اثر سد کرخه در افزایش سطح آب زیرزمینی دشت با استفاده از روش زمین آمار کریجینگ مریم میرزائی جعفر مرشدی فریده عظیمی - کارشناس ارشد اقلیم شناسی دانشگاه آزاد اسالمی واحد اهواز 2- عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد شوشتر 3- عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد اهواز Email: mirzaei.93m@gmail.com چكیده بخشی از چرخه آب در طبیعت در زیر زمین صورت می گیرد که منابع آبهای زیرزمینی یکی از اجزای آن محسوب می گردد. طرح های وسیع سازه های آبی نظیر ایجاد سد بطور قطع با تأثیراتی بر آبهای سطحی و زیرزمینی همراه خواهد بود. این پژوهش با هدف بررسی نقش سد کرخه بر نوسانات سطح آب زیرزمینی دشت با استفاده از روش زمین آمار کریجینگ انجام شده است. سازندهای رخنمون یافته در دشت شامل سازند بختیاری در شمال جنوب و جنوب غرب بخش لهبری از سازند آغاجاری در شمال غرب دشت و نیز آبرفت های کواترنر می باشد. سازندهای مزبور جزء سازندهای نفوذپذیر به شمار می روند. سد مخزنی کرخه در فاصله 22 کیلومتری شمال غرب اندیمشک دراستان خوزستان احداث گردیده است این سد از نوع خاکی با هسته رسی می باشد. در این پژوهش پس از تجزیه و تحلیل داده های سطح آب 3 پیزومتر فعال در دشت در محیط GIS و با استفاده از روش زمین آمار کریجینگ نقشه های پهنه بندی سطح آب پیزومترهای دشت به منظور بررسی تغییرات سطح آب در دوره آماری قبل و بعد از احداث سد کرخه تهیه گردیدند. نتایج حاصل شده نشان می دهند که بطور مستقیم و یقینا احداث سد کرخه در افزایش سطح آب زیرزمینی دشت تأثیر مثبت داشته است. کلمات کلیدی : دشت سطح آب زیرزمینی سد کرخه کریجینگ..
- مقدمه یکی از نیازهای رشد و توسعه هر کشور آب است. آب نه فقط برای گسترش شهرها و صنایع الزم است بلکه یکی از عوامل توسعه کشاورزی نیز به شمار می آید و آبهای زیرزمینی از مهم ترین منابع آب هستند. شرایط آب و هوایی حاکم بر کشور ایران و محدودیت های آبی موجود در منابع آبهای سطحی و زیرزمینی اعمال مدیریت صحیح بر منابع آب را غیر قابل انکار می گرداند بدین لحاظ اطالع از ذخایر آبی هر منطقه در اولویت برنامه ریزی ها جهت استفاده بهینه از منابع آبی خصوصا در بخش آبهای سطحی و زیرزمینی است. اتکا به منابع آب زیرزمینی بویژه در سرزمینهای خشک و نیمه خشک موجب شده است تا محققان زیا ید درخصوص چگونگی تشکیل و یا دستیا یب به این منبع حیا یت به مطالعه بپردازند. این نوع مطالعات که درتاریخ نیز ریشه دارد امروزه به علت رشد سریع جمعیت شتاب بیشتری نیز یافته است. نتیجه این مطالعات نشان داده است که هرچندآب ازطریق خلل و فرج موجود در سنگها و رسوبها به داخل زمین نفوذ میکند اما تنها با تکیه به این متغیر نمیتوان به سفره آب مطمئن در یک محل دست یافت زیرا در تشکیل و تغذیه مخازن آب زیرزمینی متغیرهای متعددی مانند شیب توپوگرافی میزان زبری سطح زمین جنس سنگ ساختمان تکتونیک میزان بارش شدت بارش پوشش گیاهی و چندین متغیر دیگر هم نقش دارند[,2,3,4,5 ]. در مناطق گرم و خشک آب زیرزمینی مهم ترین منبع تأمین آب به شمار می رود. عوامل مختلف طبیعی و انسانی باعث ایجاد تغییرات در سطح آب زیرزمینی گردیده است یکی از این عوامل احداث سد می باشد. اثر سد بر تغییرات سطح آب زیرزمینی جزو مهم ترین اثرات سدها می باشد سدها به دلیل دارا بودن حجم زیادی از آب بیشترین تأثیر را در این مورد دارند[ ]. ساالری )33( اثرات احداث سد دودر بر روی آبخوان دشت الدیز و مدیریت آبخوان مذکور را توسط مدل ریاضی Visual Modflow Premium 4.2 بررسی و اقدام به شناسایی بهترین مکان مناسب ترین زمان برای تزریق آب جمع آوری شده پشت سد کرد. قادری و همکاران )33( به بررسی تأثیر خشکسالی اخیر بر منابع آب دشت اوان پرداخته اند و جهت بررسی و تعیین تأثیر خشکسالی بر دشت اوان هیدروگراف دشت طی سالهای 7-3 ترسیم و جهت بررسی مکانی داده ها از روشهای درون یابی و نرم افزار GIS استفاده و تحلیل مکانی الزم صورت گرفت. اکبری و همکاران )333( با استفاده از سیستم اطالعات جغرافیایی با روش درونیابی و تهیه نقشه های خطوط هم پتانسیل و پهنه بندی افت سطح آب زیرزمینی نشان دادند که سطح آب زیرزمینی در بخش های مرکزی و غربی آبخوان دشت مشهد تا 3 متر کاهش داشته است. حیدریان و همکاران )373( به بررسی اثر سد الغدیر ساوه بر روی کمیت آب زیرزمینی دشت ساوه پرداخته اند. سکوتی اسکوئی و همکاران )372( به بررسی تغییرات تراز سطح آب زیرزمینی در دشت 2
ارومیه با استفاده از مدل های زمین آماری و مقایسه نتایج بدست آمده در سه دوره زمانی پرداخت. 2- مواد و روشها : -2 -موقعیت منطقه مورد مطالعه دشت با مساحتی حدود 073 کیلومتر مربع در منتهی الیه قسمت های کوهستانی حوضه رودخانه کرخه و حدودا بین طول های جغرافیایی 0 درجه 97 دقیقه تا 03 درجه 3 دقیقه شرقی و عرض های جغرافیایی 2 درجه 30 دقیقه 3 ثانیه تا 2 درجه 20 دقیقه 3 ثانیه شمالی قرار دارد. این دشت در جنوب غرب اندیمشک و در مسیر جاده اندیمشک به دهلران واقع شده است و از طریق این جاده ارتباط دشت با اندیمشک و دزفول میسر می باشد. بیشترین ارتفاع محدوده مطالعاتی 393 متر می باشد. موقعیت دشت در شکل )3( نشان داده شده است. شکل : نقشه موقعیت دشت و پیزومترهای فعال 3- روش تحقیق آمار و اطالعات سطح آب پیزومترهای دشت پس از جمع آوری وتجزیه و تحلیل آمار در محیط Excel به داده های ماهانه و ساالنه تبدیل گردیدند. برای ارزیابی سطح آب زیرزمینی داده های مربوط به 3 حلقه چاه پیزومتری که بصورت A تا A4 نامگذاری شده اند در مقطع زمانی 3-32 مورد بررسی قرار گرفت و از روش زمین آماری کریجینگ در محیط GIS نقشه های سطح آب زیرزمینی دشت در دوره آماری قبل و بعد از احداث سد کرخه تهیه شدند. با 3
توجه به ناقص بودن آمار پیزومتر A3 این پیزومتر در محاسبات و تهیه نقشه های پهنه بندی لحاظ نشده است. -3 -روشهای درونیابی روش تخمین و برآورد میزان متغیر پیوسته را در مناطق نمونه گیری نشده در داخل ناحیه ای که مشاهدات نقطه ای پراکنده نشده اند درونیابی می گویند. در واقع درونیابی تغییرات پیوسته ی فضایی را به صورت یک سطح تعریف شده مجسم می سازد[ 8 ]. روشهای درونیابی به دو شیوه ی قطعی و زمین آمار انجام می شوند که در این مقاله از روش زمین آمار کریجینگ استفاده شده است که در ادامه به توصیف آن پرداخته می شود. )3( --3 -روش کریجینگ بطورکلی درونیابی ای که براساس تخمین مدلهای آمار فضایی صورت می گیرد فرآیندی است که طی آن میتوان مقدار یک کمیت را در نقاطی با مختصات معلوم با استفاده از مقدار همان کمیت در نقاط دیگری با مختصات معلوم بدست آورد. مهمترین تخمینگر آمارفضایی به افتخار یکی از پیشگامان علم زمین آمار بنام 2 که یک مهندس معدن افریقای جنوبی بوده بنام کریجینگ دی جی کریگ نامگذاری شده است. بدلیل اینکه این مدل فاقد خطای سیستماتیک است و در تخمین ها دارای حداقل واریانس می باشد جایگاه ویژه ای در درونیابی ها بدست آورده است.درونیابی های منطبق بر مدل کریجینگ وابستگی زیادی به تعداد نقاط نمونه برداری و فاصله نقاط از یکدیگر دارد بطوریکه با تغییر آنها الگوی ساختار فضایی تغییر می کند[ 7 ]. مدل کریجینگ از طریق فرمول زیر محاسبه می شود: λ i Z v = n i= λ i Z vi که در آن Z v کمیت تخمین زده شده به نمونه i ام و Zکمیت vi نمونه i ام می باشد [9]. وزن یا اهمیت کمیت وابسته 4- بحث و نتایج: آبخوان آزاد یکی از مخازن زیرزمینی قابل اطمینان در شمال غرب استان خوزستان است که با احداث سد کرخه و گسترش شبکه آبیاری تزریق آب به درون آبخوان به دلیل نفوذپذیری قابل توجه به بخش غیر اشباع افزایش یافته است. به منظور بررسی تأثیر سد کرخه در افزایش سطح آب زیرزمینی دشت نقشه های پهنه بندی تراز آب زیرزمینی دشت در دوره های آماری قبل از احداث سد و بعد از احداث سد ترسیم گردید و بر مبنای نقشه های پهنه بندی تهیه شده با Kriging Method 2 D.G. Krige 4
استفاده از روش کریجینگ از سال آبی 3-3 الی 332-3 دشت مشخص شد که از سال 37 به بعد با شروع آبگیری مخزن سد کرخه دشت با باالآمدگی سطح آب زیرزمینی مواجه بوده است. دلیل باالآمدگی سطح آب زیرزمینی نفوذ آب دریاچه سد کرخه و بهره برداری از شبکه آبیاری در اثر افزایش نفوذ پساب بخش کشاورزی به آبخوان دشت می باشد. در شکل )2( نقشه موقعیت چاههای پیزومتری دشت به همراه موقعیت سد کرخه نشان داده شده اند. سد مخزنی و نیروگاه برقآبی کرخه که بزرگترین سد خاکی خاورمیانه و ششمین سد طویل خاکی جهان بشمار می رود در فاصله 22 کیلومتری شمال غرب اندیمشک در استان خوزستان احداث گردیده است. این پروژه عظیم در 03 درجه و.3 دقیقه طول شرقی و نیز 2 درجه و 27. دقیقه شمالی در منطقه کرخه واقع شده است. عملیات ساختمانی سد کرخه از اسفند ماه 33 آغاز و در سال 37 به پایان رسید. مساحت دریاچه سد در تراز 223 متر 32.0 کیلومترمربع است. در پی خشکسالی بی سابقه در سال 33 در اولین زمان ممکن )20 بهمن ماه سال 33( آبگیری سد آغاز گردید. هدف از احداث سد کنترل سیل های مخرب رودخانه و جلوگیری از خسارات ناشی از آن و تأمین و تنظیم آب جهت آبیاری 23 هزار هکتار از اراضی پایین دست دشتهای پای پل )اوان ارایض دوسلق و باغه( و همچنین دشتهای حمیدیه قدس دشت آزادگان دشت عباس فکه و عین خوش واقع در شمال غربی و غرب استان خوزستان بوده است. شکل 2: نقشه موقعیت پیزومترهای دشت و سد کرخه 5
5 -تجزیه و تحلیل داده ها در تجزیه و تحلیل داده ها بررسی تراز سطح آب زیرزمینی و نوسانات سطح آب در دوره آماری 3-32 مورد ارزیابی قرار گرفته است. -5 -بررسی تراز آب زیرزمینی برای مطالعه چگونگی حرکت آب در زیر زمین و کسب اطالعات مفید دیگر در مورد الیه های آبدار نقشه های تراز سطح آب زیرزمینی تهیه می شود در ترسیم اینگونه نقشه ها و کاربرد آنها در عمل این فرض نهفته است که جریان در یک الیه آبدار اساسا در جهت افقی است. برای تهیه نقشه تراز آب زیرزمینی تعدادی چاه مشاهده ای یا پیزومتری در منطقه مورد مطالعه تا سطح الیه آبدار مورد نظر مثال تا سطح ایستابی حفر می شود البته هرچه یک چاه تا عمق کمتری در زیر سطح ایستابی نفوذ کند تراز آب درون چاه بهتر می تواند نمایانگر ارتفاع واقعی سطح ایستابی باشد ولی به علت نوسانات سطح ایستابی معموال چاه های مشاهده ای تا چند متری زیر سطح ایستابی حفر می شوند[ 5 ]. در جدول )3( مشخصات پیزومترهای فعال دشت نشان داده شده است. جدول : مشخصات پیزومترهای فعال دشت utmy 3588044 358790 358772 3578625 3574395 3574749 3578489 3577422 3577877 3583797 3579990 3582957 3585726 utmx 232 228054 229024 23247 230387 227286 228597 224440 22409 220635 224530 226097 2258 ردیف 3 2 0 9 3 7 33 33 32 3 نام چاه A A2 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A0 A A2 A3 A4 سطح تراز.85 24.93 98.99 94.4 98.55 0.66 96.65 3.5 23. 52.32 6.7 3.77 27.96 محل روستای فتح المبین جاده شنی جاده دهلران جاده دهلران جنب کانال انتهای دشت 6
در این پژوهش از 3 پیزومتر فعال در دشت که برداشت نوسانات سطح آب آنها بصورت ماهانه توسط متصدی اندازه گیری و ثبت شده بود استفاده گردید و نقشه های پهنه بندی دشت به همراه مساحت طبقات تراز سطح آب زیرزمینی در دوره آماری قبل و بعد از احداث سد کرخه تهیه شدند. با توجه به نقشه های پهنه بندی آب زیرزمینی می توان نتیجه گرفت که در کدام سالها نوسانات تراز آب در چه مساحتی از دشت بیشترین رخنمون را داشته است تا بتوان نقش احداث سد کرخه را در منابع زیرزمینی منطقه مورد مطالعه بررسی کرد. از نظر زمین شناسی سازندهای موجود در دشت مربوط به دوران سوم زمین شناسی می باشند لذا نسبت به سازندهای قدیمی تر فشردگی کمتری دارند اما از لحاظ دانه بندی اندازه و شکل دانه ها باید گفت که سازند لهبری بدلیل داشتن رسوبات متنوعی همچون ماسه سنگ گل سنگ سیلت مارن رس و ژیپس ویژگی های هیدرودینامیکی متفاوتی دارد. ماسه سنگ های بخش لهبری در دشت و مناطق مجاور آن دارای سیمان سست بوده و در اثر ضربه به راحتی خرد می شوند به همین دلیل این بخش از لهبری نفوذپذیر محسوب می گردد. سازند بختیاری در این منطقه عالوه بر کنگلومرا دارای عدسی های ماسه ای نیز می باشد. سیمان کنگلومرای بختیاری در این محدوده سست بوده و در اثر جریانات سطحی شسته شده و اجزای دانه درشت آن در رسوبات پرکننده ناودیس دشت به چشم می خورد. به این ترتیب سازند بختیاری در محدوده مطالعاتی نفوذپذیر محسوب می شود[ 0 ]. بنابراین جنس رسوبات موجود در محدوده مطالعاتی می تواند علت دیگری در افزایش تراز سطح آب زیرزمینی در دشت بعد از احداث سد به دلیل نفوذپذیری باالی این سازندها باشد. نتیجه ای که با توجه به نقشه های پهنه بندی تهیه شده طبق شکل )( حاصل شد بیانگر افزایش تراز سطح آب در دوره آماری بعد از احداث سد در دشت می باشد که این افزایش تراز در شمال غرب دشت و کمترین تراز سطح آب در جنوب شرق دشت اتفاق افتاده است. در دوره آماری قبل از احداث سد بیشترین میزان مساحت در طبقه کمتر از 30 متر بوده است در حالیکه در دوره آماری بعد از احداث سد بیشترین میزان مساحت در طبقات 73-79 متر و 79-333 متر بوده است و این مطلب به خوبی نشان می دهد که احداث سد در افزایش سطح آب زیرزمینی دشت تأثیر مثبت داشته است. بر اساس نقشه های پهنه بندی تراز آب زیرزمینی تهیه شده در نواحی شمال شمال غرب و غرب دشت که منطبق بر مناطق تغذیه آبخوان از ارتفاعات مجاور می باشند حداکثر تراز آب زیرزمینی مشاهده می گردد و به تدریج از مناطق شمال و شمال غربی دشت به طرف مناطق مرکزی تراز آب زیرزمینی کاهش یافته و در نواحی جنوب شرقی دشت حداقل تراز آب زیرزمینی وجود دارد. 7
8 شکل 3: نقشه های پهنه بندی سطح آب زیرزمینی دشت از سال آبی 88-87 الی 72-73 )میرزائی و همکاران 332 (
6 -نتیجه گیری باتوجه به یافته های این تحقیق می توان موارد زیر را به عنوان مهم ترین نتایج این تحقیق ذکر کرد: 3.با توجه به نتایج بدست آمده از نقشه های پهنه بندی سطح آب دشت با استفاده از روش کریجینگ در دوره آماری قبل و بعد از احداث سد کرخه مشخص گردید که سد کرخه باعث افزایش تراز آب زیرزمینی از طریق نفوذ آب دریاچه سد و توسعه شبکه آبیاری در دشت شده است. 2.در سال آبی 3-3 )قبل از احداث سد( بیشترین تراز آب متعلق به طبقه کمتر از 30 متر بوده است که مساحتی حدود 0933 هکتار از دشت را در بر داشته است و در سال آبی 33-7 در همان طبقه این مساحت به بیش از 33333 هکتار می رسد و کالس طبقات نیز نسبت به سال آبی گذشته تنزل یافته درنهایت سطح آب دشت دچار افت می گردد..از سال 37-33 با شروع آبگیری سد کالس طبقات تراز سطح آب زیرزمینی افزایش یافته و به 333-339 متر می رسد که این طبقه حدود 933 هکتار از مساحت دشت را شامل می شود و پیزومتر A دارای بیشترین تراز سطح آب در سال مورد نظر می باشد. در سال آبی 333-33 بیشترین مساحت به طبقه 73-79 با بیش از 933 هکتار تعلق دارد. در سال آبی 333-32 و 332-3 طبقه 333-79 به ترتیب با مساحت بیش از 333 هکتار و نزدیک به 933 هکتار بیشترین مساحت را به خود اختصاص داده اند باتوجه به نتایج حاصل شده پیشنهاد می شود چندین حلقه پیزومتر با عمق مناسب برای تکمیل شبکه پیزومتری دشت به منظور دستیابی به اطالعات بیشتر راجع به سیستم و جهت جریان آب زیرزمینی و چگونگی ارتباط هیدرولیکی آبخوان با رودخانه کرخه حفر شود و ظرفیت خاک به منظور محاسبه میزان آب برگشتی به آبخوان تعیین گردد. 7 -قدردانی نویسنده مسؤل بر خود الزم می داند که از راهنمایی ها و زحمات بی دریغ استاد ارجمند خود جناب آقای دکتر جعفر مرشدی تقدیر و تشکر نماید. مراجع 3. اکبری مرتضی و جرگه محمدرضا و مدنی سادات حمید )333( بررسی افت سطح آبهای زیرزمینی با استفاده از سیستم اطالعات جغرافیایی) GIS ( مطالعه موردی:آبخوان دشت مشهد مجله پژوهش های حفاظت آب و خاک)علوم کشاورزی و منابع طبیعی(. 9
2.حیدریان زهرا و همکاران )373( اثر سد الغدیر ساوه بر روی کمیت منابع آب زیرزمینی دشت ساوه هفتمین کنفرانس زمین شناسی مهندسی و محیط زیست ایران دانشگاه صنعتی شاهرود.. ساالری م )33( بررسی اثرات احداث سد دودر بر روی آبخوان دشت الدیز و مدیریت آبخوان توسط مدل ریاضی آبهای زیرزمینی پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه سیستان و بلوچستان زاهدان. 0. سکوتی اسکوئی رضا و همکاران )372( کاربرد زمین آمار برای بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی دشت ارومیه مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی آذربایجان غربی دومین همایش ملی تغییر اقلیم و تاثیر آن بر کشاورزی و محیط زیست. 9. صداقت محمود )32( زمین و منابع آب انتشارات دانشگاه پیام نور چاپ چهارم.. قادری گل گل کالنتری نصرا... میرزایی ارجنکی سید یحیی اورنگ مریم و سهرابی کرت آباد نسیم )33( بررسی تأثیر خشکسالی اخیر بر منابع آب دشت اوان دوازدهمین همایش انجمن زمین شناسی ایران.. قهرودی تالی منیژه )333( ارزیابی درون یابی به روش کریجینگ پژوهشهای جغرافیایی شماره 0. 3. قهرودی تالی منیژه )330( سیستم اطالعات جغرافیایی در محیط سه بعدی انتشارات جهاد دانشگاهی واحد تربیت معلم شماره 07. 7. گودرزی م جهانبخش اصل س و رضایی بنفشه م تهیه و بررسی منحنی های عمق-سطح و تداوم بارش در استان اصفهان نشریه علمی پژوهشی جغرافیا و برنامه ریزی)دانشگاه تبریز( شماره 373. 33. مطالعات بیالن هیدروکلیماتولوژی محدوده مطالعاتی اوان) 333 ( سازمان آب و برق خوزستان. 33. نادری مجتبی و نادری محمدرضا )2330( بررسی اثرات زیست محیطی سدها یازدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور. 2. Brown, A.G(995),Geomorphology and groundwater. John wily & sons Ltd. 3. Dorothy, J.M(997), Environmental geology, W,H. Freeman company, New York. 4.Krishnamuthy,et al(996), An approach to demarcate groundwater potential zones through remote sensing and geographic information system, vol 0. 5.Naik,P.K & Avasthi,A.K(2003), Groundwater resource assessment of the koyna basin India, hedrogeology jornal, vol.