بررسی منشا نیترات  و سرعت انتقال آن در آبخوان شهرك صنعتی بزرگ شیراز

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

 

فصل اول: مقدمه و هدف

1-1-کلیات تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………….2

1-2-ضرورت و هدف تحقیق ………………………………………………………………………………………………..3

1-3- پیشینه تحقیقات …………………………………………………………………………………………………………..4

1-3-1-مروری بر تحقیقات انجام گرفته توسط مدل ریاضی …………………………………………4

1-3-2-مطالعات انجام شده بر روی آلودگی آب‌های زیرزمینی به واسطه ی نیترات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-3-3-مطالعات پیشین انجام شده در شهرك صنعتی بزرگ شیراز  …………………………..6

1-4- موقعیت جغرافیایی، اقلیم و زمین شناختی منطقه مورد مطالعه…………………………………7

1-4-1- موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه …………………………………………………………..7

1-4-2- اقلیم محدوده دشت قره باغ ………………………………………………………………………………9

1-4-3- زمین شناسی و چینه شناسی دشت قره باغ و شهرك صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-4-3-1-زمین شناسی شهرك صنعتی بزرگ شیراز…………………………………………….10

  1-4-3- 2- زمین‌شناسی ساختاری ……………………………………………………………………..12

عنوان                                                                                                                صفحه

1-5- مروري بر تاریخچه شرکت شهرک هاي صنعتی فارس و فعالیت هاي انجام شده در آنها …………………………………………………………………………………………………………..14

1-5-1- شهرك صنعتی بزرگ شیراز و توسعه صنعت استان فارس……………………15

1-5-2- واحد‌هاي مستقر در شهرك صنعتی بزرگ شیراز  ……………………………..16

1-5-3- ارزیابی کمی و کیفی پسآب صنایع………………………………………………..17

   1-5-3-1- انواع پسآب در شهرك صنعتی بزرگ شیراز…………………………..17

1-5-3-2- مشخصات پسآب بهداشتی ………………………………………………….19

1-6- نمونه برداري آب زیرزمینی ………………………………………………………………….20

1-7- آلودگی منابع آب زیر زمینی…………………………………………………………………22

فصل دوم: نیترات

2-1- مقدمه  ………………………………………………………………………………………………..32

2-2- مشخصه های  نیترات …………………………………………………………………………….33

2-3- چرخه نیتروژن ………………………………………………………………………………………36

2-3-1-تثبیت نیتروژن  ……………………………………………………………………………..37

2-3-2- نیتراتی شدن ………………………………………………………………………………..39

2-3-3-احیاء نیترات ………………………………………………………………………………….40

 

عنوان                                                                                                                صفحه

                                                                                  

2-3-4- نیترات زدایی ………………………………………………………………………………..40

2-4-منابع نیترات ………………………………………………………………………………………….40

2-4-1-پسماندهای انسانی و حیوانی …………………………………………………………….41

2-4-2-کودها …………………………………………………………………………………………..43

2-4-3- نیتروژن با منشا طبیعی ………………………………………………………………….48

2-4-3-1- فرسایش رسوبات طبیعی ………………………………………………………..48

2-4-3-2- واکنش با آب باران ………………………………………………………………..51

2-4-3-3- شکل گیری نیترات از نیتروژن جوی در اثر فوتون ها و رعد و برق ……………………………………………………………………………………………………………………….51

2-4-4- منابع  صنعتی نیتروژن …………………………………………………………………..51

2-4-5- چارپایان اهلی ………………………………………………………………………………53

2-4-6- دفع پسماند جامد ………………………………………………………………………….54

2-5- تشخیص منابع نیترات ……………………………………………………………………………54

2-6- اثرات سلامتی نیترات و نیتریت ………………………………………………………………..55

2-6-1- اثرات نیترات و نیتریت  بر سلامت انسان ……………………………………………55

2-6-2- اثرات نیترات و نیتریت بر سلامت دام ها و دیگر حیوانات اهلی ……………….59

2-6-3- اثرات نیترات و نیتریت  بر محیط زیست …………………………………………….59

2-7- اعمال پاکسازی معمول برای نیترات ………………………………………………………….60

2-7-1- هیچ کاری انجام ندهیم …………………………………………………………………..61

عنوان                                                                                                                صفحه

 

2-7-2- پمپاژ کردن برای استفاده ی مفید …………………………………………………….61

2-7-3- پمپاژ کردن و تصفیه کردن ……………………………………………………………..62

2-7-4- پمپاژ و پسماند ……………………………………………………………………………..63

2-7-5- پاکسازی گیاهی ……………………………………………………………………………63

2-7-6- تکنولوژی های پاکسازی نو ظهور و جدید …………………………………………..64

 

فصل سوم: مروری بر مدل های ریاضی و معادلات حاکم بر جریان

– مقدمه

3-1- انواع مدل‌های آب زیرزمینی …………………………………………………………………………………….67

3-1-1- مدل‌های فیزیکی …………………………………………………………………………………………….67

3-1-2- مدل‌های ریاضی…………………………………………………………………………..68

3-1-2-1- مدل‌های تجربی …………………………………………………………………………………………68

3-1-2-2- مدل‌های احتمالاتی ……………………………………………………………………………………68

3-1-2-3 مدل‌های علت معلولی یا معین …………………………………………………………………….69

3-2- شرحی بر نرم‌افزار مادفلو ………………………………………………………………………………………….70

3-3- معرفی نرم افزار  GMS …………………………………………………………………………………………..73

3-4- ساخت مدل در نرم افزار  GMS …………………………………………………………………………….76

3-4-1-مشخص کردن هدف مدلسازی ……………………………………………………………………….77

3-4-2- تهيه و گردآوري اطلاعات ……………………………………………………………………………….77

عنوان                                                                                                                صفحه

3-4-3- ايجاد مدل مفهومی ………………………………………………………………………………………78

3-4-4- انتخاب كد كامپيوتری ………………………………………………………………………………….78

3-4-5- طراحی 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- واسنجی  …………………………………………………………………………………………………………81

3-4-7 – آناليز حساسيت ……………………………………………………………………………………………..85

3-4-8 -صحت سنجی…………………………………………………………………………………………………..86

3-4-9- پيش بينی………………………………………………………………………………………………………..86

3-4-10- ارائه مدل طراحي شده و نتايج …………………………………………………………………….86

3-4-11-ممیزی بعدي مدل ………………………………………………………………………………………..87

3-4-12-طراحي مجدد ………………………………………………………………………………………………..87

3-5- مدل MT3DMS ……………………………………………………………………………………………………..87

3-5-1- معرفی معادلات انتقال آلاینده ……………………………………………………………………….88

3-5-2- فرآیند همرفت ………………………………………………………………………………………………..91

3-5-3- فرآیند پراکنش ……………………………………………………………………………………………….92

3-5-4- تخلیه و تغذیه …………………………………………………………………………………………………93

3-5-5- واکنش هاي شیمیایی ………………………………………………………………………………….. 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 هیبرید خطوط مشخصه HMOC ……………………………………………………..96

فصل چهارم : تصحیح مدل جریان و ایجاد و اجرای مدل انتقال آبخوان شهرك صنعتی بزرگ شیراز

4-1- هدف  ………………………………………………………………………………………………………………………..99

4-2- ساخت و آماده سازي مدل منطقه مورد مطالعه ………………………………………………………99

4-2-1- مدل سازي جریان ماندگار …………………………………………………………………………….99

4-2-1-1- ايجاد مدل مفهومي اوليه …………………………………………………………………..100

4-2-1-2- داده هاي ورودی ……………………………………………………………………………….101

4-3- اجرا و واسنجی  مدل در شرایط ماندگار ……………………………………………………………….103

4-4-نتايج واسنجی  ………………………………………………………………………………………………………..104

4-5- بررسی مدل در شرایط ناپایدار ………………………………………………………………………………106

4-5-1- تکمیل داده‌های ورودی ……………………………………………………………………………….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- آبدهی ویژه …………………………………………………………………………………………107

4-5-1-5- انتخاب دوره هاي تنش …………………………………………………………………….108

4-6- طراحی و اجرای مدل انتقال ………………………………………………………………………………….116

عنوان                                                                                                                صفحه

4-6-1- ساخت مدل جریان ………………………………………………………………………………………116

4-6-2- نمونه برداري کیفی ………………………………………………………………………………………116

4-6-3- شبیه سازی آلودگی نیترات …………………………………………………………………………117

4-6-4- تقسیم بندي زمانی ………………………………………………………………………………………119

4-6-5-شرح مختصری بر بسته های فرارفت و پراکنش ………………………………………….120

4-6-6- شرحی بر بسته واکنشهاي شیمیایی ……………………………………………………………120

4-6-7- غلظت اولیه …………………………………………………………………………………………………..121

4-6-8- اجراي مدل MT3D برای نیترات و نیتریت ……………………………………………….121

4-6-8-1- نیترات ………………………………………………………………………………………………..121

4-6-8-2- نیتریت ………………………………………………………………………………………………..123

4-7- برآورد زمان پاکسازی ……………………………………………………………………………………….126

 

فصل پنجم: نتیجه گیري و پیشنهادات

5-1- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………..128

5-2- پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………131

فهرست منابع ………………………………………………………………………………………..132

منابع فارسی ……………………………………………………………………………………….132

منابع انگلیسی ……………………………………………………………………………………….134

 فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                               صفحه

 

جدول1-1- مساحت کل شهرك صنعتی بزرگ شیراز و کاربري اراضی آن ………………………….17

جدول1-2- مساحت انواع کاربرهاي صنعتی، تولیدي و خدماتی شهرك صنعتی بزرگ شیراز ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………17

جدول 1-3- میزان مصرف سرانه آب در شبانه روز براي مصارف بهداشتی………………………… 18

جدول1-4- پیش بینی مشخصات عمومی فاضلاب بهداشتی شهرك صنعتی بزرگ شیراز ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………19

جدول1-5- موقعیت جغرافیایی  و توصیف نمونه هاي آب زیرزمینی در محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز ………………………………………………………………………………………………………………….21

جدول 2-1- فرآیند تثبیت کننده و درصد نیتروژن تثبیت شده ……………………………………………38

جدول 3-1: فرمت اطلاعات چاه‌هاي بهره برداري براي ورود به   GMS …………..76

فهرست شکل‌ها

عنوان                                                                                                                       صفحه

 

شکل 1-1- موقعیت جغرافیایی دشت قره باغ و زهکش اصلی آن و محدوده شهرك صنعتی سطحی ………………………………………………………………………………………………………………………………………..7

شکل 1- 2- مرز حوضه آبریز مهارلو بر روي تصویر ماهواره اي ………………………………………………9

شکل 1-3 –نقشه زمین شناسی دشت قره باغ  و نمایش محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………………………………………………………………………………………………… 14

شکل 1-4 – تصویر ماهواره ای شهرک صنعتی بزرگ شیراز ………………………………………………….16

شکل 1-5- موقعیت چاههاي پیزومتري حفر شده براي نمونه برداري آب زیر زمینی در محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز…………………………………………………………………………………………21

شکل 1-6- هیدروگراف 11 پیزومتر موجود در محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….27

شکل 1-7- هیدروگراف 5 پیزومتر باقیمانده از 11 پیزومتر موجود در شهرك صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………………………………………………………………………………………………….30

شکل 2-1- چرخه نیتروژن در محیط زیست……………………………………………………………………………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 کالیبراسیون سعی وخطا ………………………………………………………..83

عنوان                                                                                                                       صفحه

شکل4-1- شبکه تفاضل محدود و مقدار اولیه هدایت هیدرولیکی آبخوان شهرك صنعتی بزرگ شیراز……………………………………………………………………………………………………………………………..101

شکل4-2- نقشه سطح آب اولیه در سلول‌هاي فعال مدل شهرك صنعتی بزرگ شیراز(شهریور 86) …………………………………………………………………………………………………………………………………………102

شکل 4-3- نمایی ازسلول‌های فعال و غیر فعال در شبکه‌بندی ………………………………………….103

شکل 4-4-مقادیر انواع خطاها در پایان دوره واسنجی در شرایط پایدار ……………………………104

شکل 4-5- هدف واسنجی ……………………………………………………………………………………………………105

شکل 4- 6- مقدارهدایت هیدرولیکی واسنجی شده براي مدل شهرك صنعتی بزرگ شیراز………………………………………………………………………………………………………………………………………..105

شکل 4-7- نمودار پراکندگی براي سطح آب زیرزمینی مشاهده اي و شبیه سازي شده در شرایط پایدار ………………………………………………………………………………………………………………………….106

شکل 4-8- میزان خطا در پایان مرحله واسنجی شرایط ناپایدار ……………………..109

شکل 4- 9- نمودار پراکندگی براي سطح آب زیرزمینی مشاهده اي و شبیه سازي شده در شرایط ناپایدار ………………………………………………………………………………………………………………………..110

شکل 4-10- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار(آبان 86) …………………………………………………………………………………………………………………….110

شکل 4-11- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار(بهمن 86) ………………………………………………………………………………………………………………….111

شکل 4-12- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار (اردیبهشت 87) …………………………………………………………………………………………………………111

شکل4- 13- سطح آب مشاهده اي و محاسبه شده توسط مدل براي دوره واسنجی ….116

شکل 4-14- موقعیت نقاط نمونه برداري شده توسط شاکری در محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز ……………………………………………………………………………………………………………………………117

شکل -4-15-  نقشه پهنه‌بندي نیترات ( شهریور ماه 86) ………………………………………………….118

شکل -4-16-  نقشه‌ پهنه‌بندي نیترات ( آبان ماه 86) ……………………………………………………….118

شکل -4-17-  نقشه پهنه‌بندي نیترات (بهمن ماه 86) ………………………………………………………119

شکل -4-18-  نقشه پهنه بندي نیترات اردیبهشت ( 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 نیتریت( آبان ماه 86) ………………………………………………………124

شکل -4-23-  نقشه پهنه بندي نیتریت ( 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 تغییرات غلظت نیترات و نیتریت و تقدم پاکسازی طبیعی برای نیتریت …………………………………………………………………………………………………………………………………………………