دانشگاه یزد
دانشکده مهندسی معدن ومتالورژی
پایان نامه
برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی معدن اکتشاف
عنوان
بررسی پارامترهای هیدرولوژیکی آبخوان آزاد در مدل آزمایشگاهی
استادان راهنما:
دکتر عبدالحمید انصاری- دکترامیرحسین کوهساری
استاد مشاور:
دکتر کاظم برخورداری
اسفندماه 93
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده:
بدست آوردن پارامترهای هیدرودینامیکی در یک آبخوان نقش بسیار مهمی دررسیدن به سطح ایستابی در آن آبخوان ودر نتیجه مدلسازی آن دارد که میتواند در مدیریت منابع آب مورد استفاده قرار گیرد.برای بدست آوردن این پارامترها روشهای صحرایی، مدلهای ریاضی و مدلهای فیزیکی کاربرد دارند. با توجه به پرهزینه بودن روش صحرایی، دستیابی به روش دقیق آزمایشگاهی و برآورد این پارامترها در آزمایشگاه با صرف هزینه کمتر میتواند راه گشا باشد.
از مدل فیزیکی دستگاه هیدرولوژی به عنوان یک مدل آزمایشگاهی برای برآورد ضریب هدایت هیدرولیکی آبخوان که یکی از مهمترین پارامترهای آبخوان میباشد استفاده شد. نتایج سه آزمایش پمپاژ، ردیاب و بار ثابت با روابط تجربی مقایسه شد و رابطه بریر با نتایج آزمایش پمپاژ نزدیکی بیشتری داشت. مقادیر آزمون پمپاژ تقریبا دو برابر نتایج آزمایش بار ثابت وسه برابر نتایج ردیاب می باشد. به طور کلی نتایج آزمایشات این موضوع را که با درشتتر شدن ذرات مقدار هدایت هیدرولیکی افزایش مییابد تایید میکند. در نمونه آزمایشگاهی به دلیل ابعاد محدود مدل، ممکن است زمانهای تعادل بدست آمده نسبت به نمونههای صحرایی کمتر باشد اما مقایسه زمان های تعادل در سه نوع خاک با دانه بندی متفاوت میتواند نتیجه این مطالعه باشد. با افزایش مقدار برای هر خاک زمان رسیدن به تعادل افزایش پیدا میکند. این نکته را برای مدیریت زمان در آزمایشهای پمپاژ میتوان لحاظ نمود.در پمپاژ از هر لایه آبدار نسبتا خوب دانه بندی شده ( در طبیعت معمول است) در نزدیکی چاهپمپاژنقش قسمت ریزدانه وهرچه از آن فاصله بگیریم نقش قسمت درشتدانه خاک در تعیین سطح تعادل پیزومتریک آبخوانبیشتر میشود.با بزرگتر شدن اندازه متوسط ذرات خاک شعاع تاثیر چاه افزایش پیدا میکند.افزایش گرادیان هیدرولیکی باعث کاهش هدایت هیدرولیکی خاک (ضریب نفوذپذیری) میشود.میزان گرادیان هیدرولیکی در خاک مخلوط که دارای دانهبندی ریز و درشت است از خاک درشتدانه و ریز دانه بیشترمیباشد.
کلمات کلیدی: دستگاه هیدرولوژی، دانهبندی خاک، شعاع تاثیر، ضریب نفوذپذیری،سطح ایستابی
فهرست مطالب
فصل اول، مقدمه وکلیات ………………………………………….…………1
- مقدمه………………………………………..………………………3
- شرح مسأله……………………………….……………………….….5
- فرضیات…………………………….………………….……………..5
- دامنه تحقیق………………………..…………..…………………….6
- اهداف تحقیق……………………………………..………..….………..7
- روش انجام تحقیق…………………………………………..………….7
- ترتیب ارائه مطالب…………………………………………………….…7
فصل دوم، مطالعات آب شناسی تحقیق….…..…………………………………..11
2-1- مفاهیم وقوانین کلی…………………………………….……..……..…..13
2-1-1- جریان آب در خاک…………………………………..………..……..13
2-1-1-1- گرادیان هیدرولیکی ……………………………..…………..……13
2-1-1-2- قانون دارسی ……………………………………………………..14
2-1-1-3- معادله لاپلاس………………………………..…………….…….14
2-1-1-4- شبکه جریان………………………………………………………15
2-1-2- هیدرولیک چاه ها……………………………..………………….…16
2-1-2-1- جریان شعاعی آب در چاه در لایه های آزاد در حالت ماندگار………………….15
- پیشینه پژوهش …………………………..…………….……………18
فصل سوم ، تعیین پارامترهای هیدروژئولوژی با مدل فیزیکی………………………24
3-1- معرفی مدل فیزیکی………………………………..…………..………26
3-1-1- معرفی دستگاه هیدرولوژی……………………………..….….………..26
3-2- مطالعات خاک شناسی……………………………………………………32
3-2-1- دانه بندی خاک ها……………………………………………..…..…33
3-2-2- اندازه مؤثر،ضریب یکنواختی و ضریب دانه بندی……………..………….…..34
3-2-3- روابط وزنی حجمی…………………………………..…………….……35
3-2-4- ضریب نفوذپذیری(هدایت هیدرولیکی) ………………………….…………38
3-2-4-1- روش های آزمایشگاهی……………………………………….….……39
3-2-4-2- روابط تجربی…………………………………………………………42
3-3- مطالعات هیدرولیکی……………………………….………………..……43
3-3-1- بررسی برقراری شرایط دارسی……………………………………………43
3-3-2- ضریب انتقال……………………………………………..……..……45
3-4- چگونگی انجام آزمایشها در آزمایشگاه…………..……….………….…………46
فصل چهارم، بررسی و تحلیل نتایج……………………………………..……49
4-1- آزمایش های تعیین ضریب نفوذپذیری……………………………….…….…51
4-1-1- آزمایش پمپاژ……………………………………….………………51
4-1-2- آزمایش ردیاب……………………………………………………..…53
4-1-3- آزمایش بار ثابت…………………………………….…………………54
4-1-4- روابط تجربی…………………………………….……………………54
4-2- مقایسه زمان رسیدن به تعادل در آبخوان آزاد با سه نوع خاک مختلف………..….…56
4-3- بررسی مخروط افت در خاک هایی با دانه بندی مختلف………….…….………….…63
4-4- محاسبه گرادیان هیدرولیکی در فواصل مختلف از چاه در 3 نوع خاک………………69
4-5- رابطه دانه بندی خاک با شعاع تاثیر چاه ……………………………….……71
فصل پنجم،نتیجه گیری وپیشنهادات………………………..……..…..………73
5-1- نتیجه گیری……………………………………………………….……75
5-2- پیشنهادات………………………………………………………………76
مراجع………………………………………………………….……77
فهرست اشکال
شکل 2-1: رابطه فشاروبار آبی برای جریان در خاک………………………………………13
شکل 2-2:شبکه جریان ……………………………………….…….…………16
شکل 2-3: جریان شعاعی آب به طرف چاه در آبخوان آزاد……………………………17
شکل 3-1: دستگاه هیدرولوژی وچرخه آب در آن………………………..…..……29
شکل3-2: فاصله پیزومترها در دستگاه هیدرولوژی……………………….………….32
شکل3-3: منحنی دانه بندی خاک های به کاررفته…………………………….……33
شکل 3-4: رابطه تخلخل، آبدهی مخصوص ونگهداشت مخصوص با اندازه ذرات…….………37
شکل 4-1: نمودار ضریب نفوذپذیری برای خاک نوع 1 ……………………….…… 52
شکل4-2: نمودار ضریب نفوذپذیری برای خاک نوع2 …………………….………..…52
شکل 4-3: نمودار ضریب نفوذپذیری برای خاک نوع3 ……………………………..……..53
شکل 4-4: مقایسه ارتفاع آب در پیزومترها در فواصل مختلف از چاه از زمان شروع پمپاژ
درخاک نوع 1 …………………………………..……….………….………56
شکل4-5: مقایسه ارتفاع آب در پیزومترها در فواصل مختلف از چاه از زمان شروع پمپاژ
درخاک نوع2 …………………………………….………………….……….57
شکل 4-6: مقایسه ارتفاع آب در پیزومترها در فواصل مختلف از چاه از زمان شروع پمپاژ
درخاک نوع3………………………………………………..………….……57
شکل 4-7 : نمودار ارتفاع نسبی درپیزومترها برحسب زمان از شروع پمپاژ در خاک نوع 1 ….59
شکل 4-8: نمودار ارتفاع نسبی درپیزومترها برحسب زمان از شروع پمپاژ در خاک نوع2 ……59
شکل 4-9: : نمودار ارتفاع نسبی درپیزومترها برحسب زمان از شروع پمپاژ در خاک نوع3 ….…60
شکل4-10: نمودار مقایسه ارتفاع نسبی پیزومتر شماره 7 بر حسب زمان ازشروع پمپاز برای سه نوع خاک ……61
شکل 4-11: نمودار مقایسه زمان رسیدن به تعادل نسبی بر حسب اندازه متوسط ذرات خاک…62
شکل 4-12: نمودار داده های پیزومتریک بر حسب فاصله از چاه در خاک نوع 1 ………..….63
شکل 4-13: : نمودار داده های پیزومتریک بر حسب فاصله از چاه در خاک نوع2………….64
شکل 4-14: : نمودار داده های پیزومتریک بر حسب فاصله از چاه در خاک نوع ……………64
شکل 4-15: نمودار تغییر نسبی بر حسب زمان در پیزومتر14 …………….……..…….66
شکل 4-16: نمودار تغییر نسبی بر حسب زمان در پیزومتر3 ………………….………66
شکل 4-17: نمودار ارتفاع پیزومتریک سه نوع خاک در پیزومترهای 3،5،9،12،14 …………67
شکل 4-18: نمودار گرادیان هیدرولیکی در فواصل مختلف از چاه برای سه نوع خاک ……69
شکل 4-19: نمودار رابطه گرادیان هیدرولیکی با ضریب نفوذپذیری در 3نوع خاک …………70
شکل 4-20: نمودار شعاع تاثیر چاه بر حسب دانه بندی ذرات خاک…………………..…..71
فصل اول
مقدمه وکلیات
-
مقدمه
هیدروژئولوژی را میتوان به عنوان علمی پیرامون پدیدآمدن، توزیع و حرکت آب در زیر سطحزمین تعریفکرد. انجمن تحقیقات ملی آمریکا هیدروژئولوژی را اینگونه توضیح دادهاست:
هیدروژئولوژی علمی است که راجع به آبهای زمین، چگونگی به وجودآمدن آن، چرخش و توزیع آن، ویژگیهای چرخش و توزیع آن، ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی، واکنش آن به محیط اطراف و ارتباط آن با موجودات زنده بحث میکند (Todd,2005) .
آبهایزیرزمینی به دلایل مختلف زمین شناسی، هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و … در زیر زمین حرکت میکنند، برای مطالعه وپژوهش درباره ماهیت این جریان تاکنون از روشهای صحرایی، تحلیلی و مدلهای فیزیکی استفاده شده است. روشهای صحرایی برای اعتیارسنجی فرضیه هایی که در مورد جریان آبزیرزمینی به کار برده می شود، همیشه مقدور نیست. جدا از بحث هزینههای زیاد روشهای صحرایی، در طبیعت ما قادر به تغییر وضعیت موجود ومقایسه آنها با هم نیستیم. ولی استفاده از مدلهای فیزیکی این امکان را به ما می دهد که اعتبار فرضیات را در شرایط مختلف سنجیده و مقایسه کنیم.
سیستمهای جریان زیرزمینی غالبا پیچیدهتر از جریانهای ساده یک بعدی یا جریانهای شعاعی است. سیستمهای سادهتر را ممکن است بتوان با راه حلهای ریاضی تحلیل کرد. ولی بهتر است که جریان در سیستمهای پیچیدهتر، به ویژه در محیطهایی که مرزهای نامنظم، شرایط مرزی پیچیده یا لایههای ناهمسان دارند و در مواردی که چندین سیستم جریان به طور همزمان وجود دارد، با استفاده از مدلها (فیزیکی، تشابهی یا عددی) حل شود(صداقت، 1387).
دستگاه هیدرولوژی که در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده عمران قراردارد، نمونه ای از یک مدل فیزیکی است، که با تقریب خوبی، یک آبخوان در طبیعت را شبیه سازی میکند. در این پژوهش با در نظرگرفتن فرضیات لازم برای استفاده از معادلات حاکم بر جریان آبهای زیرزمینی، آزمایشات مختلف با هدف اندازهگیری پارامترهای هیدرودینامیکی آبخوان روی این مدل فیزیکی انجام شد. با تخمین این پارامترها قادر به ارزیابی سطح ایستابی آبخوان خواهیم بود، همچنین در آزمایشگاه امکان تعویض خاکهای آبخوان را داشته و با استفاده از این امکان خاکهای مختلف را در شرایط یکسان مورد سنجش قرار دادیم. با استفاده از این مدل فرضیات مربوط به ارتباط ضریب هدایتهیدرولیکی با دانهبندی خاک و تاثیر روشهای مختلف آزمایشگاهی در مقدار این ضریب بررسی شد.
نیاز به مدلسازی آب زیرزمینی امروز بیش از هر زمان دیگری احساس میشود و این نیاز از دو دیدگاه قابل بررسیاست. دیدگاه اول نیاز روزافزون بشر به آب شرب، در حالی که استفاده بی رویه و بدون برنامه تاکنون مقدار قابل توجهی از این منبع را هدر داده است وجهان را با مشکل جدی در دسترسی به آب آشامیدنی مورد نیازش مواجه کرده است. مطالعه وبررسی و داشتن اطلاعاتی راجع به چگونگی حرکت این آب ها زیرزمین، در خاک های مختلف وتاثیر چاهها، قناتها، زهکشها سدهای خاکی، سدهای زیرزمینی، وبه طور کلی هر سازه ساخت بشر که در روند طبیعی این جریان تاثیرگذارد، به منظور مدیریت صحیح این منبع لازم وضروری است. دیدگاه دیگر راجع به اهمیت این مطالعات در بخش مهندسی است. درفعالیت های مهندسی آب زیرزمینی در عین اینکه به عنوان عاملی مزاحم باید مهار شود، به همان اندازه برای ادامه پروژه به آن نیاز است. به همین خاطر شناخت کافی از رفتار آب، کنترل آن را ممکن می سازد. برای مثال در پروژه های معدنی نشت آب زیرزمینی در تونل های اکتشافی عاملی مزاحم محسوب می شود که با روش های مناسب زهکشی باید حرکت آب را به سمت خاصی هدایت کرد تا باعث تخریب نشود و در عین حال بتوان ار این آب به صورت بهینه بهره برد. در پروژههای عمرانی اعم از ساخت سد، فونداسیون، جادهها با مشکلاتی مشابه مواجه هستیم.
با توجه به موارد گفته شده، به وضوح میتوان اهمیت این مطالعات و پیشبرد آن به سمتی که نتایج حاصل از آن بیشترین کاربرد را در عرصههای صنعتی داشته باشد را درک کرد. لذا دستیابی به روش هایی بهتر برای مدیریت زمان و هزینه و نیز کنترل این پدیده و هدایت آن به سمتی که با اهداف ما هم راستا شود، انجام تحقیقاتی پیرامون شناخت هرچه بهتر آن و تحلیل رفتارش لازم و ضروری میباشد.
تعداد صفحه : 90
قیمت : 14700تومان
