پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، ایالات متحده، ضریب همبستگی

دانلود پایان نامه ارشد

نفوذ پذیری زمین در قسمت بالا دست سد، (شکل 3.2)، در مناطقی که خاک نفوذ ناپذیر مثل رس وجود دارد، می توان از جت آب به منظور شستشوی ریز دانه ها استفاده کرد (Matsuo, 1975). با خارج شدن ریز دانه ها در بالا دست سد می توان ظرفیت ذخیره آب را در بالا دست سد افزایش داد.

شکل 3.2 استفاده از جت آب برای بالا بردن نفوذ پذیری در بالا دست سد
(Matsuo, 1975)

خاکریز رسی (Clay dike) در شکل 4.2 نشان داده شده است. استفاده از خاکریز رسی در آبخوان های نفوذپذیر با عمق محدود نظیر بستر رودخانه های ماسه ای مناسب می باشد. مزیت خاک های رس دار این است که باعث کاهش نفوذ ناپذیری لایه های نفوذ پذیر آبخوان و کاهش هزینه های حمل مصالح به منظور آببندی لایه ها، به محل اجرای پروژه می شود. خاکریز رسی باید به صورت لایه ای ساخته و هر لایه کاملا متراکم شود. برای جلوگیری از فرسایش خاکریز رسی می توان از صفحه های پلاستیکی استفاده کرد.

شکل 4.2 خاکریز رسی (Nilsson, 1988)
سدهای بتنی پیچیدگی های بیشتری نسبت به خاکریز رسی دارند. این پیچیدگی ها عبارتند از: بررسی های آزمایشگاهی، قالب بندی و در دسترس بودن مصالح نظیر شن و ماسه.

شکل 5.2 سد بتنی (Nilsson, 1988)

سدهای سنگی (Stone Masonary Dam)، که در شکل 6.2 نشان داده شده است، مانند سدهای بتنی باید آزمایش های لازم بر روی مصالح مورد نیاز برای ساخت انجام شود. سدهای بتنی مسلح بوسیله میلگرد یا شبکه سیمی (Wire Mesh)، به منظور افزایش مقاومت سازه در برابر بارهای وارده نظیر فشار هیدرواستاتیک آب و فشار خاک، مسلح می گردند. همچنین این سد باید بوسیله مهار(Anchor)، به سنگ بستر مهار شوند. در استفاده از این سد باید هزینه های قالب بندی و مصالح بکار رفته در حد معقولی باشد، تا استفاده از این سد اقتصادی باشد (شکل 7.2).

شکل 6.2 سد سنگی Stone Masonary Dam (Nilsson, 1988)

شکل 7.2 سد بتنی مسلح (Nilsson, 1988)

آجر یکی از مصالح در دسترس می باشد که به سادگی ساخته می شود و اگر در ساخت بدنه سد از آن شود می تواند دیوار آبندی را بوجود آورد که این از مزیت های سدهای زیرزمینی آجری می باشد. ولی استفاده از این نوع سد زیرزمینی بسیار هزینه بر هستند و از نظر پایداری نیز مشکل دارد، زیرا تخمین مقاومت سد آجری بسیار مشکل و در شرایط مختلف متفاوت می باشد. صفحات نازک برای ساخت سد شامل مواد نفوذ ناپذیری مانند صفحات قیری (Tarred Felt) یا پلی اتیلن می باشد که برای ساخت دیوارهای آبند برای ذخیره سازی آب اقتصادی می باشند (شکل 8.2). البته نصب و سوار کردن صفحات به قالب های چوبی چالش برانگیز است زیرا اگر در طی فرآیند نصب شکاف یا درز کوچکی بوجود آید، باعث بوجود آمدن نشت از بدنه و در نتیجه در اثر فشار هیدرواستاتیک آب از نقطه ضعف خود دچار شکستگی و تخریب می شوند. اگر در ساخت سد از مواد پلاستیکی استفاده شود، باید این مواد در برابر دمای بالای آب زیرزمینی و میکروارگانیسم های موجود در خاک مقاوم باشند.

شکل 8.2 صفحه پلاستیکی یا Tarred Felt (Nilsson, 1988)
برای ساخت یک دیوار آببند از مواد دیگری نظیر صفحات فلزی، صفحات آهنی موج دار و PVC نیز می توان استفاده کرد. برای اجرای صفحات فلزی جوشکاری، مهارت جوشکار و اطمینان از آبند بودن سد دارای اهمیت می باشد. در شکل 9.2 نمونه ای از صفحات تزریقی (Injection screen of bentonite, grout, etc) نشان داده شده است. از این نمونه برای ذخیره سازی آب در آبخوانهای بزرگ یا عمیق ( Deep-Seated Aquifer) در شمال آفریقا، ژاپن و در اروپا و آمریکا به منظور محافظت آب شرب از آلودگی ها مورد استفاده قرار گرفته است (Nilsson , 1988). نمونه دیگر استفاده از این نوع سد برای جلوگیری از ورود آب شور به منابع آب شیرین در Cesme ترکیه می باشد(Sargin, 2003) .

شکل 9.2 صفحات تزریقی(Nilsson, 1988)

استفاده از گروت مسلح برای افزایش مقاومت فشاری دیوار آبند می تواند موثر باشد. در جدول شماره 1.2 نسبت اختلاط نشان داده شده. در گروت مسلح از Steel Fiber ، 13 میلیمتری برای مسلح کردن گروت استفاده می شود. نتایج آزمایشات مقاومت فشاری نشان می دهدکه با افزودن Silica، به میزان 10 تا 40 درصد، مقاومت فشاری گروت مسلح به میزان قابل قبولی افزایش می یابد.

جدول1.2 نسبت اختلاط Cement Sand Grout (Bernd, 2010)

جدول 2 .2 نتایج آنالیز الک Silica Sand (Bernd, 2010)

ارتفاع متوسط سدهای مدفون در جدول 3.2 توسط Nilsson در سال 1988 ارائه شده است.

جدول 2 .3 ارتفاع متوسط سد

در یک آبخوان محصور با ضخامت لایه تراوای H، اگر یک سد زیرزمینی به عمق D، ساخته شود در حالت جریان دو بعدی که دستگاه مختصات به صورت (x,z) می باشد، با فرض این که نرخ تغذیه آبخوان به طور ثابت برابر با Q، باشد می توان از معادله 1.2 برای بیان رابطه کمی بین عمق سد زیرزمینی و سطح آب زیرزمینی استفاده کرد. در این رابطه صفحه (x,z) تبدیل به صفحه () شده است (Matsuo, 1975).
1.2

، بیانگر تابع جریان، ، تابع پتانسیل و I ،گرادیان سطح آب قبل از ساخت سد می باشد.

رابطه میان و افزایش سطح آب زیرزمینی پس از ساخت سد، در بالا دست سد در x=0 (در محل سد) و (در فاصله بی نهایت از سد ) به فرم زیر بیان شد (Matsuo, 1975).
a2.2
b2.2
تاج سد زیرزمینی معمولا در عمقی از سطح زمین قرار می گیرد که مانع از آبگرفتگی در سطح زمین شود. برای استخراج آب ذخیره شده در مخزن سدهای زیرزمینی می توان از چاه استفاده نمود. در آبخوان ها با نفوذ پذیری پایین می توان از یک سری چاه با قطر بزرگ یا مجموعه ای از Chambers، برای پمپاژ استفاده کرد (Yilmaz, 2003). زمانی که شرایط توپوگرافی محل اجرای سد اجازه دهد می توان استحصال آب از مخزن سد زیرزمینی به صورت وزنی باشد.

1.1.2 روش طراحی برای آرایش تعداد زیادی از چاه های پمپاژ
در مناطقی که سد زیرزمینی در سنگ های آهکی Ryukyu، ساخته شده اند، در زمان بارندگی حفراتی با قطرهای مختلف ناشی از نفوذ باران در سنگ های آهکی بوجود می آید. در حین نفوذ آب باران به همراه خاک در سنگ های آهکی قطور، خاک مزاحم1 که رس نفوذ کننده (Infiltrated Clay) نامیده می شود باعث بسته شدن حفرات در سنگ آهک می گردد که این امر ضریب آبگذری2 را کاهش می دهد. نرخ کاهش ضریب آبگذری سنگ های آهکی در این حالت بین تا سنگ آهک اولیه، بسته به حجم رس نفوذ کننده، در نوسان است. با توجه به اثر رس نفوذ کننده می توان به عنوان مثال نشان داد که برای یک چاه با آبدهی 100 متر مکعب در روز غیر عادی نیست که تنها چند متر دورتر از یک چاه با آبدهی 2000 متر مکعب در روز قرار گیرد. بنابراین اگر چاه ها بدون توجه به رس نفوذ کننده آرایش شوند، آبگیری مورد نیاز برای طرح به میزان قابل توجه ای کاهش می یابد. رابطه میان میزان رس نفوذ کننده و ضریب آبگذاری بر اساس اطلاعات گمانه ها و آزمایشات پمپاژ در 48 نقطه از حوضه آبریز سد زیرزمینی ساناگاوا و درجه نفوذ رس در حفرات سنگ آهک با توجه به اطلاعات حاصل از گمانه زنی ها و ضریب آبگذری با توجه به آزمایشات پمپاژ بدست آمده است. شکل 10.2 رابطه بین میزان رس نفوذ کننده و ضریب آبگذری را نشان می دهد این رابطه نشان دهنده یک همبستگی معکوس با ضریب همبستگی R=0.69، می باشد.

شکل 10.2 رابطه میان میزان رس نفوذ کننده و ضریب آبگذری در حوضه آبریز سد زیرزمینی Sunagawa (Ishida et al., 2003)

با توجه به توزیع نفوذپذیری بدست آمده جریان آب های زیرزمینی توسط روش های عددی، شبیه سازی گردید و آرایش چاه ها نیز در حوضه آبریز سد زیرزمینی ساناگاوا بدست آمد. تمام چاه هایی که با توجه به رس نفوذ کننده جانمایی و توزیع نفوذپذیری جانمایی شده اند حداقل قادر به تامین آب مورد نیاز در حدود 2000 متر مکعب در روز می باشند. مطالب بیشتر در مورد جانمایی محل چاه های برداشت در حوضه آبریز سد زیرزمینی ساناگاوا در فصل 4 ارایه شده است.

2 .2 سدهای نیمه مد فون Sand Storage Dam

همانطور که در قسمت 1.1 اشاره شد، با ساخت یک دیوار نفوذ ناپذیر تا ارتفاع بالاتری از سطح زمین علاوه بر داشتن یک مخزن زیرزمینی، یک مخزن سطحی نیز در مسیر رودخانه می توان احداث کرد. این سد با گذشت زمان قادر به جمع آوری رسوبات در طی سیلاب و فصول بارندگی می باشد.

شکل 11.2 مقطع سد Sand storage (Nilsson, 1988)

در این نوع سد، سیلاب در طی فصول مختلف بارندگی در رسوبات درشت دانه مانند ماسه و شن نفوذ می کند و باعث تغذیه مخازن سطحی و زیر سطحی آبخوان مصنوعی می شود. ارتفاع سدهای نیمه مدفون معمولا بین 1 تا 6 متر می باشد (Nilsson ,1988). از مزیت های این نوع سد می توان به تبخیر کم آب در مناطق نیمه خشک مانند جنوب غرب آفریقا و کیفیت مناسب آب مصرفی به علت وجود فیلتر مناسبی مانند ماسه اشاره کرد. به علت آن که نمی توان از انباشته شدن ریز دانه ها در پشت سد جلوگیری کرد، این امر باعث بوجود آمدن یک لایه نفوذ ناپذیر در بالا دست سد می شود که این لایه تاثیر نامطلوبی بر عملکرد سد دارد و می توان این موضوع را به عنوان یک مشکل برشمرد. این نوع سد سابقه تاریخی طولانی در آفریقا و خاورمیانه دارد همچنین در جنوب غرب ایالات متحده و شمال مکزیک نیز مورد استفاده قرار گرفته است. دیگر نام های سدهای نیمه مدفون عبارتند از: Desert water tank , Sponge Trap dam (Wipplinger, 1974). برای افزایش کارایی سدهای نیمه مدفون، این سدها در آبگذرها Gullies، یا تنگه ها Stream valleys، که وضعیت زمین شناختی مناسبی برای حمل درشت دانه ها نظیر ماسه و شن داشته باشند ساخته می شوند(شکل 12.2).

شکل 12.2 موقعیت مناسب برای احداث سد نیمه مدفون در تنگ شدگی تنگه
(Van Haveren, 2004 )
همان طور که در شکل 12.2 نشان داده شد، بهترین موقعیت برای ساخت سدهای نیمه مدفون در ناحیه بیرون زدگی سنگ ها Rock Outcropping، و در جایی که عمق سنگ بستر کم باشد، می باشد (Van Haveren, 2004 ). به علت تاثیر جاذبه ملکولی، اثر موئینگی و تبخیر حجم آب ذخیره شده در پشت سدهای نیمه مدفون با مقدار آب قابل برداشت در محیط ماسه ای برای مصارف خانگی متفاوت می باشد. جاذبه مولکولی باعث ایجاد یک لایه نازک بین آب و دانه های خاک می گردد که این موضوع باعث کاهش حجم استحصال آب می شود. افزایش اندازه دانه ها باعث افزایش نرخ تغذیه آبخوان مصنوعی و زهکشی سیلاب می شود. همچنین نرخ برداشت آب ذخیره شده نیز افزایش می یابد. طراحی سدهای نیمه مدفون به دو قسمت تقسیم می شود. قسمت اول شامل در نظر گرفتن اندازه سد به منظور تامین آب مورد نیاز می باشد. در این قسمت اندازه ذرات، شکل ذرات، نوع ذره و توزیع دانه بندی رسوبات انباشته شده به منظور بررسی ظرفیت آب ذخیره شده و جریان آب در محیط متخلخل، نیاز به آزمایشات صحرایی و آزمایشگاهی دارد. با توجه به این آزمایشات می توان مشخصات رسوبات انباشته شده نظیر ظرفیت ذخیره را بدست آورد. در نهایت طراح قادر به تعیین اندازه سد می باشد. در قسمت دوم جنبه های طراحی و کنترل جریان در حوضه سد که وابسته به وضعیت انباشتگی رسوبات می باشد، مد نظر قرار می گیرد. در این نوع سد در فصول مختلف بارندگی رسوبات به صورت مرحله به مرحله انباشته می شوند لذا برای استحصال آب ذخیره شده در پشت سد می توان از سیفون یا یک حفره در بدنه سد استفاده کرد. اگر از سیفون برای برداشت آب از مخزن سد استفاده شود، می توان جریان عبوری از روی تاج سد و سرعت جریان در مخزن را به راحتی مدیریت کرد. ولی استفاده از این روش از لحاظ تکنیکی دشوار و هزینه بر می باشد. به منظور محاسبه حجم رسوبات مورد نیاز برای ایجاد آبخوان مصنوعی رابطه زیر ارائه شده است (Van Haveren, 2004 ).

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره تامین کننده، ایالات متحده، کشورهای آفریقایی Next Entries پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، معیارهای طراحی، ضریب نفوذپذیری