انتخاب صفحه

 فهرست مطالب

 فصل اول: مقدمه و هدف

منابع آب یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های قرن حاضر بشریت است. محدودیت ذاتی منابع آب آب شیرین می‌باشند.روند رو به رشد افزایش جمعیت مصرف آب در بخش‌های مختلف کشاورزی، شرب و صنعت را به مقدار زیادی افزایش داده است بعلاوه به علت بهره‌وری و استفاده بی‌رویه و ورود پساب‌ها، منابع آب همواره در معرض خطر آلودگی و زوال کیفیت قرار دارند.متوسط سرانه‌ی آب در دسترس جهانی،89/3 برابر سرانه آب در ایران است، در صورتی که این نسبت از مرز 4/5 برابر بگذرد، در تقسیم‌بندی جهانی از نظر دسترسی به آب در رده‌ی بسیار کم قرار می‌گیریم. طبق آمارهای موجود‌، زمانی که جمعیت کشورمان به بیش از 75 میلیون نفر برسد، شرایط فوق مهیاست. افزون بر آن‌، پراکنش نابرابر زمانی و مکانی منابع و ذخایر تامین کننده‌ی آب در سطح کشور نیز، بر بحران پیش رو دامن می‌زند.60 % آب‌های زیرزمینی  در ایران از آب‌های شیرین قابل استفاده می‌باشد ( محمدنیا و کوثر، 2003 ) . با توجه به محدود بودن منابع آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک ، حفاظت و استفاده‌ی بهینه از آنها اهمیت بیشتری دارد. خاطر نشان می‌کنیم که آلودگی نیترات یکی از راه‌های هدررفت و محدودکننده‌ی منابع آب شرب بویژه در مناطق روستایی است.نظر به اینکه سرعت آب زیرزمینی کم  است و نیزبا در نظر گرفتن واکنش آلاینده‌ها با محیط متخلخل، بایستی توجه زیادی به آب‌های زیرزمینی  مبذول داشت، چرا که هرچند به نظر می رسد که آب‌های زیرزمینی نسبت به آب‌های سطحی در مقابل آلوده شدن کمتر مستعدند ولی در صورت آلوده شدن، پاکسازی آنها کاری بس مشکل و طولانی مدت و همراه با هزینه بسیار بالاست .(Todd and Mays; 2005)

میزان آلودگی آب به مقدار و نوع استفاده ( جنگلداری، کشاورزی، دامداری صنعتی) بستگی دارد. بعلاوه اینها، فاکتورهای خاک‌شناسی، هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی نیز آلودگی را کنترل می‌کنند (محمدنیا‌، مهرداد ، حسینی مرندی‌، حمید‌، روستا ، محمد جواد؛ 1388).

 1-2-ضرورت و هدف تحقیق

نظر به اینکه در صورت عدم رعایت ملاحظات زیست‌محیطی از جمله عدم مدیریت صحیح پسماند و پساب صنایع، منابع آب زیرزمینی و کارستی منطقه مذکور و همچنین آب دریاچه مهارلو، طی زمان طولانی بشدت در خطر زوال کیفیت قرارمی‌گیرند و این منجر به صدماتی  جبران نشدنی در رابطه با محیط‌زیست خواهد شد؛ بر این اساس لازم است که اعمال صحیح مدیریتی برای  در رابطه با پسماند صنایع مستقر در شهرک صنعتی بزرگ شیرازصورت گرفته و نیزاز پیشروی آلاینده‌ها به سمت منابع کارستی ممانعت به عمل آید؛ نتیجه امر علاوه بر کاهش آلودگی، حفاظت از منابع منطقه و توسعه پایدار است.هدف کلی از انجام این مطالعه بررسی پتانسیل انتقال نیترات در منابع آب زیر زمینی محدوده شهرک صنعتی بزرگ شیراز با استفاده از مدلسازی ریاضی می‌باشد.

اهداف تحقیق عبارتند از:

1- تدوین مدل مفهومی آبخوان با دقت بیشتر در مقایسه با مدل اجرا شده‌ی قبلی برای این منطقه

2-بررسی منابع آلاینده نیتراتی و نیز نیتریتی آبخوان آبرفتی شهرک صنعتی بزرگ شیراز

3- بررسی توزیع مکانی و زمانی نیترات در آبخوان شهرک صنعتی

4- نحوه جریان آب و انتقال نیترات در آبخوان شهرک صنعتی به ترتیب با استفاده از کدهای رایانه ای  MODFLOW و MT3D-MS

1-3-1-مروری بر تحقیقات انجام شده توسط مدل ریاضی

در سال 1935 معادله Thies پنجره‌ای نو بر مطالعات هیدرولوژی آب‌های زیرزمینی باز نمود. جهت حل مسائل جریان به چاه‌ها روابطی  توسط Hantush وJacob  در دهه‌های 40 و 50 ارائه شد که تحولات عظیمی را ایجاد کرد. استفاده از فن‌آوری رایانه‌ای آنالوگ در مطالعه یک سیستم آبخوان کامل طی دهه 1950 میلادی توسط  Bob Bennett و Herbskivitz در سازمان زمین‌شناسی ایالت متحده صورت گرفت که بر‌ اساس روش تفاضل محدود و با استفاده از شبیه‌سازی الکتریکی شامل مجموعه‌ای از مقاومت‌ها و خازن‌ها، آبخوان را مدلسازی کردند. سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا (USGS) در اواخر دهه 1950 میلادی یک آزمایشگاه شبیه‌سازی رایانه‌ای در فونیکس ایالت آریزونا تاسیس نمود. در حدود سال‌های 1950 در صنعت نفت استفاده از تکنیک‍‌های عددی در حل معادلات جریان به توسط ریاضیدانان و مهندسین مخازن نفت مورد آزمایش قرار گرفت که روش نیز به مجموعه مدل‌ها پیوست؛ اما هنوز مدل‌های آنالوگ برای حل جریان یک سیال منفرد مناسب‌ترین بودند.در دهه 1960 با ظهور رایانه‌های شخصی، استفاده از مدل‌های ریاضی با راه حل عددی به یکی از روش‌های قابل اطمینان در مطالعه آب زیرزمینی تبدیل شد که این حل عددی شامل دو روش تفاضل‌ محدود و عناصر محدود می‌باشد. در سال 1956 Stallman برای اولین بار در حل مسائل آب زیرزمینی روش‌های عددی را به کار برد. نیاز به تحلیل ناحیه‌ای آبخوان علتی شد که وی روشی برای محاسبه توزیع نفوذپذیری آبخوان با استفاده از تغییرات سطح آب زیرزمینی ارائه نماید که در این روش از حل تفاضل‌های محدود برای حل معادلات دو بعدی ناپایدار در آبخوان‌های غیر همگن استفاده شده است.در 1348 برای اولین بار در ایران از مدلسازی ریاضی برای تهیه مدل دشت ورامین  استفاده شد. مطالعات مربوط به شبیه‌سازی  این مدل توسط سازمان خواربار و کشاورزی جهانی ( FAO) صورت گرفته است.تا سال 1360 در مجموع حدود 200 آبخوان با مساحتی حدود 5500000 کیلومتر مربع در مرحله شناخت و حدود 80 آبخوان با مساحتی در حدود 250000 کیلومتر مربع در مرحله نیمه تفصیلی بررسی شدند. در این مطالعات بیشتر از روش تفاضل‌های محدود و چند مورد از روش برنامه نویسی پویا استفاده شده است. McDonald و Harbaugh  در سال 1988 مدل سه بعدی تفاضل محدود جریان آب‌های زیرزمینی را ارائه نمودند. بعدها این مدل که  MODFLOWنام گرفت، با بسته‌های نرم افزاری مختلف تکمیل و به صورت یک مدل استاندارد که بسیار قابل اعتماد و تأیید شده است، در آمد.این مدل در ایران نیز در مطالعات متعددی استفاده شده است. برای مثال درسال 1381 پیش‌بینی تأثیر زهکش های طراحی شده در پایین انداختن سطح آب زیرزمینی توسط فاطمه مهدی‌پور در بخش جنوب و جنوب شرقی دشت شیراز با استفاده از مدل ریاضیMODFLOW انجام شد.  در سال 1388 امکان به تعادل رساندن آب زیرزمینی دشت فیض آباد در استان خراسان رضوی با استفاده از این مدل ریاضی توسط عطاءاله جودوی انجام شد. دشت زرقان در استان فارس در سال 1387 با استفاده از این مدل مورد ارزیابی قرار گرفت و آسیب پذیری این دشت از طریق آلودگی های صنعتی – شیمیایی، بررسی شد.مدیریت بهره‌برداری به منظور بهبود نسبی شوری آبخوان جنوب شرقی دریاچه مهارلو توسط زهره حیدری در سال 1388مورد بررسی قرار گرفت. طاهره آذری نیز در سال 1389 به بررسی توزیع مکانی و زمانی آلاینده‌های نفتی در آب زیرزمینی دشت ساری-نکا پرداخت. همچنین مدیریت مصرف آب در دشت خانمیرزا (استان چهارمحال و بختیاری) با استفاده از مدل آب زیرزمینی توسط پریسا عسکری در سال 1390 انجام شد و اخیرا نیز بررسی پتانسیل انتقال آلاینده‌ها در منابع آب زیر زمینی با استفاده از مدلسازی کمی وکیفی آبخوان شهرک صنعتی بزرگ شیراز توسط مریم گودرزی(1390) انجام شد که آغازی در بررسی انتقال آلاینده‌ها با استفاده از مدل می‌باشد .

1-3-2-مطالعات انجام شده بر روی آلودگی آب‌های زیرزمینی به واسطه‌ی نیترات

 بررسی آلودگی نیترات در آب‌های زیرزمینی توسط پژوهش‌گران و سازمان‌های آب و محیط‌زیست و ارگان‌های تابعه، در سراسر دنیا انجام شده است. مثال‌هایی از این مطالعات در زیر عنوان شده است؛-Mike lowe and JanaeWallache   منابع زمین‌شناسی  احتمالی آلودگی نیترات را در آب‌های زیرزمینی دردره سدار ( Cedar Valley)، شهر آیرون (Iron County ) ، یوتا Utah)  ) بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که منابع احتمالی زمین‌شناسی نیترات در دره سدار شامل : الف. رگه‌های  زغالسنگ و لایه‌های سیلتستون غنی از مواد آلی در واحدهای ماسه سنگی کرتاسه  شامل  کومه‌های باطله معدنکاری و نشت از این کومه‌هاست.

 ب. سنگ‌های رسوبی ژیپس‌دار تریاس

 پ. سنگ‌های هوازده ی هیدروترمالی مرتبط با گسل

 ت.سنگ‌های آتشفشانی ترشیری

 ث.رسوبات عهد حاضر شامل نهشته‌های پلایا و رسوبات رودخانه‌ای

– مهرداد محمدنیا به همراه حمید حسین مرندی و محمدجواد روستا در سال 1388 علل نیتراتی شدن منابع آب وچگونگی رفع آن را درمنطقه میان جنگل فسا بررسی کردند و کاربرد رزین را برای تصفیه نیترات پیشنهاد دادند.

– طی پژوهشی با عنوان ” بررسی آلودگی و تغییرات نیترات در منابع آبی دشت سرپنیران با تاکید بر تامین آب شرب “، این منطقه مورد بررسی قرار گرفت ( محمد رضا شایق کارشناس شرکت آبفا روستایی فارس – ابراهیم گشتاسبی راد استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز(1389 )؛ که در این پژوهش حدود 20 حلقه چاه موجود در منطقه نمونه‌برداری و آنالیز شد. در اکثر چاه‌ها غلظت نیترات بیش از حد مجاز و حتی در بعضی بیش از دو برابر حد مجاز تعیین شده توسط استاندارد اروپا (EU) که میزان مجاز برای نیترات را 50 میلی‌گرم بر لیتر تعیین کرده است، بود.

1-1-کلیات تحقیق …………………………………………………………………………………2

1-2-ضرورت و هدف تحقیق ………………………………………………………………………3

1-3- پیشینه تحقیقات ……………………………………………………………………………..4

1-3-1-مروری بر تحقیقات انجام گرفته توسط مدل ریاضی ………………………………………4

1-3-2-مطالعات انجام شده بر روی آلودگی آب‌های زیرزمینی به واسطه ی نیترات ………………………………………………………………………………………………………….5

1-3-3-مطالعات پیشین انجام شده در شهرک صنعتی بزرگ شیراز  ……………………………6

1-4- موقعیت جغرافیایی، اقلیم و زمین شناختی منطقه مورد مطالعه………………………….7

1-4-1- موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه …………………………………………………..7

1-4-2- اقلیم محدوده دشت قره باغ ………………………………………………………………….9

1-4-3- زمین شناسی و چینه شناسی دشت قره باغ و شهرک صنعتی بزرگ شیراز…………10

1-4-3-1-زمین شناسی شهرک صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………10

  1-4-3- 2- زمین‌شناسی ساختاری ………………………………………………………………12

1-5- مروری بر تاریخچه شرکت شهرک های صنعتی فارس و فعالیت های انجام شده در آنها …………………………………………………………………………………………………………..14

1-5-1- شهرک صنعتی بزرگ شیراز و توسعه صنعت استان فارس………………………………15

1-5-2- واحد‌های مستقر در شهرک صنعتی بزرگ شیراز  ……………………………………….16

1-5-3- ارزیابی کمی و کیفی پسآب صنایع………………………………………………………..17

1-5-3-1- انواع پسآب در شهرک صنعتی بزرگ شیراز………………………………………….17

1-5-3-2- مشخصات پسآب بهداشتی ……………………………………………………………..19

1-6- نمونه برداری آب زیرزمینی …………………………………………………………………..20

1-7- آلودگی منابع آب زیر زمینی……………………………………………………………………22

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: نیترات

ترکیبات نیتروژنه و بخصوص نیترات در شرایط طبیعی انتظار نمی‌رود در آب زیرزمینی وجود داشته باشند. در شرایط معمول و طبیعی، نیتروژن آلی خاک از سطح زمین راهی به درون آب زیرزمینی نخواهد یافت. وجود نیترات در آب زیرزمینی عمدتا به طور مستقیم نتیجه فعالیت‌های انسانزاد از جمله کاربرد لجن فاضلاب در خاک، پساب آبیاری، جنگل‌زدایی و تحرک نیتروژن از خاک طی شخم زدن زمین می‌باشد. با این حال در مناطق خشک و نیمه‌خشک، نیتروژن از زون خاک به سمت پایین حرکت نموده و در آب زیرزمینی به طور طبیعی بدون هیگونه دخالت انسانی، تجمع نیترات قابل ملاحظه است.نیتروژن از عناصر اصلی حیات است که به عنوان یکی از اجزاء اصلی در ساختار پروتئین‌ها نقش مهمی به عهده دارد. بعلاوه گیاهان برای انجام فرایند فتوسنتز از این عنصر استفاده می‌کنند و به این دلیل وجود آن برای ادامه حیات ضروری و مورد نیاز موجودات زنده است. وقتی موجودات زنده ( گیاه، جانور، باکتری و …) می‌میرند، قارچ‌ها و باکتری‌های خاصی نیتروژن موجود در مولکول‌های کالبد آنها را به آمونیاک تبدیل می‌کنند که اگر شرایط هوازی باشد، باکتری‌های نیترات ساز مثل نیتروزوموناس آمونیاک را به نیتریت و سپس نیتروباکتر نیتریت را به نیترات تبدیل می‌کند ( مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).فرایند نیترات‌سازی در واقع بخشی از چرخه بیوژئوشیمیایی نیتروژن است. نیتروژن به شکل‌های مختلف در زیست‌کره وجود دارد؛ در جو زمین اساسا به شکل مولکولی ((N2 و بخش کمی از آن نیز به صورت اکسید نیتروژن (N2O)  وجود دارد. فرم مولکولی نیتروژن قابلیت استفاده برای گیاهان را ندارد و بایستی در روند تثبیت نیتروژن ابتدا به آمونیاک(آمونیوم) یا نیترات تبدیل گردد (مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).

فرآیند تثبیت نیتروژن طی رعد و برق و با اکسیداسیون نیتروژن گازی((N2 و بارش به شکل HNO3 به همراه باران انجام می‌گیرد. برخی از باکتری‌ها و جلبک‌های سبز- آبی نیز توانایی  تثبیت نیتروژن را دارا می‌باشند. فرایند نیترات سازی به صورت یک فرایند پیوسته است که چند روز به طول می‌انجامد. این فرایند به دلیل آنکه یک فرایند اکسیداسیون است با مصرف اکسیژن زیادی همراه است (مهندس مجید عرفان منش، دکتر مجید افیونی).   نیترات به صورت طبیعی در آب، خاک و غذا وجود دارد و در محیط‌زیست به فرم‌های مختلف در وجود دارد و فرم آن نیز در چرخه ازت تغییر می‌کند. سبزیجات ، گوشت خام و مواد لبنی از  جمله مواد غذایی هستند که حاوی نیترات هستند.در شرایط طبیعی و معمول، در محیط‌های آبی نیترات و نیز نیتریت به صورت یونی وجود دارند؛ هر دوی اینها حاصل اکسیداسیون نیتروژن ( که 78% اتمسفر را تشکیل می‌دهد)توسط میکروارگانیسم‌ها در گیاهان، خاک یا آب می‌باشند و به مقدار کمتری از طریق تخلیه‌های الکتریکی مثل آذرخش تولید می‌شوند.

2-2- مشخصه‌های  نیترات:

 نیترات بی‌رنگ، بی‌بو و بدون طعم بوده و در آب‌های آشامیدنی بدون آزمایش قابل تشخیص نمی‌باشد.

نیترات اکسیده‌ترین شکل نیتروژن در سیستم‌های طبیعی است. این  ماده شیمیایی به فرمول3  NOاست و به طور گسترده‌ای آب‌های زیرزمینی و سطحی را آلوده می‌کند.نیترات با داشتن یک بار منفی در محیط آبی بسیار محلول است و به صورت یک فرم آماده برای تغذیه‌ی نیتروژنی در اغلب گونه‌های گیاهی می‌باشد. اگر نیترات توسط گیاهان و میکروارگانیسم‌ها مورد استفاده قرار نگیرد، به آسانی از خاک شسته می‌شود.چون نمک‌های نیترات خیلی محلولند، نیترات به شدت در خاک متحرک است و وقتی که به مقدار زیاد توسط گیاهان به عنوان یک ریزمغذی استفاده شود، به آسانی به سطح ایستابی حرکت می‌کند.

در آب زیرزمینی که احتمال وقوع پدیده اکسیداسیون بسیار بالاست،  NO3از فرم‌های پایدار نیتروژن حل شده می‌باشد که بدون هیچ‌گونه تغییر یا تاخیری همراه با حرکت آب زیرزمینی حرکت می‌کند.

از اواسط 1950 غلظت نیترات در آب زیرزمینی وآب‌های سطحی در بسیاری از کشورها افزایش یافته است. وجود نیترات در آب‌های زیرزمینی یا ناشی از منابع نقطه‌ای مانند دفع فاضلاب‌ها و یا دامداری‌ها است و یا از منابع غیرنقطه‌ای (گسترده) مانند مصرف کود کشاورزی در پارک‌ها، زمین‌های گلف، چمنزارها و باغات نشات می‌گیرد و به طور طبیعی ایجاد می‌گردد.خاطر نشان می‌کنیم که در مناطق کشاورزی غلظت نیتروژن  نیتراتی بیشتر از حد مجاز اعلام شده توسط EPA می‌باشد. همچنین محل‌های دفع فاضلاب، دفع مواد زائد جامد، مخازن عفونی (سپتیک تانک) و دفن زباله می‌تواند از علل غلظت بالای نیتروژن  نیتراتی در آب‌های آشامیدنی باشد.افزایش در غلظت نیترات در آب زیرزمینی به واسطه افزایش ورودی نیتروژن محیط در نتیجه فعالیت‌های انسان ایجاد شده است که این نیتروژن ورودی بیشتر از ظرفیت هضم و حذف توسط بیوسفر است؛ نتیجه این امر آلوده شدن آب‌هاست.به علت پایداری نسبی‌ای که یون نیترات دارد، بیشتر مواد نیتروژنی در محیط تمایل دارند به نیترات تبدیل شوند. بنابراین تمام منابع نیتروژن ( اعم از نیتروژن آلی، آمونیوم و کودها) بایستی به عنوان منابع مستعد نیترات در نظر گرفته شوند.آمونیوم به سرعت توسط ماتریکس سنگی خاک جذب می‌شود درمقابل نیترات محصور نشده و می‌تواند همراه آب خاک حرکت کند و بنابراین پتانسیل از دست رفتن از طریق شستشوی از خاک را دارد(Anderson, 1991 ).

فعالیت‌های بشر در تثبیت مقادیر اضافی تقریبا 150 کیلوگرم نیتروژن از طریق تولید انرژی، تولید کود و پرورش محصولاتی مانند بقولات و برنج نقش داشته است (Galloway , 1998).غلظت زمینه نیترات در آب زیرزمینی که از فعالیت‌های انسان متاثر نشده  بین 0 تا 10 میلی‌گرم در لیتر بر حسب نیترات است. با این حال در آب سطحی مقادیر کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر معمول است.Meybeck and Helmer, 1987  غلظت های حدود 5 میلی گرم در لیتر نیترات در آب های سطحی را به یک منبع آلودگی ورودی نسبت داده اند.فاکتورهای زیادی تغییرات محلی و ناحیه ای در غلظت نیترات بر حسب نیتروژن را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این فاکتورها شامل بارش، ضخامت خاک جمع‌شونده در چاه، بافت خاک در منطقه اطراف چاه نمونه‌برداری شده، ساختار چاه، بار نیترات، عملکرد ضعیف سیستم‌های چاه جذبی نزدیک چاه، جریان آب زیرزمینی و زمین‌شناسی منطقه استEPA غلظت بیشینه مجاز نیترات در آب آشامیدنی را، mg/l10 نیترات بر حسب نیتروژن اعلام کرده است. این استاندارد برای تمام سیستم‌های ذخیره عمومی به کار می‌رود. آلمان و افریقای جنوبی استاندارد آب آشامیدنی را به mg/l4.4 تقلیل داده‌اند تا ایجاد یک حاشیه مطمئن سلامتی نمایند( (  Kross et al.,1995.

WHO غلظت بیشینه مجاز نیترات در آب آشامیدنی را 45 میلی‌گرم در لیتراعلام کرده است و در رابطه با نیتریت نیز عنوان نموده که درمواردی که به طور جداگانه (مجزا) از نیترات اندازه‌گیری شود، غلظت نیتریت نبایستی از 3.2 میلی‌گرم در لیتر تجاوز نماید.در اینجا نیترات را در محیط، منابع آن، اثراتی که بر سلامت و محیط می‌گذارد وعملیات پاکسازی آنرا بررسی می‌کنیم.سرنوشت نیترات پیچیده است و چندین فرآیند فیزیکی و بیولوژیکی را شامل می‌شود که در این میان نیترات‌زدایی نقش اصلی را بازی می‌کند.

چهار گونه اصلی نیتروژن در خاک و منطقه تهویه وجود دارد:

1) به فرم گاز نیتروژن

2) نیتروژن آلی

3) نیتروژن آمونیومی پیوند یافته با رس‌ها و آب منفذی

4) نیترات

2-3- چرخه نیتروژن:

 در چرخه طبیعی نیتروژن به نیترات تبدیل می‌شود که می‌تواند توسط گیاهان جذب شود و در بافت آنها جای بگیرد. حیوانات از این گیاهان تغذیه می‌کنند. این نیترات سپس در مدفوع حیوانات و نیز در اثر تجزیه میکروبی گیاهان و حیوانات مرده دوباره به محیط‌زیست برمی‌گردد. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند یون آمونیوم یا نیترات را به نیتریت تبدیل کنند، این واکنش در طبیعت و در دستگاه گوارش انسان و سایر حیوانات رخ می‌دهد. بعد از تبدیل باکتریایی نیترات به نیتریت در محیط، چرخه نیتروژن تکمیل می‌شود.به طور معمول در چرخه طبیعی نیتروژن، نیتریت یا نیترات در محیط انباشته نمی‌شود، ولی بشر با فعالیت‌های خود می‌تواند غلظت نیترات محیط را تا غلظت‌های خطرناک افزایش دهد. از جمله این فعالیت‌ها، فعالیت‌هایی مانند کشاورزی را می‌توان نام برد که منبع اصلی آن به شمار می‌رود. این نیترات به طرق مختلفی می‌تواند به آب زیر زمینی راه پیدا کند. شکل  2-1- چرخه نیتروژن در محیط‌زیست را نشان می‌دهد.

2-1- مقدمه  …………………………………………………………………………………………….32

2-2- مشخصه های  نیترات …………………………………………………………………………….33

2-3- چرخه نیتروژن ………………………………………………………………………………………36

2-3-1-تثبیت نیتروژن  ………………………………………………………………………………….37

2-3-2- نیتراتی شدن …………………………………………………………………………………..39

2-3-3-احیاء نیترات ………………………………………………………………………………………40

-3-4- نیترات زدایی …………………………………………………………………………………….40

2-4-منابع نیترات ……………………………………………………………………………………….40

2-4-1-پسماندهای انسانی و حیوانی …………………………………………………………….41

2-4-2-کودها …………………………………………………………………………………………..43

2-4-3- نیتروژن با منشا طبیعی ……………………………………………………………………..48

2-4-3-1- فرسایش رسوبات طبیعی ………………………………………………………………..48

2-4-3-2- واکنش با آب باران ………………………………………………………………………..51

2-4-3-3- شکل گیری نیترات از نیتروژن جوی در اثر فوتون ها و رعد و برق ……………………..51

2-4-4- منابع  صنعتی نیتروژن ………………………………………………………………………51

2-4-5- چارپایان اهلی ………………………………………………………………………………53

2-4-6- دفع پسماند جامد ………………………………………………………………………….54

2-5- تشخیص منابع نیترات ………………………………………………………………………..54

2-6- اثرات سلامتی نیترات و نیتریت …………………………………………………………….55

2-6-1- اثرات نیترات و نیتریت  بر سلامت انسان …………………………………………………55

2-6-2- اثرات نیترات و نیتریت بر سلامت دام ها و دیگر حیوانات اهلی ……………………….59

2-6-3- اثرات نیترات و نیتریت  بر محیط زیست ………………………………………………..59

2-7- اعمال پاکسازی معمول برای نیترات ………………………………………………………60

2-7-1- هیچ کاری انجام ندهیم …………………………………………………………………..61

2-7-2- پمپاژ کردن برای استفاده ی مفید …………………………………………………….61

2-7-3- پمپاژ کردن و تصفیه کردن ……………………………………………………………..62

2-7-4- پمپاژ و پسماند …………………………………………………………………………63

2-7-5- پاکسازی گیاهی ………………………………………………………………………63

2-7-6- تکنولوژی های پاکسازی نو ظهور و جدید …………………………………………..64

 فصل سوم: مروری بر مدل های ریاضی و معادلات حاکم بر جریان

مدل آب زیرزمینی در واقع فرم ساده شده‌ای از یک سیستم واقعی آب‌های زیرزمینی است که بطور تقریبی همبستگی بین عمل و عکس العمل هیدرودینامیکی را در یک سیستم ارائه می‌دهد .(Prickett, 1975)  در سال‌های اخیر تهیّه‌ی مدل آب‌های زیرزمینی به صورت بخش اصلی تعداد زیادی از پروژه‌های مربوط به بهره‌برداری، حفاظت و پاکسازی آب‌های زیرزمینی در آمده است. با ادامه‌ی پیشرفت سخت افزاری و نرم‏افزاری رایانه و تهیّه سهل‌تر آن‌ها، نقش مدل‌ها در علوم کمّی زمین، نظیر هیدروژئولوژی نیز افزایش یافته است(چیت سازان،1381).مدل‌های ریاضی آب زیرزمینی که از اواخر قرن 19 میلادی مورد استفاده قرار گرفته­اند، مجموعه­ای از معادلات دیفرانسیل است که چگونگی جریان آب زیرزمینی را تحت حاکمیت خود قرارمی دهند. در زیربه معرفی انواع مدل‌های آب زیرزمینی می‌پردازیم.

نرم افزار GMS توسط Environmental Modeling Research Laboratory  از دانشگاه Brigham Young تولید شده است.این نرم افزار انواع مختلف مدل‌ها را پشتیبانی می کند و تسهیلات زیادی برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات بین مدل­های گوناگون و انواع داده‌ها در آن فراهم شده است. این نرم افزار محیطی جامع و گرافیکی برای مدل سازی‌های آب زیرزمینی است. در واقع GMS شامل یک رابط (Interface) گرافیکی کاربر (برنامه GMS) و تعدادی کد مورد استفاده در مدل سازی می­باشد. GMS به عنوان یک پیش‌پردازنده و پس‌پردازنده ی بسیار قدرتمند برای کد مادفلو 2000 به حساب می­آید و وارد کردن داده‌ها و به تصویر در آوردن نتایج را به صورت نقشه و گراف، ممکن می‌سازد.مادفلو موجود در این نرم افزار قابلیت تهیه شبکه با هر دو روش مرکز شبکه‌ای و مرکز سلولی را دارد. داده­ها­ی ورودی برای مادفلو به هنگام راه اندازی از GMS فراخوانی می‌شوند. این نرم افزار دارای ساختاری مدولار (Modular) می‌باشد که از یک برنامه اصلی و یک سری از برنامه‌های فرعی به‌نام ماژول یا مدول (Module) تشکیل شده است. این ماژول‌ها به‌صورت بسته‌هایی گروه‌بندی شده‌اند که هر بسته با قسمتی از سیستم هیدرولوژیکی که بایستی شبیه سازی شود، در ارتباط می‌باشد. طراحی مدولار برنامه این توانایی را به کاربر می‌دهد که بتواند شرایط هیدرولوژیکی متفاوت را به صورت جداگانه در داخل مدل مورد آزمایش قرار دهد. وارد کردن (Input) داده­ها با فرمت­های گوناگون از نرم افزارهای مختلف از دیگر خصوصیات بارز GMS می­باشد. علاوه بر این ماژول‌های جدید را می‌توان بدون تغییر نسخه موجود مورد استفاده قرار داد. صرفه جویی در زمان وقتی از اهمیت فوق العاده زیادی برخوردار خواهد بود که تعداد چاه‌های بهره­برداری زیاد باشند و به خصوص آماده کردن آن‌ها برای ورود به مدل آب زیرزمینی در شرایط ناپایدار نیاز باشد که هر چه دوره‌های تنش بیشتر باشد به همان اندازه داده‌های مورد نیاز چند برابر شده و نیاز به مدیریت داده­ها از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود. انواع آبخوان‌ها که می‌توانند در این محیط شبیه سازی شوند، تحت فشار، آزاد یا ترکیبی از این دو می باشند. تنش‌های خارجی از قبیل چاه‌ها، تغذیه ناحیه‌ای، تبخیر و تعرق، زهکش­ها و رودخانه نیز می‌توانند شبیه سازی شوند.این خصوصیات از معیارهای مهم در انتخاب این برنامه کامپیوتری برای تهیه مدل جریان آب زیرزمینی آبخوان می‌باشد چرا که نرم‌افزار GMS به خوبی تمامی مطالب فوق را بر آورده می‌کند.

3-1- انواع مدل‌های آب زیرزمینی ……………………………………………………………………67

3-1-1- مدل‌های فیزیکی ……………………………………………………………………………..67

3-1-2- مدل‌های ریاضی……………………………………………………………………………….68

3-1-2-1- مدل‌های تجربی ……………………………………………………………………………68

3-1-2-2- مدل‌های احتمالاتی ………………………………………………………………………..68

3-1-2-3 مدل‌های علت معلولی یا معین …………………………………………………………..69

3-2- شرحی بر نرم‌افزار مادفلو ……………………………………………………………………….70

3-3- معرفی نرم افزار  GMS ……………ا…………………………………………………………….73

3-4- ساخت مدل در نرم افزار  GMS ………ا………………………………………………………..76

3-4-1-مشخص کردن هدف مدلسازی ……………………………………………………………..77

3-4-2- تهیه و گردآوری اطلاعات ……………………………………………………………………..77

3-4-3- ایجاد مدل مفهومی …………………………………………………………………………..78

3-4-4- انتخاب کد کامپیوتری ………………………………………………………………………….78

3-4-5- طراحی مدل …………………………………………………………………………………..79

3-4-5-1 تعیین شرایط مرزی و تنش های وارده به آبخوان ………………………………………….79

3-4-5-2- طراحی شبکه و تهیه مدل عددی در نرم افزار GMS ……..ا……………………………80

3-4-6- واسنجی  ………………………………………………………………………………………81

3-4-7 – آنالیز حساسیت ……………………………………………………………………………….85

3-4-8 -صحت سنجی…………………………………………………………………………………..86

3-4-9- پیش بینی………………………………………………………………………………………..86

3-4-10- ارائه مدل طراحی شده و نتایج …………………………………………………………….86

3-4-11-ممیزی بعدی مدل …………………………………………………………………………….87

3-4-12-طراحی مجدد …………………………………………………………………………………..87

3-5- مدل MT3DMS …………………ا……………………………………..و………………………..87

3-5-1- معرفی معادلات انتقال آلاینده ………………………………………………………………….88

3-5-2- فرآیند همرفت ……………………………………………………………………………………91

3-5-3- فرآیند پراکنش ……………………………………………………………………………………92

3-5-4- تخلیه و تغذیه …………………………………………………………………………………..93

3-5-5- واکنش های شیمیایی ……………………………………………………………………… 93

3-6- روش حل عددی معادلات انتقال …………………………………………………………………94

3-6-1- روش خطوط مشخصه  MOC ……..ا………………………………………………………….95

3-6-2-  روش اصلاح شده خطوط مشخصه MMOCا ……………………………………………….96

3-6-3- روش هیبرید خطوط مشخصه HMOC …ا……………………………………………………96

فصل چهارم : تصحیح مدل جریان و ایجاد و اجرای مدل انتقال آبخوان شهرک صنعتی بزرگ شیراز

در مدل سازی ابتدا هدف تعیین می شود. . در این تحقیق هدف توصیف الگوهای جریان و ایجاد و اعمال تصحیحاتی در مدل جریان آب زیرزمینی شهرک که قبلا تهیه گردیده بود، جهت بالا بردن دقت کار و در مرحله بعد ساخت و اجرای مدل انتقال آلودگی نیترات و نیتریت در آبخوان مذکور به منظور بررسی چگونگی میرایی طبیعی هاله های آلودگی نیترات و نیتریت از طریق تعیین تغییرات مکانی و زمانی غلظت این دو آنیون به عنوان شاخص آلودگی آب زیر زمینی به کمک نرم افزار MT3D می باشد.

انجام مطالعات هیدروژئولوژی درک نسبتاً کامل و صحیحی از سیستم آبخوان بدست می‌دهد و پس از آن با ساده سازی پیچیدگی‌های سیستم واقعی مدل ساخته می شود.در ابتدا مدل مفهومی (Conceptual Model) منطقه با استفاده از ماژول‌های GIS و Map ساخته شد. تصویر پس‌زمینه (Background Image) منطقه مورد مطالعه بصورتShape File  از محیط ArcMap به نرم‌افزار فراخوانده شد که اگر این تصویر (نقشه یا عکس ماهواره­ای) دارای اطلاعات geo-reference نباشد بایستی حین ورود آن، عملیات geo-reference و ثبت نقاط روی آن انجام شود تا تصویر دارای اطلاعات مختصات جهانی شود.موقعیت منابع تغذیه و تخلیه (Sources/Sinks) موجود در منطقه مذکور شامل موقعیت چاه‌های مشاهده‌ای ، پارامترهای لایه از قبیل هدایت هیدرولیکی (k) و آبدهی‌ویژه (SY ) که مورد نیاز مدل سازی است در داخل پوشه‌هایی به نام  Coveragesدر سطح مدل مفهومی به نرم افزار داده شد. این پارامترها بعنوان اطلاعات پایه به مدل اعمال شد و در محاسبات جریان ماندگار و غیرماندگار مورد تصحیح قرار گرفت. سپس شبکه سه بعدی (3D Grid )با سلولهایی به ابعاد 203.125 х 205 برای محدوده مورد مطالعه شامل32 سلول در جهت X و 20 سلول در جهت Y ساخته شد که در مجموع تعداد سلول ها به 640 عدد، در یک لایه می رسد. در مرحله بعدی مدل مادفلو ساخته شد و سلولهای غیرفعال که در منطقه مورد مطالعه قرار نمی گرفت مشخص شد.شهرک صنعتی بزرگ شیراز یک منطقه تسطیح شده است؛ براین اساس حد بالایی آبخوان در این منطقه مسطح است و در نتیجه تراز بالایی آبخوان 1480 متر در نظر گرفته شد. اطلاعات لاگ حفاری چاه های مشاهده ای دشت قره باغ تغییرات ارتفاعی زیادی در محدوده مدل نشان نمی دهد بنابراین حد پایینی آبخوان نیز مسطح و تقریبا افقی می باشد و تراز پایینی آبخوان 1450 متر در نظر گرفته شد. براساس مطالعات هیدروژئولوژی فقط یک محدوده1 Zone)) برای هدایت هیدرولیکی در نظر گرفته شد.(شکل4-1)در شکل مقدار هدایت هیدرولیکی واسنجی شده نشان داده شده است .این پارامتر بهینه شده توسط مدل با شرایط طبیعی حاکم بر سفره و مشاهدات صحرایی مطابقت دارد.

4-1- هدف  ………………………………………………………………………………………………..99

4-2- ساخت و آماده سازی مدل منطقه مورد مطالعه ………………………………………………..99

4-2-1- مدل سازی جریان ماندگار ………………………………………………………………………99

4-2-1-1- ایجاد مدل مفهومی اولیه …………………………………………………………………..100

4-2-1-2- داده های ورودی …………………………………………………………………………….101

4-3- اجرا و واسنجی  مدل در شرایط ماندگار …………………………………………………………103

4-4-نتایج واسنجی  ……………………………………………………………………………………..104

4-5- بررسی مدل در شرایط ناپایدار ……………………………………………………………………106

4-5-1- تکمیل داده‌های ورودی ………………………………………………………………………….106

4-5-1-1- سطح آب مشاهده­ای (اندازه­گیری شده) …………………………………………………106

4-5-1-2- تنش­ها …………………………………………………………………………………………….107

4-5-1-3- شرایط اولیه …………………………………………………………………………………….107

4-5-1-4- آبدهی ویژه ……………………………………………………………………………………107

4-5-1-5- انتخاب دوره های تنش …………………………………………………………………….108

4-6- طراحی و اجرای مدل انتقال …………………………………………………………………….116

4-6-1- ساخت مدل جریان ……………………………………………………………………………116

4-6-2- نمونه برداری کیفی ………………………………………………………………………….116

4-6-3- شبیه سازی آلودگی نیترات ………………………………………………………………..117

4-6-4- تقسیم بندی زمانی ………………………………………………………………………….119

4-6-5-شرح مختصری بر بسته های فرارفت و پراکنش ……………………………………………120

4-6-6- شرحی بر بسته واکنشهای شیمیایی …………………………………………………….120

4-6-7- غلظت اولیه …………………………………………………………………………………..121

4-6-8- اجرای مدل MT3D برای نیترات و نیتریت ……………………………………………………121

4-6-8-1- نیترات ………………………………………………………………………………………..121

4-6-8-2- نیتریت ………………………………………………………………………………………..123

4-7- برآورد زمان پاکسازی ……………………………………………………………………………..126

 

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

در این تحقیق جهت بررسی پتانسیل خودپالایی آبخوان شهرک صنعتی بزرگ شیراز از یون های نیترات و نیتریت و به عبارت دیگر بررسی پتانسیل میرایی طبیعی این یون ها در آب زیرزمینی از مدل جریان آب زیرزمینی تهیه شده توسط گودرزی 1390 استفاده گردید.با تغییر در شرایط مرزی آبخوان، دقت واسنجی مدل در شرایط پایدار و ناپایدار افزایش داده شد. عملیات واسنجی با استفاده از امکانات آماری موجود در مدل MODFLOW 2000  در بسته نرم افزاری GMS مانند خطای میانگین(ME)، خطای میانگین مطلق((MAE، جذر مربعات خطاها( RMSE)، رسم Scatter diagram و آنالیز حساسیت(SA) در شرایط پایدار انجام گردید. در مرحله ناپایدار از تطبیق سطح پتانسیومتری و هیدروگراف های اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در 11 گمانه در منطقه استفاده گردید.جهت شبیه سازی ابر آلودگی یون های نیترات و نیتریت از مدل انتقال آلاینده MT3D  نسخه MT3D-MS استفاده گردید.با توجه به ویژگی های شیمیایی این دو یون فرآیندهای همرفت(Advection)، پراکنش هیدرودینامیکی (Hydrodynamic dispersion) و انحلال شیمیایی در مدل MT3D فعال و شبیه سازی انتقال این مواد انجام گردید.با واسنجی مدل MT3D  ضریب انحلال این دو یون در آبخوان شهرک صنعتی تعیین گردید. نرخ انحلال نیترات از 0.0009 تا 0.01 لیتر در روز و نرخ انحلال نیتریت از 0.005 تا 0.01 در لیتر محاسبه  محاسبه شد. با این مقادیر تطبیق بسیار خوبی بین غلظت نیترات و نیتریت اندازه گیری شده ( توسط شاکری 1388) و شبیه سازی شده در گستره مطالعه برقرار گردید.به منظور پیش بینی سرنوشت نیترات و نیتریت طی زمان و تعیین پتانسیل خودپالایی آبخوان با مقادیر فوق مدل انتقال برای مقادیر فرضی غلظت نیترات و نیتریت تا رسیدن به غلظت مجاز اجرا و نمودار غلظت نسبی در مقابل زمان رسم (شکل 5-1) و معادله برازش شده در این نمودارها به صورت زیر تعیین گردید (معادله 5-1 و 5-2).

5-1- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………….128

5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………..131

فهرست منابع ………………………………………………………………………………………..132

منابع فارسی ……………………………………………………………………………………….132

منابع انگلیسی ……………………………………………………………………………………..134

 

Abstract

Measurements of nitrate and nitrite anions in the groundwater of Shiraz’s industrial complex zone showed high concentration of these anions compared with the Maximum Concentration Level as defined by WHO and EPA.In This research on the basis of the groundwater model of the aquifer developed by Goudarzi ( 1390), the solute transport model for nitrate and nitrite are prepared by using MT3D software.First with changes in the boundary Conditions, the accuracy of the groundwater model was increased. Then the MT3D model was calibrated for nitrate and nitrite by considering advection, hydrodynamic dispersion and chemical dissolution processes. Dissolution rates of these two anions were determined by finding the best match between the measured values of nitrate and nitrite concentration (Shakeri, 1388) and the simulated values.The results of transport modeling is presented in forms of concentration- Time curves and equations. These equations can be used for determining the fate and rate of natural attenuation of nitrate and nitrite in the aquifer.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان