پایان نامه رایگان درباره هیدرولیک، نفوذپذیری، منابع آب زیرزمینی

دانلود پایان نامه ارشد

برداشت، ، نوسانات سطح آب زیرزمینی می باشد. بر اساس این رابطه، با فرض ثابت بودن نرخ برداشت از چاه ها، می توان نوسانات سطح آب های زیر زمینی را آنالیز کرد. زمانی که مقدار f زیاد باشد، کارایی چاه های برداشت افزایش می یابد. با توجه به شکل 8.4 اگر مقدار ، مثبت باشد، سطح آب زیرزمینی بر اثر تغییر موقعیت چاه های برداشت بالا می آید. افزایش سطح آب زیرزمینی به این معنی است که امکان تامین آب به صورت پایدار از چاه برداشت وجود دارد.

شکل 4 .7 توزیع چاه های برداشت از مخزن سد زیرزمینی sunagawa
(Teranishi et al., 2008)

همان طور که در شکل 5.4 نشان داده شده است گروه چاه هایی که در ناحیهHigashiyama 4، قرار گرفته اند حساسیت بیشتری نسبت به تغییر مکان چاه های برداشت داشته اند. به طوری که این چاه ها به صورت پایدار قادر به تامین آب مورد نیاز می باشند. در این منطقه نسبت تاثیر با تغییر مکان چاه های برداشت به سمت پایین دست (+dx) افزایش می یابد. این افزایش به علت پایین بودن سنگ بستر، عمق بیشتر، می باشد. بر این اساس
می توان نتیجه گرفت وقتی چاه ها در ناحیه مورد مطالعه به سمت، +dy تغییر مکان دهند، می توان به صورت پایدار آب مورد نیاز را از چاه ها برداشت کرد.

شکل 4. 8 نسبت تاثیر در ناحیه مورد مطالعه
(Teranishi et al., 2008)

4.4 تعیین ضریب هدایت هیدرولیکی بهینه سدهای زیرزمینی به منظور کنترل و کاهش جریان آلودگی از بدنه سد

سدهای زیر زمینی به عنوان یکی از راه های مناسب برای کنترل جریان آلودگی ها به طرف منابع آب های زیرزمینی در بلند مدت می باشند. مهم ترین مزیت استفاده از سد زیرزمینی با نفوذ پذیری کم، کم کردن حرکت آلودگی ها از منبع آلودگی به سمت منابع آب زیرزمینی می باشد. در این قسمت با استفاده از معادله جریان در حالت پایدار، محدوده مناسب برای ضریب نفوذ پذیری بدنه سد به منظور تعادل بین جریان Advective و Diffusive ارائه می گردد. به عنوان مثال برای TCE که یک ماده ارگانیک محلول است، ضریب انتشارموثر(De) آلودگی ارگانیکی در محیط رس دار اشباع در حدود می باشد. با توجه به این ضریب، ضریب نفوذپذیری بهینه برای بدنه سد زیرزمینی در رنج تا انتخاب می گردد (Devlin et al., 1996). در شکل 9.4 کاربرد سد زیرزمینی برای حفاظت آب زیرزمینی در برابر حرکت آلودگی ها از منبع آلودگی نشان داده شده است.

شکل 9.4 جریان Advective و Diffusive در راستای سد زیرزمینی
(Devlin et al., 1996)

پدیده Diffusion در اثر تغییر در گرادیان بین غلظت مواد آلاینده و آب بوجود می آید که تاثیر این پدیده در طراحی و ساخت سد زیرزمینی باید در نظر گرفته شود. بنابراین با در نظر گرفتن یک رنج مناسب برای ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد و دیگر پارامترها مانند نرخ پمپاژ چاه های برداشت آب از آبخوان و گرادیان هیدرولیکی در راستای سد، می توان به طراحی بهینه دست یافت.

1.4.4 رنج بهینه ضریب هدایت هیدرولیکی (k)
با در نظر گرفتن حداقل نرخ پمپاژ از آبخوان و بدون در نظر گرفتن سازه سد به عنوان حالت A،Hydraulic capture ایجاد شده توسط پمپاژ با نرخ نمی تواند از حرکت توده آلودگی (Advection) جلوگیری نماید. به عنوان حالت B، با نصب یک مانع (سد زیرزمینی ) با نفوذپذیری بسیار کم در اطراف منبع آلودگی و انحراف مسیر جریان آب زیرزمینی از منبع آلودگی می توان حرکت توده آلودگی (Advection) را نادیده گرفت. در این شرایط با در نظر گرفتن نرخ پمپاژ از چاه ها، برای ناحیه محصور شده، ناحیه Hydraulic capture بوجود می آید. جریان آلودگی ناشی از پدیده Diffusion به علت اختلاف گردایان هیدرولیکی با نرخ کنترل شده ای به سمت خارج از منبع آلودگی انتشار می یابد. در دو حالت A وB همان طور که در شکل10.4 مشخص است آلودگی از منبع آلودگی انتشار می یابد زیرا در یکی نفوذ پذیری بسیار کوچک (B) و در حالت دیگر نفوذپذیری بسیار بالا است (A). علت این است که، در حالت B، به علت آن که جریان رو به داخلAdvective، لازم بوجود نمی آید آلودگی انتشار می یابد. با انتخاب ضریب هدایت هیدرولیکی بهینه برای بدنه سد این امکان وجود دارد، که یک سیستم بهینه برای طراحی سد بدست آید. در این سیستم جریان Diffusive و Advective، در حالت تعادل قرار دارند (حالت C ). جریان کل از مجموع جریانهای Diffusion و Advective، بوجود می آید. در شکل 10.4 ناحیه E بیانگر ناحیه ای است که جریان کل به سمت خارج از ناحیه Capture Zone، می باشد و در ناحیه D جریان کل به سمت داخل ناحیه Capture Zone، می باشد.

شکل 10.4 حالتهای A,B,C ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد و بیان رابطه جریان آلودگی و ضریب هدایت هیدرولیکی بدنه سد (Devlin et al., 1996)

2.4.4 جریان آلودگی در محیط متخلخل بدنه سد
همانطور که در قسمت قبل بیان شد، دو مکانیسم اصلی در انتقال آلودگی در محیط های متخلخل عبارتند از Advective و .Diffusive زمانی که سرعت جریان آب زیرزمینی در نزدیک منبع آلودگی نسبتا بالا باشد، در این حالت Advective transport dominate رخ می دهد. ولی Diffusive transport dominate زمانی رخ می دهد که سرعت جریان آب های زیرزمینی بسیار کم باشد یا جریانی وجود نداشته باشد. جریان Advective، آلودگی ها در محیط متخلخل به فرم زیر تعریف می گردد (Devlin et al., 1996).
6.4

Ja، بیانگر جریان advective [M/(L2 t)]، c، غلظت آلودگی [M/L3]، q ، جریان دارسیDm , [L/t]، ضریب انتشار مکانیکی[L2/ t] ،، dispersivity [L] و ، تخلخل محیط اشباع می باشد. مقدار جریان Advective، بر اساس تغییر در ضریب هدایت هیدرولیکی محیط یا بر اساس گرادیان هیدرولیکی قابل کنترل است. روش کاربردی برای کاهش جریان Advective، کم کردن ضریب هدایت هیدرولیکی اطراف سد می باشد. با فرض جریان پایدار در امتداد سد و با استفاده از قانون دارسی، جریان دارسی به فرم زیر محاسبه می گردد (Devlin et al., 1996).

7.4

K، ضریب هدایت هیدرولیکی[L / t]، i، گرادیان هیدرولیکی، w، ضخامت سد[L]، h2، هد هیدرولیکی در بالا دست سد و h1، هد هیدرولیکی در پایین دست سد[L] می باشد. بر اساس توصیه انجام شده ضریب هدایت هیدرولیکی برای سدهای زیرزمینی بکار رفته برای جلوگیری از ورود آلودگی ها به منابع آب زیرزمینی نباید بیشتر از باشد، که این مقدار ضریب هدایت هیدرولیکی بهینه برای سد می باشد. در مناطقی که محیط حاوی رس باشد مکانیسم انتقال آلودگی در محیط متخلخل به صورت Diffusion، می باشد. در حالت جریان پایدار، جریانDiffusive ، در محیط اشباع و حاوی رس بر اساس قانون اول Fick به صورت زیر تعریف می گردد (Grank, 1975).

8.4

Jd، جریان Diffusive [M/L2 t]، De، ضریب انتشار موثر [L2/ t]، D0, free solution diffusion coefficient [L2/ t] ، τ ، بیانگر پیچ و خم مسیر جریان در محیط متخلخل (Tortuosity) و x، فاصله از منبع آلودگی [L] می باشد. De تابعی از محیط متخلخل و مواد محلول (Solute) می باشد.

جدول 1.4 مقادیر مختلف De برای محیط های متخلخل مختلف (Devlin et al., 1996)

مقدار، به صورت نسبت Deبر D0 تعریف می گردد و مقدار آن بر اساس تاثیری که اثر محیط متخلخل بر پدیده Diffusion دارد، بین 0 تا 1 انتخاب می گردد. محققان زیادی مقادیر مختلفی برای ، پیشنهاد کردند. به عنوان مثال Freez & Cherry در سال 1979، مقدار ، را 01/0تا 5/0 پیشنهاد کردند. Johnsan و همکاران در سال 1989 این مقدار را 2/0 تا 33/0ارائه کردند. بر اساس جنس محیط متخلخل Daniel و Shackleford در سال 1991 ، مقدار ، را برای رس Lufkin ، 24/0 و برای کائولینیت بین 24/0تا 53/0 پیشنهاد کردند. مقدار معمول برای تخلخل موثر رس ها در محدوده 33/0تا 52/0قرار دارد (Van Rees et al., 1991). معادله کلی مورد استفاده برای توصیف کل جریان پایدار آلودگی در محیط های متخلخل (Jt) ناشی از Advection، Diffusion و گرادیان هیدرولیکی به صورت معادله زیر نوشته می شود (Devlin et al., 1996).
9.4

معادله 9.4 بر اساس جریان Dispersive و Advective تبدیل به فرم زیر می شود (Devlin et al., 1996) .
10.4

به منظور محاسبه غلظت آلایند محلول می توان معادله 10.4 را برابر با صفر قرار داد و با تعریف V ، سرعت خطی متوسط جریان آب زیرزمینی به صورت، معادله فوق به فرم زیر تبدیل می شود (Devlin et al., 1996).

11.4

با انتگرال گیری از طرفین معادله فوق به معادله زیر می رسیم:
12.4

C0، غلظت مواد آلاینده محلول در داخل بدنه سد [M/L3]، C، غلظت مواد آلاینده در خارج از بدنه سد [M/L3] می باشد. در نواحی D و B، رنج سرعت خطی متوسط جریان آب زیرزمینی در محدوده ، قرار دارد و این موضوع در شکل 10.4 نشان داده شده است. زمانی که سرعت V، تقریبا برابر با صفر باشد پدیده Diffusion و Advection در یک راستا رخ می دهد (ناحیه A در شکل 10.4). اگر باشد، پدیده غالب در این حالت Advection خواهد بود و در بدنه سد پدیدهDiffusion رخ نخواهد داد (ناحیه E در شکل 10.4). وقتی باشد، جریان های Advective و Diffusive، در حالت تعادل قرار داد و جریان کل در بدنه سد صفر خواهد بود. این حالت در شکل 10.4 به صورت یک خط جدا کننده بین دو ناحیه E وD، نشان داده شده است. از معادله 12.4 می توان روابط گوناگونی در رابطه با طراحی سد و رفتار سد استخراج کرد. به عنوان مثال برای محاسبه ضخامت لازم برای بدنه سد به منظور جلوگیری از عبور آلودگی از بدنه می توان از رابطه زیر استفاده کرد.
(Devlin et al., 1996).
13.4
14.4

با ترکیب معادلات 13.4 و 14.4 می توان گرادیان هیدرولیکی لازم برای غلبه بر جریان Diffusive، مواد آلاینده از بدنه سد، مانند آنچه که در شکل 9.4 نشان داده شده است، را به فرم زیر محاسبه کرد (Devlin et al., 1996).

15.4

مشاهده می شود که مقدار گرادیان هیدرولیکی به نسبت وابسته است.

3.4.4 تخمین حد پایین ضریب هدایت هیدرولیکی در محیط متخلخل بدنه سد زیرزمینی
با توجه به معادله 15.4 می توان نمودارهای مربوط به وابستگی گرادیان هیدرولیکی به نسبت در بدنه سد زیرزمینی را رسم کرد. بدین منظور با فرض ضخامت بدنه 1 متر برای سد و با در نظر گرفتن 2 حالت مختلف برای مقدار ضریب انتشار موثر De، می توان این نمودارها را رسم کرد. در حالت اول ، و در حالت دوم، در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن ضخامت آبخوان به ارتفاع 4متر، آلودگی از نوع Trichloroethene، C=0.005 mg/L ، C0=1100 mg/L و گرادیان هیدرولیکی مقدار ثابت ، دو حالت اشاره شده بررسی گردید. در حالت اول، وقتی ضریب هدایت هیدرولیکی بالاترین حد ممکن، ، باشد جریان های Diffusive و Advective، در حالت تعادل هستند. اگر گرادیان ثابت نگه داشته شود و ضریب نفوذپذیری سد کاهش یابد () ، جریان رو به خارج آلودگی Diffusive Flux، افزایش می یابد. در این حالت مقدار غلظت مواد آلاینده در خارج از بدنه سد افزایش پیدا می کند و مقداری در حدود C=0.3، در حالت جریان پایدار پیدا می کند. به منظور کاهش غلظت در وجه خارجی سد و ثابت نگه داشتن نسبت غلظت مجاز در حدود ، گرادیان هیدرولیکی باید باشد. اگر ضریب هدایت هیدرولیکی به کاهش یابد، گرادیان هیدرولیکی باید مقدار6/4 انتخاب شود. علت در نظر گرفتن این مقدار این است که از افزایش غلظت درجه خارجی بدنه سد جلوگیری شود. این گرادیان هیدرولیکی بزرگ از لحاظ عملی غیر ممکن است. پس می توان نتیجه گرفت که حالت 1 مناسب نمی

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره نفوذپذیری، ریخت شناسی، هیدرولوژی Next Entries پایان نامه رایگان درباره هیدرولیک، شبیه سازی، دانه بندی