فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:203
پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی‌ارشد
زمین‌شناسی مهندسی
عنوان : بررسی روند تغییرات میزان نفوذپذیری خاک در عرصه‌های پخش سیلاب پسکوه سراوان از دیدگاه زمین‌شناسی مهندسی و ارائه راه کارهای مهندسی در ارتباط با آن
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
چکیده 14
فصل اول : کلیات 16
1.1. مقدمه 17
1.2. ضرورت اجرا 18
1.3. هدف 19
1.4. تعریف نفوذپذیری 20
1.5. عوامل مؤثر در میزان نفوذپذیری 21
فصل دوم : مروری بر تحقیقات انجام شده 27
فصل سوم : ویژگی‌های منطقه مورد مطالعه 33
3.1. مقدمه 34
3.2. ویژگی‌های منطقه مورد مطالعه 34
3.2.1. فیزیوگرافی حوضه 34
3.2.2. ویژگی‌های اقلیمی حوضه 36
3.2.3. ویژگی‌های پوشش گیاهی حوضه 37
3.2.4. ویژگی‌های خاک‌شناسی حوضه 38
3.2.4.1. رژیم رطوبتی خاک 38
3.2.4.2. رژیم حرارتی خاک 38
3.2.5. منابع آب حوضه 39
3.2.6. هیدرولوژی حوضه 40
3.2.7. ویژگی‌های زمین‌شناسی و سنگ‌شناسی حوضه 41
3.2.7.1. ویژگی‌های زمین‌شناسی 41
3.2.7.2. سنگ‌شناسی حوضه 45
3.2.8. فرسایش‌پذیری واحدهای زمین‌شناسی 46
3.2.9. ژئومورفولوژی حوضه 49
3.3. ویژگی‌های عرصه پخش‌سیلاب 51
فصل چهارم : مواد و روش‌ها 54
4.1. روش کار 55
4.2. روش‌های اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری خاک 55
4.2.1. روش‌های مستقیم 57
4.2.1.1. آزمون‌های آزمایشگاهی 57
4.2.1.2. آزمون‌های صحرایی 62
4.2.2. روش‌های غیر مستقیم 69
4.3. روش‌های اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری در عرصه پخش سیلاب 69
4.3.1. اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش مستقیم در عرصه پخش سیلاب 70
4.3.2. اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش غیر مستقیم در عرصه پخش سیلاب 79
4.4. روش اندازه‌گیری میزان تخلخل خاک در عرصه پخش سیلاب 88
4.5. تعیین محل‌های نمونه‌برداری و اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری 89
4.6. زمان نمونه‌برداری خاک و اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری 95
4.7. آنالیز داده‌های جمع‌آوری شده 95
4.7.1. تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها (Statistical Data Analysis) 96
4.7.2. تجزیه و تحلیل نقشه‌ای داده‌ها (Mapping Data Analysis) 98
4.8. روش‌های آنالیز دانه‌بندی خاک و ترسیم منحنی دانه‌بندی 102
4.9. روش تهیه نقشه بافت خاک 107
4.10. روش تهیه نقشه توپوگرافی و هم‌پتانسیل آبهای زیرزمینی عرصه پخش سیلاب 108
4.11. روش تعیین معادله تجربی بین نفوذپذیری با پارامترهای دانه‌بندی خاک 110
فصل پنجم : نتایج 112
5.1. نتایج حاصله از اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش مستقیم در عرصه پخش سیلاب 114
5.2. نتایج حاصله از اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش غیر مستقیم در عرصه پخش سیلاب 116
5.3. نتایج حاصله از تجزیه و تحلیل آماری داده‌های میزان نفوذپذیری در روش مستقیم 120
5.4. نتایج حاصله از تجزیه و تحلیل نقشه‌ای داده‌های میزان نفوذپذیری در روش مستقیم 126
5.5. نتایج حاصله از آنالیزهای دانه‌بندی خاک 132
5.6. نقشه‌های توپوگرافی و هم‌پتانسیل آبهای زیرزمینی عرصه پخش سیلاب 144
5.7. معادله بین میزان نفوذپذیری و ضریب خمیدگی دانه‌بندی 152
فصل ششم : نتیجه‌گیری و بحث 154
پیشنهادها 171
منابع 173
فهرست پیوست‌ها
عنوان صفحه
پیوست1: آمار هواشناسی سنتز شده حوضه آبخیز روتک پسکوه 180
پیوست2: منحنی‌های دانه‌بندی خاک به دست آمده در دو دوره نمونه‌برداری 181
پیوست3: ریز داده‌های حاصل از آنالیز الک و هیدرومتری در دوره اول 199
پیوست4: ریز داده‌های حاصل از اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری با استفاده از استوانه‌های مضاعف در دوره اول 243
پیوست5: معادلات مختلف خطی و غیرخطی انجام شده به منظور ترسیم بهترین منحنی 331
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول1.1. میزان نفوذپذیری خاک‌های مختلف (اقتباس از فریز و چری 1979) 22
جدول1.2. میزان نفوذپذیری بر اساس نوع بافت خاک (اقتباس از کلاپ و هومبرگر 1978) 22
جدول1.3. میزان نفوذپذیری بر اساس اندازه ذرات خاک (U.S.EPA 1986) 23
جدول3.1. متوسط بارندگی سالانه حوضه روتک 40
جدول3.2. بارندگی ماهانه حوضه روتک 40
جدول3.3. رژیم بارندگی فصلی حوضه روتک 40
جدول3.4. آبدهی متوسط ماهانه رودخانه روتک (لیتر بر ثانیه) 40
جدول3.5. آبدهی متوسط سالانه رودخانه روتک به روش جاستین 41
جدول3.6. دبی پیک در رودخانه روتک (متر مکعب بر ثانیه) 41
جدول3.7. مقادیر حجم سیلاب در رودخانه روتک (هزار متر مکعب) 41
جدول4.1. ارزش‌های C برای خاک‌هایی با مشخصات مختلف (هازن 1892) 81
جدول4.2. سیستم طبقه‌بندی استاندارد ونتورث 107
جدول5.1. زمان اندازه‌گیری نفوذپذیری و نمونه‌برداری خاک 113
جدول5.2. زمان وقوع سیل در محل پخش سیلاب بر آبخوان پسکوه سراوان 113
جدول5.3. مقادیر نفوذپذیری به دست آمده بر حسب سانتیمتر بر ساعت در دو دوره برداشت 114
جدول5.4. مقادیر تخلخل به دست آمده خاک در دو دوره برداشت 117
جدول5.5. مقادیر نفوذپذیری به دست آمده از فرمول‌های تجربی مختلف در دوره اول برداشت 118
جدول5.6. مقادیر نفوذپذیری به دست آمده از فرمول‌های تجربی مختلف در دوره دوم برداشت 119
جدول5.7. مقادیر میانگین نفوذپذیری هر یک از مستطیل‌ها جهت انجام عملیات آماری 120
جدول5.8. وضعیت نرمال بودن داده‌ها 121
جدول5.9. مقادیر میانگین نفوذپذیری بعد از عمل رنکینگ جهت انجام عملیات آماری 121
جدول5.10. وضعیت نرمال بودن داده‌ها بعد از عمل رنکینگ 122
جدول5.11. تجزیه واریانس میزان نفوذپذیری 122
جدول5.12. میانگین تیمارهای آزمایش (دوره زمانی یا سیکل) در میزان نفوذپذیری 123
جدول5.13. مقایسه میانگین تیمارهای آزمایش (دوره زمانی یا سیکل) در میزان نفوذپذیری 123
جدول5.14. میانگین بلوک‌های آزمایش (مستطیل‌های تکرارها) در میزان نفوذپذیری 124
جدول5.15. مقایسه بلوک‌های آزمایش (مستطیل‌های تکرارها) در میزان نفوذپذیری 124
جدول5.16. تغییرات نسبت حجمی میزان نفوذپذیری خاک کل عرصه در دو دوره 128
جدول5.17. مقادیر به دست آمده پارامترهای دانه‌بندی خاک در طول دو دوره 133
جدول5.18. درصد دانه‌های مختلف خاک در طول دو دوره 134
جدول5.19. نوع بافت خاک در محل‌های نمونه‌برداری 139
جدول5.20. مقایسه میزان نفوذپذیری بدست آمده از روش کوستیاکوف و کلاپ - هومبرگر 142
جدول5.21. مقادیر رسوبات نهشته شده در شبکه‌های پخش سیلاب بر حسب میلی‌متر 143
جدول6.1. مقادیر میانگین میزان نفوذپذیری نوارها بر حسب سانتیمتر بر ساعت 157
جدول6.2. مقادیر رسوبات نهشته شده و میزان نفوذپذیری 159
جدول6.3. میانگین‌های میزان نفوذپذیری بدست آمده از روش کوستیاکوف و کلاپ - هومبرگر 164
فهرست تصاویر
عنوان صفحه
تصویر1.1. منحنی‌های نفوذ برای یک خاک مشخص به ازاء درصدهای مختلف رطوبت اولیه خاک 25
تصویر3.1. موقعیت حوضه آبخیز روتک 35
تصویر3.2. فسیل نومولیت واقع در سنگ‌های آهکی حوضه 43
تصویر3.3. سنگ‌های آهکی با گسترش نسبتاً فراوان در حوضه 47
تصویر3.4. حاصل پدیده تخریب مکانیکی در حوضه 47
تصویر3.5. لایه‌های شیل واحد سراوان 48
تصویر3.6. نمایی از رودخانه روتک 49
تصویر3.7. موقعیت جغرافیایی شهرستان سراوان و روستای پسکوه 51
تصویر3.8. نمای کلی از حوضه آبخیز روتک، محدوده عرصه پخش سیلاب، روستاها و مزارع پایین‌دست 52
تصویر3.9. نمای کاملی از محدوده عرصه پخش سیلاب 53
تصویر4.1. تعیین میزان نفوذپذیری با استفاده از آزمون بار ثابت 58
تصویر4.2. تعیین میزان نفوذپذیری با استفاده از آزمون بار افتان 59
تصویر4.3. تعیین میزان نفوذپذیری با استفاده از آزمون تحکیم 60
تصویر4.4. دستگاه نفوذسنج سانتریفیوژ 61
تصویر4.5. تعیین میزان نفوذپذیری با استفاده از آزمون پمپاژ در آبخوان آزاد 65
تصویر4.6. تعیین میزان نفوذپذیری با استفاده از آزمون پمپاژ در آبخوان تحت فشار 65
تصویر4.7. تعیین میزان نفوذپذیری عمودی با استفاده از آزمون گمانه‌ای دو مرحله‌ای – مرحله 1 66
تصویر4.8. تعیین میزان نفوذپذیری افقی با استفاده از آزمون گمانه‌ای دو مرحله‌ای – مرحله 2 67
تصویر4.9. نصب نفوذسنج گمانه‌ای دو مرحله‌ای 67
تصویر4.10. نفوذسنج گوالف 68
تصویر4.11. استوانه‌های مضاعف به منظور اندازه‌گیری نفوذپذیری (Double-Ring) 74
تصویر4.12. نمای شماتیک از اساس کار نفوذسنج استوانه‌های مضاعف (Double-Ring) 74
تصویر4.13. نحوه ریختن آب در داخل استوانه‌ها به منظور جلوگیری از بهم خوردگی ساختمان خاک 75
تصویر4.14. اندازه‌گیری نفوذپذیری با سه تکرار در اطراف هر اشل 76
تصویر4.15. روش بدست آوردن ثابت‌های تجربی معادله کوستیاکوف 77
تصویر4.16. تصویری از محیط نرم‌افزار Infiltration 78
تصویر4.17. ارتباط میزان نفوذپذیری با اندازه متوسط ذرات (اقتباس از شفرد 1989) 83
تصویر4.18. پلان کامل پخش سیلاب پسکوه با موقعیت محل‌های اندازه‌گیری 90
تصویر4.19. موقعیت محل‌های نمونه‌برداری خاک و اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری (سه نوار تکرار) 91
تصویر4.20. سه مستطیل تهیه شده در نوار دوم به منظور اندازه‌گیری نفوذپذیری خاک 92
تصویر4.21. نمای شماتیک محل‌های اندازه‌گیری نفوذپذیری در شبکه مستطیل شکل 93
تصویر4.22. مستطیل تهیه شده به منظور اندازه‌گیری نفوذپذیری خاک 93
تصویر4.23. اندازه‌گیری نفوذپذیری با سه تکرار در اطراف هر اشل 94
تصویر4.24. تصویری از محیط نرم‌افزار SigmaStat نسخه 3.5 97
تصویر4.25. نمای شماتیک از نسبت‌های حجمی 99
تصویر4.26. نمای شماتیک از نسبت‌های حجمی میزان نفوذپذیری 100
تصویر4.27. تصویری از محیط نرم‌افزار RockWorks14 نسخه 2008.4.3 101
تصویر4.28. مجموعه لوازم آزمایشگاهی مورد نیاز جهت آنالیز دانه‌بندی خاک 103
تصویر4.29. آزمایش دانه‌بندی الک 104
تصویر4.30. آزمایش دانه‌بندی هیدرومتری 105
تصویر4.31. تصویری از محیط نرم‌افزار WinSieve نسخه 1.17 106
تصویر4.32. برداشت مختصات نقاط به منظور ترسیم نقشه 109
تصویر4.33. برداشت سطح ایستایی چاه‌های مشاهده‌ای به منظور ترسیم نقشه هم‌پتانسیل آب زیرزمینی 109
تصویر4.34. تصویری از محیط نرم‌افزار FindGraph نسخه 1.860 111
تصویر5.1. هیستوگرام مقایسه‌ای میزان نفوذپذیری در دو دوره 115
تصویر5.2. نمودار مقایسه‌ای میزان نفوذپذیری در دو دوره 116
تصویر5.3. نقشه توزیع و پراکنش میزان نفوذپذیری خاک در دوره اول 126
تصویر5.4. نقشه توزیع و پراکنش میزان نفوذپذیری خاک در دوره دوم 127
تصویر5.5. نقشه مقایسه میزان نفوذپذیری تکرارها در دوره اول 129
تصویر5.6. نقشه مقایسه میزان نفوذپذیری تکرارها در دوره دوم 130
تصویر5.7. نقشه مقایسه میزان نفوذپذیری تکرارها با هم‌پوشانی دوره اول بر دوره دوم 131
تصویر5.8. نقشه مقایسه میزان نفوذپذیری تکرارها با هم‌پوشانی دوره دوم بر دوره اول 132
تصویر5.9. مثلث بافت خاک در دوره اول 135
تصویر5.10. مثلث توزیع بافت خاک در دوره اول 136
تصویر5.11. مثلث بافت خاک در دوره دوم 137
تصویر5.12. مثلث توزیع بافت خاک در دوره دوم 138
تصویر5.13. نقشه توزیع و پراکنش بافت خاک در دوره اول 140
تصویر5.14. نقشه توزیع و پراکنش بافت خاک در دوره دوم 141
تصویر5.15. نقشه توپوگرافی سه نوار عرصه پخش سیلاب پسکوه 144
تصویر5.16. نقشه هم‌پتانسیل آبهای زیرزمینی عرصه در دوره اول 146
تصویر5.17. نقشه هم‌پتانسیل آبهای زیرزمینی عرصه در دوره دوم 147
تصویر5.18. نقشه جریان آبهای زیرزمینی عرصه در دوره اول 148
تصویر5.19. نقشه جریان آبهای زیرزمینی عرصه در دوره دوم 149
تصویر5.20. نقشه نفوذپذیری افقی عرصه پخش در دوره اول 150
تصویر5.21. نقشه نفوذپذیری افقی عرصه پخش در دوره دوم 151
تصویر5.22. منحنی بدست آمده بین میزان نفوذپذیری و ضریب خمیدگی دانه‌بندی خاک 152
تصویر6.1. تعدادی از سازه‌های هیدرولیکی پخش سیلاب مؤثر در تبدیل جریان 161
تصویر6.2. نمایی از سد فهره در حوضه بالادست پخش سیلاب 166
تصویر6.3. سنگ‌های آهکی غالب در حوضه بالادست پخش سیلاب مربوط به ائوسن 167
تصویر6.4. حاصل پدیده تخریب مکانیکی و فرسایش واحدهای سنگی 168
تصویر6.5. لایه‌های نازک‌لایه آبرفتی سخت شده با سیمان آهکی 170
چکیده
یکی از روش‌های تغذیه مصنوعی سفره‌های آب زیرزمینی، پخش سیلاب بر روی اراضی هموار دشت‌ها و ذخیره آن در آبخوان‌ها، می‌باشد که در دهه اخیر توجه خاصی در کشور ما بدان مبذول شده است. یکی از اهداف عمده این طرح‌ها استفاده از سیلاب‌های فصلی می‌باشد که در مناطق خشک و نیمه‌خشک رخ می‌دهند. ورود حجم زیادی از سیلاب محتوی املاح و بار معلق فراوان با منشأ‌های متفاوت با برجای گذاردن رسوبات فراوان و نفوذ مواد محلول و ریزدانه همراه سیلاب در آبرفت‌ها، به مرور زمان سبب تغییراتی در نفوذپذیری خاک عرصه پخش می‌شود. هدف اصلی این تحقیق بررسی میزان و روند تغییرات نفوذپذیری، تحت تأثیر عملیات پخش سیلاب از دیدگاه زمین‌شناسی مهندسی می‌باشد. در این پژوهش سعی گردیده است که میزان این تغییرات با استفاده از اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش مستقیم – به وسیله نفوذسنج استوانه‌های مضاعف (Infiltrometer Double-Ring) و روش غیرمستقیم – با استفاده از فرمول‌های تجربی ارائه شده برای تخمین میزان نفوذپذیری از روی خصوصیات فیزیکی خاک (از جمله آنالیز دانه‌بندی و تخلخل خاک) در دو دوره زمانی مجزا و مقایسه آن با زمین شاهد مورد بررسی قرار گیرد. نتایج این آزمون، بررسی روند تغییرات نفوذپذیری خاک در اثر پخش سیلاب را عملی می‌سازد. لذا در این تحقیق به بررسی تغییرات نفوذپذیری و علل آن در ایستگاه پخش سیلاب بر آبخوان پسکوه سراوان پرداخته شد.
به منظور تجزیه و تحلیل داده‌های روش مستقیم از دو روش آماری و نقشه‌ای استفاده شد. در روش تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها، تجزیه واریانس برای داده‌های برداشت شده با استفاده از روش دو عامل تجزیه واریانس (Two Way ANOVA) و گروه‌بندی میانگین تیمارهای آزمایشی با استفاده از آزمون آماری دانکن (Duncan's Method) در سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت. همچنین برای تجزیه و تحلیل نقشه‌ای داده‌ها از روش تهیه نقشه‌های نفوذپذیری و بافت خاک استفاده شد و نهایتاً نتایج هر دو روش مورد مقایسه قرار گرفتند. به طور خلاصه در روش آماری نتایج حاکی از آن بود که:
1- بین دو دوره برداشت میزان نفوذپذیری، تفاوت معنی‌داری مشاهده نشد.
2- دو عرصه شاهد شرقی A-E و همچنین شاهد غربی A-W با تمامی مستطیل‌های عرصه پخش به جز R1A2 و R2B1 تفاوت معنی‌داری را از خود نشان داده‌اند.
به عبارت دیگر میزان نفوذپذیری از زمان احداث عرصه پخش سیل (سال 1370) تا مورخ 10/8/1385 به مقدار 94/55 درصد و تا مورخ 5/8/1386به مقدار 34/57 درصد کاهش یافته است. همچنین نسبت میانگین تغییرات میزان نفوذپذیری عرصه پخش در دوره دوم نسبت به دوره اول در طول بازه زمانی یکساله به میزان 23/3 درصد کاهش داشته است.
در روش تجزیه و تحلیل نقشه‌ای نیز نتایج نسبت‌های حجمی حاکی از آن بود که میزان نفوذپذیری کل عرصه پخش در طول دو دوره برداشت به میزان کم، حدود 41/2 درصد در دوره دوم نسبت به دوره اول کاهش یافته است و تفاوت عمده در نوارهای تکرار مشاهده می‌شود.
مقایسه نتایج بدست آمده میزان نفوذپذیری در روش مستقیم و غیرمستقیم نشان داد که روند کاهش یا افزایش میزان نفوذپذیری در تمامی روش‌های غیرمستقیم تقریباً مشابه روش مستقیم است. همچنین از لحاظ کمی، روش شفرد (Shepherd) برابری بهتری را با روش مستقیم از خود نشان داد. روش‌های هیزن (Hazen) و بی‌یر (Beyer) به ترتیب در حدود 3 و 4 برابر روش مستقیم، مقادیر نفوذپذیری را نتیجه دادند. تمامی روش‌های دیگر اعداد بسیار پایینی را برای میزان نفوذپذیری بدست آوردند. همچنین مشخص شد در صورتی که در معادله تجربی، دامنه ریز‌دانه‌ها تا درشت‌دانه‌ها لحاظ شده باشد نتایج قابل قبولی بدست می‌آید.
لغات کلیدی: سیلاب، تغذیه مصنوعی، پخش سیلاب، عرصه پخش، نفوذپذیری، استوانه مضاعف، رسوب، پسکوه، سراوان.
