گزارش کوتاه علمی نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد بیست و سوم شماره پنجم 1395

Transcript

1 نسیمالسادات مسلمیعقیلی و همکاران گزارش کوتاه علمی نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد بیست و سوم شماره پنجم بررسی آماري تا ثیر چاههاي آب بر یکدیگر در یک مجموعه چاه مطالعه موردي منطقه گرمابدشت- سیاهتلو (گرگان) چکیده 3 2 * نسیمالسادات مسلمیعقیلی غلامحسین کرمی و ابراهیم یخکشی 2 دانشآموخته کارشناسیارشد گروه علوم زمین دانشگاه صنعتی شاهرود دانشیار گروه علوم زمین دانشگاه صنعتی شاهرود 3 مدیرعامل شرکت آب منطقهاي مازندران تاریخ دریافت: 94/2/ تاریخ پذیرش: 95/9/3 سابقه و هدف: در منطقه گرمابدشت- سیاهتلو تعداد زیادي چاه در یک محدوده کوچک (مجموعه چاه) واقع شدهاند و بهعلت تداخل مخروط افت این چاهها با یکدیگر سطح آب در برخی از این چاهها بهطور قابلتوجهی پاي ین افتاده است. در این پژوهش تا ثیر چاههاي آب بر یکدیگر در یک مجموعه چاه مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روشها: بر اساس تا ثیرگذاري فاصله و دبی چاهها بر کاهش آبدهی از دو شاخص آماري شاخص فاصله (DI) و شاخص دبی- فاصله (DQI) استفاده شده است. عامل دیگري که در کاهش آبدهی در مجموعه چاهها نقش بهسزایی دارد ساختمان چاه است. یافتهها: پس از بررسی میزان آبدهی چاهها و همچنین کاهش آبدهی چاهها این نتیجه بهدست آمد که تغییرات آبدهی با شاخص DQI بیشترین همبستگی را نشان میدهد. همچنین با بهکارگیري این شاخصها یک روش کاربردي براي تعیین درصد تا ثیر ساختمان چاه بر روي کاهش آبدهی چاهها معرفی شده است. نتیجهگیري: با استفاده از شاخصهاي تعریف شده میتوان یک حریم مناسب براي ایجاد مخروط افت در اطراف چاهها ایجاد نموده تا از تداخل مخروط افتها جلوگیري شود و تغییرات در میزان آبدهی چاههایی که در آن برداشت صورت میگیرد به حداقل کاهش یابد. واژههاي کلیدي: افت سطح ایستابی مجموعه چاه شاخصهاي آماري آبدهی گرمابدشت 37 * مسي ول مکاتبه: nasim_ma@yahoo.com

2 نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد (23) شماره (5) 395.(5) مقدمه مجموعه چاهها شامل چندین چاه است که با فاصله حدود 200 فوت از یکدیگر قرار دارند که بهطور معمول با برداشت آب از مجموعه چاهها سبب ایجاد افت میشود که افت حاصل شده باعث کاهش سطح آب زیرزمینی در آبخوان مورد برداشت میشود (8). در طراحی و توسعه تامین آب از مجموعه چاهها باید چندین عامل قابل کنترل و غیرقابل کنترل در نظر گرفته شوند. مهمترین عوامل غیرقابل کنترل شامل قابلیت انتقال آبخوان ضریب ذخیره آبخوان مرزهاي آبخوان و عمق آبخوان میباشند. عوامل قابل کنترل اغلب شامل وسعت زمین اختصاص داده شده به مجموعه چاهها مکان چاهها و نرخ پمپاژ میباشد (6). یکی از مساي لی که مسي ولین حفاظت از آبهاي زیرزمینی را به خود مشغول کرده نزدیکی چاههاي بهرهبرداري به یکدیگر میباشد. هنگام بهرهبرداري همزمان چاههاي همجوار در اثر تداخل مخروط افت آنها با یکدیگر مقدار افت افزایش یافته و در طولانیمدت افت داي می و ماندگار در آبخوان ایجاد گردد (7). کاهش سطح آب زیرزمینی بیشترین تا ثیر را بر روي آبدهی چاه دارد. با افزایش عمق سطح آب زیرزمینی چاه باید آب را از مسافت دورتري از سفره برداشت کند که این امر سبب افزایش هزینه و کاهش آبدهی میشود (3). نتایج بهدست آمده از اندازهگیريهاي انجام شده بر روي سطح آبهاي زیرزمینی در دره اونز در آمریکا بیانگر این است که بر اثر پمپاژ زیاد سطح آب زیرزمینی سالانه حدود 2/6 تا 3/8 متر افت کرده است (4). بررسی مجموعه چاهها در ویرجینیاي آمریکا به خاطر برداشت زیاد آب از مجموعه چاهها مخروط افت بزرگی ایجاد شده است (2). در مجموعه چاه لایقترمن در کشور آمریکا افت بالاي سطح آب زیرزمینی در مجموعه چاه بر اثر پمپاژ زیاد باعث ایجاد مخروط افتی در حدود 500 فوت شده است رشد چشمگیر تقاضا و مصرف آب سبب خسارتهاي زیادي به آبخوانها شده است. پایین رفتن سطح آب موجب افزایش فرونشست زمین شده است (). تاکنون مطالعه جامعی بر روي کاهش آبدهی چاهها انجام نگرفته است. در این پژوهش تا ثیر نقش مجموعه چاههاي موجود در یک محدوده کوچک (گرمابدشت) بر روي میزان آب استخراج شده مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روشها همانطور که قبلا اشاره شد دو عامل مهم تا ثیرگذار بر کاهش آبدهی چاهها در یک مجموعه فاصله چاهها از یکدیگر و دبی آنها میباشد. بهمنظور بررسی چگونگی تا ثیرگذاري این دو عامل در کاهش آبدهی چاهها از دو شاخص استفاده شده است. شاخص اول شاخص فاصله است که در حقیقت مجموع عکس فاصله چاههاي مجاور از چاه مورد نظر میباشد. محاسبه میشود: () که در مجاور شاخص و این شاخص بهوسیله معادله زیر (رابطه ) DI n i ( ) d i d i آن DI شاخص فاصله n تعداد چاههاي فاصله چاهها از چاه موردنظر میباشد. دوم شاخص دبی- فاصله است که بیانگر مجموع دبی چاه بر روي فاصله از چاههاي مجاور میباشد. این شاخص بهوسیله معادله زیر (رابطه 2) محاسبه میشود: n Qi DQI ( ) i d i (2) DQI شاخص دبی- فاصله n تعداد آن که در چاههاي مجاور چاه مورد نظر Q i d i فاصله هر چاه از چاه موردنظر میباشد. دبی هر چاه و 38

3 نسیمالسادات مسلمیعقیلی و همکاران طریقه استاندارد کردن دادهها: بهمنظور بهکارگیري شاخصهاي ذکر شده براي ارزیابی عوامل مو ثر بر کاهش آبدهی چاهها در یک مجموعه چاه ابتدا باید دادههاي مورد بررسی و شاخصهاي مذکور محاسبه شده براي چاهها استاندارد شوند. بهمنظور استاندارد نمودن دادههاي مورد استفاده در تجزیه و تحلیل آماري موردنظر از معادله زیر (رابطه 3) استفاده شده است: که در آن Y دادههاي استاندارد شده X دادههاي μ x اولیه میانگین دادههاي اولیه و σ x انحراف معیار دادههاي اولیه میباشد. پس از استاندارد نمودن شاخصهاي آماري مورد نظر و همچنین آبدهی یا کاهش آبدهی چاهها دادههاي استاندارد شده در یک دستگاه مختصات ترسیم میشوند و بهترین خط از میان دادهها عبور داده میشود (شکلهاي تا 4). X Y X X (3) شکل - رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها با آبدهی چاهها. Figure. The effect of DQI against flow rate. شکل 2- رابطه شاخص فاصله چاهها در برابر آبدهی چاهها. Figure 2. The effect of DI against flow rate. 39

4 نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد (23) شماره (5) 395 شکل 3- رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها با کاهش آبدهی. Figure 3. The effect of DQI against decrease of flow rate. شکل 4- رابطه شاخص فاصله چاهها با کاهش آبدهی چاهها. Figure 4. The effect of DI against decrease of flow rate. Z a n 3 r ln( ) 2 r (4) n آن در که بعد از تعیین معادله خط و r-square مربوطه براي هر نمودار سطح معنیداري را تعیین نموده و نمودارهاي مختلف در سه سطح معنیداري و 99 درصد با یکدیگر مقایسه شدهاند. براي تعیین سطح معنیداري از معادله زیر (رابطه 4) استفاده شده است. تعداد دادهها r ضریب همبستگی میباشد. با تعیین مقادیر Z α میتوان سطح معنیداري را طبق جدول مشخص نمود. 320

5 نسیمالسادات مسلمیعقیلی و همکاران جدول - تعیین سطح معنیداري با استفاده از مقادیر Z. α Table. The determination of significant level using the values Z α. سطح معنی داري (%) Z α The significant level (%) >.28 >.68 > با عنایت به مقادیر Z α محاسبهشده براي نمودارهاي مختلف سطح معنیداري نمودارهاي مختلف تعیین شده است. که جدول 2 سطح معنیداري نمودارهاي فوقالذکر را نشان میدهد. Z α جدول 2- سطح معنیداري شکلهاي مختلف. Table 2. The significant level of different Figures. ردیف شکل Figure سطح معنیداري (%) The significant level (%) Column رابطه شاخص فاصله چاهها در برابر آبدهی چاهها The effect of DI against flow rate رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها در برابر آبدهی چاهها The effect of DQI against flow rate رابطه شاخص فاصله چاهها در برابر کاهش آبدهی چاهها The effect of DI against decrease of flow rate رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها در برابر کاهش آبدهی چاهها The effect of DQI against decrease of flow rate 4 با توجه به مقادیر ضریب Z α محاسبه شده براي تمام روابط بهکار گرفته شده در چاههاي آب موجود در مجموعه چاه گرمابدشت- سیاهتلو ملاحظه میشود که تمام روابطی که داراي سطح معنیداري 99 درصد میباشند و همچنین ملاحظه میشود که از میان روابط بهکار گرفته شده بهترین ضریب براي Z α رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها در برابر کاهش آبدهی چاهها بهدست آمده است. ارزیابی تا ثیر ساختمان چاه بر کاهش آبدهی: براي ارزیابی تا ثیر ساختمان چاه مقادیر شاخص دبی- فاصله در برابر کاهش آبدهی ترسیم میشوند و سپس سعی شده است که خطی که رابطه این دو پارامتر را نشان میدهد بهگونهاي ترسیم شود که تمام دادهها زیر خط پوششی مزبور قرار بگیرند (شکل 5). با توجه به چگونگی ترسیم خط پوششی در شکل (5) اینگونه میتوان اظهار نظر کرد که نقاطی که دقیقا روي خط پوششی واقع میشوند درصد تا ثیر ساختمان چاه در کاهش آبدهی آنها تقریبا صفر میباشد. از آنجاییکه دادههاي موجود نسبت به خط پوششی انحرافهایی را نشان میدهند بر اساس مقدار این انحرافها 32

6 نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد (23) شماره (5) 395 A % Ws 0 00 A (5) total که در آن W% s درصد تا ثیر ساختمان چاه A 0 فاصله معادلهاي اراي ه شده است که بر اساس آن درصد تا ثیر ساختمان چاه تعیین شده است. به این ترتیب که هر چه مقدار انحراف بیشتر باشد تا ثیر ساختمان چاه بیشتر خواهد بود. سرانجام با استفاده از معادله زیر (رابطه 5) درصد تا ثیر ساختمان چاه بر کاهش آبدهی چاهها برآورد میشود: خط تا نقطه چاه و دادهها مجاور میباشد. A Total فاصله خط تا محور X شکل 5- رابطه شاخص دبی- فاصله چاهها با درصد کاهش آبدهی چاهها و پارامترهاي معادله برآورد درصد تا ثیر ساختمان چاه. Figure 5. DQI relation to the decrease rate of flow and parameters to calculate the effect of well structure. با استفاده از شیوه بهکار گرفته شده در رابطه 5 و شکل 5 درصد تا ثیر ساختمان چاه در کاهش آبدهی چاهها براي چاههاي آب موجود در مجموعه چاه گرمابدشت- سیاهتلو محاسبه شده است (جدول 3). جدول 3- برآورد درصد تا ثیر ساختمان چاه. Table 3. The estimated effect of well structure. ردیف نام چاه فاصله خط تا محور (x) (cm) Line distance to the axis (x) فاصله خط تا نقطه چاه درصد تا ثیر ساختمان چاه The impact of structure well (cm) Line distance to the wells Well's Name Column S M M G G

7 نسیمالسادات مسلمیعقیلی و همکاران نتیجهگیري کلی بهعلت تمرکز چاههاي آب شرب در یک مجموعه چاه و تا ثیرگذاري چاهها بر روي یکدیگر یکی از عواملی که تحتتا ثیر قرار میگیرد میزان آبدهی چاهها میباشد. براي اولین بار در این پژوهش از دو شاخص فاصله و دبی- فاصله استفاده شده است و نمودارهاي ترسیم شده براي آنها نشان میدهد که شاخصهاي مورد استفاده با آبدهی رابطه معکوس داشته است. بهمنظور ارزیابی تا ثیر ساختمان چاه بر کاهش آبدهی چاهها یک شیوه جدیدي در این مقاله بر اساس شاخص دبی- فاصله و کاهش آبدهی چاهها اراي ه شده است. منابع.Fariabi, M. 20. Reducing the groundwater level, National Geographic magazine. (In Persian) 2.Focazio, J.R., and Speiran, G.K Estimating net drawdown resulting from episodic withdrawals at six well fields in the Coastal plain physiographic province of Virginia, U.S. Geological Survey water-resources investigations report Galloway, D.L., Jones, D.R., and Ingebritsen, S.E Land subsidence in the United States: U.S., Geological Survey Circular 82, 77p. 4.Manning, S The Effects of water table decline on groundwater-dependent great basin plant communities in the Owens Valley, California, USDA Forest Service Proceedings. RMRS-P-. 5.Nyman, D.J Predicted hydrologic effects of pumping from the Lighterman well field in the Memphis area, Tennessee. Geological survey water-supply 89-B. 6.Russell, M.J A Simplified Technique for Well-Field Design. Article first published online. DOI: 0./j tb0277.x. 7.Sarvari, M., and Chitsazan, M Examine the technical limits and interfere cone drop in the plains wells permissible to prevent a sharp drop in the aquifer area. The Third Conference of Iran Water Resources. (In Persian) 8.Walton, W.C Selected analytical methods for well and aquifer evaluation. Illinois State Water Survey Bulletin

8 نشریه پژوهشهاي حفاظت آب و خاك جلد (23) شماره (5) 395 J. of Water and Soil Conservation, Vol. 23(5), Short Technical Report A statistical study on the effect of water wells on each other in a well field, case study the region of Garmabdasht-Siahtalu (Gorgan) *N.A. Mosallami Aghili, Gh.H. Karami 2 and E. Yakhkeshie 3 M.Sc. Graduate, Dept. of Geology Science, Shahrood University of Technology, 2 Associate Prof., Dept. of Geology Science, Shahrood University of Technology, 3 Managing Director of Mazandaran Regional Water Co. Received: 02/20/206; Accepted: 2/03/206 Abstract Background and Objectives: Groundwater resources in Syahtalu- Garmabdsht region are important sources for drinking water supply for Gorgan City. In this region, there are a number of water wells in a small area which indeed forms a well field. Intersection of cone of depressions of these water wells causes the large decline in their water levels. Decline of water level in these water wells results in the considerable decrease of flow rate of water wells and some of them destroyed. Considering to the limited surface water resources to supply new needs of drinking water resources, the main focus is on groundwater resources of Gorgan. Since the groundwater basins that supply drinking water for the region is located in a small area, the quantity of groundwater in this area are affected. So far, comprehensive study on the well field on reducing water discharge has not been done. For this purpose, the effects of well field within a small area (Garmabdasht) on the amount of water extracted is investigated in this study. Materials and Methods: Uncontrolled exploitation of groundwater can cause a sharp drop in groundwater levels that reduce the discharges of the factors affecting the well field are wells adjacent to each other, This means that the wells are closer to interfere cone drops more. As a result of an increase in decline and reduce discharges and another agent that is effective in reducing the discharge of water from well field. Based on the above factors and impact on reducing discharge wells Syahtalu- Garmabdsht area, a number of statistical indicators used. Distance index and discharge- Distance index are based on the factors affecting the capacity reduction defined. Another factor that played a significant role in reducing the discharge of wells in well field, structure wells. Using the evaluation of statistical indicators presented in this study, a simple and practical method to determine the impact of structure wells to reduce water discharge has been introduced. Results: After reviewing the discharge rates and reduce water discharge, it was found that the discharge of the index changes, DQI shows the highest correlation. And to determine the distance between the wells can minimize the impact of these factors on capacity reduction. As for the structure of wells, the results of this research indicate that the impact of structure wells to reduce water discharge varied from zero to 75 percent. Conclusion: Indicators can be defined using a suitable space to create cone drop created around the wells to prevent interference cone drops and changes in the discharges wells in which the harvest is reduced to a minimum. DQI index the best statistical indicators for the lowest rate of decline is known discharges. In order to assess the impact of structure wells to reduce water discharge in this paper is a new way which the discharge index to the distance (DQI), the greater the percentage is even higher water discharge. Keywords: Decline water tables, Well field, Statistical indicators, Discharge, Garmabdasht * Corresponding Author; nasim_ma@yahoo.com 324