زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

اثر پارامترهای چاه و آبخوان بر حریم آبگیر و حریم تخلیه در آبخوان‌های آزاد آبرفتی

نویسندگان
1 شهید چمران اهواز
2 گروه منابع آب آریزونا
چکیده
تحلیل حریم‌های تاثیر، آبگیر، تخلیه و تغذیه به منظور حفاظت از چاه‌های آب امری ضروری است. این موضوع علی‌رغم پژوهشهای متعدد هنوز جای بحث و بررسی بیشتر دارد. هدف از این پژوهش تحلیل حریمهای آبگیر و تخلیه در چاه‌های آب در آبخوان‌های آزاد آبرفتی است. در این راستا یک آبخوان فرضی با استفاده از مدلهای مادفلو و مادپس شبیه‌سازی شد. صحت خروجی‌های مدل عددی در مقایسه با محاسبات تحلیلی تایید و سپس اثر پارامترهای مستقل چاه و آبخوان مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق نشان داد که برخلاف تصور رایج، تغییر در هدایت هیدرولیکی، آبدهی ویژه، شیب سنگ بستر، ضخامت اولیه، تخلخل و ناهمگنی هیچگونه تغییری در گسترشِ سطحیِ حریم آبگیر چاه در آبخوان آزاد ایجاد نمی‌کند. این پژوهش نشان داد که تغییر در تغذیهی سطحی، دبی چاه و موقعیت چاه باعث ایجاد تغییرات زیاد در گسترشِ سطحیِ حریم آبگیر چاه در آبخوان‌های آزاد آبرفتی می‌شود. بررسی اثر زمان پمپاژ نشان داد که در یک سیستم تک‌چاهی ابتدا وسعت حریم آبگیر افزایش می‌یابد اما پس از مدت کوتاهی و علی‌رغم تداوم گسترش مخروط افت، موقعیت آن ثابت می‌ماند. مشخص شد که تغییر همه‌ی پارامترهای مذکور باعث تغییر در وسعت حریم تخلیهی چاه می‌گردد. از آنجایی که پایداری وسعت مناطق مذکور در تعیین حریم‌های حفاظت از کمیت و کیفیت چاه‌های آب اهمیت زیادی دارد! مشخص شد که پایداری نسبی سطح آب در آبخوان در یک تراز مناسب لازم و ضروی است و این امر نیازمند مدیریت آبخوان و اختصاص درصد محدودی از تغذیه‌ی آبخوان به تخلیه از طریق چاه‌ها است.
کلیدواژه‌ها

Ayinippully Nalarajan, N., Govindarajan, S., Nambi, I. 2022. Aquifer heterogeneity on well capture zone and solute transport: numerical investigations with spatial moment analysis. International Journal of Environmental Science and Technology, 19(8), 7261-7274. https://doi.org/10.1007/s13762-021-03573-y
Barlow, P. M., Leake, S. A., Fienen, M. N. 2018. Capture Versus Capture Zones: Clarifying Terminology Related to Sources of Water to Wells. Groundwater, 56(5), 694-704. https://doi.org/http://doi.org/10.1111/gwat.12661
Barrash, W., Dougherty, M. E. 1997. Modeling axially symmetric and nonsymmetric flow to a well with MODFLOW, and application to Goddard2 well test, Boise, Idaho. Groundwater, 35(4), 602-611. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1997.tb00125.x
Bear, J., Jacobs, M. 1965. On the movement of water bodies injected into aquifers. Journal of Hydrology, 3(1), 37-57.
Dupuit, J. E. 1863. Études théoriques et pratiques sur le mouvement des eaux dans les canaux découverts et à travers les terrains perméables. Dunod, Paris, 352 pp.
Goodarzi, M., Eslamian, S. S. 2019. Evaluation of WhAEM and MODFLOW models to determine the protection zone of drinking wells. Environmental Earth Sciences, 78(6), 195. https://doi.org/10.1007/s12665-019-8204-5
Grubb, S. 1993. Analytical model for estimation of steady‐state capture zones of pumping wells in confined and unconfined aquifers. Groundwater, 31(1), 27-32. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1993.tb00824.x
IGNSL .2014. Capture-Zone-Delineation-Technical-Report (Institute of Geological and Nuclear Sciences Limited, Issue GNS Science Report 2013/57). www.gns.cri.nz
Javandel, I., Tsang, C. F. 1986. Capture‐zone type curves: A tool for aquifer cleanup. Groundwater, 24(5), 616-625.
Khalilabad, N. M., Mohtashami, A., Akbarpour, A. 2022. Application of random walk algorithm into finite element numerical groundwater model for capture zone depiction. Sustainable Water Resources Management, 8(2), 1-10. https://doi.org/10.1007/s40899-022-00618-z
Langevin, C. D., Hughes, J.D., Banta, E.R., Niswonger, R.G., Panday, Sorab, Provost, A.M. 2017. Documentation for the MODFLOW 6 Groundwater Flow Model: U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 6, chap. A55, 197 p. https://doi.org/10.3133/tm6A55
Liu, Y., Weisbrod, N., Yakirevich, A. 2019. Comparative Study of Methods for Delineating the Wellhead Protection Area in an Unconfined Coastal Aquifer. Water, 11(6), 1168. https://doi.org/doi:10.3390/w11061168
Mahdavi, A. 2019. Transient-state analytical solution for arbitrarily-located multiwells in triangular-shaped unconfined aquifer. Water resources management, 33(10), 3615-3631. https://doi.org/10.1007/s11269-019-02324-6
McDonald, M. G., Harbaugh, A. W. 1988. A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model (Techniques of Water-Resources Investigations of the U.S. Geological Survey Issue book 6, chap. A1). https://doi.org/10.3133/twri06A1
McElwee, C. D. 1991. Capture zones for simple aquifers. Groundwater, 29(4), 587-590. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1991.tb00551.x
Moench, A. F. 1997. Flow to a well of finite diameter in a homogeneous, anisotropic water table aquifer. Water Resources Research, 33(6), 1397-1407. https://doi.org/10.1029/97WR00651
Muskat, M. 1934. The flow of compressible fluids through porous media and some problems in heat conduction. Physics, 5(3), 71-94. https://doi.org/https://doi.org/10.1063/1.1745233
Nagheli, S., Samani, N., Barry, D. A. 2020. Capture zone models of a multi-well system in aquifers bounded with regular and irregular inflow boundaries. Journal of Hydrology X, 7, 100053. https://doi.org/10.1016/j.hydroa.2020.100053
Neuman, S. P. 1972. Theory of flow in unconfined aquifers considering delayed response of the water table. Water Resources Research, 8(4), 1031-1045. https://doi.org/10.1029/WR008i004p01031
Neuman, S. P. 1974. Effect of partial penetration on flow in unconfined aquifers considering delayed gravity response. Water Resources Research, 10(2), 303-312. https://doi.org/10.1029/WR010i002p00303
Pollock, D. 2016. User Guide for MODPATH Verison 7–a Particle Tracking Model for MODFLOW. Open-file Report 2016–1086. US Geol Surv Washington, DC MODPATH, 7. https://doi.org/10.3133/ofr20161086
Pollock, D. W. 1988. Semianalytical computation of path lines for finite‐difference models. Groundwater, 26(6), 743-750. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1988.tb00425.x
Rodriguez-Pretelin, A., Nowak, W., Morales-Casique, E. 2022. Optimization-based clustering of random fields for computationally efficient and goal-oriented uncertainty quantification: Concept and demonstration for delineation of wellhead protection areas in transient aquifers. Advances in Water Resources, 162, 104146. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2022.104146
Samani, N., and Zarei-Doudeji, S. 2015. A General Analytical Capture Zone model: A Tool for Groundwater Remediation. IFAC-PapersOnLine, 48(1), 234-239. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2015.05.065
Shafer, J. M. 1987. Reverse pathline calculation of time‐related capture zones in nonuniform flow. Groundwater, 25(3), 283-289. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1987.tb02132.x
Shan, C. 1999. An analytical solution for the capture zone of two arbitrarily located wells. Journal of Hydrology, 222(1-4), 123-128. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(99)00101-8
Theis, C. V. 1935. The relation between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using ground‐water storage. Eos, Transactions American Geophysical Union, 16(2), 519-524. https://doi.org/10.1029/TR016i002p00519
Thiem, G. 1906. Hydrologische Methoden: Leipzig, Germany. JM Gebhardt, 56p.
UKEA .2019. Manual for the production of Groundwater Source Protection Zones (U.K.Environment Agency, Issue Report March 2019). www.gov.uk/environment-agency
USEPA .2008. Systematic approach for evaluation of capture zones at pump and treat systems (U.S. Environmental Protection Agency, Issue Report EPA/600/R-08/003). http://www.epa.gov/ada/
USGS .1991. Description and evaluation of selected methods used to delineate wellhead-protection areas around public-supply wells near Mt. Hope, Kansas (U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey, Issue Report 90-4102). https://books.google.com/books?id=WlGITJCoakUC
Yang, Y. J., Spencer, R. D., Gates, T. M. 1995. Analytical solutions for determination of non‐steady‐state and steady‐state capture zones. Groundwater Monitoring & Remediation, 15(1), 101-106. https://doi.org/10.1111/j.1745-6592.1995.tb00507.x