برآورد سطح دینامیک آب در چاه با استفاده از روابط تجربی، آنالیزابعادی و قانون بقای انرژی (مطالعه موردی: استان البرز)
الموضوعات :سارا فکوری 1 , محمد بی جن خان 2
1 - دانشجوی مقطع کارشناسی‌ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
2 - استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
الکلمات المفتاحية: افت چاه, سطح دینامیک, ویدئومتری, افت آبخوان,
ملخص المقالة :
زمینه و هدف: برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی منجر به افت شدید سطح ایستابی و بروز مشکلات جدی در سطح دشت های کشور شده است. عمق آب در چاه (سطح دینامیک) با کاهش سطح ایستابی و افزایش دبی پمپاژ پایین تر افتاده و در بحرانی ترین حالت منجر به ورود هوا به داخل لوله رانش می شود. جریان دوفازی در طولانی مدت منجر به آسیب دیدگی الکتروموتور و نهایتاً سوختن آن خواهد شد. از طرفی اندازه گیری سطح دینامیک با استفاده از روش های میدانی بسیار دشوار و در برخی موارد امکان نا پذیر است. لذا در این تحقیق در نظر است که بدون اندازه گیری های مستقیم، مدلی برای تخمین سطح دینامیک ارائه شود.روش پژوهش: انجام عملیات ویدئومتری یکی از روش هایی است که در تعیین سطح دینامیک چاه ها نقش دارد. اما بدلیل پرهزینه بودن و عدم امکان انجام آن برای همه چاه ها لازم است تا روشی برای تخمین سطح دینامیک ارائه شود. برای این منظور، با استفاده از مبانی هیدرولیکی حاکم بر پمپاژ آب از چاه، اقدام به ارائه یک مدل ریاضی ساده براساس معادله بقای انرژی بمنظور برآورد سطح دینامیک آب در چاه شد. همچنین، معادلات تجربی Jacob (1947) و Rorabaugh (1953) که برمبنای افت آبخوان و افت چاه هستند، برای محاسبه سطح دینامیک توسعه داده شدند. در نهایت با استفاده از آنالیز ابعادی مدل بدون بعدی نیز برای تخمین پارامتر سطح دینامیک ارائه شد. مدل توسعه داده شده آنالیز ابعادی کمک می کند تا براساس میزان برداشت، عمق چاه و نوع پمپ اطلاعاتی از افت چاه بدست آید و روشی کاربردی است. پس از ارائه چهار مدل مذکور ضرائب مربوط به آنها با استفاده از داده های مشاهداتی مربوط به 17 حلقه چاه در محدوده های کرج، کمالشهر و گرمدره واقع در استان البرز بدست آمد.یافته‌ها: نتایج نشان داد که مدل های Jacob (1947) و Rorabaugh (1953) هردو نتیجه یکسانی داشته و قادرند با میانگین قدرمطلق خطای نسبتی معادل 1/5 درصد سطح دینامیک آب در چاه را برآورد کنند. همچنین، با استفاده از روش های آنالیز ابعادی و تعادل انرژی می توان با میانگین قدر مطلق خطای نسبی 4 و 39/12 درصد به برآورد سطح آب در چاه بپردازد. به بیان دیگر سه مدل Jacob (1947)، Rorabaugh (1953) و آنالیز ابعادی کمترین مقدار خطا را داشته اما مدل تعادل انرژی سطح دینامیک را با خطای بیشتری برآورد می کند. تغییرات سطح دینامیک چاه ارتباط مستقیم با عملکرد هیدرولیکی آن دارد و لذا روابط پیشنهادی برای ارزیابی شرایط عملکرد چاه در محدوده های مورد مطالعه قابل کاربرد است.نتایج: بمنظور ارزیابی خطا بین سطح دینامیک مشاهداتی و محاسباتی خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) هر کدام از روش ها و به تفکیک محدوده های مطالعاتی بدست آمد. با توجه به نتایج مشاهده می شود که محدوده کمالشهر نسبت به سایر مناطق خطاهای کمتری دارد. بدین ترتیب که RMSE مربوط به منطقه کمالشهر برای روابط Jacob و Rorabaugh، آنالیز ابعادی و تعادل انرژی به ترتیب برابر با 58/6، 5/6 و 87/16 متر بدست آمد. همچنین روش های Jacob (1947) و Rorabaugh (1953) و آنالیز ابعادی کمترین خطا را در محاسبه سطح دینامیک ارائه می دهند در حالی که مدل تعادل انرژی به دلیل نبودن اطلاعاتی از میزان فشار روی لوله رانش پمپ، عدم قطعیت های زیادی دارد و مقدار سطح دینامیک را با خطاهای بیشتری محاسبه می نماید. مدل آنالیز ابعادی به دلیل بدون بعد بودن پارامترها نسبت به دو مدل تجربیJacob وRorabaugh که به لحاظ ابعادی موزانه نیستند، از مزیت بیشتری برخوردار است.
Akbari, M. (2021). Monitoring land subsidence due to geological and water resources factors using Differential Radar Interferometry method (Case Study: Arak city). Journal of Water and Soil Resources Conservation, 10(3), 115-132. [in Persian]
Babaei, S., Hamdami, G., and Ghasemieh, H. (2017). “Identify the Effective Wells in Determination of Groundwater Depth in Urmia Plain Using Principle Component Analysis .” Journal of Water and Soil, 31(1), 40–50.[in Persian]
Faraji, Z., Kaviani, A., and Ashrafzadeh, A., (2016). “Assessment of GRACE satellite data for estimating the groundwater level changes in Qazvin province. ”Journal of Ecohydrology, 4(2), 463-476. doi: 10.22059/ije.2017.61482. [in Persian]
Gonga, Y., Zhanga, J., Zhoua, J., Wangb, G., Wangb, H., and He, X. (2021). “10.1016_j.egyr.2021.10.012_2hok.pdf.” Energy Reports, Hangzhou, China, 505–511.
Houben, G. J. 2015. “Review: Hydraulics of water wells—head losses of individual components.” Hydrogeol. J., 23 (8): 1659–1675. https://doi.org/10.1007/s10040-015-1313-7.
Jacob, C. E. (1947). “Drawdown test to determine effective radius of artesian well.” Trans, ASCE, 112((paper 2321)), 1047–1070.
Jamdar, M., Sarai Tabrizi, M., & Saremi, A. (2019). Management and optimization for conjunctive operation of water resources in order to reduce Hashtgerd aquifer decline. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 8(3), 85-102. [in Persian]
Kurtulus, B., Yaylim, T. N., Avşar, O., Kulac, H. F., and Razack, M. (2019). “The well efficiency criteria revisited-development of a generalwell efficiency criteria (GWEC) based on rorabaugh’s model.” Water (Switzerland).
Mawlood, D. K., and Mustafa, J. S. (2016). “Analyze the Well Losses and Aquifer Losses on the Pumping Test Results.” The official scientific journal of Salahaddin University-Erbil, 28(S6), 61–67.
Möller, G., Detert, M. & Boes, R.M., 2015. Vortex-induced air entrainment rates at intakes. Journal of Hydraulic Engineering, pp.1–8.
Polak, K., Górecki, K., and Kaznowska-Opala, K. (2019). “The dynamics of water wells efficiency reduction and ageing process compensation.” Water (Switzerland).
Rorabaugh, M. J. (1953). “Graphical and theoretical analysis of step-drawdown test of artesian well.” Proc Amer Soc Civil Engrs, 79(362), 23.
Saraskanroud, A. S., Safari, S., and Elham, M. (2021). “Estimation of the levels of Groundwater Aquifers under the Influence of Land-Use Changes by Using GRACE Satellite Data.” Journal of Geography and Environmental Planning, 32(4), 1–26.
_||_