141
تصوير5.15. نقشه توپوگرافي سه نوار عرصه پخش سيلاب پسکوه 144
تصوير5.16. نقشه هم‌پتانسيل آب‌هاي زيرزميني عرصه در دوره اول 146
تصوير5.17. نقشه هم‌پتانسيل آب‌هاي زيرزميني عرصه در دوره دوم 147
تصوير5.18. نقشه جريان آب‌هاي زيرزميني عرصه در دوره اول 148
تصوير5.19. نقشه جريان آب‌هاي زيرزميني عرصه در دوره دوم 149
تصوير5.20. نقشه نفوذپذيري افقي عرصه پخش در دوره اول 150
تصوير5.21. نقشه نفوذپذيري افقي عرصه پخش در دوره دوم 151
تصوير5.22. منحني بدست آمده بين ميزان نفوذپذيري و ضريب خميدگي دانه‌بندي خاک 152
تصوير6.1. تعدادي از سازه‌هاي هيدروليکي پخش سيلاب مؤثر در تبديل جريان 161
تصوير6.2. نمايي از سد فهره در حوضه بالادست پخش سيلاب 166
تصوير6.3. سنگ‌هاي آهکي غالب در حوضه بالادست پخش سيلاب مربوط به ائوسن 167
تصوير6.4. حاصل پديده تخريب مکانيکي و فرسايش واحدهاي سنگي 168
تصوير6.5. لايه‌هاي نازک‌لايه آبرفتي سخت شده با سيمان آهکي 170
چکيده
يکي از روش‌هاي تغذيه مصنوعي سفره‌هاي آب زيرزميني، پخش سيلاب بر روي اراضي هموار دشت‌ها و ذخيره آن در آبخوان‌ها، مي‌باشد که در دهه اخير توجه خاصي در کشور ما بدان مبذول شده است. يکي از اهداف عمده اين طرح‌ها استفاده از سيلاب‌هاي فصلي مي‌باشد که در مناطق خشک و نيمه‌خشک رخ مي‌دهند. ورود حجم زيادي از سيلاب محتوي املاح و بار معلق فراوان با منشأ‌هاي متفاوت با برجاي گذاردن رسوبات فراوان و نفوذ مواد محلول و ريزدانه همراه سيلاب در آبرفت‌ها، به مرور زمان سبب تغييراتي در نفوذپذيري خاک عرصه پخش مي‌شود. هدف اصلي اين تحقيق بررسي ميزان و روند تغييرات نفوذپذيري، تحت تأثير عمليات پخش سيلاب از ديدگاه زمين‌شناسي مهندسي مي‌باشد. در اين پژوهش سعي گرديده است که ميزان اين تغييرات با استفاده از اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري به روش مستقيم – به وسيله نفوذسنج استوانه‌هاي مضاعف (Infiltrometer Double-Ring) و روش غيرمستقيم – با استفاده از فرمول‌هاي تجربي ارائه شده براي تخمين ميزان نفوذپذيري از روي خصوصيات فيزيکي خاک (از جمله آناليز دانه‌بندي و تخلخل خاک) در دو دوره زماني مجزا و مقايسه آن با زمين شاهد مورد بررسي قرار گيرد. نتايج اين آزمون، بررسي روند تغييرات نفوذپذيري خاک در اثر پخش سيلاب را عملي مي‌سازد. لذا در اين تحقيق به بررسي تغييرات نفوذپذيري و علل آن در ايستگاه پخش سيلاب بر آبخوان پسکوه سراوان پرداخته شد.
به منظور تجزيه و تحليل داده‌هاي روش مستقيم از دو روش آماري و نقشه‌اي استفاده شد. در روش تجزيه و تحليل آماري داده‌ها، تجزيه واريانس براي داده‌هاي برداشت شده با استفاده از روش دو عامل تجزيه واريانس (Two Way ANOVA) و گروه‌بندي ميانگين تيمارهاي آزمايشي با استفاده از آزمون آماري دانکن (Duncan’s Method) در سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت. همچنين براي تجزيه و تحليل نقشه‌اي داده‌ها از روش تهيه نقشه‌هاي نفوذپذيري و بافت خاک استفاده شد و نهايتاً نتايج هر دو روش مورد مقايسه قرار گرفتند. به طور خلاصه در روش آماري نتايج حاکي از آن بود که:
1- بين دو دوره برداشت ميزان نفوذپذيري، تفاوت معني‌داري مشاهده نشد.
2- دو عرصه شاهد شرقي A-E و همچنين شاهد غربي A-W با تمامي مستطيل‌هاي عرصه پخش به جز R1A2 و R2B1 تفاوت معني‌داري را از خود نشان داده‌اند.
به عبارت ديگر ميزان نفوذپذيري از زمان احداث عرصه پخش سيل (سال 1370) تا مورخ 10/8/1385 به مقدار 94/55 درصد و تا مورخ 5/8/1386به مقدار 34/57 درصد کاهش يافته است. همچنين نسبت ميانگين تغييرات ميزان نفوذپذيري عرصه پخش در دوره دوم نسبت به دوره اول در طول بازه زماني يکساله به ميزان 23/3 درصد کاهش داشته است.
در روش تجزيه و تحليل نقشه‌اي نيز نتايج نسبت‌هاي حجمي حاکي از آن بود که ميزان نفوذپذيري کل عرصه پخش در طول دو دوره برداشت به ميزان کم، حدود 41/2 درصد در دوره دوم نسبت به دوره اول کاهش يافته است و تفاوت عمده در نوارهاي تکرار مشاهده مي‌شود.
مقايسه نتايج بدست آمده ميزان نفوذپذيري در روش مستقيم و غيرمستقيم نشان داد که روند کاهش يا افزايش ميزان نفوذپذيري در تمامي روش‌هاي غيرمستقيم تقريباً مشابه روش مستقيم است. همچنين از لحاظ کمي، روش شفرد (Shepherd) برابري بهتري را با روش مستقيم از خود نشان داد. روش‌هاي هيزن (Hazen) و بي‌ير (Beyer) به ترتيب در حدود 3 و 4 برابر روش مستقيم، مقادير نفوذپذيري را نتيجه دادند. تمامي روش‌هاي ديگر اعداد بسيار پاييني را براي ميزان نفوذپذيري بدست آوردند. همچنين مشخص شد در صورتي که در معادله تجربي، دامنه ريز‌دانه‌ها تا درشت‌دانه‌ها لحاظ شده باشد نتايج قابل قبولي بدست مي‌آيد.
لغات کليدي: سيلاب، تغذيه مصنوعي، پخش سيلاب، عرصه پخش، نفوذپذيري، استوانه مضاعف، رسوب، پسکوه، سراوان.
فصل اول
کليات
کليات
1.1. مقدمه
در کشور ايران که در بخش خشک و نيمه‌خشک کره زمين قرار دارد، آب داراي اهميت زيادي است. هم‌اکنون تقاضاي آب از امکانات منابع قابل استحصال تجاوز نموده و يا در حال گذر از اين مرحله است. بنابراين در آينده‌اي نه چندان دور، محدوديت منابع آب از ابعاد مختلف و از جمله براي توليد مواد غذايي، توليدات صنعتي، تأمين آب شرب و بهداشتي، محيط زيست و حتي ابعاد سياسي و اجتماعي مشکلات متعددي را مطرح خواهد نمود و اين در‌حالي است که از 400 ميليارد متر مکعب بارش سالانه کشور تنها 35 ميليارد مترمکعب آن به مصرف تغذيه آبخوان‌ها مي‌رسد (کوثر 1372). بنابراين تغذيه سفره‌هاي آب زيرزميني يکي از مهمترين موارد در امر توسعه پايدار محسوب مي‌شود.
در ايران، تغذيه مصنوعي و ذخيره آب سطحي در زمين‌ها با ساختن بندسارها و دگارها سابقه‌اي طولاني دارد. در شرايط حاضر از منابع آب زيرزميني کشور حداکثر استفاده به عمل مي‌آيد به طوري که به سبب برداشت اضافي از اين منابع در 163 دشت کشور، سطح آب زيرزميني افت پيدا کرده است و مشکلاتي را براي ادامه حيات کشاورزي و توسعه اقتصادي اين نواحي فراهم آورده است (برزگر ريحاني 1376). با توجه به اين که منابع آب‌هاي زيرزميني ايران 8/77 درصد مصارف شرب، صنعت و کشاورزي را تأمين مي‌کنند، ارائه طرح‌هايي که موجب استفاده بهينه منابع آبي موجود و تغذيه آبخوان‌ها گردد، داراي ضرورتي اساسي و اولويتي انکارناپذير است (همتي‌نژاد 1376). از آنجايي‌که منابع آبي در دسترس انسان براي مصارف شرب، بهداشت، کشاورزي، صنعت و غيره محدود مي‌باشد و به تناسب شرايط خاص اقليمي هر منطقه از کره زمين متفاوت است، لذا هرگونه اقدام براي کنترل و مهار آب و استفاده بهينه از آن مي‌بايستي مورد توجه برنامه‌ريزان و متوليان امور آب در کشور قرار گيرد. اين مهم در کشورهاي جهان سوم و در حال توسعه و به‌ويژه در مناطق با اقليم آب و هواي خشک که از ريزش‌هاي جوي محدود و با پراکنش نامناسب برخوردارند، بيشتر خودنمايي مي‌کند. چه در اين مناطق نوع ريزش‌هاي جوي عموماً به صورت رگبارهاي شديد بوده و باعث به وقوع پيوستن سيلاب‌هاي سهمگين و خسارت‌زا مي‌شود، به طوري‌که بعضاً در مدت زماني کوتاه، بارشي بيش از ميانگين سالانه منطقه اتفاق مي‌افتد. ملاحظه مي‌شود در اين مناطق، که به علت تبخير زياد و قلت بارندگي سالانه، نياز به وجود آب بسيار ضروري و بلکه حياتي است، در مدت زماني بسيار کوتاه از دسترس خارج شده و بدون استفاده به هامون‌هاي کويري منتهي مي‌گردد.
امروزه روش‌هاي متفاوتي براي کنترل و مهار سيلاب‌ها در کشورهاي دنيا بر حسب مناطق مختلف يک حوضه آبخيز مورد توجه است. احداث سدهاي مخزني طي سال‌هاي گذشته مخصوصاً مورد توجه دولت‌مردان قرار گرفته که همواره با هزينه‌هاي بسيار بالاي احداث، نگهداري و تصفيه آب همراه بوده است. امروز با نگاه علمي و جامع به مديريت منابع آب، شناسايي آبرفت‌هاي درشت‌دانه با ضخامت مناسب مورد توجه قرار گرفته است، تا بتوان با هزينه‌هاي اندک و اجراي بسيار ساده و سريع، سيلاب‌هاي مخرب را بر روي دشت‌هاي آبرفتي گستراند، و با ايجاد آرامش به آن فرصت نفوذ و تغذيه آبخوان را فراهم کرده و آب را در لابلاي آبرفت‌هاي درشت‌دانه و به دور از طبيعت خشن و گرم مناطق کويري که تبخير آب را موجب مي‌شود و به دور از عوامل آلوده کننده، نگهداري و بهره‌برداري از آن را به سهولت امکان‌پذير نمود.
1.2. ضرورت اجرا
يکي از ويژگي‌هاي اقليمي مناطق خشک و نيمه‌خشک، علاوه بر کمي نزولات جوي، وقوع رگبارهاي شديد و کوتاه مدت مي‌باشد، که در بيشتر موارد سبب وقوع سيلاب‌هاي فراوان مي‌شود. استفاده از سيلاب‌هاي فصلي و نزولات جوي علاوه بر تغذيه سفره‌هاي آب زيرزميني سبب بهبود خواص خاک و احياء مراتع مي‌شود. به گونه‌اي که در حال حاضر در بسياري از نقاط ايران طرح‌هاي بهره‌وري از سيلاب و تغذيه آبخوان‌ها به مرحله اجرا يا بهره‌برداري درآمده است. ورود حجم زيادي از سيلاب محتوي املاح و بار معلق که اغلب داراي برخاستگاه متفاوتي از لحاظ خاک‌شناسي و زمين‌شناسي مي‌باشند، به مرور زمان سبب بروز تغييراتي در خواص مختلف خاک مي‌شود. بررسي روند اين تغييرات و اندازه‌گيري پاره‌اي از متغيرهاي خاک در طول زمان، تأثير پخش سيلاب را بر خصوصيات فيزيکي خاک مشخص مي‌نمايد. به طوري‌که نتايج حاصل از آن در ميزان نفوذپذيري خاک، نگهداشت آب در خاک، قابليت انتقال آب در خاک و غيره تأثيرگذار است. لذا به نظر مي‌آيد در طول زمان، اين پارامترها تغيير يابد. همچنين در خاک‌هاي با بافت درشت، ذرات معلق موجود در سيلاب ممکن است سبب کاهش نفوذپذيري خاک گردد. با توجه به برآيند نتايج متفاوت حاصل از پروژه‌هاي پخش سيلاب در نقاط مختلف، ضرورت دارد ميزان متوسط اين تغييرات و روند آن در طول زمان بررسي گردد و با استفاده از نتايج بررسي‌هاي به عمل آمده روش يا روش‌هاي مناسبي در جهت افزايش بهره‌وري اين طرح‌ها و ارائه پيشنهادات راهبردي مهندسي و بهينه‌سازي طراحي شبکه‌ها ارائه گردد.
1.3. هدف
از جمله اهدافي که بعد از کسب نتايج حاصله از اين طرح انتظار مي‌رود، مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:
1- تعيين ميزان کل تغييرات نفوذپذيري خاک در شبکه‌هاي پخش سيلاب در دوره‌هاي زماني طولاني مدت و کوتاه مدت.
2- تشخيص نواحي با نفوذپذيري غير متعارف(Abnormal Permeability) در عرصه پخش و تعيين علل آن(Alquhtani 1998) .
3- ارزيابي روش‌هاي مختلف اندازه‌گيري ميزان نفوذپذيري (روش‌هاي مستقيم و غير مستقيم).
4- مقايسه روش‌هاي مختلف تجزيه و تحليل داده‌ها (روش‌هاي آماري و نقشه‌اي).
5- تعيين معادله تجربي بين ميزان نفوذپذيري و شاخص‌هاي دانه‌بندي خاک در محل عرصه پخش‌سيل، که محيطي کاملاً غير يکنواخت را از نظر دانه‌بندي تشکيل مي‌دهد و آن به دليل قرار گرفتن آبرفت‌هاي درشت‌دانه در معرض سيل مي‌باشد.
6- تهيه نقشه نفوذپذيري افقي آبخوان بر اساس گراديان هيدروليکي حاکم بر آن.
7- دسته‌بندي اطلاعات جمع‌آوري شده به عنوان بانک اطلاعاتي مورد استفاده در کارهاي تحقيقاتي و اجرايي آتي.
8- از آنجايي که در اکثر پروژه‌هاي آبخيزداري مخصوصاً پروژه‌هاي موضوعي ذخيره آب، مشکل رسوب و پيرو آن کاهش ميزان نفوذپذيري مطرح مي‌باشد، لذا تعيين نرخ تغييرات نفوذپذيري خاک در شبکه‌هاي پخش سيلاب و مقايسه کلي آن با پروژه‌هاي مشابه مي‌توان در انتخاب و پياده نمودن نوع خاص پروژه اجرايي ويژه هر منطقه تصميم‌گيري نمود.
9- با تعيين روند تغييرات بدست آمده کارآيي پخش سيلاب‌ها مهمترين موضوعاتي که در دهه اخير به دليل اهميت منابع آبي، فکر سياستمداران را به خود مشغول نموده است کاملاً آشکار گشته و راه‌کارهاي مناسب جهت بهره‌وري بهتر از اين پروژه‌هاي نوين ارائه خواهد گشت.
1.4. تعريف نفوذپذيري
نفوذپذيري گوياي توانايي محيط متخلخل مواد زمين (خاک و سنگ) در عبور دادن سيال مي‌باشد. اين عامل مربوط به محيط متخلخل دانه‌اي (Porous Medium) است و
