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 جمع‌ آوری 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

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 نیمه‌ خشک 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 بهره گرفتن از اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری به روش مستقیم – به وسیله نفوذسنج استوانه‌های مضاعف (Infiltrometer Double-Ring) و روش غیرمستقیم – با بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از روش دو عامل تجزیه واریانس (Two Way ANOVA) و گروه‌بندی میانگین تیمارهای آزمایشی با بهره گرفتن 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.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

در کشور ایران که در بخش خشک و نیمه‌ خشک کره زمین قرار دارد، آب دارای اهمیت زیادی است. هم‌اکنون تقاضای آب از امکانات منابع قابل استحصال تجاوز نموده و یا در حال گذر از این مرحله است. بنابراین در آینده‌ای نه چندان دور، محدودیت منابع آب از ابعاد مختلف و از جمله برای تولید مواد غذایی، تولیدات صنعتی، تأمین آب شرب و بهداشتی، محیط زیست و حتی ابعاد سیاسی و اجتماعی مشکلات متعددی را مطرح خواهد نمود و این در‌حالی است که از 400 میلیارد متر مکعب بارش سالانه کشور تنها 35 میلیارد مترمکعب آن به مصرف تغذیه آبخوان‌ها می‌رسد (کوثر 1372). بنابراین تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی یکی از مهمترین موارد در امر توسعه پایدار محسوب می‌شود.

در ایران، تغذیه مصنوعی و ذخیره آب سطحی در زمین‌ها با ساختن بندسارها و دگارها سابقه‌ای طولانی دارد. در شرایط حاضر از منابع آب زیرزمینی کشور حداکثر استفاده به عمل می‌آید به طوری که به سبب برداشت اضافی از این منابع در 163 دشت کشور، سطح آب زیرزمینی افت پیدا کرده است و مشکلاتی را برای ادامه حیات کشاورزی و توسعه اقتصادی این نواحی فراهم آورده است (برزگر ریحانی 1376). با توجه به این که منابع آب‌های زیرزمینی ایران 8/77 درصد مصارف شرب، صنعت و کشاورزی را تأمین می‌کنند، ارائه طرح‌هایی که موجب استفاده بهینه منابع آبی موجود و تغذیه آبخوان‌ها گردد، دارای ضرورتی اساسی و اولویتی انکارناپذیر است (همتی‌نژاد 1376). از آنجایی‌که منابع آبی در دسترس انسان برای مصارف شرب، بهداشت، کشاورزی، صنعت و غیره محدود می‌باشد و به تناسب شرایط خاص اقلیمی هر منطقه از کره زمین متفاوت است، لذا هرگونه اقدام برای کنترل و مهار آب و استفاده بهینه از آن می‌بایستی مورد توجه برنامه‌ریزان و متولیان امور آب در کشور قرار گیرد. این مهم در کشورهای جهان سوم و در حال توسعه و به‌ویژه در مناطق با اقلیم آب و هوای خشک که از ریزش‌های جوی محدود و با پراکنش نامناسب برخوردارند، بیشتر خودنمایی می‌کند. چه در این مناطق نوع ریزش‌های جوی عموماً به صورت رگبارهای شدید بوده و باعث به وقوع پیوستن سیلاب‌های سهمگین و خسارت‌زا می‌شود، به ‌طوری‌که بعضاً در مدت زمانی کوتاه، بارشی بیش از میانگین سالانه منطقه اتفاق می‌افتد. ملاحظه می‌شود در این مناطق، که به علت تبخیر زیاد و قلت بارندگی سالانه، نیاز به وجود آب بسیار ضروری و بلکه حیاتی است، در مدت زمانی بسیار کوتاه از دسترس خارج شده و بدون استفاده به هامون‌های کویری منتهی می‌گردد.

امروزه روش‌های متفاوتی برای کنترل و مهار سیلاب‌ها در کشورهای دنیا بر حسب مناطق مختلف یک حوضه آبخیز مورد توجه است. احداث سدهای مخزنی طی سال‌های گذشته مخصوصاً مورد توجه دولت‌مردان قرار گرفته که همواره با هزینه‌های بسیار بالای احداث، نگهداری و تصفیه آب همراه بوده است. امروز با نگاه علمی و جامع به مدیریت منابع آب، شناسایی آبرفت‌های درشت‌دانه با ضخامت مناسب مورد توجه قرار گرفته است، تا بتوان با هزینه‌های اندک و اجرای بسیار ساده و سریع، سیلاب‌های مخرب را بر روی دشت‌های آبرفتی گستراند، و با ایجاد آرامش به آن فرصت نفوذ و تغذیه آبخوان را فراهم کرده و آب را در لابلای آبرفت‌های درشت‌دانه و به دور از طبیعت خشن و گرم مناطق کویری که تبخیر آب را موجب می‌شود و به دور از عوامل آلوده کننده، نگهداری و بهره‌برداری از آن را به سهولت امکان‌پذیر نمود.

2-1- ضرورت اجرا

یکی از ویژگی‌های اقلیمی مناطق خشک و نیمه‌ خشک، علاوه بر کمی نزولات جوی، وقوع رگبارهای شدید و کوتاه مدت می‌باشد، که در بیشتر موارد سبب وقوع سیلاب‌های فراوان می‌شود. استفاده از سیلاب‌های فصلی و نزولات جوی علاوه بر تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی سبب بهبود خواص خاک و احیاء مراتع می‌شود. به گونه‌ای که در حال حاضر در بسیاری از نقاط ایران طرح‌های بهره‌وری از سیلاب و تغذیه آبخوان‌ها به مرحله اجرا یا بهره‌برداری درآمده است. ورود حجم زیادی از سیلاب محتوی املاح و بار معلق که اغلب دارای برخاستگاه متفاوتی از لحاظ خاک‌شناسی و زمین‌شناسی می‌باشند، به مرور زمان‌ سبب بروز تغییراتی در خواص مختلف خاک می‌شود. بررسی روند این تغییرات و اندازه‌گیری پاره‌ای از متغیرهای خاک در طول زمان‌، تأثیر پخش سیلاب را بر خصوصیات فیزیکی خاک مشخص می کند. به‌ طوری‌که نتایج حاصل از آن در میزان نفوذپذیری خاک، نگهداشت آب در خاک، قابلیت انتقال آب در خاک و غیره تأثیرگذار است. لذا به نظر می‌آید در طول زمان‌، این پارامترها تغییر یابد. همچنین در خاک‌های با بافت درشت، ذرات معلق موجود در سیلاب ممکن است سبب کاهش نفوذپذیری خاک گردد. با توجه به برآیند نتایج متفاوت حاصل از پروژه‌های پخش سیلاب در نقاط مختلف، ضرورت دارد میزان متوسط این تغییرات و روند آن در طول زمان‌ بررسی گردد و با بهره گرفتن از نتایج بررسی‌های به عمل آمده روش یا روش‌های مناسبی در جهت افزایش بهره‌وری این طرح‌ها و ارائه پیشنهادات راهبردی مهندسی و بهینه‌سازی طراحی شبکه‌ها ارائه گردد.

3-1- هدف

از جمله اهدافی که بعد از کسب نتایج حاصله از این طرح انتظار می‌رود، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- تعیین میزان کل تغییرات نفوذپذیری خاک در شبکه‌های پخش سیلاب در دوره‌های زمانی طولانی مدت و کوتاه مدت.

2- تشخیص نواحی با نفوذپذیری غیر متعارف(Abnormal Permeability)  در عرصه پخش و تعیین علل آن(Alquhtani 1998) .

3- ارزیابی روش‌های مختلف اندازه‌گیری میزان نفوذپذیری (روش‌های مستقیم و غیر مستقیم).

4- مقایسه روش‌های مختلف تجزیه و تحلیل داده‌ها (روش‌های آماری و نقشه‌ای). 

5- تعیین معادله تجربی بین میزان نفوذپذیری و شاخص‌های دانه‌بندی خاک در محل عرصه پخش‌سیل، که محیطی کاملاً غیر یکنواخت را از نظر دانه‌بندی تشکیل می‌دهد و آن به دلیل قرار گرفتن آبرفت‌های درشت‌دانه در معرض سیل