

3-5-6 معادلات حاکم بر پیشروی آب شور. 40

3-6 مراحل تهیه مدل ریاضی.. 43

3-6-1 هدف مدل سازی.. 43

3-6-2 ایجاد مدل مفهومی.. 43

3-6-3 تهیه برنامه کامپیوتری.. 45

3-6-4 طراحی مدل.. 45

  1. فصل چهارم منطقه مورد مطالعه. 48

4-1 مقدمه. 50

4-2 موقعیت جغرافیایی محدوده. 50

4-3 آب و هوای محدوده. 51

4-4 بررسی های اکتشافی.. 51

4-4-1 حفاری های اکتشافی.. 51

4-5 عمق سنگ کف دشت دامغان.. 54

4-6 آزمایشهای پمپاژ. 55

4-7 قابلیت انتقال.. 55

4-8 ضریب ذخیره. 56

4-9 بهره برداری از آب زیرزمینی.. 56

4-9-1 چاه ها 56

4-10 بیلان آب زیرزمینی در محدوده مطالعاتی دامغان.. 58

4-11 محدوده بیلان.. 58

4-12 بیلان آب زیرزمینی درآبخوان آبرفتی.. 58

4-12-1 جریان ورودی  آب زیرزمینی به محدوده بیلان ( Qin ) 59

4-12-2 تغذیه ناشی از بارندگی در محدوده بیلان (Rp) 59

4-12-3 تغذیه ناشی از جریان‌های سطحی و سیلاب‌ها ( Rr ) 60

4-12-4 تغذیه ناشی از پساب مصارف (Rw) 60

4-12-5 جریان خروجی زیرزمینی(Qout) 61

4-12-6 تبخیر از آب زیرزمینی( E ) 61

4-12-7 بهره‌برداری از سفره آب زیرزمینی در محدوده بیلان (W) 61

4-12-8 زهکشی از آب زیرزمینی ( D ) 62

4-13 تغییرات حجم مخزن آبخوان در دوره بیلان.. 62

  1. فصل پنجم تهیه مدل مفهومی منطقه مورد مطالعه. 65

5-1 خصوصیات هندسی آبخوان.. 66

5-2 تهیه شبکه مدل و گسسته سازی مکانی.. 66

5-3 گسسته سازی زمانی.. 68

5-4 شرایط مرزی مدل.. 69

5-4-1 مرز با بار هیدرولیکی عمومی.. 70

5-5 مؤلفه های هیدروژئولوژیکی آبخوان.. 70

5-5-1 برداشت آب از آبخوان.. 70

5-6 تبخیر. 71

5-7 تغذیه. 72

5-8 پارامترهای هیدرولیکی آبخوان.. 72

5-9 منطقه تغذیه آلودگی.. 73

5-10 شرایط اولیه. 74

5-10-1 بار هیدرولیکی اولیه. 74

5-10-2 غلظت اولیه. 74

5-11 واسنجی2 و تحلیل حساسیت… 76

5-11-1 واسنجی خودکار. 77

5-12 صحت سنجی.. 82

5-13 واسنجی کیفی.. 84

5-14 صحت سنجی کیفی.. 88

  1. فصل ششم مدیریت منابع آب زیرزمینی.. 90

6-1 مقدمه. 91

6-2 اقدامات مناسب برای بهبود اوضاع. 91

6-2-1 عدم پمپاژ. 91

6-2-2 تغذیه مصنوعی سفره آب زیرزمینی.. 91

6-2-3 کاهش پمپاژ. 92

6-3 سناریوی اول – پیش بینی وضعیت آبخوان با فرض ادامه روند کنونی.. 92

6-3-1 افت سطح سفره آب زیرزمینی.. 92

6-3-2 افت کیفیت  آب شیرین آبخوان دشت دامغان در اثر نفوذ آب شور. 94

6-4 سناریوی دوم – فرض کاهش 15 درصدی دبی پمپاژ چاه های بهره برداری.. 96

6-5 سناریوی سوم – فرض افزایش 15 درصدی پمپاژ چاه های بهره برداری.. 99

6-6 نتیجه گیری.. 102

6-7 مقدمه. 102

6-8 نتیجه گیری و پیش بینی وضعیت آبخوان.. 102

9-6 فهرست مراجع.. 105

1-1 مقدمه

از کل آب موجود در کره زمین حدود 97 درصد آن در دریاها و اقیانوس ها می باشد که شوری آن‌ بالا است و در شرایط عادی نمی تواند مورد استفاده بشر قرار گیرد. دو درصد دیگر نیز به صورت یخ های قطبی است که آن‌ نیز در شرایط موجود قابل استفاده نمی باشد. قسمت اعظم یک درصد باقی مانده را که شیرین است، آب های زیرزمینی تشکیل می دهند(شکل 1-1). باگسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا مقدار آن کم است، استفاده ازمنابع آب زیرزمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفته است، به طوری که دربرخی مناطق، آب های زیرزمینی به عنوان تنها منبع تأمین آب محسوب می شوند.

 شکل ‏11 تقسیم بندی منابع آب در جهان [53]

 رشد جمعیت و توسعه جوامع بشری منجر به تقاضای مصرف بیشتر آب شده است و با توجه به ثابت بودن تقریبی منابع تامین آب، باید با مدیریتی صحیح، عرضه و تقاضا را در تعادل نگه داشت. این امر حافظت منابع آبی در مقابل آلاینده‌ها (نفوذ آب شور و دیگر مواد شیمیایی) را امری ضروری می‌نماید. تمرکز جمعیت در نواحی ساحلی و بالطبع رشد فعالیت‌ها سبب افزایش میزان برداشت از آب زیرزمینی شده است. این افزایش برداشت، سبب حرکت آب شور دریا به سمت آبخوان‌ها گردیده و این امر شوری بیشتر این منابع را به دنبال داشته است.

شوری زیاد (بیشتر از 2 تا 3 درصد) استفاده از آب را برای شرب غیر ممکن می‌سازد و به ناچار باید با فرآیندهایی نظیر تصفیه یا اختلاط با آب شیرین بر این مشکل فائق آمد. بنابراین حفاظت منابع آب‌ زیرزمینی یک موضوع اساسی در شرایط افزایش تقاضا و کاهش این منابع می‌باشد.

در قسمت اعظم کشور به ویژه در مناطقی که آب­های سطحی یا وجود ندارند ، یا دائمی نیستند و یا به مقدار کم وجود دارند، آب مورد نیاز شهرها، صنایع، روستاها و دامداری­ها از منابع زیرزمینی تأمین می‌شود. حتی در نقاطی که بارندگی، زیاد و آب و هوا مرطوب است، مانند گیلان و مازندران که آب سطحی وجود دارد و از پرباران­ترین نقاط ایران هستند . برای رسیدن به تولید بالا در کشاورزی و جبران کمبود آب مورد نیاز، از آب زیرزمینی هم استفاده می‌شود. تقریباً در تمام شهرهای ایران به علت نبود یا کمبود آب­های سطحی و یا به دلیل آلوده بودن آن از آب زیرزمینی نیز استفاده می­شود [9].

1-2 اهداف و ضرورت تحقیق حاضر

نفوذ آب شور مسأله مهمی است که به سلامت و سبک زندگی بسیاری از مردمی که در نواحی ساحلی و حاشیه کویر زندگی می‌کنند، ارتباط دارد. این مسأله در بسیاری از کشورهایی که دارای ساحل می‌باشند، توجه را به خود جلب نموده است. بررسی پدیده هجوم آب شورکویرچاه‌ جم به آبخوان ­دشت  دامغان هدف اصلی این پایان‌نامه می‌باشد.

در این پایان نامه سعی شده است تا امکان پیشروی آب شور از سمت کویر به سمت دشت دامغان

نسبت به ابتدای دوره طرح، بررسی و با توجه به شرایط موجود، به پیش بینی آینده پرداخته شود. با استفاده از نرم افزار VISUAL MODFLOW و بستهSEAWAT  مدل­سازی پدیده پیشروی آب شور انجام می­شود.

شرایط موجود در ابتدای دوره طرح به عنوان اطلاعات ورودی،  وارد مدل شده و پس از واسنجی و صحت سنجی مدل، پیشروی آب شور برای 10 سال بعد  از آغاز دوره طرح،  طبق 3 سناریوی فرضی پیش بینی می­شود.

1-3 سوالات اساسی تحقیق

  • با ادامه وضعیت کنونی، افت سطح آب و میزان غلظت نمک در دشت دامغان چگونه تغییر می کند؟
  • با اعمال موفق سیاست های مدیریتی و کاهش پمپاژ به میزان 15% ، تغییرات افت سطح آب و میزان غلظت نمک چگونه خواهد بود؟
  • در صورت افزایش پمپاژ به میزان 15%(که محتمل ترین فرض است)، افت سطح آب و میزان غلظت نمک در دشت چگونه تغییر پیدا خواهد کرد.؟

1-4 فرضیات تحقیق

بر اساس منابع در دسترس، در طول این تحقیق فرضیاتی به عمل آمده که از نظر خصوصیات فیزیکی با توجه به گزارش شرکت سهامی آب منطقه ای استان سمنان در خصوص دشت، آبخوان این دشت، آبخوانی آزاد درسه لایه است که این آبخوان آزاد در لایه های دوم و سوم قرار دارد. ضریب ذخیره (S) در کل دشت 4% و ضریب هدایت هیدرولیکی (K) برای هر لایه مقدار ثابتی فرض شده است. هر لایه ی آبخوان همگن بوده و چگالی تنها به غلظت نمک وابسته است و دیگر عوامل تأثیر‌گذار، نادیده گرفته شده اند. با توجه به داده‌های شرکت سهامی آب منطقه‌ای، آمار چاه‌های پمپاژ، و چاه‌های مشاهده‌ای کمّی و کیفی سالانه در نظر گرفته شد. ضمناً از بیلان محاسبه شده توسط سازمان آب منطقه ای استان سمنان استفاده شد.

طبق محاسبات بیلان این سازمان، تخلیه چشمه در سال آبی 85-86 صفر و تخلیه قنات حدود 2میلیون متر مکعب در سال بود که در مقایسه با 160 میلیون متر مکعب تخلیه کل از آبخوان مقداری ناچیز می باشد؛ لذا اثر چشمه و قنات در بیلان، صفر منظور شد.

1-5 دلایل استفاده از آب زیرزمینی

مزایا و محسنات آب های زیرزمینی نسبت به آب­ های سطحی، سبب شده که کشور های پیشرفته جهان، برای تأمین آب آشامیدنی و مصرفی مناطق شهری و صنعتی خود از آب زیرزمینی، تلاش بیشتری به خرج دهند.

از سوی دیگر، مصرف زیاد آب زیرزمینی باعث شده که در بسیاری از نقاط جهان، از جمله کشور ما، سطح سفره آب زیرزمینی به شدت پایین برود، بسیاری از قنات‌ها و دیگر منابع آبی خشک شود، آب شور در سفره های آب زیرزمینی شیرین پیشروی کند، و در مراکز جمعیتی و صنعتی، قسمت قابل توجهی از آب زیرزمینی آلوده گردد.

برخی دلایل استفاده از آب زیرزمینی و مزایای آن نسبت به آب سطحی را می­توان به اختصار به صورت زیر بیان کرد :

  • آب زیرزمینی صاف و بی رنگ است.
  • نسبت به آب سطحی، کمتر به میکروب­ها و انگل­ها و مواد زیان‌بار آلوده است.
  • در بسیاری از مناطق خشک و بیابانی کشور ما، به علت عدم دسترسی به آب شیرین سطحی ، آب زیرزمینی تنها منبع قابل استفاده را تشکیل می­دهد.
  • هزینه­ی استخراج آب زیرزمینی در بسیاری از موارد، نسبت به تهیه­ی آب از منابع سطحی کمتر است.
  • دمای آب زیرزمینی تقریباً ثابت است. از این رو، آب زیرزمینی، به عنوان خنک کننده از مزیت زیادی برخوردار است.
  • منابع آب زیرزمینی نسبت به منابع آب سطحی، خیلی کمتر تحت تأثیر خشکسالی قرار می­گیرند.

در بسیاری از مناطق جهان، از جمله در بسیاری از نقاط خشک و بیابانی کشور ما که آب سطحی وجود ندارد، یا قابل استفاده و یا قابل اطمینان نیست، آب زیرزمینی تنها منبع آب مصرفی است و حیات ساکنین و احشام این مناطق به این منبع وابسته است [9].

1-6 آلودگی آب های زیرزمینی

کیفیت آب زیرزمینی، امر مهمی در توسعه و مدیریت منابع آب است. در واقع، با افزایش تقاضا برای آب در اغلب نقاط جهان، کیفیت آب به یک عامل محدود کننده در توسعه و مدیریت منابع آب تبدیل شده است. کیفیت آب‌های سطحی و زیرسطحی در نتیجۀ پخش و انتشار آلودگی رو به بدتر شدن می‌رود و در این راستا توجه جدی به مسأله انتشار آلودگی در آبخوان‌ها امری اجتناب ناپذیر است. هر چند که در وهله اول به نظر می‌رسد، منابع آب‌ زیرسطحی نسبت به آب‌ سطحی کمتر در معرض خطر انتشار آلودگی باشند اما در صورت انتشار آلودگی در آبخوان‌ها، رفع آلودگی و رساندن آب به حالت قابل استفاده و عاری از آلودگی، امری مشکل و هزینه ‌بر است. منابع آلودگی آب‌های زیرزمینی را می‌توان به چهار دستۀ زیر تقسیم نمود [16].

  • منابع محیطی: این نوع آلودگی به خاطر مشخصات محیط اطراف یک آبخوان رخ می دهد. جریان عبوری از سنگ‌های کربناتی، نفوذ آب شور از سمت دریا و یا از آبخوان مجاور، مثال‌هایی برای این دسته می‌باشند.
  • منابع داخلی: این نوع آلودگی ممکن است با شکستن تصادفی مجرای فاضلاب، تراوش از تانک‌های سپتیک[1]، نفوذ آب باران از زمین‌های محل دفن زباله‌، باران‌های اسیدی و تغذیه مصنوعی از آب‌های زهکش آلوده، رخ دهد.

 منابع صنعتی: آلودگی صنعتی معمولاً از تخلیه فاضلاب‌ های صنعتی که شامل فلزهای سنگین، ترکیبات تجزیه ناپذیر و یا مواد رادیو اکتیو می‌باشند، شکل می‌گیرد.

  • منابع کشاورزی: این نوع آلودگی نیز به خاطر زه‌آب ‌های کشاورزی و آب باران‌هایی که شامل موادی چون کودهای شیمیایی، نمک، انواع آفت کش‌ها و … هستند، با نفوذ آن ها به داخل آبخوان‌ها رخ می‌دهد.

نفوذ آب شور یکی از شایع‌ترین و مهم‌ترین فرآیندهایی است که سبب کاهش کیفیت آب زیرزمینی با تجاوز میزان شوری از استانداردهای آب آشامیدنی گردیده و برداشت آب از چاه‌ ها را در آینده به مخاطره خواهد انداخت.

1-7 مسئله نفوذ شوری به آبخوان های ساحلی

سواحل از مناطقی هستند که بیشتر از 70 درصد جمعیت جهان را در خود جای داده‌اند. این مناطق با مشکلات جدی هیدرولوژیکی  شامل: کمبود آب شیرین، آلودگی آب‌ های زیرزمینی و نفوذ آب دریا روبرو شده‌اند.

رشد جهانی جمعیت و افزایش استانداردهای زندگی سبب افزایش میزان تقاضا و بالطبع ، برداشت آب بیشتر از آبخوان‌‌های ساحلی گردیده است. این افزایش برداشت ، سبب افزایش رشد نفوذ شوری به داخل آبخوان‌ها شده است. در آبخوان‌های ساحلی، در آغاز، معمولاً گرادیان هیدرولیکی به طرف دریاست که سبب جریان آب‌ به سمت دریا می‌گردد. وجود دریا در مجاورت آبخوان‌های ساحلی، ناحیه برخورد بین آب شیرین با چگالی کمتر و آب شور با چگالی بیشتر را تشکیل می دهد (شکل ‏1‑2). آب شیرین و آب شور در واقع سیال‌های قابل اختلاط می‌باشند، بنابراین ناحیه برخورد این دو آب با هم، یک ناحیه انتقالی[2] است که پراکندگی هیدرودینامیکی، دلیل تشکیل آن است. در طول این ناحیه، چگالی سیال، از چگالی آب شیرین تا چگالی آب شور متغیر است. تحت شرایط مشخص، عرض این ناحیه انتقالی در مقایسه با ضخامت آبخوان، کوچک است و بنابراین، این ناحیه را می‌توان با خط مرزی مشخصی تقریب زد (شکل 1-2). این مرز مشترک[3]، دو سیال را از هم جدا نموده و می‌توان فرض نمود که آب شور و آب شیرین اختلاط ناپذیرند، اما اگر ضخامت این ناحیه انتقالی زیاد باشد، نمی توان آن را با خط مرزی مشخص تقریب زد و این فرض نامعتبر خواهد بود [16].

تعداد صفحه :159

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید