آزمایش های آبخوان (آزمایش های پمپاژ، آزمایش های اسلاگ و آزمون های سطح-ثابت) برای تخمین مقادیر مشخصه مکان برای خواص هیدرولیک آبخوان ها و آکیتاردها انجام می شود. با این حال، در شرایط خاص، اطلاعات مربوط به ویژگی های هیدرولیکی یک مکان ممکن است در صورت لزوم در دسترس نباشد. به عنوان مثال، مطالعات شناسایی یا محاسبات محدوده ممکن است نیاز به ارزش های هیدرولیکی قبل از تحقیق در محل داشته باشد.

در بخش های زیر ارزش های مقادیر موجود ضرایب هیدرولیکی برای هدایت هیدرولیکی افقی و عمودی، ضریب نگهداری، آبدهی ویژه و تخلخل ارائه شده است. اگر این اطلاعات مربوط به مکان مطالعه شما در دسترس نیست یا برای بررسی نتایج آزمایشات آزمایشگاهی به چنین اطلاعاتی نیازمند هستید، به این مقادیر در جداول زیر مراجعه کنید.

هدایت هیدرولیکی - K

هدایت هیدرولیکی جریان آب زیرزمینی تحت یک گرادیان هیدرولیکی واحد از طریق یک سطح مقطع عرضی آبخوان (حدود باز A) حاصل می شود. قابلیت انتقال، نرخ جریان تحت یک شیب هیدرولیکی واحد از طریق یک عرض واحد آبخوان به ضخامت m (حدود باز B) است. منبع، نمودار از Ferris و همکاران (1962).

هدایت هیدرولیکی اندازه گیری ظرفیت مواد برای انتقال آب است. این به عنوان یک ثابت نسبی، مربوط به تخلیه خاصی از یک محیط متخلخل تحت شیب هیدرولیکی واحد در قانون دارسی تعریف شده است.

ν=−K_i

آنگاه که ν تخلیه ویژه است؛ K هدایت هیدرولیکی است؛ و i شیب هیدرولیکی می باشد. ضریب نفوذپذیری یک اصطلاح دیگر برای هدایت هیدرولیکی است.

توجه داشته باشید که هدایت هیدرولیکی، که عملکرد ویسکوزیته و چگالی آب است، به معنای دقیق عمل کردن دمای آب است. با این حال، با توجه به طیف کوچکی از تغییرات دما در بیشتر سیستم های آب زیرزمینی، وابستگی درجه حرارت هدایت هیدرولیکی اغلب نادیده گرفته می شود.

قابلیت انتقال - T

قابلیت انتقال نرخ جریان تحت یک شیب هیدرولیکی واحد از طریق یک عرض واحد آبخوان با ضخامت اشباع داده شده است. رسانایی یک آبخوان مربوط به هدایت هیدرولیکی آن به شرح زیر است.

T = Kb

آنگاه که T قابلیت انتقال است؛ و b ضخامت آبخوان است.

مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

جداول زیر نشان دهنده مقادیر هدایت هیدرولیکی برای مواد مختلف رسوبی غیر سازه ای، سنگ های رسوبی و سنگ های کریستالی است (از Domenico and Schwartz 1990).

Unconsolidated Sedimentary Materials
Material	Hydraulic Conductivity (m/sec)
Gravel	3×10-4 to 3×10-2
Coarse sand	9×10-7 to 6×10-3
Medium sand	9×10-7 to 5×10-4
Fine sand	2×10-7 to 2×10-4
Silt, loess	1×10-9 to 2×10-5
Till	1×10-12 to 2×10-6
Clay	1×10-11 to 4.7×10-9
Unweathered marine clay	8×10-13 to 2×10-9

Sedimentary Rocks
Rock Type	Hydraulic Conductivity (m/sec)
Karst and reef limestone	1×10-6 to 2×10-2
Limestone, dolomite	1×10-9 to 6×10-6
Sandstone	3×10-10 to 6×10-6
Siltstone	1×10-11 to 1.4×10-8
Salt	1×10-12 to 1×10-10
Anhydrite	4×10-13 to 2×10-8
Shale	1×10-13 to 2×10-9

Crystalline Rocks
Material	Hydraulic Conductivity (m/sec)
Permeable basalt	4×10-7 to 2×10-2
Fractured igneous and metamorphic rock	8×10-9 to 3×10-4
Weathered granite	3.3×10-6 to 5.2×10-5
Weathered gabbro	5.5×10-7 to 3.8×10-6
Basalt	2×10-11 to 4.2×10-7
Unfractured igneous and metamorphic rock	3×10-14 to 2×10-10

To Convert	Multiply By	To Obtain
m/sec	100	cm/sec
m/sec	2.12×106	gal/day/ft2
m/sec	3.2808	ft/sec

هدایت هیدرولیکی از مواد ژئوشیمیایی محصور شده و غیر متمرکز انتخاب شده  است (از Heath 1983).

نسبت ناهمسانی هدایت هیدرولیکی - Kz/Kr

نسبت ناهمسانگردی مربوط به هدایت هیدرولیکی در جهت های مختلف محاسبه شده است. برای مثال، نسبت ناهمسانگردی هدایت هیدرولیکی عمودی به افقی توسط عبارت K_z/K_r ارائه می شود؛ که K_z رسانایی هیدرولیکی عمودی است و K_r هدایت هیدرولیکی (افقی) است. Anisotropy یا ناهمسانگردی در یک صفحه افقی توسط K_x/K_y که K_x و K_y هدایت هیدرولیکی افقی به ترتیب در جهت x و y هستند، ارائه می شود.

(Todd (1980 مقادیر K_z/K_r را که بین 0.1 و 0.5 برای مواد رسوبی و احتمالا تا 0.01 در مواردی دانسته است که در آن لایه های خاک رس وجود دارد.

مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

جدول زیر نشان دهنده مقادیر هدایت هیدرولیکی افقی و عمودی برای نوع سنگ های انتخاب شده (از Domenico و Schwartz 1990) می باشد.

Material	Horizontal Hydraulic Conductivity (m/sec)	Vertical Hydraulic Conductivity (m/sec)
Anhydrite	10-14 to 10-12	10-15 to 10-13
Chalk	10-10 to 10-8	5×10-11 to 5×10-9
Limestone, dolomite	10-9 to 10-7	5×10-10 to 5×10-8
Sandstone	5×10-13 to 10-10	2.5×10-13 to 5×10-11
Shale	10-14 to 10-12	10-15 to 10-13
Salt	10-14	10-14

ضریب ذخیره - S

1- آبخوان محصور

ضریب ذخیره آبخوان محصور (Artesian) (از Ferris و همکاران 1962).

ذخیره سازی یک آبخوان محصور (یا آکیتارد) به عنوان حجم آب آزاد شده از ذخیره سازی در هر واحد سطح آبخوان یا آکیتارد در هر واحد کاهش هیدرولیکی آن تعریف می شود. این مفهوم با ضریب ذخیره و ضریب ذخیره ویژه شناخته می شود.

عملیات پمپ کردن آب یک چاه در یک سفره آب زیرزمینی محصور، از ذخیره آبخوان با دو مکانیسم آزاد می شود: فشرده سازی آبخوان و گسترش آن. در یک آبخوان محصور (یا آکیتارد)، ضریب ذخیره به صورت زیر تعریف شده است.

S = S_sb

آنگاه که S مقدار ذخیره است، S_s ضریب ذخیره سازی خاص و b ضخامت آبخوان محصور است.

ذخیره معمول یک آبخوان محصور، که با ضریب ذخیره ویژه و ضخامت آبخوان متفاوت است، بین 5 × ^10-5 تا 5 × ^10-3 (Todd 1980) متغیر است. 

ضریب ذخیره ویژه، حجم آبی است که یک واحد حجم آبخوان (یا آکیتارد) از ذخیره خود تحت یک واحد کاهش در سطح آب رها می کند. ضریب ذخیره ویژه مربوط به فشردگی آب و آبخوان (یا آکیتارد) به شرح زیر است.

S_s = ρg(α + n_eβ)

جایی که ρ چگالی جرمی آب است؛ g شتاب گرانشی (برابر 9.8)، α فشردگی آبخوان (یا آکیتارد) n_e تخلخل موثر است؛ و β ضریب فشردگی آب (برابر 4.4 × ^10-10 با واحد m sec² / kg یا Pa^-1) است.

2- آبخوان آزاد

ذخیره آبخوان آزاد (سطح آزاد آب) (از Ferris و همکاران 1962).

ذخیره یک آبخوان بدون محدودیت یا همان آزاد، شامل آبدهی ویژه آن یا تخلخل تخلیه می شود.

S = S_y + S_sb

جایی که S_y آبدهی ویژه نام دارد.

کاهش سطح آب در یک آبخوان آزاد منجر به انتشار آب ذخیره شده در دهانه های بینابینی با زهکشی گرانشی می شود.

در مقایسه با زهکشی گرانش، فشردگی آبخوان و گسترش آب در آبخوان دشت، مقدار کمی آب از ذخیره را تولید می کنند؛ از این رو در آبخوان های آزاد، S_y بسیار بزرگتر از S_sb و S ≅ S_y در نظر گرفته می شود.

مقدار ذخیره در آبخوان های آزاد معمولا از 0.1 تا 0.3 (Lohman 1972) متغیر می باشد.

مقادیر مرتبط به مفاهیم بالا

جدول زیر ارزش نمایشی ضریب ذخیره ویژه برای مواد مختلف زمین شناسی را فراهم می کند (Domenico and Mifflin 1965).

Material	Ss (ft-1)
Plastic clay	7.8×10-4 to 6.2×10-3
Stiff clay	3.9×10-4 to 7.8×10-4
Medium hard clay	2.8×10-4 to 3.9×10-4
Loose sand	1.5×10-4 to 3.1×10-4
Dense sand	3.9×10-5 to 6.2×10-5
Dense sandy gravel	1.5×10-5 to 3.1×10-5
Rock, fissured	1×10-6 to 2.1×10-5
Rock, sound	< 1×10-6

To Convert	Divide By	To Obtain
ft-1	0.3048	m-1

(Freeze and Cherry 1979) مقادیر ضریب فشرده سازی برای مواد مختلف آبخوان را به صورت زیر ارائه دادند.

Material	Compressibility, α (m2/N or Pa-1)
Clay	10-8 to 10-6
Sand	10-9 to 10-7
Gravel	10-10 to 10-8
Jointed rock	10-10 to 10-8
Sound rock	10-11 to 10-9

Pa^-1 = m²/N = m sec²/kg

مثال محاسبات

از داده های فشرده سازی برای تخمین مقدار ذخیره یک آبخوان با ساختار شن و ماسه محصور شده با ضخامت 35 فوت (فرض کنید ρ = 1000 کیلوگرم در متر مکعب و n_e = 0.3) استفاده نمایید.

S = S_sb = ρg(α+n_eβ)b = (1000 kg/m³)(9.8 m/sec²) [10-8 m²/N + (0.3) (4.4×10-10 m²/N)](35 ft)(0.3048 m/ft) = 1.1×10^-3

در این مثال تا چه اندازه گسترش آب به ذخیره کمک می کند؟

S_w = ρgn_eβb = (1000 kg/m³)(9.8 m/sec²)(0.3) (4.4×10^-10 m²/N)(35 ft)(0.3048 m/ft) = 1.4×10^-5

از داده های ضریب ذخیره ویژه برای تخمین ضریب نگهداری در همان آبخوان شن و ماسه ای محصور شده در مثال قبلی استفاده کنید.

S= S_sb = (5×10^-5 ft^-1)(35 ft) = 1.8×10^-3

آبدهی ویژه - S_y

نگهداری ویژه (S_r)، آبدهی ویژه (S_y) و تخلخل کل (n) (از Heath 1983).

آبدهی ویژه به عنوان حجم آب آزاد شده از ذخیره یک آبخوان ناپیوسته در هر واحد سطح آبخوان در واحد کاهش سطح آب تعریف شده است.

(Bear (1979 آبدهی ویژه مرتبط به تخلخل کل را به شرح زیر ارزیابی کرد.

n = S_y + S_r

آنگاه که n تخلخل کل است، S_y آبدهی ویژه و S_r نگهداری ویژه است؛ مقدار آب حفظ شده توسط نیروهای مویرگی در طول تخلیه گرانش یک آبخوان آزاد است. بنابراین، آبدهی ویژه، که گاهی اوقات تخلخل مؤثر نامیده می شود، کمتر از تخلخل کل یک آبخوان آزاد است (Bear 1979).

مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

(Heath (1983 مقادیر زیر (درصدی از حجم) برای تخلخل، آبدهی ویژه و نگهداری ویژه را گزارش داد.

Material	Porosity (%)	Specific Yield (%)	Specific Retention (%)
Soil	55	40	15
Clay	50	2	48
Sand	25	22	3
Gravel	20	19	1
Limestone	20	18	2
Sandstone (unconsolidated)	11	6	5
Granite	0.1	0.09	0.01
Basalt (young)	11	8	3

جدول زیر نشان دهنده مقادیر آبدهی ویژه برای مواد مختلف زمین شناسی (Morris and Johnson 1967) است.

Material	Specific Yield (%)
Gravel, coarse	21
Gravel, medium	24
Gravel, fine	28
Sand, coarse	30
Sand, medium	32
Sand, fine	33
Silt	20
Clay	6
Sandstone, fine grained	21
Sandstone, medium grained	27
Limestone	14
Dune sand	38
Loess	18
Peat	44
Schist	26
Siltstone	12
Till, predominantly silt	6
Till, predominantly sand	16
Till, predominantly gravel	16
Tuff	21

تخلخل - N

حجم فضای خالی، حجم کل و تخلخل (از Heath 1983).

تخلخل به عنوان فضای خالی یک سنگ یا مواد با ساختار غیر منظم تعریف شده است.

n = V_v / V_t

که در آن n تخلخل است، V_v حجم فضای خالی، و V_t حجم کل است.

مقادیر مرتبط با مفاهیم بالا

جداول زیر نشان دهنده مقادیر تخلخل برای مواد مختلف رسوبی غیر سازه ای، سنگ های رسوبی و سنگ های کریستالی (Morris and Johnson 1967) است.

Unconsolidated Sedimentary Materials
Material	Porosity (%)
Gravel, coarse	24 - 37
Gravel, medium	24 - 44
Gravel, fine	25 - 39
Sand, coarse	31 - 46
Sand, medium	29 - 49
Sand, fine	26 - 53
Silt	34 - 61
Clay	34 - 57

Sedimentary Rocks
Rock Type	Porosity (%)
Sandstone	14 - 49
Siltstone	21 - 41
Claystone	41 - 45
Shale	1 - 10
Limestone	7 - 56
Dolomite	19 - 33

Crystalline Rocks
Rock Type	Porosity (%)
Basalt	3 - 35
Weathered granite	34 - 57
Weathered gabbro	42 - 45

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح