برآورد سطح دینامیک آب در چاه با استفاده از روابط تجربی، آنالیزابعادی و قانون بقای انرژی (مطالعه موردی: استان البرز)

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 نهایتا 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 (۱۹۴۷) و Rorabaugh (۱۹۵۳)  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 ۱۷ حلقه چاه در محدوده های کرج، کمالشهر و گرمدره واقع در استان البرز بدست آمد. یافته ها: نتایج نشان داد که مدل های Jacob (۱۹۴۷)  و Rorabaugh (۱۹۵۳) هردو نتیجه یکسانی داشته و قادرند با میانگین قدرمطلق خطای نسبتی معادل ۱/۵ 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 ۴ و ۳۹/۱۲ درصد به برآورد سطح آب در چاه بپردازد. به بیان دیگر سه مدل Jacob (۱۹۴۷)، Rorabaugh (۱۹۵۳) 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  ۵۸/۶، ۵/۶ و ۸۷/۱۶ متر بدست آمد. همچنین روش های Jacob (۱۹۴۷) و Rorabaugh (۱۹۵۳) 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.

کلیدواژه ها:

سطح دینامیک ، ویدئومتری ، افت آبخوان ، افت چاه