اثر لایه های رسی در فرو نشست زمین و جبران فرو نشست با تغذیه مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مرکزتحقیقات راه مسکن و شهرسازی، تهران، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده‌‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران.

چکیده

هدف از این تحقیق  بررسی تاثیر لایه‌‌های رسی در فرونشست زمین در اثر افت سطح آب و همچنین اثر لایه‌‌های رسی در درصد جبران فرونشست در اثر بالاامدگی سطح آب در تغذیه مصنوعی می‌‌باشد. مدل المان محدود بر روی یک آبخوان ماسه‌‌ای و آبخوان‌های ماسه‌‌ای با موقعیت‌‌های مختلف قرارگیری لایه‌‌های رسی به کار گرفته شده است. در هر آبخوان سطح آب به تدریج افت کرده و فرونشست زمین برآورد می‌‌شود. سپس در یک دوره مشخص سطح آب به تدریج به سطح اولیه خود بر می‌‌گردد و در نهایت درصد جبران فرونشست  برآورد می شود. نتایج نشان می‌‌دهد با تغذیه مصنوعی می‌‌توان درصدی از فرونشست  را جبران کرد که این مقدار بسته به مصالح آبخوان، ضخامت و موقعیت قرارگیری لایه‌‌های رسی متفاوت می‌‌باشد. در آبخوان فقط ماسه‌‌ای فرونشست زمین نسبت به آبخوان‌های ماسه‌‌ای با لایه‌‌های رسی کمتر بوده و همچنین می توان با تغذیه مصنوعی حدود 90% از فرونشست ایجاد شده در آبخوان فقط ماسه‌‌ای را جبران کرد. وجود لایه‌‌های رسی باعث  افزایش فرونشست زمین در اثر افت سطح آب شده و بسته به موقعیت و ضخامت لایه‌‌های رسی در اثر تغذیه مصنوعی تقریبا 19 الی 46% از فرونشست ایجاد شده در آبخوان‌‌های ماسه ای دارای لایه‌‌های رسی قابل جبران است. زمان افت سطح آب بیشتر در فرونشست آبخوان‌‌های ماسه‌‌ای با لایه‌‌های رسی که در عمق کمتری قرار دارند تاثیرگذار بوده و باعث افزایش فرونشست زمین می شود و از طرفی در این نوع آبخوان‌‌ها با افزایش زمان، درصد جبران نشست در اثر تغذیه مصنوعی به طور متوسط 13% کاهش می‌‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of clay layers on land subsidence and subsidence recovery with aquifer recharge

نویسندگان [English]

  • lida mottaghi 1
  • ali beitollahi 1
  • jaber Mamaghanian 2
1 Road, Housing and Urban Development Research Center
2 Iran University of Science and Technology: Tehran, Tehran
چکیده [English]

     The aim of this study is to investigate the effect of clay zones on land subsidence due to groundwater overexploitation, and also to investigate the effect of clay zones on the recovery percentage of subsidence from artificial recharge. The finite element model has been used on aquifers with different placement positions of clay zones. In each aquifer, the water level gradually drops and the subsidence of the land is calculated, then in a certain period, the water level gradually returns to its primary level and finally the recovery percentage of the subsidence is evaluated. The results show that a percentage of the subsidence can be recovered with artificial recharge, and this amount varies depending on the aquifer materials, the thickness, and the location of the clay zones. Land subsidence in the sand-only aquifer is less than that of the sandy aquifers with clay zones, and about 90% of the subsidence caused in the sand-only aquifer can be recovered. The presence of clay zones increases land subsidence. In sandy aquifers with clay zones, depending on the position and thickness of the clay zones, approximately 19 to 46% of the created subsidence can be recovered. The time of groundwater level drop is more effective in the subsidence of sandy aquifers with clay zones, where clay zones are located at shallower depths. In these types of aquifers, with the increasing time of groundwater level drop, the land subsidence increased, and also the recovery percentage of subsidence by artificial recharge decreased by 13% on average.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land Subsidence
  • Groundwater Level Drop
  • Artificial Recharge
  • Numerical Model
  • Unsaturated Soil

مراجع

[1] K. Terzaghi, Principles of Soil Mechanics: I—Phenomena of Cohesion of Clays, Engineering News-Record, 95(19) (1925) 742-746.
[2] W.E. Pratt, and D.W. Johnson, Local subsidence of the Goose Creek oil field, Journal of Geology, 34 (7) (1926) 577–590.
[3] H.S. Rappleye, Recent areal subsidence found in releveling, Engineering News Record, (1933).
[4] J.C. Chai, S.L. Shen, H.H. Zhu, and X.L. Zhang, Land Subsidence Due to Groundwater Drawdown in Shanghai, Géotechnique 54(2) (2004)143-47.
[5] H.Z. Abidin, R. Djaja, D. Darmawan, S. Hadi, A. Akbar, H. Rajiyowiryono, Y. Sudibyo, I. Meilano, M.A. Kasuma, J. Kahar and C. Subarya, Land Subsidence of Jakarta (Indonesia) and Its Geodetic Monitoring System, Natural Hazards, (2001) 365-387.
[6] G. Gambolati, P. Teatini, L. Tomasi, M. Gonella, Coastline Regression of the Romagna Region, Italy, Due to Natural and Anthropogenic Land Subsidence and Sea Level Rise, Water Resources Research 35(1) (1999) 163-184
[7] P. Teatini, M. Ferronato, G. Gambolati, and M. Gonella, Groundwater Pumping and Land Subsidence in the Emilia-Romagna Coastland, Italy: Modeling the Past Occurrence and the Future Trend, Water Resources Research 42(1) (2006).
[8] M.A. Karegar, T.H. Dixon, and S.E. Engelhart, Subsidence along the Atlantic Coast of North America: Insights from GPS and Late Holocene Relative Sea Level Data, Geophysical Research Letters 43 (7) (2016)3126-3133.
[9] A.S. Kolker, M.A. Allison, and S. Hameed S, An Evaluation of Subsidence Rates and Sea-Level Variability in the Northern Gulf of Mexico, Geophysical Research Letters, 38(21) (2011).
[10] M. Mahmoudpour, M Khamehchiyan, M.R. Nikudel, and M.R. Ghassemi, Numerical Simulation and Prediction of Regional Land Subsidence Caused by Groundwater Exploitation in the Southwest Plain of Tehran, Iran, Engineering Geology, 201(2016) 6-28.
[11] A.M. Rajabi, E. Ghorbani, Land subsidence due to groundwater withdrawal in Arak plain, Markazi province, Iran,  Arabian Journal of Geosciences, 9(738) (2016).
[12] M. Amighpey, S. Arabi, Studying land subsidence in Yazd province, Iran, by integration of InSAR and levelling measurements, Remote Sensing Applications: Society and Environment, (2016) 1-8.
[13] S. Alipour, M. Motgah, M.A. Sharifi, and T.R. Walter, InSAR Time Series Investigation of Land Subsidence Due to Groundwater Overexploitation in Tehran, Iran, Conference: Use of Remote Sensing Techniques for Monitoring Volcanoes and Seismogenic Areas, (2008).
[14] J. Anderssohn, H.U. Wetzel, T.R. Walter, M. Motagh, Y. Djamour, and H. Kaufmann, Land Subsidence Pattern Controlled by Old Alpine Basement Faults in the Kashmar Valley, Northeast Iran: Results from InSAR and Levelling, Geophysical Journal International, 174(1) (2008) 287-294.
[15] M. Dehghani, M.J. Valadan Zoej, I. Entezam, A. Mansourian, and S. Saatchi, InSAR Monitoring of Progressive Land Subsidence in Neyshabour, Northeast Iran, Geophysical Journal International, 178(1) (2009) 47-56.
[16] O. Ghorbanzadeh, H. Rostamzadeh, T. Blaschke, Kh. Gholaminia, and J. Aryal, A New GIS-Based Data Mining Technique Using an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and k-Fold Cross-Validation Approach for Land Subsidence Susceptibility Mapping., Natural Hazards 94(2) (2018) 497-517.
[17] S. Babaee, Z. Mousavi, Z. Masoumi, AH. Malekshah, M. Roostaei, M. Aflaki, Land subsidence from interferometric SAR and groundwater patterns in the Qazvin plain, Iran, International Journal of Remote Sensing, (2020).
 [18] O. Orhan, Monitoring of land subsidence due to excessive groundwater extraction using small baseline subset technique in Konya, Turkey, Environmental Monitoring and Assessment, 193 (174) (2021).
 [19] F. Rafiei, S. Gharechelou, S. Golian, B.A. Johnson, Aquifer and Land Subsidence Interaction Assessment Using Sentinel-1 Data and DInSAR Technique, International Journal of Geo-Information, 11(9) (2022).
 [20] W. Jin, Z. Luo, and X. Wu, Sensitivity Analysis of Related Parameters in Simulation of Land Subsidence and Ground Fissures Caused by Groundwater Exploitation, Bulletin of Engineering Geology and the Environment 75(3) (2016) 1143-1156.
 [21] T.R. Shearer, A Numerical Model to Calculate Land Subsidence, Applied at Hangu in China.” Engineering Geology 49(2) (1998) 85-93.
 [22] M. Budhu, I.B. Adiyaman I.B, Mechanics of land subsidence due to groundwater pumping, Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech. (2010) 1459–1478.
 [23] M. Budhu, I.B. Adiyaman, The Influence of Clay Zones on Land Subsidence from Groundwater Pumping, Ground Water, (2013).
 [24] M.A. Budihardjo, A. Chegenizadeh, and H. Nikraz, Land Subsidence: The Presence of Well and Clay Layer in Aquifer, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 8(6) (2014) 217-224.
 [25] M. Jahangir, Z. Khosravi, H. Sarrafha, Modeling of land subsidence due to groundwater overexploitation using elastoplastic Mohr-Coulomb model in Arak plain, Iran, Geopersia, 11(1) (2021) 131-151.
 [26] A.M. Rajabi, A numerical study on land subsidence due to extensive overexploitation of groundwater in Aliabad plain, Qom-Iran, Natural Hazards, (2018) 1085–1103.
 [27] I.B. Adiyaman, Land Subsidence and Earth Fissures due to Groundwater Pumping, Ph.D. dissertation in Civil Engineering, University of Arizona, (2012).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 57، شماره 5
1404
صفحه 893-908

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار