دانلود مقاله افزایش سطح کویرها و کاهش کیفیت آب و خاک با فرمت ورد ودر 65 صفحه قابل ویرایش

فهرست مطالب صفحه

 

فصل اول : مقدمه 5

فصل دوم : روش کار 7

بخش اول : سوابق تحقیق 8

1-1- مطالعات موردی 8

1-2- تداخل آب شور و شیرین در سفره های ساحلی 8

1-2-1- مخروط بالا آمده آب شور و نحوه کنترل آن 10

1-2-2- رابطه گیبن – هرزبرگ بین آبهای شور و شیرین 13

1-2-3- طول گاوه آب نافذ دریا 14

بخش دوم : ویژگیهای آبخیز گرمسار 16

2-1- ویژگیهای دشت 16

2-2- اقلیم دشت 16

2-3- زمین شناسی دشت 17

2-4- زمین شناسی بالا دست حوزه 18

2-5- نگرشی کلی بر رودخانه حبله رود 20

2-6- دبی مواد محلول و جامد رودخانه حبله رود 20

2-7- سرشاخه های حبله رود 21

2-8- منشا نمکهای منطقه 23

 

بخش سوم : مواد و روشها 25

3-1- آمار و اطلاعات مربوط به آبهای زیر زمینی 25

3-2- آمار و اطلاعات مربوط به زمین شناسی حوزه بالا دست 26

3-3- اطلاعات مربوط به زهکشی 27

 

بخش چهارم : بررسی علل شور شدن خاکهای دشت گرمسار 28

4-1- آبهای زیر زمینی 28

4-1-1- بیلان آبی دشت 28

4-1-2- بررسی میزان آفت و کسری آبخانه دشت از سال 79 تا 82 31

4-1-3- تاثیر شیمیایی پمپاژ بیش از حد مجاز بر کیفیت آب زیرزمینی گرمسار 32

4-1-4- قابلیت آبگذاری دشت گرمسار 40

4-1-5- بررسی میزان شوری آب چاها 40

4-1-6- طبقه بندی آبهای زیرزمینی گرمسار 42

4-1-7- راههای جلوگیری از پیشروی آب شور به داخل سفره آب شیرین 42

4-2- زمین شناسی بالادست 43

4-2-1- کیفیت شیمیایی آب حبله رود 43

4-3- عدم زهکشی و یا زهکشی ناکارآمد و تایید این مساله در افزایش شوری خاک دشت 44

فصل سوم : نتایج بحث 47

فصل چهارم : پیشنهادات 51

فصل پنجم : نتیجه گیری 54

فصل ششم: منابع 56

 

 

فهرست جدولها صحفه

 

شماره 1- میزان نمک آب حبله رود در دو ماه کم و پر آب 21

شماره 2- آمار منابع آبی دشت گرمسار از سال 79 تا 84 30

شماره 3- تغییرات سالیانه پیزومترهای دشت ، سال آبی 80 – 79 33

شماره 4- تغییرات سالیانه پیزومترهای دشت ، سال آبی 81 – 80 35

شماره 5- تغییرات سالیانه پیزومترهای دشت سال آبی 82 – 81 37

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکلها صفحه

 

شماره 1- جهت جریان آب در منطقه آب شیرین ، شور و حد وسط 9

شماره 2- مخروط بالا آمده آب شور 10

شماره 3- اثر پمپاژ در تشکیل مخروط بالا آمده 13

شماره 4- رابطه شوری آب چاه و میزان پمپاژ 13

شماره 5- عمق مرز بین آب شور و شیرین 14

شماره 6- طول گاوه آب نافذ دریا در زیر آب شیرین 15

شماره 7- منحنی افت و کسری مخزن دشت از 79 تا 82 39

 

 مقدمه :

افزایش سطح کویرها و کاهش کیفیت آب و خاک یکی از مهمترین معضلات چند دهه ی اخیر است افزایش جمعیت دنیا و به تبع آن افزایش احتیاج به مواد غذایی باعث رویکرد انسان به کشاورزی شده و در این راستا ، تبدیل اراضی به زمین های کشاورزی بدون در نظر گرفتن مسائل مربوط به آن در بسیاری از مناطق دنیا باعث بروز بحران شده است که یکی از آنها همین پیشروی کویرهاست (9) کویر به جائی گفته می شود که در اثر افزایش محلولهای نمک در سطح خاک ، قابلیت تولید خاک کاهش می یابد و در نهایت به کلی از بین می رود به بیان دیگر محل تولید غذای انسان تخریب می شود حفظ کیفیت آب و خاک بدلایل ذکر شده یکی از اصلی ترین وظایف انسان در حال حاضر است زیرا نه تنها نسل حاضر در معرض خطر قرار می گیرند ، بلکه نسلهای آینده نیز از خطر ایجاد شده مصون نخواهند ماند

در کشور ایران با توجه به قرار گرفتن در موقعیت جغرافیائی خاص ( وقوع در عرض جغرافیایی30 درجه که کمربندی از مناطق بیابانی در روی زمین را شامل می شود ) اهمیت این مسأله دو چندان می شود کشور ما دارای میانگین بارندگی سالیانه ای بسیار پائین تر از میانگین بارندگی دنیاست ( حدود 3/1 ) و همین مقدار بارندگی نیز پراکنش منظومی چه از نظر مکانی و چه در زمانهای مختلف سال ندارد لذا باید برای استفاده ی بهینه از منابع آبی موجود حداکثر توجه ( علمی – کاربردی ) اعمال شود منطقه ی گرمسار نیز که به عنوان محلّ مورد بررسی انتخاب شد دارای خصوصیات جغرافیایی خاصی است از یک طرف در قسمت شمالی چسبیده به البرز مرکزی و ارتفاعات آن است و از طرفی در طرف جنوب متصل به بزرگترین کویر ایران ( کویر مرکزی ) است (17) که هرگونه استفاده ی نادرست از منابع آبی زیر زمینی این منطقه ، امکان گسترش کویر را بطرف مناطق شمالی ، بیشتر می کند

در این منطقه در بسیاری از مناطق جنوبی دشت ، به علت کاهش عملکرد محصول در اثر کاهش کیفیت خاک ، زمین ها رها شده و با حفر چاه در دیگر مکانها ، اراضی جدیدی تحت شخم قرار گرفتند یعنی با در نظر نگرفتن توان اکولوژیکی منطقه ، باعث تشدید عمل بیابان زایی در منطقه شده است لذا با تعیین هدفهای تحت بررسی ، امکان جلوگیری از پیشرفت کویر در دیگر مناطق مورد بحث قرار خواهد گرفت تا راه حل هایی مناسب برای این مسأله تشخیص داده شوند

 

 

 

 

سرابق تحقیق :

1-1- مطالعات موردی :

در سال 1370 سمیناری تحت عنوان بررسی علل شوری آبهای تحت الارضی و راه های جلوگیری آن در منطقه ی شرق دریاچه ی ارومیه تشکیل و مقالاتی در این مورد ارائه شد پایان نامه ای توسط اصغر طهماسبی در سال 1377 در مورد نقش سازنده های شور جهت گسترش بیابان در حوضه ی رودخانه ی اشتهارد انجام شد

زمین شناسی منطقه ی گرمسار: گسترش وسیع سازند قم در حوزه ی ایران مرکزی و ذخائر محدود نفتی در آن ، سبب گشته که این سازنده از دیرباز مورد توجه باشد در مورد زمین شناسی دشت گرمسار افراد چون Huber, et al (1960), Kalhor, Huber (1966) (3) مطالعاتی داشته اند

مطالعه ای تحت عنوان بیابان زائی ناشی از ویژگیهای زمین شناسی ایران ، مطالعه ی موردی ( گنبدهای نمکی ) در حوزه ی آبخیز حبله رود انجام شد و نقش این گنبدها در کاهش کیفیت آب حبله رود مورد بررسی قرار گرفت

نیز مطالعاتی توسط سازمان جهانی FAO با همکاری سازمان های ذیربط در مورد آمایش سرزمین حوضه ی دشت گرمسار در حال اجراست و این طرح در حال سپری کردن مطالعات مقدماتی است

در مورد شکل و حالت جبهه های آب شور و شیرین در مناطق ساحلی و نحوه ی تغییرات آنها مطالعاتی توسط دو دانشمند به نام های گیبن و هرزبرگ انجام شد این مطالعات در واقع نشان دهنده ی پمپاژ و مسائل مربوط به آن و تأثیرش در تغییرات تعادل دو جبهه ی آب و تغییر کیفیت آبهاست این مطالعات بصورت تفصیلی در ادامه می آید در واقع به کمک فرمولهای ارائه شده می شود بهترین میزان پمپاژ چاه ها را بدست آورد

1-2- تداخل آب شور و شیرین در سفره های ساحلی :

در محل خروجی آبهای زیر زمینی منتهی به اقیانوسها ، دریاها و دریاچه ها که میزان املاح آنها بالاست و دو سیال با جرم مخصوص متفاوت باعث ایجاد فصل مشترک بین آبهای شور و شیرین شده که آب شور بعلت جرم مخصوص بیشتر در پائین قرار گرفته و آب شیرین در قسمت بالا قرار می گیرد و از بالای این سطح مشترک ، آب زیر زمینی تخیله میگردد شکل و حرکت این سطح مشترک ، بستگی به تعادل هیدرودینامیک آبهای شور و شیرین دارد عوامل مؤثر در ضخامت و جابه جائی فصل مشترک عبارتند از : مقدار و غلظت شوری سفره ی شور ، بهربرداری از سفره ( پمپاژ ) و جزر و مد

اگر بدلایلی مثل پمپاژ ، بارهیدرولیکی فصل مشترک کاهش یابد ( کاهش ضخامت آّب شیرین )، هجوم پیشروی آب شور به لایه ی آبدار شیرین بوجود خواهد آمد ، در نتیجه بهربرداری از آبهای زیر زمینی در نواحی ساحلی از اهمیت و حساسیت ویژه ای بر خوردار است اگر آب شور از دریا به حوضه ی چاه ها برسد ، منابع آب زیر زمینی غیر قابل استفاده می گردند بعلاوه ، چون لایه ی آبدار بوسیله ی نمک آلوده میشود ، شاید سالها وقت لازم باشد که بتوان با آب زیر زمینی شیرین کافی موجود ، اثرات آب شور را شستشو داد و بیرون راند

بین دو مایع مخلوط نشدنی که در مجاور هم می باشند ، اصطلاح سطح مشترک به کار می رود اما با توجه به اینکه آب شور و شیرین دو مایع مخلوط شدنی و قابل امتزاج در هم می باشند ، به جای سطح مشترک بین آنها ، اصطلاح Tranoataon یعنی منطقه ای که دارای ضخامت محدود بوده و از لحاظ و سایر مشخصات حد واسط منطقه زیرین ( آب شور ) و منطقه ی فوقانی ( آب شیرین ) می باشد ، به کار می رود شکل شماره ی 1 جهت جریان آب در سه منطقه را نشان می دهد :

 

 

1-2-1- مخروط بالا آمده آب شور و نحوه ی کنترل آن :

در بهره برداری آبهای زیر زمینی وقتی طبقات آبدار شامل یک لایه ی زیرین از آب شور و آب شیرین بخش بالائی توسط چاه پمپاژ شود ، یک بالا آمدگی محلی و موضعی در سطح مشترک به وجود می آید که به این پدیده مخروط بالا آمده ی آب شور گویند با توجه به شکل شماره ی 2 در شروع پمپاژ (t₌t) سطح مشترک افقی بوده ( بالا آمدگی آب شور وجود ندارد ) و با ادامه پمپاژ به علت کاهش بار هیدرولیکی فصل مشترک بصورت متوالی بالا آمده و سرانجام می تواند به چاه برسد:

این امر بسیار خطرناک بوده و ممکن است منجر به غیر قابل استفاده شدن چاه گردد با قطع پمپاژ مخروط بالا آمده فروکش کرده و به حالت اولیه بر می گردد مخروط بالا آمده پدیده ی پیچیده ای است که در سالهای اخیر تحقیقات مربوط به آن ادامه یافته تا در طرح چاه ها و بهر برداری از آب شیرین بالای آب شور معیار و رابطه ای پیدا کند

پارامترهای مهم در این رابطه عبارتند از :

1- تعیین محل مناسب چاه

2- عمق چاه

3- فاصله ی چاه ها از هم

4- میزان پمپاژ و دبی لحظه ای چاه

5- ضخامت آب شیرین و عمق فصل مشترک

6- اختلاف وزن مخصوص آب شور و شیرین

7- تداوم پمپاژ

8- فاصله ی کف چاه از سطح مشترک در شرایط هیدرواستاتیک

یعنی با رعایت پارامترهای ذکر شده در طراحی و بهره برداری از چاه ، اختلاط آب شور و شیرین به حداقل خود می رسد با روش تحلیلی و بر اساس فرضیات دو پوئی و رابطه ی گیبن هرزبرگ مقدار بالا آمدگی مخروط آب شور در زیر چاه از رابطه ی زیر بدست می آید :

P :: : اختلاف وزن مخصوص آب شور و شیرین

PF : وزن مخصوص آب شیرین

Q : دبی پمپاژ

K : ضریب نفوذپذیری

d : فاصله ی کف چاه از سطح مشترک در حالت هیدرواستاتیکی

تجربه استفاده از مدلهای هیدرولیکی نشان داده که :

1- از این رابطه تا زمانی که مقدار بالا آمدگی مخروط آب شور از حالت بحرانی تجاوز نکرده می توان استفاده کرد

2- وقوع حالت بحرانی مخروط بالا آمده آب شور مستقیماً بادبی پمپاژ مناسب است

3- اگر بالا آمدگی مخروط آب شور از مقدار بحرانی تجاوز کند موجب تسریع در رسیدن مخروط آب شور غلیظ به چاه خواهد شد

4- اگر مقدار z/d تا 3/0 الی 5/0 باشد ، بالا آمدگی بحرانی صورت خواهد گرفت بنابراین قبول حد بالائی z/d یعنی 5/0 = z/d یا z< d/2 میزان دی ماکزیمم مجاز بدون ورود نمک به چاه طبق رابطه ی زیر خواهد بود:

Q_max= d²k ( P/PF )

اما چون در منطقه ی Transitanzone تغییرات سالنته ی شوری تدریجی است ، بطوریکه در قسمت بالائی زون مقدار P به سمت صفر میل می کند 0) P ( در نتیجه حد محدودی برای مقدار بالا آمدگی زون (T-Z) نمی توان قائل شد این امر باعث خواهد شد که حتی با رعایت دبی ماکزیمم مجاز لحظه ای با افزایش طول زمان پمپاژ مقدار کمی آب شور ( آب شور با شوری پائین ) به چاه وارد شود ، به عبارت دیگر چون تغییرات میزان شوری در این منطقه تدریجی است ، لذا این تغییرات در مخروط بالا آمده زون نیز تدریجی خواهد بود پس مخروط بالا آمده را می توان شامل تعداد زیادی مخروط جزئی تصور کرد که از داخل به خارج میزان بالا آمدگی آنها افزایش و از درجه ی شوری آنها کاسته می شود در نتیجه با رعایت دقیق پارامترهای مؤثر در طرح و بهره برداری چنین چاه هائی درصد نمکی که به چاه وارد می شود ، به حداقل رسیده ، یعنی از رسیدن مخروطهای جزئی با درصد نمک بالا به چاه جلوگیری خواهد شد

شکل شماره سه اثر پمپاژ را در تشکیل مخروط بالا آمده نشان میدهد :

شکل شماره ی چهار رابطه ی بین شوری آب چاه و میزان پمپاژ را نشان می دهد:

 

 

1-2-2- رابطه ی گیبن – هرزبرگ بین آبهای شور و شیرین :

تقریباً 50 سال پیش ، دو محقق که بطور جداگانه در سواحل اروپا کار می کردند ، متوجه شدند که در هر نقطه از یک لایه ی آبدار ساحلی ، چنانچه از شکل شماره ی 5 بر می آید ، عمیق مرز بین آب شور و شیرین ، در صورتیکه از سطح دریا اندازه گرفته شود 40 برابر اختلاف سطح آب شیرین و سطح آب دریا از آن نقطه خواهد بود علت این پدیده را تعادل ایستابی ( هیدرواستاتیک ) موجود بین دو مایع با دو چگالی متفاوت داشته اند ، معادله ای که این پدیده را نشان میدهد به معادله ی گیبن – هرز برگ معروف است (شکل 5 )

 

AP ₌ psghs

Ps چگالی آب شور ، g شتاب ثقل زمین و hs نیز در شکل مشخص است در نقطه ی B :

P_{B =} pfgh_f + p_fghs

Pf : چگالی آب شیرین است اکنون اگر دو معادله ی فوق را مساوی قرار دهیم ، معادله ی گیبن – هرز برگ بدست می آید:

 

 

چنانچه pf ₌ 1/025 گرم در سانتی متر مکعب باشد ، خواهیم داشت: hs ₌ 4hf

 

1-2-3- طول گاوه آب نافذ دریا:

همانطوریکه از رابطه ی گیبن – هرز برگ بر می آید ، در محل تقاطع یک لایه ی آبدار با دریا ، یک گاوه آب شور حتماً وجود خواهد داشت اگر فرض شود که جریان آب شیرین از لایه ی آبدار بطرف دریا باشد و مقدارش نیز در یک فوت ساحل دریا برابر q باشد به کمک قانون دارسی برای یک لایه ی آبدار بسته ( سفره ی محبوس ) رابطه ی تقریبی زیر به دست می آید : K : ضریب نفوذ پذیری است

 

که در آن pf و ps به ترتیب چگالی آبهای شیرین و شور می باشند ابعاد b و L نیز در شکل شماره ی 6 مشخص است