دانشکده علوم
پايان نامهي کارشناسي ارشد در رشته زمين شناسي زيست‌محيطي
بررسي منشا نيترات و سرعت انتقال آن در آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز
به وسيلهي
زهرا عزيزي پور
استاد راهنما
دكتر نوذر ساماني
بهمن ماه 1390

تقديم به
پدر و مادر گرانقدر و عزيزم
که شايسته زيباترين و بهترين کلام ستايش‌اند و مهرشان همواره گرمي بخش
وجودم بوده وهست وبرادر عزيزم که همواره تسلي بخش پريشان خاطري ها ي تمام دوران تحصيلم بوده
به پاس محبت‌هاي بي دريغشان که هرگز تمام نمي‌شود و بي‌ترديد پيمودن اين راه
بدون همراهيشان برايم ميسر نمي‌شد.

سپاسگزاري
حال که با عنايت ولطف پروردگار ، انجام اين رساله را به اتمام رسانده ام، شايسته مي دانم که به رسم قدرشناسي، مراتب سپاس خود را از راهنمايان گرانقدر خود در اين مسير به عمل آورم و از استاد راهنماي بزرگوارم جناب آقاي دکتر نوذر ساماني نهايت تشکر را بنمايم که با شکيبايي بي نظير خود روشني بخش مسيرم بودند. از اساتيد مشاور بزرگوار ،آقايان دکتر فريد مر و دکتر عزت‌ا… رئيسي که افتخار شاگردي در محضرشان را داشتم و همچنين از نماينده محترم تحصيلات تکميلي جناب آقاي دکتر تنگستاني تشکر مي نمايم.
و در آخر، ولي نه کمتر از همه، سپاس تحفه زبان قاصر من است در برابر محبت‌ها و حمايت‌هاي بي‌رياي خانواده‌اي که امروزم را مديون آنانم. پدر و مادرم که با وجود گرمابخششان، شکوه روييدن را در من زنده کردند؛ مهربان برادرانم و خواهرعزيزم که همدلي‌هايشان صلابت بخش گام هايم بود.
چکيده
بررسي منشا نيترات و سرعت انتقال آن در آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز
به کوشش:
زهرا عزيزي‌پور
اندازه‌گيري آنيون نيترات و نيتريت در شهرک صنعتي بزرگ شيراز حاکي از بالا بودن غلظت اين آنيون‌هادر مقايسه با غلظت بيشينه مجاز تعريف شده توسط WHO وEPA در آبخوان اين منطقه است؛ بر همين اساس مطالعه اي با عنوان بررسي پتانسيل انتقال نيترات درآبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز با استفاده ازمدلسازي رياضي انجام شد. در اين تحقيق جهت بررسي پتانسيل خودپالايي (ميرايي طبيعي) آبخوان از يون هاي نيترات و نيتريت، از مدل جريان آب زيرزميني تهيه شده توسط گودرزي 1390 استفاده گرديد. با تغيير در شرايط مرزي آبخوان، دقت واسنجي مدل در شرايط پايدار و ناپايدار افزايش داده شد و جهت شبيه سازي ابر آلودگي يون هاي نيترات و نيتريت از مدل انتقال آلاينده MT3D نسخه MT3D-MS استفاده گرديد. با توجه به ويژگي‌هاي شيميايي اين دو يون فرآيندهاي همرفت(Advection)، پراکنش هيدروديناميکي (Hydrodynamic dispersion) و انحلال شيميايي در مدل MT3D فعال و شبيه سازي انتقال اين مواد انجام گرديد. با واسنجي مدل MT3D ضريب انحلال اين دو يون در آبخوان شهرک صنعتي تعيين گرديد و نرخ انحلال نيترات و نيتريت محاسبه شد که تطبيق بسيار خوبي بين غلظت نيترات و نيتريت اندازه‌گيري شده ( توسط شاکري 1388) و شبيه‌سازي شده در گستره مطالعه برقرار گرديد. به منظور پيش بيني سرنوشت نيترات و نيتريت طي زمان و تعيين پتانسيل خودپالايي آبخوان با مقادير به دست آمده، مدل انتقال براي مقادير فرضي غلظت نيترات و نيتريت تا رسيدن به غلظت مجاز اجرا و نمودار غلظت نسبي در مقابل زمان رسم و معادله برازش شده در اين نمودارها تعيين گرديد. اين معادلات ابزار ساده‌اي براي پيش‌بيني تغييرات غلظت نيترات و نيتريت طي زمان است.
واژه‌هاي کليدي: شهرک صنعتي بزرگ شيراز، پتانسيل انتقال، مدلسازي رياضي، نيترات، نيتريت، پاکسازي طبيعي آبخوان.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و هدف
1-1-کليات تحقيق ……………………………………………………………………………………………………………….2
1-2-ضرورت و هدف تحقيق ………………………………………………………………………………………………..3
1-3- پيشينه تحقيقات …………………………………………………………………………………………………………..4
1-3-1-مروري بر تحقيقات انجام گرفته توسط مدل رياضي …………………………………………4
1-3-2-مطالعات انجام شده بر روي آلودگي آب‌هاي زيرزميني به واسطه ي نيترات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5
1-3-3-مطالعات پيشين انجام شده در شهرك صنعتي بزرگ شيراز …………………………..6
1-4- موقعيت جغرافيايي، اقليم و زمين شناختي منطقه مورد مطالعه…………………………………7
1-4-1- موقعيت جغرافيايي منطقه مورد مطالعه …………………………………………………………..7
1-4-2- اقليم محدوده دشت قره باغ ………………………………………………………………………………9
1-4-3- زمين شناسي و چينه شناسي دشت قره باغ و شهرك صنعتي بزرگ شيراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….10
1-4-3-1-زمين شناسي شهرك صنعتي بزرگ شيراز…………………………………………….10
1-4-3- 2- زمين‌شناسي ساختاري ……………………………………………………………………..12

عنوان صفحه

1-5- مروري بر تاريخچه شرکت شهرک هاي صنعتي فارس و فعاليت هاي انجام شده در آنها …………………………………………………………………………………………………………..14
1-5-1- شهرك صنعتي بزرگ شيراز و توسعه صنعت استان فارس……………………15
1-5-2- واحد‌هاي مستقر در شهرك صنعتي بزرگ شيراز ……………………………..16
1-5-3- ارزيابي کمي و کيفي پسآب صنايع………………………………………………..17
1-5-3-1- انواع پسآب در شهرك صنعتي بزرگ شيراز…………………………..17
1-5-3-2- مشخصات پسآب بهداشتي ………………………………………………….19
1-6- نمونه برداري آب زيرزميني ………………………………………………………………….20
1-7- آلودگي منابع آب زير زميني…………………………………………………………………22
فصل دوم: نيترات
2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………..32
2-2- مشخصه هاي نيترات …………………………………………………………………………….33
2-3- چرخه نيتروژن ………………………………………………………………………………………36
2-3-1-تثبيت نيتروژن ……………………………………………………………………………..37
2-3-2- نيتراتي شدن ………………………………………………………………………………..39
2-3-3-احياء نيترات ………………………………………………………………………………….40

عنوان صفحه

2-3-4- نيترات زدايي ………………………………………………………………………………..40
2-4-منابع نيترات ………………………………………………………………………………………….40
2-4-1-پسماندهاي انساني و حيواني …………………………………………………………….41
2-4-2-کودها …………………………………………………………………………………………..43
2-4-3- نيتروژن با منشا طبيعي ………………………………………………………………….48
2-4-3-1- فرسايش رسوبات طبيعي ………………………………………………………..48
2-4-3-2- واکنش با آب باران ………………………………………………………………..51
2-4-3-3- شکل گيري نيترات از نيتروژن جوي در اثر فوتون ها و رعد و برق ……………………………………………………………………………………………………………………….51
2-4-4- منابع صنعتي نيتروژن …………………………………………………………………..51
2-4-5- چارپايان اهلي ………………………………………………………………………………53
2-4-6- دفع پسماند جامد ………………………………………………………………………….54
2-5- تشخيص منابع نيترات ……………………………………………………………………………54
2-6- اثرات سلامتي نيترات و نيتريت ………………………………………………………………..55
2-6-1- اثرات نيترات و نيتريت بر سلامت انسان ……………………………………………55
2-6-2- اثرات نيترات و نيتريت بر سلامت دام ها و ديگر حيوانات اهلي ……………….59
2-6-3- اثرات نيترات و نيتريت بر محيط زيست …………………………………………….59
2-7- اعمال پاکسازي معمول براي نيترات ………………………………………………………….60
2-7-1- هيچ کاري انجام ندهيم …………………………………………………………………..61
عنوان صفحه

2-7-2- پمپاژ کردن براي استفاده ي مفيد …………………………………………………….61
2-7-3- پمپاژ کردن و تصفيه کردن ……………………………………………………………..62
2-7-4- پمپاژ و پسماند ……………………………………………………………………………..63
2-7-5- پاکسازي گياهي ……………………………………………………………………………63
2-7-6- تکنولوژي هاي پاکسازي نو ظهور و جديد …………………………………………..64

فصل سوم: مروري بر مدل هاي رياضي و معادلات حاکم بر جريان
– مقدمه
3-1- انواع مدل‌هاي آب زيرزميني …………………………………………………………………………………….67
3-1-1- مدل‌هاي فيزيکي …………………………………………………………………………………………….67
3-1-2- مدل‌هاي رياضي…………………………………………………………………………..68
3-1-2-1- مدل‌هاي تجربي …………………………………………………………………………………………68
3-1-2-2- مدل‌هاي احتمالاتي ……………………………………………………………………………………68
3-1-2-3 مدل‌هاي علت معلولي يا معين …………………………………………………………………….69
3-2- شرحي بر نرم‌افزار مادفلو ………………………………………………………………………………………….70
3-3- معرفي نرم افزار GMS …………………………………………………………………………………………..73
3-4- ساخت مدل در نرم افزار GMS …………………………………………………………………………….76
3-4-1-مشخص کردن هدف مدلسازي ……………………………………………………………………….77
3-4-2- تهيه و گردآوري اطلاعات ……………………………………………………………………………….77
عنوان صفحه

3-4-3- ايجاد مدل مفهومي ………………………………………………………………………………………78
3-4-4- انتخاب كد كامپيوتري ………………………………………………………………………………….78
3-4-5- طراحي مدل ……………………………………………………………………………………………………79
3-4-5-1 تعيين شرايط مرزي و تنش هاي وارده به آبخوان …………………………………79
3-4-5-2- طراحي شبكه و تهيه مدل عددي در نرم افزار GMS ……………………….80
3-4-6- واسنجي …………………………………………………………………………………………………………81
3-4-7 – آناليز حساسيت ……………………………………………………………………………………………..85
3-4-8 -صحت سنجي…………………………………………………………………………………………………..86
3-4-9- پيش بيني………………………………………………………………………………………………………..86
3-4-10- ارائه مدل طراحي شده و نتايج …………………………………………………………………….86
3-4-11-مميزي بعدي مدل ………………………………………………………………………………………..87
3-4-12-طراحي مجدد ………………………………………………………………………………………………..87
3-5- مدل MT3DMS ……………………………………………………………………………………………………..87
3-5-1- معرفي معادلات انتقال آلاينده ……………………………………………………………………….88
3-5-2- فرآيند همرفت ………………………………………………………………………………………………..91
3-5-3- فرآيند پراکنش ……………………………………………………………………………………………….92
3-5-4- تخليه و تغذيه …………………………………………………………………………………………………93
3-5-5- واکنش هاي شيميايي ………………………………………………………………………………….. 93
3-6- روش حل عددي معادلات انتقال …………………………………………………………………………….94
3-6-1- روش خطوط مشخصه MOC ……………………………………………………………………..95
عنوان صفحه

3-6-2- روش اصلاح شده خطوط مشخصه MMOC ……………………………………………..96
3-6-3- روش هيبريد خطوط مشخصه HMOC ……………………………………………………..96

فصل چهارم : تصحيح مدل جريان و ايجاد و اجراي مدل انتقال آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز
4-1- هدف ………………………………………………………………………………………………………………………..99
4-2- ساخت و آماده سازي مدل منطقه مورد مطالعه ………………………………………………………99
4-2-1- مدل سازي جريان ماندگار …………………………………………………………………………….99
4-2-1-1- ايجاد مدل مفهومي اوليه …………………………………………………………………..100
4-2-1-2- داده هاي ورودي ……………………………………………………………………………….101
4-3- اجرا و واسنجي مدل در شرايط ماندگار ……………………………………………………………….103
4-4-نتايج واسنجي ………………………………………………………………………………………………………..104
4-5- بررسي مدل در شرايط ناپايدار ………………………………………………………………………………106
4-5-1- تکميل داده‌هاي ورودي ……………………………………………………………………………….106
4-5-1-1- سطح آب مشاهدهاي (اندازهگيري شده) ……………………………………………106
4-5-1-2- تنشها ………………………………………………………………………………………………..107
4-5-1-3- شرايط اوليه ………………………………………………………………………………………..107
4-5-1-4- آبدهي ويژه …………………………………………………………………………………………107
4-5-1-5- انتخاب دوره هاي تنش …………………………………………………………………….108
4-6- طراحي و اجراي مدل انتقال ………………………………………………………………………………….116
عنوان صفحه

4-6-1- ساخت مدل جريان ………………………………………………………………………………………116
4-6-2- نمونه برداري کيفي ………………………………………………………………………………………116
4-6-3- شبيه سازي آلودگي نيترات …………………………………………………………………………117
4-6-4- تقسيم بندي زماني ………………………………………………………………………………………119
4-6-5-شرح مختصري بر بسته هاي فرارفت و پراکنش ………………………………………….120
4-6-6- شرحي بر بسته واکنشهاي شيميايي ……………………………………………………………120
4-6-7- غلظت اوليه …………………………………………………………………………………………………..121
4-6-8- اجراي مدل MT3D براي نيترات و نيتريت ……………………………………………….121
4-6-8-1- نيترات ………………………………………………………………………………………………..121
4-6-8-2- نيتريت ………………………………………………………………………………………………..123
4-7- برآورد زمان پاکسازي ……………………………………………………………………………………….126
فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات
5-1- نتيجه گيري …………………………………………………………………………………………………………..128
5-2- پيشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………131
فهرست منابع ………………………………………………………………………………………..132
منابع فارسي ……………………………………………………………………………………….132
منابع انگليسي ……………………………………………………………………………………….134
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول1-1- مساحت کل شهرك صنعتي بزرگ شيراز و کاربري اراضي آن ………………………….17
جدول1-2- مساحت انواع کاربرهاي صنعتي، توليدي و خدماتي شهرك صنعتي بزرگ شيراز ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………17
جدول 1-3- ميزان مصرف سرانه آب در شبانه روز براي مصارف بهداشتي………………………… 18
جدول1-4- پيش بيني مشخصات عمومي فاضلاب بهداشتي شهرك صنعتي بزرگ شيراز ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………19
جدول1-5- موقعيت جغرافيايي و توصيف نمونه هاي آب زيرزميني در محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز ………………………………………………………………………………………………………………….21
جدول 2-1- فرآيند تثبيت کننده و درصد نيتروژن تثبيت شده ……………………………………………38
جدول 3-1: فرمت اطلاعات چاه‌هاي بهره برداري براي ورود به GMS …………..76

فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه
شکل 1-1- موقعيت جغرافيايي دشت قره باغ و زهکش اصلي آن و محدوده شهرك صنعتي سطحي ………………………………………………………………………………………………………………………………………..7
شکل 1- 2- مرز حوضه آبريز مهارلو بر روي تصوير ماهواره اي ………………………………………………9
شکل 1-3 -نقشه زمين شناسي دشت قره باغ و نمايش محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14
شکل 1-4 – تصوير ماهواره اي شهرک صنعتي بزرگ شيراز ………………………………………………….16
شکل 1-5- موقعيت چاههاي پيزومتري حفر شده براي نمونه برداري آب زير زميني در محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز…………………………………………………………………………………………21
شکل 1-6- هيدروگراف 11 پيزومتر موجود در محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….27
شکل 1-7- هيدروگراف 5 پيزومتر باقيمانده از 11 پيزومتر موجود در شهرك صنعتي بزرگ شيراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….30
شکل 2-1- چرخه نيتروژن در محيط زيست……………………………………………………………………………36
شکل3-2- انواع آرايه مرزي مدل براي يک آبخوان تک لايه…………………………..71
شکل3-3- تفاوت بين شبکه بندي مرکز قطعهاي و مرکز شبکهاي ……………………..71
شکل3-4- تقسيم‌بندي تفاضل محدود يک سيستم آبخوان فرضي ………………………..73
شکل 3-5- مراحل مختلف کاليبراسيون سعي وخطا ………………………………………………………..83
عنوان صفحه
شکل4-1- شبکه تفاضل محدود و مقدار اوليه هدايت هيدروليکي آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز……………………………………………………………………………………………………………………………..101
شکل4-2- نقشه سطح آب اوليه در سلول‌هاي فعال مدل شهرك صنعتي بزرگ شيراز(شهريور 86) …………………………………………………………………………………………………………………………………………102
شکل 4-3- نمايي ازسلول‌هاي فعال و غير فعال در شبکه‌بندي ………………………………………….103
شکل 4-4-مقادير انواع خطاها در پايان دوره واسنجي در شرايط پايدار ……………………………104
شکل 4-5- هدف واسنجي ……………………………………………………………………………………………………105
شکل 4- 6- مقدارهدايت هيدروليکي واسنجي شده براي مدل شهرك صنعتي بزرگ شيراز………………………………………………………………………………………………………………………………………..105
شکل 4-7- نمودار پراکندگي براي سطح آب زيرزميني مشاهده اي و شبيه سازي شده در شرايط پايدار ………………………………………………………………………………………………………………………….106
شکل 4-8- ميزان خطا در پايان مرحله واسنجي شرايط ناپايدار ……………………..109
شکل 4- 9- نمودار پراکندگي براي سطح آب زيرزميني مشاهده اي و شبيه سازي شده در شرايط ناپايدار ………………………………………………………………………………………………………………………..110
شکل 4-10- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پايان دوره واسنجي در شرايط ناپايدار(آبان 86) …………………………………………………………………………………………………………………….110
شکل 4-11- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پايان دوره واسنجي در شرايط ناپايدار(بهمن 86) ………………………………………………………………………………………………………………….111
شکل 4-12- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پايان دوره واسنجي در شرايط ناپايدار (ارديبهشت 87) …………………………………………………………………………………………………………111

شکل4- 13- سطح آب مشاهده اي و محاسبه شده توسط مدل براي دوره واسنجي ….116
شکل 4-14- موقعيت نقاط نمونه برداري شده توسط شاکري در محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز ……………………………………………………………………………………………………………………………117
شکل -4-15- نقشه پهنه‌بندي نيترات ( شهريور ماه 86) ………………………………………………….118
شکل -4-16- نقشه‌ پهنه‌بندي نيترات ( آبان ماه 86) ……………………………………………………….118
شکل -4-17- نقشه پهنه‌بندي نيترات (بهمن ماه 86) ………………………………………………………119
شکل -4-18- نقشه پهنه بندي نيترات ارديبهشت ( ماه 87) …………………………………………..119
شکل 4-19- غلظت مشاهده‌اي نيترات- (بهمن86) ……………………………………………………………122
شکل 4-20- غلظت مشاهده اي نيترات- (ارديبهشت87) …………………………………………………..122
شکل 4-21- غلظت محاسبه اي نيترات- (ارديبهشت 87) …………………………………………………123
شکل -4-22- نقشه پهنه بندي نيتريت( آبان ماه 86) ………………………………………………………124
شکل -4-23- نقشه پهنه بندي نيتريت ( بهمن ماه 86) …………………………………………………..124
شکل4-24- غلظت مشاهده اي نيتريت- (آبان86) ……………………………………………………………..125
شکل4-25- غلظت مشاهده اي نيتريت- (بهمن86) ……………………………………………………………125
شکل4-26- غلظت محاسبه اي نيتريت- (بهمن86) ……………………………………………………………126
شکل5-1-نمودار تغييرات غلظت نيترات و نيتريت و تقدم پاکسازي طبيعي براي نيتريت …………………………………………………………………………………………………………………………………………………129

فصل اول

مقدمه
1-1- کليات تحقيق
منابع آب يکي از بزرگ‌ترين چالش‌هاي قرن حاضر بشريت است. محدوديت ذاتي منابع آب آب شيرين مي‌باشند.
روند رو به رشد افزايش جمعيت مصرف آب در بخش‌هاي مختلف کشاورزي، شرب و صنعت را به مقدار زيادي افزايش داده است بعلاوه به علت بهره‌وري و استفاده بي‌رويه و ورود پساب‌ها، منابع آب همواره در معرض خطر آلودگي و زوال کيفيت قرار دارند.
متوسط سرانه‌ي آب در دسترس جهاني،89/3 برابر سرانه آب در ايران است، در صورتي که اين نسبت از مرز 4/5 برابر بگذرد، در تقسيم‌بندي جهاني از نظر دسترسي به آب در رده‌ي بسيار کم قرار مي‌گيريم. طبق آمارهاي موجود‌، زماني که جمعيت کشورمان به بيش از 75 ميليون نفر برسد، شرايط فوق مهياست. افزون بر آن‌، پراکنش نابرابر زماني و مکاني منابع و ذخاير تامين کننده‌ي آب در سطح کشور نيز، بر بحران پيش رو دامن مي‌زند.
60 % آب‌هاي زيرزميني در ايران از آب‌هاي شيرين قابل استفاده مي‌باشد ( محمدنيا و کوثر، 2003 ) . با توجه به محدود بودن منابع آب در مناطق خشک و نيمه‌خشک ، حفاظت و استفاده‌ي بهينه از آنها اهميت بيشتري دارد. خاطر نشان مي‌کنيم که آلودگي نيترات يکي از راه‌هاي هدررفت و محدودکننده‌ي منابع آب شرب بويژه در مناطق روستايي است.
نظر به اينکه سرعت آب زيرزميني کم است و نيزبا در نظر گرفتن واکنش آلاينده‌ها با محيط متخلخل، بايستي توجه زيادي به آب‌هاي زيرزميني مبذول داشت، چرا که هرچند به نظر مي رسد که آب‌هاي زيرزميني نسبت به آب‌هاي سطحي در مقابل آلوده شدن کمتر مستعدند ولي در صورت آلوده شدن، پاکسازي آنها کاري بس مشکل و طولاني مدت و همراه با هزينه بسيار بالاست .(Todd and Mays; 2005)
ميزان آلودگي آب به مقدار و نوع استفاده ( جنگلداري، کشاورزي، دامداري صنعتي) بستگي دارد. بعلاوه اينها، فاکتورهاي خاک‌شناسي، هيدرولوژيکي و هيدروژئولوژيکي نيز آلودگي را کنترل مي‌کنند (محمدنيا‌، مهرداد ، حسيني مرندي‌، حميد‌، روستا ، محمد جواد؛ 1388).
1-2-ضرورت و هدف تحقيق

نظر به اينکه در صورت عدم رعايت ملاحظات زيست‌محيطي از جمله عدم مديريت صحيح پسماند و پساب صنايع، منابع آب زيرزميني و کارستي منطقه مذکور و همچنين آب درياچه مهارلو، طي زمان طولاني بشدت در خطر زوال کيفيت قرارمي‌گيرند و اين منجر به صدماتي جبران نشدني در رابطه با محيط‌زيست خواهد شد؛ بر اين اساس لازم است که اعمال صحيح مديريتي براي در رابطه با پسماند صنايع مستقر در شهرک صنعتي بزرگ شيرازصورت گرفته و نيزاز پيشروي آلاينده‌ها به سمت منابع کارستي ممانعت به عمل آيد؛ نتيجه امر علاوه بر کاهش آلودگي، حفاظت از منابع منطقه و توسعه پايدار است.
هدف کلي از انجام اين مطالعه بررسي پتانسيل انتقال نيترات در منابع آب زير زميني محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز با استفاده از مدلسازي رياضي مي‌باشد.
اهداف تحقيق عبارتند از:
1- تدوين مدل مفهومي آبخوان با دقت بيشتر در مقايسه با مدل اجرا شده‌ي قبلي براي اين منطقه
2-بررسي منابع آلاينده نيتراتي و نيز نيتريتي آبخوان آبرفتي شهرک صنعتي بزرگ شيراز
3- بررسي توزيع مکاني و زماني نيترات در آبخوان شهرک صنعتي
4- نحوه جريان آب و انتقال نيترات در آبخوان شهرک صنعتي به ترتيب با استفاده از کدهاي رايانه اي MODFLOW و MT3D-MS

1-3-پيشينه تحقيقات

1-3-1-مروري بر تحقيقات انجام شده توسط مدل رياضي

در سال 1935 معادله Thies پنجره‌اي نو بر مطالعات هيدرولوژي آب‌هاي زيرزميني باز نمود. جهت حل مسائل جريان به چاه‌ها روابطي توسط Hantush وJacob در دهه‌هاي 40 و 50 ارائه شد که تحولات عظيمي را ايجاد کرد. استفاده از فن‌آوري رايانه‌اي آنالوگ در مطالعه يک سيستم آبخوان کامل طي دهه 1950 ميلادي توسط Bob Bennett و Herbskivitz در سازمان زمين‌شناسي ايالت متحده صورت گرفت که بر‌ اساس روش تفاضل محدود و با استفاده از شبيه‌سازي الکتريکي شامل مجموعه‌اي از مقاومت‌ها و خازن‌ها، آبخوان را مدلسازي کردند.
سازمان زمين‌شناسي ايالات متحده آمريکا (USGS) در اواخر دهه 1950 ميلادي يک آزمايشگاه شبيه‌سازي رايانه‌اي در فونيکس ايالت آريزونا تاسيس نمود. در حدود سال‌هاي 1950 در صنعت نفت استفاده از تکنيک‍‌هاي عددي در حل معادلات جريان به توسط رياضيدانان و مهندسين مخازن نفت مورد آزمايش قرار گرفت که روش نيز به مجموعه مدل‌ها پيوست؛ اما هنوز مدل‌هاي آنالوگ براي حل جريان يک سيال منفرد مناسب‌ترين بودند.
در دهه 1960 با ظهور رايانه‌هاي شخصي، استفاده از مدل‌هاي رياضي با راه حل عددي به يکي از روش‌هاي قابل اطمينان در مطالعه آب زيرزميني تبديل شد که اين حل عددي شامل دو روش تفاضل‌ محدود و عناصر محدود مي‌باشد.
در سال 1956 Stallman براي اولين بار در حل مسائل آب زيرزميني روش‌هاي عددي را به کار برد. نياز به تحليل ناحيه‌اي آبخوان علتي شد که وي روشي براي محاسبه توزيع نفوذپذيري آبخوان با استفاده از تغييرات سطح آب زيرزميني ارائه نمايد که در اين روش از حل تفاضل‌هاي محدود براي حل معادلات دو بعدي ناپايدار در آبخوان‌هاي غير همگن استفاده شده است.
در 1348 براي اولين بار در ايران از مدلسازي رياضي براي تهيه مدل دشت ورامين استفاده شد. مطالعات مربوط به شبيه‌سازي اين مدل توسط سازمان خواربار و کشاورزي جهاني ( FAO) صورت گرفته است.
تا سال 1360 در مجموع حدود 200 آبخوان با مساحتي حدود 5500000 کيلومتر مربع در مرحله شناخت و حدود 80 آبخوان با مساحتي در حدود 250000 کيلومتر مربع در مرحله نيمه تفصيلي بررسي شدند. در اين مطالعات بيشتر از روش تفاضل‌هاي محدود و چند مورد از روش برنامه نويسي پويا استفاده شده است.
McDonald و Harbaugh در سال 1988 مدل سه بعدي تفاضل محدود جريان آب‌هاي زيرزميني را ارائه نمودند. بعدها اين مدل که MODFLOWنام گرفت، با بسته‌هاي نرم افزاري مختلف تکميل و به صورت يک مدل استاندارد که بسيار قابل اعتماد و تأييد شده است، در آمد.
اين مدل در ايران نيز در مطالعات متعددي استفاده شده است. براي مثال درسال 1381 پيش‌بيني تأثير زهکش هاي طراحي شده در پايين انداختن سطح آب زيرزميني توسط فاطمه مهدي‌پور در بخش جنوب و جنوب شرقي دشت شيراز با استفاده از مدل رياضيMODFLOW انجام شد. در سال 1388 امکان به تعادل رساندن آب زيرزميني دشت فيض آباد در استان خراسان رضوي با استفاده از اين مدل رياضي توسط عطاءاله جودوي انجام شد. دشت زرقان در استان فارس در سال 1387 با استفاده از اين مدل مورد ارزيابي قرار گرفت و آسيب پذيري اين دشت از طريق آلودگي هاي صنعتي – شيميايي، بررسي شد.
مديريت بهره‌برداري به منظور بهبود نسبي شوري آبخوان جنوب شرقي درياچه مهارلو توسط زهره حيدري در سال 1388مورد بررسي قرار گرفت. طاهره آذري نيز در سال 1389 به بررسي توزيع مکاني و زماني آلاينده‌هاي نفتي در آب زيرزميني دشت ساري-نکا پرداخت. همچنين مديريت مصرف آب در دشت خانميرزا (استان چهارمحال و بختياري) با استفاده از مدل آب زيرزميني توسط پريسا عسکري در سال 1390 انجام شد و اخيرا نيز بررسي پتانسيل انتقال آلاينده‌ها در منابع آب زير زميني با استفاده از مدلسازي کمي وکيفي آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز توسط مريم گودرزي(1390) انجام شد که آغازي در بررسي انتقال آلاينده‌ها با استفاده از مدل مي‌باشد .
1-3-2-مطالعات انجام شده بر روي آلودگي آب‌هاي زيرزميني به واسطه‌ي نيترات

بررسي آلودگي نيترات در آب‌هاي زيرزميني توسط پژوهش‌گران و سازمان‌هاي آب و محيط‌زيست و ارگان‌هاي تابعه، در سراسر دنيا انجام شده است. مثال‌هايي از اين مطالعات در زير عنوان شده است؛
-Mike lowe and JanaeWallache منابع زمين‌شناسي احتمالي آلودگي نيترات را در آب‌هاي زيرزميني دردره سدار ( Cedar Valley)، شهر آيرون (Iron County ) ، يوتا Utah) ) بررسي کردند و به اين نتيجه رسيدند که منابع احتمالي زمين‌شناسي نيترات در دره سدار شامل :
الف. رگه‌هاي زغالسنگ و لايه‌هاي سيلتستون غني از مواد آلي در واحدهاي ماسه سنگي کرتاسه شامل کومه‌هاي باطله معدنکاري و نشت از اين کومه‌هاست.
ب. سنگ‌هاي رسوبي ژيپس‌دار ترياس
پ. سنگ‌هاي هوازده ي هيدروترمالي مرتبط با گسل
ت.سنگ‌هاي آتشفشاني ترشيري
ث.رسوبات عهد حاضر شامل نهشته‌هاي پلايا و رسوبات رودخانه‌اي

– مهرداد محمدنيا به همراه حميد حسين مرندي و محمدجواد روستا در سال 1388 علل نيتراتي شدن منابع آب وچگونگي رفع آن را درمنطقه ميان جنگل فسا بررسي کردند و کاربرد رزين را براي تصفيه نيترات پيشنهاد دادند.
– طي پژوهشي با عنوان ” بررسي آلودگي و تغييرات نيترات در منابع آبي دشت سرپنيران با تاکيد بر تامين آب شرب “، اين منطقه مورد بررسي قرار گرفت ( محمد رضا شايق کارشناس شرکت آبفا روستايي فارس – ابراهيم گشتاسبي راد استاديار دانشکده مهندسي دانشگاه شيراز(1389 )؛ که در اين پژوهش حدود 20 حلقه چاه موجود در منطقه نمونه‌برداري و آناليز شد. در اکثر چاه‌ها غلظت نيترات بيش از حد مجاز و حتي در بعضي بيش از دو برابر حد مجاز تعيين شده توسط استاندارد اروپا (EU) که ميزان مجاز براي نيترات را 50 ميلي‌گرم بر ليتر تعيين کرده است، بود.
و
1-3-3-مطالعات پيشين انجام شده در شهرك صنعتي بزرگ شيراز:

– بررسي آلودگي فلزات سنگين در آب‌هاي زيرزميني شهرك صنعتي بزرگ شيراز توسط عطا شاکري و همکاران که در سال 2009 و به منظور ارزيابي آلودگي فلزي ناشي از فعاليت‌هاي صنعتي، کشاورزي و ساختمان‌سازي انجام شد.
– بررسي توزيع و آلودگي فلزات سنگين در خاك شهرك صنعتي بزرگ شيراز که توسط عطا شاکري و همکاران در سال 2009 انجام شد.
– بررسي اثر شهرك صنعتي شيراز بر روي رسوبات تازه نهشته شده رودخانه چنر راهدار که توسط عطا شاکري و همکاران در سال 2009 انجام شد.
– بررسي پتانسيل انتقال آلاينده‌ها در منابع آب زير زميني محدوده شهرك صنعتي بزرگ شيراز با استفاده از مدلسازي کمي و کيفي آبخوان شهرك صنعتي بزرگ شيراز که توسط مريم گودرزي (1390) انجام شد.

1-4- موقعيت جغرافيايي، اقليم و زمين‌شناختي منطقه مورد مطالعه

1-4-1- موقعيت جغرافيايي منطقه مورد مطالعه:

محدوده موردمطالعه شهرك صنعتي بزرگ شيراز داراي مساحت 5.4 کيلومتر مربع مي‌باشد که در دشت قره باغ واقع شده و بين عرض جغرافيايي?29?, 28 شمالي تا ?30?, 29شمالي و طول جغرافيايي?30?, 52 شرقي تا ?34?, 52 شرقي واقع شده است (شکل 1-1).

شکل 1-1- موقعيت جغرافيايي دشت قره باغ و زهکش اصلي آن و محدوده شهرك صنعتي سطحي (شاکري، 1389)
دشت قره‌باغ در جنوب‌شرقي شهر شيراز و حوزه آبريز مهارلو واقع شده که بين طول‌هاي?52?,25 تا ?35?, 52 شرقي و عرض‌هاي?25?, 29 تا ?35?, 29شمالي قرار دارد (شکل1-2).
اين دشت از شمال به دشت شيراز و از جنوب به دشت کوار – مهارلو محدود مي‌شود. مساحت کل حوضه آبريز آن 435 کيلومتر مربع است که 250 کيلومتر مربع آن را دشت و 185کيلومتر مربع را ارتفاعات به خود اختصاص مي‌دهند.
مهم‌ترين ارتفاعات منطقه کوه سبز پوشان با مساحت تقريبي 427کيلومتر مربع است که به صورت يک تاقديس با پلانژ دوبل و امتداد محوري شمال غرب- جنوب شرق در بخش غربي حوضه واقع شده است و از 15 کيلومتري غرب شيراز تا کوار به نام‌هاي مختلف از جمله کوه پهن سبز پوشان، قره باغ و فتح آباد نامگذاري شده است.
از نظرمختصات جغرافيايى، حوضه آبريز مهارلو بين 52 درجه، 11 دقيقه و 3 ثانيه تا 53 درجه، 28 دقيقه و 58 ثانيه طول شرقي و 29 درجه و 13 ثانيه تا 29 درجه، 58 دقيقه و 59 ثانيه عرض شمالى قرار دارد و از شمال غرب به جنوب شرق کشيده شده است (شکل 2-2).
طول حوضه 160 کيلومتر و عرض آن در دشت سروستان و درياچه مهارلو حدود 43 کيلومتراست. محيط و مساحت آن به ترتيب 389کيلومتر و 4272 کيلومتر مربع مي‌باشد و داراي شيب خالص0.82 درصد، ضريب کشيدگي 14.9درصد و ضريب گراوليوس 1.67است. طول و عرض مستطيل معادل در اين حوضه نيز به ترتيب 25 . 169 و 25.25 کيلومتر است که درشکل (1-2) نشان داده شده است.
از نقطه نظر ارتفاعي، مرتفع ترين نقطه حوضه کوه دراك است که حدود 3100 متر از سطح دريا ارتفاع دارد و در غرب دشت شيراز واقع مي‌باشد؛ در مقابل کف درياچه مهارلو با ارتفاعي در حدود 1400 متر از سطح دريا، پست‌ترين نقطه حوضه مى‌باشد.
حوضه مذکور از شمال به حوضه آبريز بختگان، از شرق به حوضه آبريز رودخانه شور جهرم و ازجنوب و غرب هم به حوضه آبريز قره آغاج منتهي مي‌شود. حوضه آبريز درياچه مهارلو از 5 محدوده مطالعاتي شامل: شيراز، قره باغ، کوار مهارلو، سروستان و گشنگان تشکيل شده است (شاکري، 1388).

شکل 1- 2- مرز حوضه آبريز مهارلو بر روي تصوير ماهواره اي (شاکري 1388).

1-4-2- اقليم محدوده دشت قره‌باغ :

محدوده مطالعاتي دشت قره باغ شامل نوار عريضي است که در امتداد راستاي کلي زاگرس (شمال غرب به جنوب شرق) قرار دارد و دامنه‌هاي شمال غرب و غرب آن به ارتفاعات بلند محدود شده‌اند.
به دليل نزديکي ايستگاه شيراز به محدوده مطالعاتي قره باغ ميانگين دماي ماهانه آن براي دشت قره‌باغ نيز در نظر گرفته مي‌شود. با توجه به برابري ارتفاع ايستگاه تبخير سنجي قلات با ارتفاع ميانگين شهرک صنعتي و نزديکي اين دو به هم، دماي ميانگين ايستگاه قلات براي ارتفاعات، در نظر گرفته شده است.
در دشت قره باغ ميانگين دماي سالانه 18.5 درجه سانتيگراد مي‌باشد. همچنين ميانگين دماي سالانه در ارتفاعات دشت قره باغ 16 درجه سانتيگراد است. در ايستگاه شيراز رطوبت نسبي از حداقل 11 درصد در شهريور ماه به حداکثر 83.9 درصد دردي ماه افزايش مي‌يابد.
حداکثر و حداقل تبخير روزانه دوره 21 ساله شيراز نيز به ترتيب 2/ 11 و 3 /6 ميلي‌متر در روز محاسبه شده است ( شرکت آب منطقه اي فارس 1387 ).
با توجه به اطلاعات طولاني مدت (1384-1361) بدست آمده از ايستگاه هواشناسي شيراز و ضريب دومارتن، اقليم نيمه‌خشک براي منطقه قره باغ حاصل مي‌شود (شاکري، 1388).
1-4-3- زمين‌شناسي و چينه‌شناسي دشت قره باغ و شهرك صنعتي بزرگ شيراز:

1-4-3-1-زمين‌شناسي شهرك صنعتي بزرگ شيراز:

دشت‌قره باغ که در زاگرس چين‌خورده واقع شده، از روند عمومي چين‌هاي ساده موجود که از شمال غرب به جنوب شرق است، متاثرگرديده است.
در منطقه مطالعاتي قره‌باغ سازندهاي جوان ترشياري مياني تا کواترنري به چشم مي‌خورد (شکل1-3). قديمي‌ترين سازندي که در اين محدوده رخنمون دارد ، سازند آسماري- جهرم است و مهم‌ترين واحدهاي چينه‌شناسي که در محدوده مطالعاتي قره باغ رخنمون دارند عبارتند از:
الف- سازند آسماري- جهرم: اين سازند از سنگ‌هاي کربناته(آهک و دولوميت) اليگو- ميوسن تشکيل شده و بيشترين گسترش را در بين سازندهاي موجود در محدوده دارد؛ بطوريکه در برگيرنده‌ي کل ارتفاعات سبزپوشان و کوه بابا حاجي در جنوب بيدزرد است.
سازند آسماري- جهرم در شمال شرق دشت در کوه سياه نيز گسترش دارد. حفاري انجام شده در شرق فرودگاه شيراز نمايانگر گسترش آهکهاي آسماري – جهرم در اعماق دشت مي‌باشد (شرکت آب منطقه اي فارس، 1387 ).
با توجه به خصوصيت نفوذپذيري و تراوايي اين سازند اهميت آن در هيدروژئولوژي چشمگير است. تکتونيک نسبتا شديد منطقه باعث بوجود آمدن درزه‌هاي بسيار زيادي در اين سازند گرديده است. انحلال بعدي که توسط آب در امتداد اين درزه ها صورت گرفته موجب بازشدگي بيشتر درزه‌ها و افزايش نفوذ پذيري شده است به نحوي که مي‌توان نفوذ پذيري آهک آسماري – جهرم را متوسط در نظر گرفت. در نتيجه اين نفوذ پذيري ارتباطي مستقيم بين تزريق منابع آب کارستي با آبرفتهاي دشت قره‌باغ بوجود آمده است.
بطور کلي مي‌توان گفت که اين سازند تاثيري منفي بر کيفيت منابع آب سطحي وزيرزميني ندارد. بر اساس مشاهدات و تجربيات موجود در ديگر مناطق، منابع آب زيرزميني سازند جهرم داراي تيپ کربناته و هدايت الکتريکي پاييني هستند.
ب- سازندرازك: اين سازند از لايه‌هاي مارني، مارن گچي و ماسه سنگي تشکيل شده است که بصورت تپه‌هايي دربخش‌هاي شمالي (تپه سلطان آباد) و شرقي دشت پراکنده هستند. با توجه به بافت ريز دانه سنگ‌هاي مارني چنانچه درز و شکاف‌هايي نيز بصورت ثانويه در اين سنگ‌ها ايجاد گردد، با سرعت زياد توسط رسوبات ناشي از فرسايش خود سنگ پر شده و عملاً تخلخل ثانويه در اين گونه سنگ‌ها نقش چنداني در بالا بردن نفوذپذيري نخواهد داشت. بنابراين سازند رازك در توالي سنگ‌شناختي منطقه داراي نفوذپذيري بسيار کم و به عنوان يک سازند نفوذناپذير در منابع آب زيرزميني و سطحي شناخته مي‌شود.
اين سازند همچنين در بخش‌هايي که در مجاورت دشت قره‌باغ قرار دارد، سنگ کف را بوجود آورده (بويژه در محدوده شهرك صنعتي) و باعث کاهش ضخامت آبرفت و همچنين تخريب شديد منابع آب سطحي و زيرزميني شده است.
پ- سازند آغاجاري: اين سازند ماسه‌سنگي برونزد ناچيزي در تپه سلطان آباد دارد ودر بخش‌هاي ديگر دشت نه بصورت رخنمون و نه بصورت عمقي، مشاهده نشده است.
ت- سازند بختياري: کنگلومراي اين سازند شامل قطعات خوب گرد شده در ابعاد قطعه سنگ‌هاي بزرگ، قلوه سنگ و ريگ است که از مجموعه رخنمون‌هاي زاگرس با سنين مختلف فرسايش يافته و در خميره اي کلسيتي درشت دانه که معرف محيط آب شيرين مي‌باشد، سيماني شده اند.
حد پاييني اين سازند با سازند آغاجاري گاهي ناهمساز به صورت زاويه‌دار و گاهي نيز همساز است. تشکيل کنگلومراي بختياري در زاگرس تابع شکل‌گيري تاقديس‌ها و ناوديس‌ها بوده و به همين لحاظ از نظر جنس در مناطق مختلف داراي تفاوت‌هايي مي‌باشد. سن آن به اواخر پليوسن تا اوايل پليستوسن مي‌رسد.
در حوضه آبريز درياچه مهارلو سازند بختياري در بيشتر ناوديس‌ها ته نشين شده است. در بخش‌هاي جنوبي، جنوب غربي و جنوب شرقي، اين سازند اغلب بر روي سازند آغاجاري قرارگرفته و گاهي تحت تأثير فشارهاي زمين ساختي، کوه‌هاي برآمده‌اي را بوجود آورده است. اين سازند در محدوده مطالعاتي قره باغ در محور تپه سلطان آباد رخنمون دارد.
ث- نهشته‌هاي دوران چهارم (کواترنر): رسوبات دوران چهارم تمام ناوديس‌ها و فرورفتگي‌هاي منطقه مورد مطالعه را پر کرده و دشت‌هاي کوچک و بزرگ را بوجود آورده است. وسعت بعضي از اين دشت‌ها مثل دشت‌هاي قره‌باغ و شيراز زياد بوده و از نظر کشاورزي و رونق اقتصادي نقش بسيار مهمي را در زندگي ساکنان اين مناطق ايفا مي‌نمايد.
ضخامت رسوبات دوران چهارم در دشت‌ها از چند متر تا گاهي بيش از 300 متر متغير است. آبرفت‌هاي کواترنري دشت قره‌باغ داراي تنوع دانه بندي چشمگيري است؛ بطوريکه رسوبات بسيار ريز رسي در مرکز و خروجي دشت و رسوبات مخروط افکنه‌اي دانه درشت در دامنه‌هاي جنوب و جنوب شرق و همچنين دامنه‌هاي شمال غرب ديده مي‌شود.
1-4-3- 2-زمين‌شناسي ساختاري:

حوضه آبريز مهارلو از نظر زمين‌شناسي ساختاري مورفولوژي خاصي دارد و با تاقديس‌ها و ناوديس‌هاي بلند و کشيده با شيب يال‌هاي نسبتاً آرام مشخص مي‌شود. تأثير گسل‌ها در شکستگي‌ها، فرونشست‌ها و بالاآمدگي‌ها خودنمايي مي‌کند. وجود ارتفاعات بلند در بخش غربي، شمال غربي و شمالي حوضه و دشت‌هاي وسيع و کم شيب و درياچه تبخيري داخلي در مناطق مياني از ديگر ويژگي‌هاي اين حوضه است.
گسل‌ها در ساختار تکتونيکي حوضه نقش مهمي را ايفا نموده‌اند. بدين صورت که در نتيجه عملکرد گسل‌ها، دشت‌هاي شيراز و قره‌باغ به صورت فروافتادگي (گرابن) در آمده و توسط ناوديس برجسته‌اي به نام کوه سلطان آباد از يکديگر جدا شده اند.

1-چين‌ها :

همانند ديگر مناطق زاگرس چين‌خورده، چين‌ها از برجسته‌ترين سيماهاي محدوده مطالعاتي قره‌باغ نيز مي‌باشند. چين‌هاي متعددي اعم از ناوديس



قیمت: تومان


پاسخ دهید