مقاله در مورد تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی

عنوان پروژه :
تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی
استاد راهنما :
جناب آقای مهندس خاتمی
گرد آورنده :
امین محدث فر
شماره دانشجویی :
38604973
نیمسال دوم 87-88
فهرست مطالب
فصل اول : مقدمه
1-1- منشاء آبهای زیر سطحی – نظرهای اولیه……………….. 6
1-2- وجود آبهای زیرزمینی در نقاط مختلف کره زمین……….. 8
1-3- هیدرولوژی و ژئوهیدرولوژی جدید………………………. 10
1-4- لزوم شناختن و بهره برداری بهینه آبهای زیر زمینی…… 12
فصل دوم : شناخت آبهای زیرزمینی
2-1- کلیات………………………………………………………….. 15
2-2- پیدایش آبهای زیرزمینی…………………………………….. 18
2-3- اهمیت آبهای زیرزمینی……………………………………… 18
2-4- انواع سفره های آب زیرزمینی……………………………… 19
2-5- پارامترهای فیزیکی در سازنده های آبدار………………….. 22
2-6- معادلات تعادل در جریان آب بطرف چاه ……………………. 27
2-7- اثر چاهها بر یکدیگر…………………………………………. 33
فصل سوم : اکتشاف آبهای زیر زمینی
3-1- روشهای ژئولوژیک و هیدرولوژیک………………………… 37
3-2- روشهای ژئوفیزیک سطحی…………………………………… 38
3-2-1- روش مقاومت الکتریکی…………………………………………… 38
3-2-2- روش لرزه نگاری…………………………………………………… 41
3-3- روشهای تحت الارضی…………………………………………. 49
3-3-1- حفاری آزمایشی و لوگهای زمین شناسی…………………………… 50
3-3-2-روشهای ژئوفیزیک…………………………………………………… 52
فصل چهارم : حرکت آبهای زیر زمینی
4-1-جریان یک بعدی………………………………………… 67
4-1-1- آبخانهای محبوس…………………………………………… 67
4-1-2- آبخانهای غیر محبوس……………………………………… 68
4-1-3- آبخانهای تراوش کننده………………………………… 69
4-2- جریان شعاعی در چاهها………………………………. 70
4-2-1- آبخانهای محبوس…………………………………………… 71
4-2-2- آبخانهای آزاد…………………………………………………. 73
4-2-3- آبخانهای تراوش کننده………………………………………. 77
4-3-آبخانه با تغذیه عمودی و یکنواخت………………………. 79
4-3-1- سیستم رودخانه- آبخانه……………………………………….. 79
4-3-2-سیستم چاه و آبخانه……………………………………….. 80
4-4-چاه در نزدیکی مرزهای آبخانه……………………………. 94
4-4-1- چاه در نزدیکی رودخانه………………………………………… 94
4-4-2- چاه در نزدیکی مرز غیر قابل نفوذ……………………………… 95
4-4-3- چاه در نزدیکی مرزهای دیگر…………………………………… 102
4-5- جریان به چاههای ناقص…………………………………… 103
4-6- تداخل چاهها…………………………………………………. 107
4-6-1- افت پیرامون چاههای متداخل……………………………………. 110
4-6-2- دبی چاههای متداخل(مزاحم)…………………………………….. 113
4-6-3- تاثیر بهره برداری از حوزه چاه در یک منطقه……………….. 114
فصل پنجم: بهره برداری از آبهای زیر زمینی
5-1- بهره برداری بهینه از آبهای زیر زمینی………………………. 117
5-2- پمپ ها…………………………………………………………… 123
5-2-1- ائولن ها (چرخابهای بادی)……………………………………………. 123
5-2-2- پمپ های الکتریکی……………………………………………………. 123
5-3- گزینش پمپ، آزمایش دبی………………………………………. 126
5-4- چاه عمیق………………………………………………………….. 129
5-4-1- روشهای حفاری چاه عمیق……………………………………………… 130
5-4-2- تشکیلات چاه عمیق………………………………………………………. 131
5-5- قنات…………………………………………………………………. 137
5-5-1- جریان آب بطرف قنات…………………………………………………….. 139
5-5-2- محل قنات…………………………………………………………………… 140
5-5-3- حریم قنات…………………………………………………………………… 142
5-5-4- لایروبی قنات………………………………………………………………… 143
5-6- تغذیه لایه آبدار استخراج شده……………………………………… 143
5-6-1- شعاع عمل چاهها…………………………………………………………… 144
5-6-2- بالا امدن و یا برگشت آب (جبران)………………………………………… 144
5-6-3- آزمایش با دبی ثابت………………………………………………………… 144
5-7- سدهای زیرزمینی……………………………………………………. 145
فصل ششم : تغذیه مصنوعی سفره های آب زیر زمینی
6-1- تعریف………………………………………………………………… 146
6-2- هدفهای تغذیه مصنوعی…………………………………………….. 146
6-3- لزوم تغذیه مصنوئی به منظور منابع زیر زمینی آب در مناطق خشک و نیمه خشک………………………………………………………………….. 147
6-4- اشاره ای به اصول نظری تغذیه مصنوعی………………………… 148
6-4-1- مروری بر کارهای انجام شده……………………………………………… 149
6-4-2- گزینش مکان………………………………………………………………… 153
6-4-3- منابع آبی…………………………………………………………………….. 154
6-4-4- روشهای تغذیه مصنوعی…………………………………………………… 154
6-5- استخرهای تغذیه…………………………………………………….. 155
6-6- روش ساختن استخر های تغذیه……………………………………. 158
6-7- نگهداری استخرهای تغذیه…………………………………………. 160
6-8- طراحی شبکه های گسترش سیلاب برای آبیاری وتغذیه مصنوعی. 161
6-8-1- گزینش بده……………………………………………………………………. 161
6-8-1-1- آبیاری غلات و علوفه دست کاشت……………………………………………………… 162
6-8-1-2- آبیاری سیلابی مراتع ……………………………………………………………………. 162
6-8-1-3- آبیاری سیلابی جنگلهای دست کاشت………………………………………………….. 162
6-8-1-4- تغذیه مصنوعی…………………………………………………………………………… 163
6-9- تغذیه سفره های زیرزمینی به وسیله پرکولاسیون(فرونشست)…….. 164
منابع………………………………………………………………………. 166
فصل اول : مقدمه
1-1- منشاء آبهای زیر سطحی – نظرهای اولیه
با در نظر گرفتن اهميت آب زيرزميني در تمدن شرق، اين انديشه ايجاد مي‌شود كه چرا مدارك اندكي در مورد نظريات مربوط به منشأ اين آبها وجود دارد. انديشيدن در اين مسايل توسط يوناني‌ها صورت گرفته است، ولي با وجود تفكر زيادي كه در مورد منشأ آب‌هاي زيرزميني نموده‌اند، پيشرفتي بسيار جزيي نصيبشان شده است. اين عدم موفقيت با پيشرفت غيرقابل تصوري كه در فلسفه و رياضيات نموده‌اند تعجب آميز است. يكي از علل ممكن عدم پيشرفت آنها در نظريه آب‌هاي زيرزميني، پافشاري «افلاطون» و ديگر فلاسفه بود در اينكه «فلسفه و علوم، كم و بيش از نظر آزمايش‌ها، مشاهدات واقعي و كاربردهاي عملي با يكديگر اختلاف دارند» بدين ترتيب شكافي عميق بين تجربه و نظريه به وجود آمد. اهميت پندار يوناني در مكتب علمي‌ي است كه ريشة 2000 ساله دارد. اعتبار نوشته‌هاي يوناني در مورد علوم زميني در مكتب «البرتوس ماگنوس» (1280ـ1206 ميلادي) و «توماس اگيناس» (1274ـ1225 ميلادي) در قرون وسطي (1450ـ1250 م) به اوج خود رسيد. اين اعتبار بر حال تا حدود 200 سال پيش نيز به قوت خود باقي ماند.
يوناني‌ها از وسعت زياد رودخانه‌ها در مقايسه با سيلابي كه از يك باران سنگين مشاهده مي‌شد در تعجب بودند. آن‌ها هم چنين از غارها، حفره‌ها و چشمه‌هاي بزرگ در سنگ‌هاي آهكي كه بيشتر شبه جزيرة بالكان را تشكيل مي‌دهد نيز تعجب مي‌كردند. معمول تربين بيان براي منشأ رودخانه اين بود كه رودخانه‌ها از «چشمه‌» هاي بزرگ سرچشمه مي‌گيرند و «چشمه»ها نيز به نوبة خود از رودها و يا درياچه‌هاي زيرزميني كه به طور مستقيم يا غيرمستقيم از اقيانوس‌ها تغذيه مي‌شوند، آب مي‌گيرند. اين طرز تفكر، فلاسفه اوليه علوم طبيعي را با دو مسأله روبرو مي‌كرد:
(1) چگونه آب اقيانوس شوري خود را از دست مي‌دهد؟
(2) چگونه آب اقيانوس از سطح دريا به چشمه‌هاي واقع در ارتفاعات كوه‌ها مي‌رسد؟
«تالس» (546 ـ 640 قبل از ميلاد) كه فيلسوفي «ايوني» (يونان قديم) و پيرو مكتب «ميلتوس» بود، به نام اوليه دانشمند واقعي ناميده شده است. تصور وي در اين بود كه آب توسط باد به داخل سنگ‌ها رانده شده و در اثر فشار سنگ‌ها، به طرف سطح آنها حركت كرده
و در نتيجه به صورت چشمه خارج شده است. افلاطون (347ـ427 قبل از ميلاد) فيلسوف بزرگ آتني يك غار وسيع زيرزميني را به عنوان منشأ آب تمام رودخانه‌ها تصور مي‌نمود كه توسط راهروهاي متعدد زيرزميني از آب اقيانوس تغذيه مي‌شود. ولي مكانيسم اين گردش به طور كامل بيان نگرديد. اين تعبير بر عقايد افلاطون كه بر علوم قرون وسطي نيز اثر گذاشته است، به طوريكه «كرينين» اشاره كرده است، محتملاً برداشت صحيحي از انديشه‌هاي جدي‌تر وي دربارة اين مطلب نمي‌باشد. در واقع كتاب «كريتياس» حاوي بيان كاملاً دقيقي از دورة هيدرولوژي است. «ارسطو» (322ـ384 قبل از ميلاد) اگرچه شاگرد افلاطون بود، ليكن نظريات وي را دربارة منشأ آب زيرزميني تا حد زيادي تصحيح نمود. انديشة ارسطو اين بود كه آب زيرزميني در يك دستگاه پيچيدة اسفنجي شكل از حفره‌هاي زيرزميني تشكيل شده و آب از اين حفره‌ها به چشمه‌ها تخليه مي‌شود. بخار آبي كه در داخل زمين ايجاد مي‌شود، قسمت اعظم آب چشمه‌ها را تشكيل مي‌دهد. ارسطو به هر حال دانست كه منشأ قسمتي از آب اين حفره‌ها باراني است كه به زمين نفوذ كرده و به همان صورت مايع به حفره‌ها داخل شده است.
رومي‌ها در علوم عموماً از تعاليم يوناني پيروي مي‌كردند، لكن «ماركوس وتيرويوس» كه در حدود سال 15 قبل از ميلاد مي‌زيسته است، خود داراي چندين نوشتة بديع درباره مهندسي و علوم مي‌باشد. شهرت اصلي وي شايد در معماري و خصوصاً در اكوستيك ساختمان‌ها باشد. وي همچنين يكي از اولين افرادي است كه گردش آب را به درستي درك كرده‌اند.
تراوش آب حاصل از آب شدگي برف به زمين در مناطق كوهستاني و ظهور آن به صورت چشمه در مناطق پايين‌تر از انديشه‌هاي وي مي‌باشد. يكي از فلاسفة معروف «استويك» به نام
«لوسيوس انايوس سنكا» (4 سال قبل از ميلاد تا 65 سال بعد از ميلاد) برخلاف وي همان نظريه ارسطو را دنبال كرد و واقعيت نفوذ آب باران را انكار نمود. استنتاج «سنكا» براي بيش از 1500 سال به عنوان يك دليل مثبت براي اينكه آب باران منشأ كافي براي آب چشمه‌ها نمي‌باشد اقامه گرديد.
«برنارد پاليسي» (1589ـ1509) كه يكي از فلاسفة علوم طبيعي فرانسه است، شايد اولين شخصي باشد كه داراي نظرات جديد كاملي دربارة دورة هيدرولوژي است. و اين مطلب از مناظرة بين «نظريه» و «تجربه» در فصل «آب و چشمه‌ها» از كتابش آشكار است. با وجود اين بساري از عقايد يوناني و رومي تا اواخر قرن هفدهم رواج داشت. «يوهانس كپلر» (1630ـ1571) ستاره شناس آلماني و «آتانازيوس كيرشر» (1680ـ1602) رياضيدان آلماني كه دو تن از مهمترين علماي عصر خويش‌اند، در عقايد «سنكا» و «ارسطو» به تفصيل بحث نموده‌اند. كپلر زمين را به حيواني بزرگ تشبيه مي‌كند كه آب دريا را بلعيده و هضم مي‌كند و
ما حصل عمليات متابوليك آن آب شيرين چشمه‌هاست. نظريات «كيرشر» كه در كتابي به نام «دنياي زيرزميني» آمده است، اولين بار در سال 1664 چاپ شد و در مدتي كوتاه يك كتاب مرجع «استانده» زمين شناسي براي دانشمندان قرن هفدهم گرديد. كار وي از نظر بلند همتي و ارائه يك تصور عالي تفوق ناپذير بود. تصور وي بر اين بود كه چشمه‌ها از طريق كانال‌هاي زيرزميني از آب دريا تغذيه كرده و از غارهاي بزرگي كه در كوه‌ها وجود دارند، تخليه مي‌گردند. گرداب‌‌ها و خصوصاً گرداب «مالستروم» در ساحل نروژ كه تا حدي اسرار آميز نيز مي‌باشد به عنوان مكان‌هاي خروجي غارهاي واقع در كف درياها تصور گرديدند.
مابين غروب انديشه‌هاي علمي و آخر دورة رنسانس يعني در حدود 1600 ميلادي، پيشرفت بسيار كمي در زمينه‌هاي ژئوهيدرولوژي و هيدروژئولوژي حاصل شد. پنج حقيقت اساسي را تمام فلاسفه علماي پيشين به جز تني چند، ناديده انگاشته بودند.
(1) زمين حاوي يك شبكه از غارهاي بزرگ دروني نيست.
(2) گرچه مكش باد، جاذبة مويينه‌اي، نيروي امواج و مكانيسم‌هاي ديگر طبيعي براي بالا آوردن آب يعني در خلاف جهت نيروي ثقل وجود دارد، ولي اين مكانيزم‌ها قادر به بالا آوردن كميت‌هاي عظيم آب از درون زمين نيستند.
(3) آب دريا با نفوذ به درون خاك تمامي نمك خود را از دست نمي‌دهد.
(4) بارندگي براي تأمين تمام آبي كه توسط رودخانه‌ها و چشمه‌ها تخليه مي‌شود كافي است.
(5) حجم آن قسمت از آب باران كه به زمين نفوذ مي‌كند بسيار زياد است.
1-2- وجود آبهای زیرزمینی در نقاط مختلف کره زمین
آب‌هاي طبيعي موجود در سطح خاك تحت تأثير نيروي ثقل قرار دارند. اين آب‌ها از منافذ و درزهاي بسيار كوچك و از كليه راهروهاي متعدد موجود در خاك و سنگ‌هاي زيرين نفوذ نموده و تا آنجا كه ممكن باشد به طرف اعماق پائين مي‌روند. به اين ترتيب در يك عمق مشخص كليه فضاهاي خالي موجود در سنگ‌ها پر شده و سطح آب به تدريج بالا مي‌آيد. در حاليكه معمولاً قسمت‌هاي بالاتر (به طرف سطح حاك) خالي مي‌باشند. نتيجه اينكه اگر آب‌هاي سطحي خشكي‌ها به صورت سفره‌هاي آزاد در خارج از محدوده رودخانه‌ها و درياچه‌ها ديده نمي‌شوند، در همه جا در يك عمق كافي، يعني در مناطقي كه آب‌هاي نفوذي روي يكديگر انباشته شده‌اند يافت مي‌گردند. بنابراين مي‌توان گفت كه آب‌هاي زيرزميني نيز مانند سنگ‌ها در كليه نقاط مختلف كره زمين ديده مي‌شود.
روش جايگيري آب‌هاي زيرزميني كه اغلب به طور كامل به آن توجه نمي‌شود بياني بسيار روشن و واضح به وسيله اوسكارمنزر در سال 1923 روشن گرديده است. منزر، زمين شناسي بود كه در اين زمان در سرويس زمين شناسي كشور ايالات متحده و در قسمت اداره كل آب‌هاي زيرزميني كار مي‌كرد. اين دانشمند در اواخر سال‌هاي عمر خود كتابي نوشت تحت عنوان هيدرولوژي (آبشناسي) . با منزر بترتيبي كه در شكل 101 نشان داده شده است در نشرية شمارة 439 ديده مي‌شود كه در همان سال (1923) در نشرية شماره 494 تكميل گرديده است. براي اينكه روش جايگيري آب‌هاي زيرزميني به طور صحيح نشان داده شود، منزر يك بالن پر از شن در نظر مي‌گيرد. بين دانه‌هاي شن فضاهاي خالي موجود است. اين فضاها با يكديگر در ارتباط بوده و نقاطي براي اشغال آب باقي مي‌ماند. اگر بالن كاملاً از آب
پر نشود، مي‌توان پس از مدتي به آساني مشاهده نمود كه آب به طرف ته بالن رفته و كليه فضاهاي خالي شن‌هاي كف آن را اشباع مي‌نمايد.
به علت ارتباطات موجود بين فضاهاي خالي سطح اين آب نظير سطح يك سفره آزاد مسطح خواهد گرديد. باين ترتيب منطقه‌اي به نام «منطقه اشباع» كه داراي يك سطح اشباع است و منطقه ديگري به نام «منطقه هوادار» كه از داخل آن تبادلاتي با جو انجام مي‌گيرد به وجود مي‌آيند. (تغذيه به وسيله آب‌هاي نفوذي و افت‌ها به وسيله تبخير كلي: اواپوترانس پي راسيون).
تشكيل آب‌هاي زيرزميني در طبيعت به همين صورت انجام مي‌گيرد. در هر جا كه باشيم خاك زير پاي ما، داراي درز و شكاف و منافذ خالي بوده كه به وسيله آنها آب‌هاي جوي و جاري مي‌توانند نفوذ نموده و به منطقه اشباع برسند. موقعي كه يك چاه در داخل زمين متخلخلي حفر مي‌شود، اول از زمين‌هاي خشك منطقه هوادار عبور نموده سپس به سنگ‌هاي مخزن منطقه اشباع كه كليه فضاهاي خالي آن پر از آب مي‌باشد مي‌رسد. پس از رسيدن چاه به منطقه اشباع
فضاي خالي داخل آن به تدريج پر گرديده و كت (ارتفاع نسبت به يك سطح مقايسه) آب داخل چاه كه همان كت سطح اشباع است برقرار مي‌گردد.
1-3- هیدرولوژی و ژئوهیدرولوژی جدید
توسعه در اين علوم در قرن گذشته در سه رشتة كم و بيش مجزا انجام شده است:
(1) تكميل رابطة زمين شناسي با پيدايش آب‌هاي زيرزميني.
(2) بسط معادلات رياضي براي بيان حركت آب از سنگ‌ها و مواد رسوبي دانه‌دانه.
(3) مطالعة شيمي آب‌هاي زيرزميني و يا علم «هيدروژئوشيمي».
روابطي را كه بين زمين شناسي و پيدايش آب زيرزميني بوجود آمده است، نمي‌توان به آساني با نام‌هاي تك‌تك افراد مربوط نمود. به طور كلي گروه‌هاي زيادي از زمين شناسان هريك به حل مسايل خاصي كمك نموده‌اند. به عنوان مثال، پيدايش آب زيرزميني در مناطقي كه زمين دائماً يخ زده مي‌باشد توسط تعداد زيادي از زمين شناسان روسي مطالعه شده است. بسياري از زمين شناسان هلندي نيز در تفهيم آب زيرزميني در تپه‌هاي ماسه‌اي سواحل كمك نموده‌اند. زمين شناسان و علماي فيزيك خاك ژاپني مقالات بيشماري در مورد چشمه‌هاي آب گرم دارند. انگليسي‌ها نيز در اين مورد كارهاي زيادي انجام داده‌اند كه يكي از آن‌ها كاربرد اوليه‌اي از علم ژئوشيمي براي افزايش ميزان آب مورد مصرف شهر «اسكاربورو» در انگلستان بود كه توسط «ويليام اسميت اعمال گرديد. وي پس از مطالعه زمين شناسي محل پيشنهاد كرد كه با بستن قسمتي از چشمه مي‌توان بر انبارش آب زيرزميني افزود. «دوبره» فرانسوي كتابي راجع به مشخصات زمين شناسي آب‌هاي زيرزميني نوشت كه يكي از اولين كتاب‌هاي عمومي در اين باره مي‌باشد. به عنوان مثالي خاص از نتايج جديدي كه يك زمين شناس به تنهايي در اين زمينه كسب نموده است مي‌توان از كارهاي «استرنز» در جزاير هاوايي نام برد. در اين كار رابطة بين سنگ‌هاي آذرين و پيدايش آب زيرزميني به نحوي بسيار عالي بيان شده است. كار «ديويس» و «برتز» درباره تشكيلات غارهاي آهكي يك مثال خوب ديگر مي‌باشد. كار «دوتوا» در مورد سنگ‌هاي يكپارچه «يونيون» در آفريقاي جنوبي مثال ديگري در اين زمينه است. از بين تعداد زيادي از زمين شناسان نامور، مشهورتر از همه «ماينزر» مي‌باشد. وي گرچه كارهايي در مورد روش‌هاي تعيين موجودي آب زيرزميني انجام داده و نظريه‌اي در
مورد جريان آرتزين ارائه نموده و اهميت گياهان «ريشه بلند» را يادآور شده است، ليكن كار اصلي او همانا سازمان دادن به علم آب‌هاي زيرزميني مي‌باشد. وي جنبه‌هاي گوناگون اين

فایل : 168 صفحه

فرمت : Word