پایان نامه بررسی هیدروژئولوژی منطقه و تهیه نقشه های موضوعی نظیر نقشه های هم تراز و هم عمق آب زیرزمینی

چکیده

محدوده مطالعاتی بابل – بابلسر با مساحت 1817 کیلومترمربع، زیر حوزه محدوده بابل – آمل می­باشد که در استان مازندران واقع شده است. حدود 898 کیلومترمربع از محدوده را دشت و 919 کیلومترمربع را ارتفاعات دامنه شمالی البرز تشکیل می­دهد. رودخانه بابلرود، منبع اصلی آب سطحی در محدوده می­باشد.. اقلیم دشت بابل – بابلسر بر اساس روش آمبرژه خیلی مرطوب می­باشد. محدوده بابل – بابلسر از نظر تقسیمات زمین­شناسی در زون البرز قرار گرفته است. سنگ بستر آبخوان بابل – بابلسر شامل رسوبات دریایی حاوی آب شور فسیل می­باشد. براساس نتایج ژئوفیزیک و ژئوالکتریک می­توان نتیجه گرفت که قسمت عمده آبخوان محدوده­ی مطالعاتی بابل - بابلسر از نوع آزاد می­باشد. قابلیت انتقال آبخوان در محدوده از (d/m2)1500 در نواحی جنوبی تا (d/m2)100 در نواحی شمالی متغیر می­باشد. هدف عمده از این تحقیق، بررسی و مطالعه­ی دراز مدت کیفیت آب­زیرزمینی محدوده (سال­های آبی 81-80 تا 91-90) و پهنه­بندی مختلف کیفی آب­زیرزمینی دشت با استفاده از قابلیت­های سیستم اطلاعات جغرافیایی (ArcGIS) بوده است. در متوسط دوره خشک و مرطوب از لحاظ شرب، به ترتیب 9/71 و 9/75 درصد از محدوده دارای کیفیت قابل قبول، و 8/21 و 2/16 درصد دارای کیفیت نامناسب می­باشد. از لحاظ کشاورزی، به ترتیب 8/88 و 2/87  درصد از محدوده در کلاس C3S1 واقع شده­اند. تیپ غالب آب­زیرزمینی محدوده،   بی­کربناته کلسیک می­باشد. تقسیم­بندی محدوده براساس باقیمانده خشک در متوسط دوره­های خشک و مرطوب، بیش از 80 درصد از کل وسعت محدوده دارای آب­ شیرین و بقیه آن دارای آب لب­شور می­باشد. از لحاظ سختی، آب­زیرزمینی محدوده در اکثر  چاه­های نمونه­برداری دارای کیفیت کاملا سخت است. با بررسی روند تغییرات کیفی آب­زیرزمینی منطقه در طول دوره 11 سال متفاوت بوده، بطوریکه تنزل کیفیت آب در سال­های اخیر مشاهده می­شود.

کلمات کلیدی: بابل – بابلسر، آب­زیرزمینی، کیفیت آب، سیستم اطلاعات جغرافیایی

فصل اول

کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

آب منشاء حیات و رونق زندگی است. اهمیت آب درتمام شئون زندگی بشر مشهود و برکسی پوشیده نیست. بخش اعظم آب کره زمین یعنی2/94 درصد آن به صورت آب شور در اقیانوس­ها قرار گرفته که غیر قابل استفاده است. از 8/5 درصد آب موجود در خشکی های کره زمین، آبهای زیرزمینی بزرگترین منبع آب شیرین جهان بوده و تقریباً 20% آب مصرفی کل جهان از آن تأمین می­گردد (ولایتی، 1374).

منابع آب­زیرزمینی به­ خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک بسیار با اهمیت هستند. کشور ایران در منطقه نیمه خشک جهان واقع گردیده، که میانگین بارندگی سالیانه آن حدود 253 میلی­متر است، این مقدار بارش کمتر از یک سوم متوسط بارندگی سالیانه کره زمین (860 میلی­متر) می­باشد. از طرف دیگر توزیع بارندگی درکشور ما ازنظر مکانی و زمانی یکنواخت نبوده از این رو در اکثر نقاط کشور همواره با مشکل کم آبی مواجه هستیم (علیزاده 1385، 13)، بنابراین شناخت آب از نظر کیفیت و چگونگی حصول آن قدمی اساسی برای بهینه­سازی مصرف است (رکس و همکاران 2007، 210)[1].

آب­ های زیرزمینی به دلیل ارتباط هیدروژئولوژی با دیگر منابع آبی همواره در معرض آلودگی با روند تخریبی است (زراعی و آخوندعلی 1385، 3:1620)، بنابراین در بحث مدیریت سیستم آب­زیرزمینی که تصمیمات براساس کمیت و کیفیت آب اتخاذ می­شوند، شناسایی عوامل آلاینده آب­زیرزمینی، بررسی تغییرات مکانی و زمانی غلظت آلاینده­ها، حفظ کیفیت منابع آب در حد استانداردهای قابل قبول ملی و جهانی لازم و ضروری است.

1-2- بیان مسأله و ضرورت انجام تحقیق                                

از جمله مسائل حائز اهمیت در رابطه با آب زیرزمینی به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب، ارزیابی کیفی و حفاظت از آن می باشد. استفاده از انواع شاخص های کیفیت، به بیان وضعیت و کیفیت آب به صورتی ساده و آسان کمک می نماید.

جهت استمرار یا توسعه بهره­برداری از آبهای زیرزمینی برای انواع مصارف و اهداف مختلف، ضرورت دارد که اطلاعات کافی از مجموعه ویژگی های کمی وکیفی آبخوان مورد  نظر جمع­آوری، ذخیره، تجزیه و تحلیل و نتیجه گیری شود. برای رسیدن به این هدف، انجام عملیات پایش (کمی و کیفی) ضروری می­باشد.

پایش منابع آب به دو دسته پایش کمی و کیفی تقسیم بندی می­شود. انجام پایش کیفی ضمن ارائه اطلاعات مورد نیاز به منظور شناخت وضعیت موجود، با ساده­سازی وکاهش اطلاعات خام، روند تغییرات کیفی را در طول مکان و زمان نشان داده و زمینه­ی مناسب را برای انجام اقدام­های کنترلی به ­موقع فراهم  می­کند. با­توجه به برنامه­ها و فعالیت­های کشورهای موفق در زمینه پایش کیفی آب­زیرزمینی و بررسی وضعیت نامطلوب در خصوص حفاظت از کیفیت منابع آب­زیرزمینی که منجر به تنزل کیفیت آن شده است، می­توان لزوم توجه جدی به پایش مداوم آب­زیرزمینی را دریافت.

یک نمونه از امکانات بسیار کارا و پیشرفته در این زمینه استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است، که در چند سال اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است تا قابلیت­ها و کارایی­های آن در مطالعه سفره آب­زیرزمینی یک منطقه نسبت به روشهای سنتی و دستی که غالبا وقت­گیر و پرهزینه است شناسایی و معرفی گردد تا بتوان هم با سرعت بالا و هم با هزینه کمتر و با بهنگام نمودن اطلاعات، مدیریت بهتری را بر روی وضعیت سفره آب­زیرزمینی منطقه اعمال کرد و در هر زمان از وضعیت کیفی آب­زیرزمینی دشت مطلع شد (احمدی و صدقمی 2008، 357)[2].

1-3- اهداف تحقیق

مشخص شدن گرایش کیفی منابع آبی می­تواند به صورت ابزاری مفید درتدوین برنامه­های حفاظت و بهره­برداری به­کار رود. در این تحقیق اهداف زیر مورد توجه قرار گرفته است:

- بررسی هیدروژئولوژی منطقه­ و تهیه نقشه­های موضوعی ­نظیر نقشه­های هم­ تراز و هم عمق آب­زیرزمینی، جهت جریان آب­زیرزمینی، هیدروگراف واحد آب­زیرزمینی دشت به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی.

- بررسی فرایندهای ژئوشیمیایی حاکم بر آبخوان مورد مطالعه و اثرات ناشی از آن.

- تهیه نقشه پهنه­بندی کیفی آبخوان منطقه (نظیر نقشه تغییرات آنیون­ها و کاتیون­ها) به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی و ترسیم نمودار تغییرات پارامترهای کیفی در دوره آماری مورد نظر.

- تعیین تیپ آب­زیرزمینی منطقه و تهیه نقشه پهنه­بندی مکانی منطقه ار نظر شرب و کشاورزی.

1-4- فرضیه‏های تحقیق

- کیفیت آب­زیرزمینی دشت بابل - بابلسر از نظر شرب و کشاورزی قابل قبول می­باشد.

- روند تغییرات کیفی آب­زیرزمینی دشت بابل - بابلسر رو به ­تنزل است.

فصل دوم

مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1- موقعیت جغرافیایی محدوده مطالعاتی

حوزه آبریز رودخانه­ های مازندران که در شمال رشته کوه ­البرز میانی و در حاشیه جنوبی دریای مازندران واقع شده، دارای وسعتی حدود 25650 کیلومتر­مربع می­باشد. جلگه ساحلی مازندران با روند شرقی- غربی در امتداد ساحل دریا با وسعتی معادل 5245 کیلومترمربع گسترده شده است. که از حوزه آبریز رودخانه صفارود در غرب شروع و به حوزه آبریز رودخانه­های خلیج گرگان در شرق ختم می­گردد (تماب 1375، 4). محدوده مطالعاتی بابل- بابلسر بین طول­های جغرافیایی ´36 ˚52 تا ´50 ˚52 شرقی و ´42 ˚36 تا   ´45 ˚36 شمالی، واقع شده است (شکل2-1).

پهنه دشت، حوزه آبریز رودخانه­ بابلرود را شامل می­شود. جهت تعیین مرز حوزه از حدود تقسیمات سیاسی شهرستان­های بابل و بابلسر استفاده شده است. طول دشت در امتداد دریا حدود 21 کیلومتر می­باشد. وسعت این محدوده مطالعاتی حدود 1817 کیلومترمربع می­باشد که از این مقدار حدود 898 کیلومترمربع را دشت و 919 کیلومترمربع را ارتفاعات دامنه شمالی البرز تشکیل می­دهد. حدود چهارگانه این محدوده از شمال به دریای مازندران، از جنوب به سلسله جبال البرز، از شرق به محدوده مطالعاتی قائمشهر - جویبار و از غرب به حوزه آبریز رودخانه هراز منتهی می­شود.

مشخصه اصلی پستی و بلندی در این محدوده، ارتفاعات البرز در جنوب منطقه و دریای مازندران در شمال آن می­باشد که محدوده بابل - بابلسر نیز در بین آنها واقع شده است. حداکثر ارتفاع محدوده مطالعاتی 3700 متر مربوط به ارتفاعات البرز و حداقل آن 22- متر در سواحل دریای خزر می­باشد (تماب 1375، 8). ارتفاعات البرز را تعداد زیادی دره بزرگ و کوچک که عموماً در جهت شمالی و جنوبی قرار دارند قطع می­کنند. دره­های اصلی که رودخانه­های مهم منطقه از جمله بابلرود در آنها جریان دارند، غالباً از چندین دره فرعی که جهت آنها شرقی- غربی می­باشد تشکیل شده است. 

شهرستان­های مهم منطقه

شهرستانهای اصلی محدوده عبارتند از: شهرستان بابل و بابلسر که در ادامه توضیح مختصری راجع به شهرستانهای واقع در محدوده مطالعاتی بابل- بابلسر آورده شده است.

شهرستان بابل: این شهرستان از شمال به شهرستان بابلسر، از جنوب به رشته کوه البرز، از غرب به شهرستان آمل، و از شرق به شهرستانهای قائمشهر و ساری محدود است. ارتفاع آن از شمال تا ده کیلومتری جنوب بابل از سطح دریاهای آزاد پایین­تر است. مرکز این شهرستان، شهر بابل است. شهرستان بابل بین    ׳5  ْ36 و ׳35  ْ36 عرض شمالی و '30  ْ52 و '45  ْ52 طول شرقی واقع شده است. مساحت این شهرستان حدود 1578 کیلومتر مربع است و ارتفاع از سطح دریا 76 متر می­باشد. مرکز این شهرستان، شهر بابل است که بین ''15 '34  ْ36 عرض شمالی و ''20 '44  ْ52 طول شرقی واقع شده است. این شهر تقریباً در 50 کیلومتری غرب ساری و با تهران 210 کیلومتر فاصله دارد. جمعیت آن در سرشماری سال 90 برابر با 261733 نفر بوده است (مرکز آمار ایران، 1385). رود بابل در قسمت غربی این شهر روان است. البته امروزه با توجه به ساخت و سازهای فراوان و گسترش فضای شهر این رودخانه تقریباً در قسمت­های مرکزی شهر قرار گرفته است.

شهرستان بابلسر: این شهرستان در قسمت مرکزی استان قرار گرفته و از شمال به دریای خزر، از جنوب به شهرستان بابل، از شرق به شهرستان جویبار و از غرب به شهرستان محمودآباد محدود شده است. مساحت این شهرستان حدود 249 کیلومترمربع است. این شهرستان در حد انتهایی دلتای رودخانه بابلرود قرار دارد و ویژگی­های جغرافیایی آن متأثر از دو عامل طبیعی دریای خزر و رودخانه بابلرود و شرایط شکل­زایی جلگه ساحل دریای خزر می­باشد. مرکز این شهرستان، شهر بابلسر است. در گذشته بابلسر بخش شمالی شهرستان بابل بود که بنا به تصمیمات حکومتی از آن جدا شد. طول جغرافیایی بابلسر  ''30 '39  ْ52 و عرض آن '42  ْ36 می­باشد. ارتفاع شهر 7 متر بالاتر از سطح دریای خزر و 22 متر پایین­تر از سطح در یاهای آزاد قرار دارد. جمعیت آن در سرشماری سال 85 برابر با 50500 نفر بوده است (مرکز آمار ایران، 1385).

2-3- راه­ های ارتباطی

راه­های ارتباطی اصلی را می­توان به دو دسته تقسیم نمود:

رشته راه­های کوهستانی و تقریباً موازی و در امتداد رودخانه­ها، رشته کوه­های البرز را قطع نموده و جلگه ساحلی را به جنوب البرز مرتبط می­سازد.

رشته راه­های غالباً آسفالته در امتداد شرقی- غربی که در دشت ساحلی کشیده شده اند. این رشته ­راه­ها شامل جاده اصلی در کنار دریا معروف به جاده کناره از رامسر تا بابلسر، جاده اصلی گرگان تا آمل و تعداد زیادی جاده­های فرعی عمود بر این دو که روستاها و بخش­ها را به یکدیگر و به شهرها ارتباط می­دهد،  می­باشد (تماب 1375، 2).

2-4- مطالعات انجام شده در داخل و خارج از کشور

مطالعات متعددی در زمینه کیفیت آب­زیرزمینی با استفاده از توصیف نمودارها، استانداردها و سیستم اطلاعات جغرافیایی در داخل و خارج از کشور انجام شده است که به­طور مختصر در ذیل به بعضی از آنها اشاره می­گردد:

- کابلی، 1382، بررسی ویژگی­های کمی و کیفی آبخوان آبرفتی دشت ساری، که در این تحقیق از عوامل مؤثر بر پایین بودن کیفیت آب­زیرزمینی منطقه، نفوذ پساب مصارف مختلف، اختلاط آب شور فسیل و آب دریا و همچنین تبخیر از آب­زیرزمینی تشخیص داده شد.

- بهزادی­فر، 1383، پهنه­بندی مناطق مستعد اکتشاف آب­زیرزمینی دشت قوچان-شیروان با استفاده از GIS، که در این تحقیق علاوه­بر تهیه نقشه­ها و پهنه­بندی­های مختلف کیفی از نظر شرب، کشاورزی، باقیمانده خشک و تیپ آب­زیرزمینی، مدل کمی آب­زیرزمینی آبخوان نیز ارائه شد.

- کریم دوست و همکاران، 1388، کیفیت آب­زیرزمینی دشت اردبیل را از نظر مصارف شرب، کشاورزی مورد بررسی قرار دادند، که با در نظر گرفتن عوامل موثر در کیفیت آب­زیرزمینی و بررسی­های آماری   داده­های کیفی، به این نتیجه رسیدند که کیفیت آب­زیرزمینی دشت اردبیل از نظر مصارف شرب در حد متوسط تا خوب و از نظر آبیاری در حد مطلوب می­باشد.

- موسوی و همکاران، 1388، کیفیت آب نکاء، تجن و سفیدرود را بر اساس استانداردهای موجود و نیز توسط برخی روشهای گرافیکی از قبیل نمودار پایپر، شولر، استیف و ویلکوکس مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که نمونه­ها در ایستگاه­های مختلف از نظر کیفی مشابه هستند.

- محمدی سعدآباد و کیانی، 1388، به بررسی تغییرات هدایت الکتریکی و میزان کلر آب چاه­های فاروج در سالهای 1379 تا 1386 پرداختند. به این نتیجه رسیدند که سیر صعودی روند تغییرات هدایت الکتریکی و کلر آب، به ویژه در سال­های اخیر، مرتبط با افزایش فعالیت­های صنعتی و نیز تغییرات هواشناسی در منطقه بوده که اثرات نامطلوبی را بر کیفیت بهره­برداری آب در این دشت داشته است.  

- ضیاء و همکاران، 1388، به بررسی کمی و کیفی آب­زیرزمینی دشت اسفندان با کمک Arc GIS پرداختند. با توجه به بررسی نقشه­های هم­ میزان ترسیم شده از پارامترهای کیفی و پهنه­بندی کیفیت آب از نظر شرب و کشاورزی، مهم­ترین عامل تغییر کیفی زمین­شناسی، تأثیرات هیدروژئولوژیکی مشخص شده است.

- اسفندیاری و همکاران، 1388، با استفاده از Arc GIS به پهنه­بندی کیفی آب­های زیرزمینی اراضی مجاور دریاچه طشک، فارس پرداختند. نتایج نشان داد تنها 14/34 درصد از آب منطقه برای کشاورزی خوب و مناسب است.

- کلانتری و همکاران، 1390، به بررسی کیفی منابع آب­زیرزمینی دشت زیرراه در شمال شرق شهرستان دشتستان، استان بوشهر با استفاده از Arc GIS از لحاظ شرب، کشاورزی و صنعت پرداختند. با تفسیر  نقشه­های ترسیم شده، قسمت شمال و مرکز دشت دارای کیفیت غیر قابل قبول برای مصارف شرب و از لحاظ کشاورزی اکثر نمونه­ها بر اساس طبقه­بندی ویلکوکس در کلاس C4S4 قرار گرفتند، و کیفیت منابع آب از لحظ مصرف صنعت پوسته­گذار هستند. مهم­ترین عوامل وجود نمکزار، تالابهای آب شور، عدم زهکشی مناسب، تشکیل املاح در روی سطح زمین، حرکت این املاح همراه با نفوذ آب سطحی و زیرزمینی به درون سفره آبدار نتیجه گرفته شد.    

The study’s area of Babol-Babolsar, with area of 1817 km2, sub-area of  Babol-Amol, is placed in Mazandaran province.  898 km2 of the area is included plain, & 919 km2 of the area is included the highest parts of north skirt of Alborz. Babolrood’s river is the source of surface water in this area. the climate of Babol-Babolsar plain is very humid accoeding to the Auberge’s method. The area of Babol-Babolsar acoording to geological classification is placed in Alborz zone. The aquifer’s bed rock of Babol-Babolsar is included marine sediments containing fossil’s salt water. According to the results of geophysics & geoelectric are concluded that the main part of the case-study’s aquifer of Babol-Babolsar is water-well or unconfined. Aquifer’s. transmissivity in the area changes from 1500 m2/d in south to 100 m2/d in north. The main object of this research is considering & study of long time of groundwater’s quality of the area ( water-years 80-81 to 90-91) & zoning of various quality of plain’s groundwater by using GIS’s abilities. In average of dried period & moisture’s period, in order to drink, respectively, 71.9% & 75.9%  of the area have acceptable quality; 21.8 & 16.2% have unsuitable quality; In order to agriculture, respectively, 88.8 & 87.2%  of the area is placed in the class of C3S1. Brigade of  predominant of groundwater’s area is Calsic Bicarbonat.  Classification of the area in order to dried residual in average of dried period & moisture’s period, more than 80% of the whole area  has fresh water & brackish water. In order to hardness, quality of groundwater of the area in most sampling wells is completely hard. By studying  trend of quality of groundwater in this area, the quality of water had been varying for eleven years, so that reduce of quality of water has been being observed in recent years.

Key words: Babol-Babolsar, Ground water, water quality,