پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، ریخت شناسی، هیدرولوژی

دانلود پایان نامه ارشد

P قرار گرفته، ساخته شود.
2-سازه سد باید قادر به ذخیره سازی آب باشد.
حجم ناخالص سازه سد (Work’s volume) عبارتست از (Forzieri et al., 2007).
1.3

P، بیانگر عمق لایه آبرفتی، S، ضخامت مقطع سد و L، عرض تنگه در محل ساخت سد می باشد. اگر مقطع سد به فرم منشوری باشد معادله 1.3 تبدیل به فرم زیر می گردد.
( Forzieri et al., 2007)
2.3

در تخمین حجم ناخالص سازه سد فرض بر این است که شیب لایه های به طرف مرکز تنگه در نظر گرفته نمی شود. با در نظر گرفتن این شیب می توان حجم سازه سد را به میزان قابل توجهی کاهش داد. حجم خالص ذخیره آب توسط سد یا پتانسیل حجم ذخیره (Vs) عبارت است، از حجم بالا دست تنگه در یک بستر آبرفتی که بوسیله مساحت موثر یا سطح اثر سد (Aall) محدود شده است. عرض موثر (Lm) آبخوان ایجاد شده از نسبت مساحت موثر آبخوان به طول آبخوان حاصل از ساخت سد بدست می آید. در نهایت حجم خالص ذخیره از رابطه زیر بدست می آید (Forzieri et al., 2007).

3.3

، Pm، عمق متوسط بستر آبرفتی می باشد.
فرض می شود که Pm، برابر با کسر ثابتی از عرض موثر آبخوان (Lm) می باشد. اگر تخلخل بستر آبرفتی راn در نظر بگیریم در این حالت حجم موثر زنده از رابطه زیر بدست می آید. (Forzieri et al., 2007)
4.3

در نهایت شاخص α به فرم زیر بدست می آید (Forzieri et al., 2007).
5.3

V، حجم سازه سد می باشد. البته در محاسبه این شاخص فاکتورهایی نظیرچیدمان لایه های سنگ بستر، مشخصات ژئوتکنیکی لایه آبرفت، رطوبت موجود در خاک محل اجرای پروژه و غیره در نظر گرفته نشده است.
شاخص ضريب تركيبي Combined Coefficient (β): تخمین کارایی سد زیرزمینی برای ذخیره سازی آب با شاخص ضريب تركيبي مشخص می گردد. در محاسبه این شاخص پارامتر هایی نظیر،P ، احتمال بارندگی در فصول تر سالی که قادر به تامین آب حجم خالصVs(eff) مخزن باشد، hi، ارتفاع ثبت شده بارندگی سالیانه و h، ارتفاع بارش، مطرح می باشد. ارتفاع بارش عبارتست از ارتفاع بارندگی که قادر به پر کردن حجم زنده مخزن باشد. این ارتفاع بر اساس آنالیز های هیدرولوژیکی منطقه بدست می آید. در محاسبه ارتفاع بارش ظرفیت جذب آب توسط خاک در نظر گرفته نشده است. همچنین خصوصیات رژیم بارندگی در کل منطقه ثابت در نظر گرفته شده است. ارتفاع بارش به صورت زیر تعریف می شود (Forzieri et al., 2007).
6.3

Aidr، بیانگر مساحت ناحیه زهکشی شده می باشد. احتمال بارندگی فصلی که قادر به پر کردن حجم خالص مخزن باشد، با توجه به آنالیز آماری بارندگی منطقه به فرم زیر تعریف می شود (Forzieri et al., 2007).

7.3

8.3
n، تعداد سایتهای مورد بررسی، Pi، احتمال بارندگی در هر سایت می باشد. در نهایت شاخص ضريب تركيبي که بیانگر حداکثر پتانسیل سازه برای ذخیره سازی آب می باشد، به فرم زیر تعریف می شود. (Forzieri et al., 2007)

9.3

این شاخص وابسته به عواملی چون جنبه های ریخت شناسی محل اجرای سد، ابعاد سازه و حجم ذخیره شده آب می باشد. در نتیجه با توجه به جنبه های هیدرولوژیکی و ریخت شناسی هر چه مقدار شاخص β بزرگتر باشد انتخاب آن محل برای اجرای سد زیر زمینی مناسبتر خواهد بود. حالات مختلفی برای شاخص های α و P، به منظور انتخاب محل برای اجرای سد وجود دارد که عبارتند از:
1-در دره های باریک و حوضه های آبریز عریض که از لحاظ هیدرولوژیکی و ریخت شناسی مناسب هستند شاخصهای α و P، دارای مقادیر بالایی هستند. در این مناطق احتمال پر شدن مخزن توسط آب زیرزمینی در فصول مختلف بالا می باشد.
2-مناطقی که از لحاظ ریخت شناسی مناسب هستند ولی از لحاظ هیدرولوژیکی نامناسب می باشند، شاخص α مقداری بزرگ ولی شاخص P مقدار کوچکی است. در این مناطق مخزن سد در فصول مختلف تغذیه نمی شود.
3-مناطقی که از لحاظ جنبه های هیدرولوژیکی مناسب هستند ولی از لحاظ ریخت شناسی مناسب نمی باشند، شاخص هیدرولوژیکی دارای مقدار بالا می باشد ولی مقدار شاخص ریخت شناسی کوچک می باشد. در این مناطق هزینه های ساخت سد برای ذخیره سازی آب بالا می باشد.
4-مناطقی که از لحاظ جنبه های هیدرولوژیکی و ریخت شناسی نامناسب هستند، مقادیر شاخصهای هیدرولوژیکی و ریخت شناسی بسیار کوچک می باشند. این مناطق برای ساخت سد مناسب نمی باشند.

فصل چهارم

بررسی نفوذ پذیری بدنه سد زیرزمینی

هزینه ساخت بدنه سد زیرزمینی به علت بالا بودن هزینه های ساخت بدنه با نفوذپذیری کم، افزایش می یابد. برای شناخت رفتار هیدرولیکی سدهای زیرزمینی از مدل های عددی استفاده می گردد. توزیع نفوذ پذیری بر اساس روش های آماری تخمین زده می شود. به منظور آنالیز آب زیرزمینی از مدل تخمینی استفاده می شود و صحت این مدل با استفاده از بررسی سطح آب زیرزمینی، توسط چاه های مشاهده ای مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین می توان موقعیت مناسب و موثر چاه های برداشت آب را بر اساس توزیع نفوذ پذیری تعیین کرد. به منظور توصیف روشهای آماری، اطلاعات بدست آمده از سد زیرزمینی ساناگاوا در ژاپن مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از اطلاعات محدود، خواص فیزیکی زمین و توزیع نفوذپذیری، سعی بر تخمین رفتار آب زیرزمینی با استفاده از روش های آماری و عددی می باشد. با استفاده از این مدل ها می توان موثرترین موقعیت برای چاه های برداشت و اقتصادی ترین موقعیت سازه سد زیرزمینی را بدست آورد. در شکل 1.4 منطقه مورد مطالعه سد زیرزمینی Sunagawa نشان داده شده است.

شکل 1.4 منطقه مورد آنالیز سد زیرزمینی
Sunagawa در Miyakojima (Teranishi et al., 2008)
1.4 روش های آماری برای تخمین توزیع نفوذپذیری

1.1.4 روش Kriging
توزیع نفوذپذیری توسط اطلاعات اندازه گیری شده و تحلیل آماری آنها با استفاده از روش Kriging، به این گونه است که، با تخمین واریانس برای یک مدل پراکندگی (کواریانسی) می توان مقدار پراکندگی اطلاعات را کاهش داد و با استفاده از توزیع مکانی Spatial distribution، می توان اطلاعات مجهول را تخمین زد. معادله آماری با استفاده از روشkriging ، برای سد زیرزمینی ساناگاوا به فرم زیر است (Teranishi et al., 2008).
1.4

، عامل توزین، (u) C، عامل کوواریانس ، ، ضریب لاگرانژ (Lagrange multiplier) ، n، تعداد نقاط اندازه گیری شده و u، بیانگر نقاط اندازه گیری شده می باشد. در معادله 1.4، سمت چپ معادله بیانگر کواریانس بین هر نقطه اندازه گیری شده می باشد. همچنین سمت راست معادله بیانگر کوواریانس بین نقاط اندازه گیری شده و موقعیت تخمین زده شده برای هر نقطه می باشد.

2.1.4 روش Variogram
زمانی که مجموع عوامل توزین در معادله 1.4 برابر با مقدار واحد باشد، ، Semivariogram، برابر با عامل کوواریانس (u) C، می باشد. بنابراین معادله در روش Variogram، به فرم زیر است (Teranishi et al., 2008).

2.4

، بیانگر Semivariogram، x، موقعیت نقاط اندازه گیری شده و h، بیانگر فاصله از بدنه سد، می باشد. Semivariogram، به معنی رابطه ای است که پارامترهای فیزیکی مختلف با فاصله از بدنه سد دارند. بر اساس مطالعات انجام شده بر روی سد زیرزمینی ساناگاوا پارامترهای فیزیکی نظیر نفوذ پذیری، تخلخل موثر و ضخامت آبخوان بر اساس توابع Semivariogram، در شکل 2.4 نشان داده شده است.

a) Thickness of aquifer

b) Permeability

c) Effective porosity

شکل 2.4 توابع Semivariogram، برای سد زیرزمینی Sunagawa
(Teranishi et al., 2008)

permeability

Effective porosity

Thickness of aquifer

شکل 3.4 توزیع خواص فیزیکی سد Sunagawa بر اساس مطالعات صحرایی در منطقه miyakojima (Teranishi et al., 2008)

با توجه به اطلاعات بدست آمده از گمانه های حفر شده در منطقه مورد مطالعه و المان بندی منطقه، نفوذپری معادل هر المان که شامل نفوذ پذیری بدنه سد K2، نیز می باشد، عبارت است از (Teranishi et al., 2008).

3.4

K1، نفوذ پذیری زمین، K2 ، نفوذپذیری بدنه سد، L1، طول المان و L2، ضخامت دیواره سد می باشد. نفوذپذیری بدنه سد زیرزمینی Sunagawa ، در نظر گرفته شده است. با استفاده از روش آماری kriging، می توان نفوذپذیری تمام المان های منطقه مورد مطالعه را تخمین زد. بر این اساس می توان معادله حاکمه جریان آب زیرزمینی را بدست آورد. زمانی که عمق آبخوان کمتر از دیگر ابعاد ناحیه مورد مطالعه باشد، می توان معادله پایه جریان را به فرم زیر نوشت (Teranishi et al., 2008).

4.4

، تخلخل موثر، k، نفوذ پذیری، D، ضخامت آبخوان، h، هد کل و ، میزان تغذیه آبخوان می باشد. حل این معادله بر اساس روش های عددی نظیر روش اجزای محدود (FEM) میسر می باشد. شرایط مرزی برای حل معادله عبارت است از مرز پایین دست به عنوان شرط مرزی هد ثابت (Sea level) و بقیه مرزها به عنوان شرط بدون جریان (No-flux) تعریف می گردد. به منظور بررسی مقدار تغذیه آبخوان و میزان تبخیر از آن می توان از مدل تانک استفاده کرد. بر اساس این مدل می توان مقدار تغذیه را بر اساس مقادیر بارندگی و تبخیر روزانه محاسبه نمود. هر تانک بیانگر لایه های مختلف می باشد. مدل تانک در شکل 4.4 نشان داده شده است. در شکل 4.4 مقدار تغذیه به صورت زیر نشان داده شده است.

(مساحت زهکشی شده) Q = (Q3+Q4) × دبی
در این مدل، Hi، بیانگر عمق آب در هر تانک، hi، پارامتر ذخیره، ai، پارامتر زهکش و Qi، بیانگر جریان خروجی از لایه بالایی به لایه پایینی می باشد.

شکل 4.4 مدل تانک (Teranishi et al., 2008)

2.4 بررسی تغییرات نفوذ پذیری بدنه سد بر عملکرد سد زیرزمینی

با توجه به اطلاعات سد زیرزمینی Sunagawa، سه الگو برای در نظر گرفتن اثر نفوذپذیری بدنه سد بر عملکرد آن در نظر گرفته شده است. در حالت اول (case 1) نفوذپذیری بدنه سد در حدود، در حالت دوم (case 2) نفوذپذیری در حدود و در حالت سوم (case 3) نفوذ پذیری با تغییرات مکانی، تغییر می کند. با در نظر گرفتن 45 دوره 10 روزه، سرعت جریان و ارتفاع سطح آب در آبخوان در نقاط C,B,A محاسبه شده است. در طرف شرق آبخوان، جریان آب زیرزمینی به طرف پایین دست بیشتر از 1 متر در هر روز و در طرف غرب آبخوان جریان کمتر از 1 متر در هر روز اندازه گیری شده است. باتوجه به مدل آماری در نظر گرفته شده ارتفاع آب در نقاط Aو B در گذر زمان افزایش می یابد و در نقطه C سطح آب چندان افزایش نمی یابد. صحت نتایج مدل با استفاده از گمانه های حفر شده و چاه های مشاهده ای در این نقاط تایید گردیده است.

شکل 5.4 تغییرات سطح آب زیرزمینی در نقاط C,B,A (Teranishi et al., 2008)
نتایج تغییرات نفوذپذیری بدنه سد و اثر آن بر ارتفاع آب ذخیره شده در آبخوان ایجاد شده در شکل 6.4 نشان داده شده است.

شکل 4 .6 تاثیر تغییرات نفوذپذیری بدنه سد بر عملکرد آن(Teranishi et al., 2008)

با توجه به شکل 6.4 می توان نتیجه گرفت که زمانی که نفوذذپذیری بدنه سد باشد آب ذخیره شده در آبخوان کافی می باشد و در این حالت سد زیرزمینی بهترین کارایی را خواهد داشت.

3.4 بررسی اثر تغییرات موقعیت چاه های برداشت بر تغییرات سطح آب زیرزمینی

در شکل 7.4 نحوه توزیع چاه های برداشت از مخزن سد زیرزمینی ساناگاوا نشان داده شده است. در این شکل چاه های برداشت به هفت گروه تقسیم شده اند. به منظور بررسی اثر تغییر موقعیت چاه های برداشت بر تغییرات سطح آب های زیرزمینی از روشFirst Order Reliability استفاده گردید و معادله زیر که بیانگر تغییرات سطح آب زیرزمینی است، بدست آمد (Teranishi et al., 2008).

5.4
، نسبت تاثیر، f، بیانگر مجموع سطح آب زیرزمینی در یک گروه از چاه های برداشت، x، موقعیت چاه های

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره کارتوگرافی، هیدرولوژی، پوشش گیاهی Next Entries پایان نامه رایگان درباره هیدرولیک، نفوذپذیری، منابع آب زیرزمینی