1-2 اهداف و ضرورت تحقیق حاضر………………………………. 3

1-3 سوالات اساسی تحقیق……………………………….. 3

1-4 فرضیات تحقیق……………………………….. 4

1-5 دلایل استفاده 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 گرفتن 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 درمورد 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 حاكم 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 كامپیوتری……………………………….. 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 بررسی 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 زهكشی 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 روند 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 نمی­شود، 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 استفاده 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 است.

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 مشاهده شده در برخی از روستاها به حدود 7000 میلی گرم در لیتر رسیده و ادامه این روند می تواند موجب پیشروی شوری به سمت شهر دامغان و بخش کشاورزی منطقه گردد، لذا  برای ارائه دورنمایی از وضع آتی این دشت در صورت ادامه روند 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 میزان شوری با فرض سه سناریو پیش بینی گردید.

در این تحقیق، پیشروی آب شور از کویر چاه جم در آبخوان دشت دامغان، با بهره گرفتن از نرم افزارVisual Modflow مورد شبیه‌سازی سه بعدی قرار گرفته است. برای پیش بینی وضعیت آبخوان در سال 1395، اطلاعات یک دوره 5 ساله چاه های مشاهده ای کمی و کیفی برای سال‌های 1386 تا 1388 واسنجی و برای دو سال 1389 و 1390 صحت سنجی شد. نتایج نشان داد که با ادامه روند تخلیه و تغذیه کنونی، در سال 1395 سطح آب زیرزمینی بیشترین افت را به میزان 16 متر در منطقه غرب شهر دامغان خواهد داشت و غلظت نمک در چاه های کیفی به میزان متوسط 150 میلی گرم در لیتر افزایش خواهد یافت. همچنین کاهش پمپاژ چاه های بهره برداری به میزان 15درصد، باعث افت سطح آب به میزان 14 متر و کند شدن پیشروی آب شور در آبخوان دشت و افزایش غلظت نمک به میزان 82 میلی گرم در لیتر خواهد شد که در مقایسه با فرض ادامه روند کنونی 45 درصد کمتر است. از سوی دیگر، افزایش پمپاژ چاه های بهره‌برداری به میزان 15درصد، افت سطح آب آبخوان به میزان 20 متر و افزایش متوسط غلظت نمک به میزان 464 میلی گرم در لیتر را در پی خواهد داشت.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

از كل آب موجود در كره زمین حدود 97 درصد آن در دریاها و اقیانوس ها می باشد كه شوری آن‌ بالا است و در شرایط عادی نمی تواند مورد استفاده بشر قرار گیرد. دو درصد دیگر نیز به صورت یخ های قطبی است كه آن‌ نیز در شرایط موجود قابل استفاده نمی باشد. قسمت اعظم یک درصد باقی مانده را که شیرین است، آب های زیرزمینی تشكیل می دهند(شکل 1-1). باگسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا مقدار آن کم است، استفاده ازمنابع آب زیرزمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفته است، 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 است و با توجه به ثابت بودن تقریبی منابع تامین آب، باید با مدیریتی صحیح، عرضه و تقاضا را در تعادل نگه داشت. این امر حافظت منابع آبی در مقابل آلاینده‌ها (نفوذ آب شور و دیگر مواد شیمیایی) را امری ضروری می کند. تمرکز جمعیت در نواحی ساحلی و بالطبع رشد فعالیت‌ها سبب افزایش میزان برداشت از آب زیرزمینی شده است. این افزایش برداشت، سبب حرکت آب شور دریا به سمت آبخوان‌ها گردیده و این امر شوری بیشتر این منابع را به دنبال داشته است.

شوری زیاد (بیشتر از 2 تا 3 درصد) استفاده از آب را برای شرب غیر ممکن می‌سازد و به ناچار باید با فرآیندهایی نظیر تصفیه یا اختلاط با آب شیرین بر این مشکل فائق آمد. بنابراین 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 دائمی نیستند و یا به مقدار کم وجود دارند، آب مورد نیاز شهرها، صنایع، روستاها و دامداری­ها از منابع زیرزمینی تأمین می‌شود. حتی در نقاطی که بارندگی، زیاد و آب و هوا مرطوب است، مانند گیلان و مازندران که آب سطحی وجود دارد و از پرباران­ترین نقاط ایران هستند . برای رسیدن به تولید بالا در کشاورزی و جبران کمبود آب مورد نیاز، از آب زیرزمینی هم استفاده می‌شود. تقریباً در تمام شهرهای ایران به علت نبود یا کمبود آب­های سطحی و یا به دلیل آلوده بودن آن از آب زیرزمینی نیز استفاده می­شود [9].

2-1- اهداف و ضرورت تحقیق حاضر

نفوذ آب شور مسأله مهمی است 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 است. بررسی پدیده هجوم آب شورکویرچاه‌ جم به آبخوان ­دشت  دامغان هدف اصلی این پایان‌نامه می‌باشد.

در این پایان نامه سعی شده است تا امکان پیشروی آب شور از سمت کویر به سمت دشت دامغان نسبت به ابتدای دوره طرح، بررسی و با توجه به شرایط موجود، به پیش بینی آینده پرداخته شود. با بهره گرفتن از نرم افزار VISUAL MODFLOW و بستهSEAWAT  مدل­سازی پدیده پیشروی آب شور انجام می­شود.

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 می­شود.

3-1- سوالات اصلی تحقیق

– با ادامه وضعیت کنونی، افت سطح آب و میزان غلظت نمک در دشت دامغان چگونه تغییر می کند؟

– با اعمال موفق سیاست های مدیریتی و کاهش پمپاژ به میزان 15% ، تغییرات افت سطح آب و میزان غلظت نمک چگونه خواهد بود؟

– در صورت افزایش پمپاژ به میزان 15%(که محتمل ترین فرض است)، افت سطح آب و میزان غلظت نمک در دشت چگونه تغییر پیدا خواهد کرد.؟