دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی عمران

پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب- مدیریت منابع آب

عنوان:

مطالعه نفوذ آب شور از کویر چاه جم به آبخوان دشت دامغان در استان سمنان

استاد راهنما:

دکتر سید‌مرتضی موسوی

استاد مشاور:

دکتر مجید احتشامی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
فصل اول کلیات………………………………. 1
1-1 مقدمه………………………………. 2
1-2 اهداف و ضرورت پژوهش حاضر………………………………. 3
1-3 سوالات اساسی پژوهش……………………………….. 3
1-4 فرضیات پژوهش……………………………….. 4
1-5 علت های بهره گیری از آب زیرزمینی……………………………….. 4
1-6 آلودگی آب های زیرزمینی……………………………….. 5
1-7 مسئله نفوذ شوری به آبخوان های ساحلی……………………………….. 6
1-8 خسارتهای پیشروی آب شور در سفره آب زیرزمینی…………………….. 7
1-9 روش‌های کنترل پیشروی آب شور درآبخوان…………………………….. 9
1-9-1 کاهش نرخ پمپاژ………………………………. 9
1-9-2 تغییر مکان چاه های پمپاژ………………………………. 10
1-9-3 سدهای زیرزمینی……………………………….. 10
1-9-4 تغذیه  طبیعی……………………………….. 11
1-9-5 تغذیه  مصنوعی……………………………….. 11
1-9-6 تخلیه  آب شور………………………………. 12
1-9-7 روش های ترکیبی……………………………….. 13
1-9-8 نمک زدایی آب  شور با بهره گیری از روش اسمزی معکوس…………………. 14
فصل دوم مرور پیشینه مطالعات……………………………….. 15
2-1 مقدمه………………………………. 16
2-2 تحقیقات آزمایشگاهی  در مورد پیشروی آب شور در آبخوان‌های ساحلی و کنترل آن……16
2-3 تحقیقات عددی در مورد پیشروی آب شور در آبخوان‌های ساحلی……………22
2-4 تحقیقات میدانی در ارتباط با پیشروی آب شور به آبخوان‌های ساحلی و کنترل آن…………. 25
فصل سوم مبانی تئوری حاکم……………………………….. 32
3-1 مقدمه………………………………33
3-2 تعریف مدل……………………………….. 33
3-3 مدل جریان آب زیرزمینی……………………………….. 34
3-4 مدل ریاضی………………………………..34
3-5 معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی………………………….. 34
3-5-1 معادله برنولی……………………………….. 34
3-5-2 معادله پیوستگی……………………………….. 35
3-5-3 معادله دارسی……………………………….. 36
3-5-4 معادله عمومی حاکم بر آب‌ زیرزمینی………………………………. 37
3-5-5 معادلات شرایط مرزی……………………………… 39
3-5-6 معادلات حاکم بر پیشروی آب شور………………………………. 40
3-6 مراحل تهیه مدل ریاضی……………………………….. 43
3-6-1 هدف مدل سازی……………………………….. 43
3-6-2 ایجاد مدل مفهومی……………………………….. 43
3-6-3 تهیه برنامه کامپیوتری……………………………….. 45
3-6-4 طراحی مدل……………………………….. 45
فصل چهارم منطقه مورد مطالعه………………………………. 48
4-1 مقدمه………………………………. 50
4-2 موقعیت جغرافیایی محدوده………………………………. 50
4-3 آب و هوای محدوده………………………………. 51
4-4 مطالعه های اکتشافی……………………………….. 51
4-4-1 حفاری های اکتشافی……………………………….. 51
4-5 عمق سنگ کف دشت دامغان……………………………….. 54
4-6 آزمایشهای پمپاژ………………………………. 55
4-7 قابلیت انتقال……………………………….. 55
4-8 ضریب ذخیره………………………………. 56
4-9 بهره برداری از آب زیرزمینی……………………………….. 56
4-9-1 چاه ها……………………………… 56
4-10 بیلان آب زیرزمینی در محدوده مطالعاتی دامغان…………….. 58
4-11 محدوده بیلان……………………………….. 58
4-12 بیلان آب زیرزمینی درآبخوان آبرفتی……………………………….. 58
4-12-1 جریان ورودی  آب زیرزمینی به محدوده بیلان ( Qin )………………. 59
4-12-2 تغذیه ناشی از بارندگی در محدوده بیلان (Rp)……………………….. 59
4-12-3 تغذیه ناشی از جریان‌های سطحی و سیلاب‌ها ( Rr )……………….. 60
4-12-4 تغذیه ناشی از پساب مصارف (Rw)……………………………… 60
4-12-5 جریان خروجی زیرزمینی(Qout)……………………………… 61
4-12-6 تبخیر از آب زیرزمینی( E )……………………………… 61
4-12-7 بهره‌برداری از سفره آب زیرزمینی در محدوده بیلان (W)…………..61
4-12-8 زهکشی از آب زیرزمینی ( D )……………………………… 62
4-13 تغییرات حجم مخزن آبخوان در دوره بیلان………………………………. 62
فصل پنجم تهیه مدل مفهومی منطقه مورد مطالعه………………………………. 65
5-1 خصوصیات هندسی آبخوان……………………………….. 66
5-2 تهیه شبکه مدل و گسسته سازی مکانی……………………………….. 66
5-3 گسسته سازی زمانی……………………………….. 68
5-4 شرایط مرزی مدل……………………………….. 69
5-4-1 مرز با بار هیدرولیکی عمومی……………………………….. 70
5-5 مؤلفه های هیدروژئولوژیکی آبخوان……………………………….. 70
5-5-1 برداشت آب از آبخوان……………………………….. 70
5-6 تبخیر………………………………. 71
5-7 تغذیه………………………………. 72
5-8 پارامترهای هیدرولیکی آبخوان……………………………….. 72
5-9 منطقه تغذیه آلودگی……………………………….. 73
5-10 شرایط اولیه………………………………. 74
5-10-1 بار هیدرولیکی اولیه………………………………. 74
5-10-2 غلظت اولیه………………………………. 74
5-11 واسنجی2 و تحلیل حساسیت………………………………… 76
5-11-1 واسنجی خودکار………………………………. 77
5-12 صحت سنجی……………………………….. 82
5-13 واسنجی کیفی……………………………….. 84
5-14 صحت سنجی کیفی……………………………….. 88
فصل ششم مدیریت منابع آب زیرزمینی……………………………….. 90
6-1 مقدمه………………………………. 91
6-2 اقدامات مناسب برای بهبود اوضاع………………………………. 91
6-2-1 عدم پمپاژ………………………………. 91
6-2-2 تغذیه مصنوعی سفره آب زیرزمینی……………………………….. 91
6-2-3 کاهش پمپاژ………………………………. 92
6-3 سناریوی اول – پیش بینی وضعیت آبخوان با فرض ادامه طریقه کنونی……..92
6-3-1 افت سطح سفره آب زیرزمینی……………………………….. 92
6-3-2 افت کیفیت  آب شیرین آبخوان دشت دامغان در اثر نفوذ آب شور…………. 94
6-4 سناریوی دوم – فرض کاهش 15 درصدی دبی پمپاژ چاه های بهره برداری…….. 96
6-5 سناریوی سوم – فرض افزایش 15 درصدی پمپاژ چاه های بهره برداری……….. 99
6-6 نتیجه گیری……………………………….. 102
6-7 مقدمه………………………………. 102
6-8 نتیجه گیری و پیش بینی وضعیت آبخوان……………………………….. 102
9-6 فهرست مراجع……………………………….. 105
چکیده:
پیشروی آب شور در سفره­های آب شیرین، تنها به جزایر و سواحل اقیانوس­ها و دریاها و دریاچه­های شور محدود نمی­گردد، بلکه امکان دارد سفره­های آب شور، از طریق کویرها، باتلاق­ها و چاله­های آب شور در سفره­های آب شیرین مجاور، پیشروی کنند و آن را شور و در شرایط بحرانی، غیر قابل بهره گیری سازند. ایران به دلیل داشتن آب و هوای خشک، دارای کویرهای فراون می باشد. محدودیت منابع آب های سطحی و بهره‌برداری بیش از اندازه ازآب‌های زیرزمینی باعث پیشروی آب شور به آبخوان آب شیرین در مناطق حاشیه کویر شده می باشد.
براساس آمار و اطلاعات سازمان آب منطقه ای سمنان از دشت دامغان، کیفیت آب  بهره‌برداری شرب و کشاورزی در روستاهای شمال شرق دشت به علت نفوذ آب شور از کویر چاه جم  پایین آمده و[1]TDS نظاره شده در بعضی از روستاها به حدود 7000 میلی گرم در لیتر رسیده و ادامه این طریقه می تواند موجب پیشروی شوری به سمت شهر دامغان و بخش کشاورزی منطقه گردد، پس  برای ارائه دورنمایی از وضع آتی این دشت در صورت ادامه طریقه کنونی استخراج آب زیر زمینی یا کاهش و افزایش پمپاژ، مدلسازی دشت انجام و وضع آتی دشت از نظر افت سطح آب زیر زمینی و اندازه شوری با فرض سه سناریو پیش بینی گردید.
در این پژوهش، پیشروی آب شور از کویر چاه جم در آبخوان دشت دامغان، با بهره گیری از نرم افزارVisual Modflow مورد شبیه‌سازی سه بعدی قرار گرفته می باشد. برای پیش بینی وضعیت آبخوان در سال 1395، اطلاعات یک دوره 5 ساله چاه های نظاره ای کمی و کیفی برای سال‌های 1386 تا 1388 واسنجی و برای دو سال 1389 و 1390 صحت سنجی گردید. نتایج نشان داد که با ادامه طریقه تخلیه و تغذیه کنونی، در سال 1395 سطح آب زیرزمینی بیشترین افت را به اندازه 16 متر در منطقه غرب شهر دامغان خواهد داشت و غلظت نمک در چاه های کیفی به اندازه متوسط 150 میلی گرم در لیتر افزایش خواهد پیدا نمود. همچنین کاهش پمپاژ چاه های بهره برداری به اندازه 15درصد، باعث افت سطح آب به اندازه 14 متر و کند شدن پیشروی آب شور در آبخوان دشت و افزایش غلظت نمک به اندازه 82 میلی گرم در لیتر خواهد گردید که در مقایسه با فرض ادامه طریقه کنونی 45 درصد کمتر می باشد. از سوی دیگر، افزایش پمپاژ چاه های بهره‌برداری به اندازه 15درصد، افت سطح آب آبخوان به اندازه 20 متر و افزایش متوسط غلظت نمک به اندازه 464 میلی گرم در لیتر را در پی خواهد داشت.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
از کل آب موجود در کره زمین حدود 97 درصد آن در دریاها و اقیانوس ها می باشد که شوری آن‌ بالا می باشد و در شرایط عادی نمی تواند مورد بهره گیری بشر قرار گیرد. دو درصد دیگر نیز به صورت یخ های قطبی می باشد که آن‌ نیز در شرایط موجود قابل بهره گیری نمی باشد. قسمت اعظم یک درصد باقی مانده را که شیرین می باشد، آب های زیرزمینی تشکیل می دهند(شکل 1-1). باگسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا مقدار آن کم می باشد، بهره گیری ازمنابع آب زیرزمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفته می باشد، به طوری که دربرخی مناطق، آب های زیرزمینی به عنوان تنها منبع تأمین آب محسوب می شوند.
رشد جمعیت و توسعه جوامع بشری منجر به تقاضای مصرف بیشتر آب شده می باشد و با در نظر داشتن ثابت بودن تقریبی منابع تامین آب، بایستی با مدیریتی صحیح، عرضه و تقاضا را در تعادل نگه داشت. این امر حافظت منابع آبی پیش روی آلاینده‌ها (نفوذ آب شور و دیگر مواد شیمیایی) را امری ضروری می‌نماید. تمرکز جمعیت در نواحی ساحلی و بالطبع رشد فعالیت‌ها سبب افزایش اندازه برداشت از آب زیرزمینی شده می باشد. این افزایش برداشت، سبب حرکت آب شور دریا به سمت آبخوان‌ها گردیده و این امر شوری بیشتر این منابع را به دنبال داشته می باشد.
شوری زیاد (بیشتر از 2 تا 3 درصد) بهره گیری از آب را برای شرب غیر ممکن می‌سازد و به ناچار بایستی با فرآیندهایی نظیر تصفیه یا اختلاط با آب شیرین بر این مشکل فائق آمد. پس حفاظت منابع آب‌ زیرزمینی یک موضوع اساسی در شرایط افزایش تقاضا و کاهش این منابع می‌باشد.
در قسمت اعظم کشور به ویژه در مناطقی که آب­های سطحی یا وجود ندارند ، یا همیشگی نیستند و یا به مقدار کم وجود دارند، آب مورد نیاز شهرها، صنایع، روستاها و دامداری­ها از منابع زیرزمینی تأمین می گردد. حتی در نقاطی که بارندگی، زیاد و آب و هوا مرطوب می باشد، مانند گیلان و مازندران که آب سطحی هست و از پرباران­ترین نقاط ایران هستند . برای رسیدن به تولید بالا در کشاورزی و جبران کمبود آب مورد نیاز، از آب زیرزمینی هم بهره گیری می گردد. تقریباً در تمام شهرهای ایران به علت نبود یا کمبود آب­های سطحی و یا به دلیل آلوده بودن آن از آب زیرزمینی نیز بهره گیری می­گردد [9].
2-1- اهداف و ضرورت پژوهش حاضر
نفوذ آب شور مسأله مهمی می باشد که به سلامت و سبک زندگی بسیاری از مردمی که در نواحی ساحلی و حاشیه کویر زندگی می‌کنند، ارتباط دارد. این مسأله در بسیاری از کشورهایی که دارای ساحل می‌باشند، توجه را به خود جلب نموده می باشد. مطالعه پدیده هجوم آب شورکویرچاه‌ جم به آبخوان ­دشت  دامغان هدف اصلی این پایان‌نامه می‌باشد.
در این پایان نامه کوشش شده می باشد تا امکان پیشروی آب شور از سمت کویر به سمت دشت دامغان نسبت به ابتدای دوره طرح، مطالعه و با در نظر داشتن شرایط موجود، به پیش بینی آینده پرداخته گردد. با بهره گیری از نرم افزار VISUAL MODFLOW و بستهSEAWAT  مدل­سازی پدیده پیشروی آب شور انجام می­گردد.
شرایط موجود در ابتدای دوره طرح به عنوان اطلاعات ورودی،  وارد مدل شده و پس از واسنجی و صحت سنجی مدل، پیشروی آب شور برای 10 سال بعد  از آغاز دوره طرح،  طبق 3 سناریوی فرضی پیش بینی می­گردد.
3-1- سوالات اصلی پژوهش
– با ادامه وضعیت کنونی، افت سطح آب و اندازه غلظت نمک در دشت دامغان چگونه تغییر می کند؟
– با اعمال موفق سیاست های مدیریتی و کاهش پمپاژ به اندازه 15% ، تغییرات افت سطح آب و اندازه غلظت نمک چگونه خواهد بود؟
– در صورت افزایش پمپاژ به اندازه 15%(که محتمل ترین فرض می باشد)، افت سطح آب و اندازه غلظت نمک در دشت چگونه تغییر پیدا خواهد نمود.؟
4-1- فرضیات پژوهش
بر اساس منابع در دسترس، در طول این پژوهش فرضیاتی به اقدام آمده که از نظر خصوصیات فیزیکی با در نظر داشتن گزارش شرکت سهامی آب منطقه ای استان سمنان در خصوص دشت، آبخوان این دشت، آبخوانی آزاد درسه لایه می باشد که این آبخوان آزاد در لایه های دوم و سوم قرار دارد. ضریب ذخیره (S) در کل دشت 4% و ضریب هدایت هیدرولیکی (K) برای هر لایه مقدار ثابتی فرض شده می باشد. هر لایه ی آبخوان همگن بوده و چگالی تنها به غلظت نمک وابسته می باشد و دیگر عوامل تأثیر‌گذار، نادیده گرفته شده اند. با در نظر داشتن داده‌های شرکت سهامی آب منطقه‌ای، آمار چاه‌های پمپاژ، و چاه‌های نظاره‌ای کمّی و کیفی سالانه در نظر گرفته گردید. ضمناً از بیلان محاسبه شده توسط سازمان آب منطقه ای استان سمنان بهره گیری گردید.
طبق محاسبات بیلان این سازمان، تخلیه چشمه در سال آبی 85-86 صفر و تخلیه قنات حدود 2میلیون متر مکعب در سال بود که در مقایسه با 160 میلیون متر مکعب تخلیه کل از آبخوان مقداری ناچیز می باشد؛ پس اثر چشمه و قنات در بیلان، صفر مقصود گردید.
5-1- علت های بهره گیری از آب زیرزمینی
مزایا و محسنات آب های زیرزمینی نسبت به آب­ های سطحی، سبب شده که کشور های پیشرفته جهان، برای تأمین آب آشامیدنی و مصرفی مناطق شهری و صنعتی خود از آب زیرزمینی، کوشش بیشتری به خرج دهند.
از سوی دیگر، مصرف زیاد آب زیرزمینی باعث شده که در بسیاری از نقاط جهان، مانند کشور ما، سطح سفره آب زیرزمینی به شدت پایین برود، بسیاری از قنات‌ها و دیگر منابع آبی خشک گردد، آب شور در سفره های آب زیرزمینی شیرین پیشروی کند، و در مراکز جمعیتی و صنعتی، قسمت قابل توجهی از آب زیرزمینی آلوده گردد.
بعضی علت های بهره گیری از آب زیرزمینی و مزایای آن نسبت به آب سطحی را می­توان به اختصار به صورت زیر بیان نمود:
– آب زیرزمینی صاف و بی رنگ می باشد.
– نسبت به آب سطحی، کمتر به میکروب­ها و انگل­ها و مواد زیان‌بار آلوده می باشد.
– در بسیاری  از مناطق خشک و بیابانی کشور ما، به علت عدم دسترسی به آب شیرین سطحی ، آب زیرزمینی تنها منبع قابل بهره گیری را تشکیل می­دهد.
– هزینه­ استخراج آب زیرزمینی در بسیاری از موردها، نسبت به تهیه­ی آب از منابع سطحی کمتر می باشد.
– دمای آب زیرزمینی تقریباً ثابت می باشد. از این رو، آب زیرزمینی، به عنوان خنک کننده از مزیت زیادی برخوردار می باشد.
– منابع آب زیرزمینی نسبت به منابع آب سطحی، خیلی کمتر تحت تأثیر خشکسالی قرار می­گیرند. 
در بسیاری از مناطق جهان، مانند در بسیاری از نقاط خشک و بیابانی کشور ما که آب سطحی وجود ندارد، یا قابل بهره گیری و یا قابل اطمینان نیست، آب زیرزمینی تنها منبع آب مصرفی می باشد و حیات ساکنین و احشام این مناطق به این منبع وابسته می باشد.
[1] Total dissolved solids
تعداد صفحه : 157
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: بررسی آزمایشگاهی و عددی پدیده قوسی خاک

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران