ارزیابی هیدروژئولوژیکی سد گرین نهاوند با استفاده از ردیابهای رنگی

دسته آب شناسی
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و پنجمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده غلامرضا خانلری
تاريخ برگزاری ۰۱ اسفند ۱۳۸۵

 

مقدمه :

چشمه گاماسیاب در تراز ارتفاع ۱۸۴۰متربا مختصات جغرافیایی /۳۴ درجه شمالى و۴/ ۴۸ درجه شرقى و دبى متوسط ۴ متر مکعب در ثانیه، مهمترین منبع تامین کننده آب سد در دست مطالعه گرین می­باشد. این چشمه از دامنه رشته کوه گرین در جنوب استان همدان (شهرستان نهاوند) وشمال استان لرستان، در بین شهرهای بروجرد، نور آباد و الشتر، در غرب ایران و در زون زمین شناسی زاگرس مرتفع واقع است. در صورت ساخته شدن سد و آبگیرى مخزن آن و با فرض افراز ۶۰-۷۰متر براى آب پشت سد چشمه گاماسیاب در حدود ۱۰ متر در زیر آب قرار خواهد گرفت. عملیات ردیابى دراین پروژه به این منظور  صورت گرفته است که با توجه به واقع شدن مظهر چشمه گاماسیاب در میان آهکهاى کارستی اولیگومیوسن، ارتباط چشمه گاماسیاب وسایر چشمه هاى منطقه تعیین شود. بررسى وضعیت هیدرودینامیکى توده سنگ هاى آهکى محدوده و مخزن و حوضه آبگیر چشمه گاماسیاب در بالادست سد گرین، بررسى جهت عمومى حرکت آب در محدوده مخزن سد و پاسخ به این سوال که آیا با قرار گرفتن چشمه گاماسیاب در زیر آب این چشمه مفرى براى گریز آب خواهد بود یا خیر، ازاهداف مطالعات ردیابی در این پروژه است.

بحث :

۱- انتخاب نوع مواد رنگى براى تزریق

یکی از مهمترین مسائل درپروژه های ردیابی بحث انتخاب ردیاب مناسب می­باشد. قابلیت انحلال درآب، قابلیت تشخیص درغلظت هاى کم یا به عبارتى دارا بودن قابلیت فلورسانت قوى،قابل جدایش از فلورسانس زمینه،  پایدارى وثبات در محیط هاى کارستى،سمى نبودن در غلظت کم، قیمت اقتصادى و مناسب، از معیارهاى اولیه جهت انتخاب نوع وماده فلورسانت براى ردیابى هستند.با توجه به موارد فوق، ردیاب هیدرولوژیکی اورانین با مشخصات زیر برای ردیابی در پروژه سد گرین انتخاب شده است.

جدول۱: مشخصات ماده رنگى اورانین که براى ردیابى استفاده می­شود

ماده رنگى

شماره راهنماى

رنگ

طول موج بیشترین بر انگیختگى

طول موج بیشترین پرتودهى

اثرPH

اثر نور

میزان جذب ماده

در رسوب

اورانین

۴۵۳۵۰

۴۹۰

۵۲۰-۵۱۲

کاهش در  PHپایین

زیاد

اندک

 

۲-انتخاب محل تزریق

در بسیارى موارد شرایط ایده آل براى تزریق ماده ردیاب در دسترس نمی­باشد. در چنین شرایطى با توجه به شرایط منطقه میتوان از محلهاى مانندسینک هولى که در قاعده آن فرو چاله مشخصى وجود دارد، یاسینک هولى بدون فرو چاله مشخص در قاعده آن که با عملیات حفارى می­توان آنرا ایجاد نمود،گمانه هایى که به منظور تزریق ماده ردیاب حفرمی­شود، چاه­هاى صنعتى خانگى کشاورزى، براى تزریق ماده رنگى مینوان استفاده نمود. با توجه به وضعیت زمین شناسى منطقه، پراکنش­هاى منطقه، گمانه­هاى حفارى شده وموقعیت قرار گیرى سینک هول­ها و همچنین نتایج آزمایش ­­هاى شیمیایى و اندزه گیرى دبى چشمه ها، نقطهای در ارتفاع ۳۱۷۵مترى (در محل معروف به گاوماهى) با دبى آب ورودى حدود ۱۵۰لیتر در دقیقه، برای تزریق ماده ردیاب انتخاب شده است(شکل۱).

 

۳- تعیین مقدار ردیاب لازم

مقدار ردیاب باید طورى باشد که غلظت بدست آمده در مناطق ردیابى قابل تشخیص باشند.ردیابى اولیه سرعت آب زیرزمینى مى تواند بوسیله نتایج ردیاب هاى کیفى یا از اندازه گیرى دبى چشمه ها بدست آید براى درنظرگرفتن پیچ وخم هاى مسیرجریان در زیرزمین طول ظاهرى در۵ /۱ ضرب شده است. در ردیابى کیفى، مقدار ماده مورد تزریق مى تواند از فرمول زیر محاسبه گردد.

(رابطه۱)                                                                                               در رابطه فوقWD  : وزن ماده ردیاب بر حسب کیلوگرم جهت تزریق، D: فاصله مستقیم بین نقطه تزریق تا نقطه برداشت بر حسب کیلومتر، Q: دبى جریان در محل بازیافت بر حسب لیتر بر ثانیه، V: سرعت تخمینى آب زیر زمینى بر حسب متر به ساعت، میباشند. با توجه به ارزیابى هاى به عمل آمده مقدار۱۰ کیلوگرم اورانین جهت تزریق مورد نیاز است .

 

 ۴- تزریق ماده رنگى

در تاریخ ۱۲/۵/۸۴ ماده ردیاب در دو مخزن ۱۵۰و۲۰۰لیترى در ۲۴۰ لیتر آب همراه با ۲۰ لیتر اتانول براى افزایش حلالیت، حل شده عملیات تزریق ساعت ۰۰/۱۷تا ۰۵/۱۸در هوایى آفتابى همراه با وزش ملایم باد انجام شده است. لازم به ذکر است که هیچ بارندگى در چند روز قبل از تزریق رخ نداده است.

 

۵- نقاط وزمان نمونه بردارى

در شروع مطالعات ردیابى رنگى با توجه به نقاط تزریق محلهاى نمونه بردارى تعیین مى گردد، بطوریکه کلیه نقاط آبى که در شعاع ۸ تا ۲۵کیلومترى نقطه تزریق بخصوص نقاطى که درزاویه ۹۰ درجه نسبت به بردار جریان قرار دارند مشخص مى شوند. درادامه با توجه به ارزیابى هاى چینه شناسى، ساختارى فیزیوگرافى و فرضیاتى در خصوص مسیرهاى جریان، نقاط برداشت نهایى تعیین مى شود.نقاط نمونه بردارى با توجه فرضیات گفته شده،به شرح زیر پیشنهاد شده است:

۱- چشمه گاماسیاب ۲- چشمه کیوار ۳- چشمه زلزله ۴- چشمه امیر ۵- چشمه نار ۶- چشمه کهمان ۷- چشمه سفید ۸- چشمه چناره ۹- چشمه گیان ۱۰- گمانه ردیابىRGL۲ ۱۱- گمانه ردیابىRGL۱ ۱۲-رودخانه کهمان

 

 

زمان برداشت اولیه نمونه به فاصله بین نقطه تزریق و محل نمونه بردارى بستگى دارد. بر اساس نتایج حاصل از مطالعات متداول فواصل زمانى بین نمونه ها بصورت برنامه زمانبندى زیر اجرا شده است:

·              ۴۸ ساعت پس از تزریق هر یک ساعت یک نمونه و ۲۴ نمونه در شبانه روز

·              به مدت ۵ روز هر دو ساعت یکبار هر ۲ ساعت یک نمونه و۱۲ نمونه در شبانه روز

·              به مدت بیست و سه روز شبانه روزچهار نمونه با فاصله زمانى ۶ ساعته

·              به مدت یک ماه روزانه دو نمونه با فاصله زمانه ۱۲ ساعت

·              به مدت یک ماه روزانه یک نمونه با فاصله زمانه ۲۴ ساعت

·              به مدت یک ماه روزانه یک نمونه با فاصله زمانه ۴۸ ساعت

 

 

۵-روش نمونه بردارى

کار نمونه بردارى رنگى سه روز قبل از عملیات تزریق با برداشت نمونه ها ى زمینه[۱] آغاز می­شود. در این مورد، نمونه برداری با زغال فعال در بعضی مناطق نیز پیشبینی شده است.چنین نمونه هایی به علت تجمع ردیاب ها این سنسورها از نمونه هاى آب حساستر هستند اما فقط میتوان غلظت تجمعى را در طول زمانیکه سنسور بکار برده مى شود، نشان دهند. قبل از انجام تزریق نیز از کلیه نقاطى که به عنوان نقاط نمونه بردارى مشخص شده بود، چند نمونه به عنوان نمونه هاى زمینه جهت تامین سیگنال زمینه اخذ و پارامترهای محلى شامل ثبت درجه حرارت، اسیدیته، هدایت الکتریکى، غلظت آنیون­ها و کاتیون­هاى اصلى و تعیین باقیمانده خشک  نیز، انجام گرفته است. دانستن دبى براى محاسبه مقدار ماده بازیافتى در چشمه ها، در پایان آزمایش­هاى رنگى ضرورى است لذا در طول انجام عملیات ردیابى رنگى اندازه گیرى دبى چشمه­ها بصورت دوبار در هفته صورت گرفته است.

 

۶- نتایج ردیابى:

الف- کربن فعال

نمونه گیرى توسط زغال فعال بصورت هفتگى و در طول چهار ماه در چشمه هاى سفید کیوار و گیان انجام گردیده ولى آنالیز زغال فعال هیچگونه رنگى را در هیچ یک از چشمه ها نشان نمى دهد که نشان دهنده عدم ارتباط چشمه هاى گیان ،کیوار و سفید با نقطه تزریق میِ­باشد.

 

ب- نمونه هاى آب

تجزیه نمونه هاى آب نشان دهنده وجود ردیاب در نمونه هاى گمانه هاى RGR۱ و RGR۲ و چشمه امیر دارد، لذا جهت تجزیه وتحلیل داده ها منحنى توزیع غلظت زمان به همراه منحنى هاى میانگین براى نقاط فوق رسم گردیده و با توجه به این منحنى ها پارامترهاى کمى مورد نیاز از قبیل زمان رسیدن ردیاب، زمان رسیدن ردیاب به غلظت حداکثر، سرعت جریان، ضریب انتشار ماده ردیاب محاسبه و پارامترهاى کیفى جهت جریان و نوع آن تعیین شده است که در ادامه به شرح موارد فوق مى پردازیم:

شکل۲ منحنى غلظت زمان و منحنى میانگین را بر اساس مدل پخش براى گمانه RGR۱ نشان مى دهد. بطور کلى میتوان موارد زیر را مشخص کرد.

- زمان اولین ظهور ردیاب در این نقطه، ۷۴ ساعت پس از تزریق است که با توجه به این زمان حداکثر سرعت جریان۷۲/۱سانتیمتر در ثانیه است.

- زمان متوسط انتقال، ۵۱۳ ساعت بعد از تزریق بوده و با توجه به زمان متوسط انتقال، سرعت متوسط جریان، ۲۴۳/۰ سانتیمتر در ثانیه بدست مى آید.

(رابطه۲)                                                                                                            

 در این رابطه:سرعت متوسط, d: فاصله مستقیم[۲] نقشه اى بین نقاط تزریق و نمونه بردارى, t: زمان متوسط انتقال، جریان مى باشند.- براى محاسبه ضریب پراکندگى ردیاب در سیستم[۳] از رابطه۲ استفاده شده است که در نتیجه ضریب پراکندگى ردیاب در سیستم کارستى منطقه برابر ۳۰/۰کیلومتر مربع در روز محاسبه گردیده است.

 (رابطه۳)                                                                                                  

D: ضریب انتشار, :سرعت متوسط, : زمان متوسط انتقال و :انحراف معیار زمان متوسط انتقال است.    

شکل۳ منحنى غلظت زمان و منحنى میانگین را بر اساس مدل پخش براى چشمه امیر نشان مى دهد. در این مورد به علت شکل منحنى نمى توان مدل انتشار را براى محاسبه تمامى پارامترهاى جریان بکار برد؛ ولى بطور کل مى توان موارد زیر را مشخص نمود.

- زمان اولین ظهور ردیاب در این نقطه ۵۸ ساعت بعد از تزریق مى باشد که با توجه به این زمان حداکثر سرعت جریان برابر ۷۴/۵ سانتى متر در ثانیه بدست مى آید.

- زمان متوسط انتقال۴۰۱ ساعت بوده که این زمان با توجه به رابطه زیر محاسبه گردیده است.

   (رابطه۴)                                                                                              

در این رابطه ti: زمان سپرى شده بعد از تزریق در طول نمونه بردارى،Ci: غلظت نرمال شده ردیاب در طول نمونه بردارى هستند.

- با توجه زمان متوسط انتقال، سرعت متوسط جریان ۸۳۰/۰ سانتى متر در ثانیه بدست مى آید.

- ضریب پراکندگى ردیاب در سیستم کارستى برابر ۹۸۷/۰ کیلومتر مربع بر روز خواهد شد.               

 

در مورد منحنى غلظت زمان گمانه RGR۲ شکل۴با توجه به اینکه نمونه بردارى از این گمانه چندین روز بعد از تزریق ماده ردیاب صورت گرفته است و نظر به اینکه ماده ردیاب ۵ روز بعد از نمونه بردارى در نمونه هاى این گمانه ظاهر شده است؛ ولى با این حال نمی­توان کاملا به داده­هاى کمى این گمانه اتکا نمود. با توجه به داده­هاى این گمانه, نتایج کمى به طور خلاصه مطابق زیر  است:

- زمان متوسط انتقال، ۱۳۸۸ ساعت بوده و با توجه این زمان، سرعت متوسط جریان، ۱۲۰/۰ سانتیمتر در ثانیه بدست مى آید.

- زمان اولین ظهور ماده ردیاب، ۱۱۴۰ساعت بعد از تزریق است که با توجه به این زمان سرعت حداکثر جریان برابر با ۱۳۱/۰ سانتى متر در ثانیه بدست مى آید.

- ضریب پراکندگى ردیاب در سیستم کارستى برابر ۱۲۶/۰کیلومتر بر روز بدست مى آید. 

 

◊◊◊◊

نتیجه گیرى :

ظهور ماده ردیاب در گمانه RGR۱  نشان مى دهد جهت جریان آبهاى زیر زمینى در حوضه مورد مطالعه به طرف شمال غرب بوده، ازطرفى رسیدن ماده در فاصله زمانى نسبتا کم نشان دهنده سرعت بیشتر جریان آب هاى زیر زمینى در این جهت دارد که این مسئله را مى توان به تاثیر گسله ها وشکستگى هاى منطقه در گسترش پدیده کارستیفیکاسیون و روند شمال غرب- جنوب شرق نسبت داد.داده هاى کیفى گمانه RGR۲ مشخص کننده پارهاى از خصوصیات هیدرولوژیکى منطقه از جمله ارتباط این نقطه با محل تزریق و جریان نسبتا یکنواخت آبهاى زیر زمینى در جهت شمال شرق حوضه با سرعت نسبتا کم مى باشد. در مورد چشمه امیر باید بیان داشت که هر چند منحنى غلطت زمان (شکل) غلظت بسیار پایینى را در حد چند دهم ppm  از ماده رنگى را نشان مى دهند، ولى با توجه داده هاى کمى موجود از جمله زمان رسیدن ماده رنگى به چشمه (۵۸ ساعت) نسبت به گمانه RGR۱ (۷۴ ساعت) و فاصله چشمه امیر با محل تزریق (۱۲ کیلومتر) و فاصله گمانه با محل تزریق RGR۱ (۶/۴کیلومتر)، همچنین شواهد زمین شناسى وجود چند چشمه در منطقه الشتر در مجاورت چشمه امیر از جمله چشمه هاى کهمان وچناره و رودخانه کهمان پایینتر از چشمه خاصان که  هیچگونه  آثارى از رنگ در آنها مشاهده نشده است، چنین به نظر مى رسد غلظت مشاهده شده مربوط به عوامل محلى باشد.

◊◊◊◊

 

منابع فارسى :

۱-وزارت نیرو، شرکت سهامى آب منطقه اى غرب، (۱۳۸۴)، " گزارش مطالعات ردیابى طرح سد مخزنى گرین "، مهندسین مشاور گمانه کاو.

 

References:

۱-Aley, T., Flater MW.,)۱۹۷۶( ,"The water tracers cookbook", Missouri Speleology., v ۱۶, No.۳, p.۱-۳۲

۲-Berberian, M.,(۱۹۸۳),"Continental deformation in the Iranian plateau (contribution to the sismotectonic s of Iran۱:place>۱:country-region> part IV) ", Geological Survey of Iran Report, No. ۵۲ pp.۳۵۸-۳۶۳

۳-Kilpatricke, F.A., Cobble,D.D.,(۱۹۸۵)," Measurement of discharch using tracers", U.S Geology Survey Techniques of Water –Resources Investigation, Book.۳ Capter. A, ۵۲.p

۴-Quinlan, J. F., (۱۹۸۹)," Groundwater monitoring in karsts terranes ", U. S. Environmental Protection Agency, ۷۹.p

۵-Sweeting, M.M., (۱۹۷۳)," Karst land forms", New York Colombia University Press, ۳۶۲.p

 

غلامرضا خانلری، دکتری رمین شناسی مهندسی از دانشگاه ولونگنگ استرالیا1375، عضو هیئت علمی دانشگاه بوعلی سینا همدان

مجتبی حیدری ، دکتری زمین شناسی مهندسی از دانشگاه تربیت مدرس تهران ،  عضو هیئت علمی دانشگاه بوعلی سینا

محمد صادق موسیوند ، دانشجوی کارشناسی ارشد زمین شناسی مهندسی دانشگاه بوعلی سینا

 

◊◊◊◊

چکیده:

سد گرین در 19 کیلومتری جنوب غرب نهاوند بر روی رودخانه گاماسیاب احداث خواهد شد. بمنظور اطمینان از عدم فرار آب از مخزن کارستی این سد و همچنین تعیین جهت جریان آب زیر زمینی در منطقه، عملیات ردیابی در حوضه احداث سد, انجام شده است. در این عملیات اقدام به تزیق ردیاب هیدرولوژیکی اورانین در چشمه های اطراف از جمله چشمه امیر و گمانه های RGL1 , RGL2 ، گردیده و در ارزیابی نتایج حاصل تز ردیابی مشخص شدکه مسیر جریان آب زیر زمینی از ارتفاعات منطقه بطرف مناطق شمال و شمالغرب می باشد.

Abstract:

Gareen dam is located in 19 km from south-west of Nahavand city. It will be performed an the Gamasiab river. In order to be sun from the seepage problems in the site dam and also for considering of orientation of groundwater flues, the method of color terriers have bee used. In this injection, uraninin hydrologic material was injected into the sinkholes around the dam site. Monitoring has been carried out in Amir spring, and RGL1,RGL2 boreholes consequently. It was found that the orientation of groundwater flow is toward to the north-west part of the study area.

کلید واژه ها: همدان