(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)
فروچاله ها در دشت کبودرآهنگ استان همدان
دانشگاه زنجان
دانشکده انسانی
گروه جغرافیا
(هیدروژئومورفولوژی)
عنوان پایان نامه: مکانسیم تشکیل فروچاله ها در دشت کبودرآهنگ استان همدان
اسفند ۹۳
چکیده
دشت کبودرآهنگ در شمال استان همدان و یکی از چهار دشت اصلی استان همدان است. در دو دهه اخیر به دلیل حفر چاه های عمیق و نیمه عمیق سطح آب زیرزمینی دچار افت شدید شد این امر تحریک سطح زمین را به دنبال داشته است که در سطح زمین گودال هایی ایجاد شد که در اصطلاح علمی به سینک هول معروف هستند. با توجه به بررسی های زمین شناسی که توسط مهندسین مشاور «زمیران» و سازمان زمین شناسی انجام شد، مشخص گردید که بستر دشت کبودرآهنگ سنگ آهک است و همچنین یک گسل مدفون منطبق بر کانال های احتمالی دوران چهارم با حرکات تکتونیکی سنگ بستر آهکی منطقه را دچار درزو شکاف کرده و با وجود سفره آبخوان کارستی این درزو شکاف ها با عمل انحلال دچار گستردگی وایجاد حفره های داخلی شده است و به مرور افت سطح آب زیرزمینی در آبخوان آبرفتی و گسترده شدن حفرات زیرین و کم ضخامت شدن سقف حفرات باعث گردید که تحمل وزن رسوبات بالایی را نداشته باشند و فروچاله هایی ایجاد شوند.با توجه به این امر نقشه افت سطح آب زیرزمینی با بهره گرفتن از نرم افزار۱۰ArcGIS از روش میانیابی کریجینگ رسم شد و مقدار افت در سطح دشت به طور متوسط حدود۵/۳۰متر بوده است که این امر به عنوان عامل ثانویه برای ایجاد فروچاله شناخته شده است.با توجه به اینکه فروچاله ها در اطراف گسل مدفون قرار دارند تاثیر این گسل مشخص می شود و عامل اصلی ایجاد فروچاله در این دشت می باشد.
کلمات کلیدی: همدان، کبودرآهنگ، فروچاله ، سطح ایستابی
فهرست مطالب
فصل اول
مقدمه۱
۱-۱بیان مسئله.۲
۱-۲فرضیات تحقیق۴
۱-۳پیشینه تحقیق.۴
۱-۴اهداف تحقیق.۱۳
۱-۵روش جمع آوری داده ها.۱۴
۱-۶ روش تجزیه وتحلیل.۱۴
فصل دوم
مقدمه۱۵
۲-۱اشکال کارستی۱۵
2-1-1کارن.۱۵
2-1-2 دره های خشک.۱۶
2-1-3چاه های کارستی.۱۶
2-1-4غارها۱۷
۲-۱-۵ پولیه یا پولژه۱۷
۲-۱-۶دشت کارستی.۱۷
2-1-7 طاق کارستی.۱۸
2-1-8پنجره کارستی.۱۸
2-1-9 پونور یا چاه های مکنده۱۸
فروچاله ها۱۸
2-2طبقه بندی فروچاله ها۱۹
۱)فروچاله آنترپوژنیک.۲۱
۲)پدیده های کارستی۲۱
۳)فروچاله سنسواستریکو یا فروچاله تونلی عمیق۲۲
۲-۲-۱فروچاله انحلالی و دولین انحلالی۲۴
۲-۲-۲فروچاله پوش سنگی و نشستی۲۵
۲-۲-۳فروچاله پر شونده و سقوط کننده و فرونشستی۲۶
۲-۲-۴فروچاله مدفون۲۷
۲-۳زمین شناسی مهندسی پی های کارستی.۲۷
۱-تراکم متفاوت و نشست۲۸
۲-فرسایش زیرسطحی یا رگاب.۲۸
۳-۲ایجاد فروچاله۲۹
۲-۴مخاطرات مناطق کارستی.۲۹
۲-۴-۱خطر ریزش.۳۰
۲-۴-۲خطر فروچاله فرونشستی.۳۰
۲-۴-۳مشکلات ناشی از ایجاد فروچاله ها.۳۱
فصل سوم
۳-۱موقعیت جغرافیایی منطقه.۳۳
۳-۲زمین شناسی.۳۴
۳-۳-۱زمین شناسی دشت کبودرآهنگ۳۵
۳-۳اقلیم.۳۸
۳-۴هیدرولوژی.۴۰
۳-۵هیدروژئولوژی دشت کبودرآهنگ.۴۱
۳-۵-۱تاثیر ساختمان زمین شناسی در تشکیل منابع آب.۴۱
۳-۵-۲تشکیلات آبرفتی.۴۱
۳-۵-۳تشکیلات آهکی۴۱
۳-۵-۴سایرتشکیلات.۴۲
۳-۶ژئومورفولوژی۴۳
فصل چهارم
مقدمه.۴۹
۴-۱مرور بر شرایط هیدروژئولوژی دشت کبودرآهنگ.۴۹
۴-۲ارزیابی شرایط زیرسطحی دشت کبودرآهنگ بر پایه بررسی چاه های اکتشافی.۵۱
۱)چاه اکتشافی خنجر آباد.۵۱
۲)چاه اکتشافی عین آباد.۵۱
۳)چاه اکتشافی ایده لو.۵۲
۴)چاه اکتشافی طاسران۵۲
۵)چاه اکتشافی کوریجان.۵۲
۶)چاه اکتشافی اورقین.۵۳
۷)چاه اکتشافی داق داق آباد۵۳
۸)چاه اکتشافی قاپاق تپه.۵۳
۹)چاه اکتشافی تپه دبی۵۳
۱۱)چاه پیزومتری بیوک آباد.۵۳
۱۲)چاه پیزومتری یسترلو۵۴
۴-۲-۱ساختار زیرین دشت کبودرآهنگ۵۵
۴-۳ارزیابی چگونگی افت سطح آب و ظرفیت بهره برداری آب های زیرزمینی ۵۹
۴-۳-۱ارزیابی ظرفیت دشت.۵۹
۴-۳-۲ارزیابی وضعیت افت سطح آب در دشت کبودرآهنگ.۶۲
۴-۳-۳تاثیر افت سطح آب زیرزمینی در توسعه و نشست زمین و فروچاله ها.۶۷
۴-۴بررسی فرایند تشکیل و توسعه فروچاله ها در منطقه.۷۰
۴-۴-۱تشکیل حفرات توده سنگ بستر.۷۱
۴-۴-۲توسعه حفرات در داخل توده آبرفتی۷۲
۴-۴-۳فروچاله های دشت کبودرآهنگ.۷۳
۴-۴-۳-۱پدیده فروچاله۷۳
۴-۴-۳-۱نحوه کاربری اراضی در محل فروچاله ها۷۶
۴-۴-۴مخاطرات نوع فروچاله های دشت کبودرآهنگ.۷۹
فصل پنجم
۵-۱نتایج و پیشنهادات۸۰
۵-۲اثبات فرضیات۸۲
۵-۳پیشنهادات۸۲
۵-۳-۱پیشنهاداتی در رابطه با چگونگی بهسازی و ترمیم محل فروچاله۸۳
منابع۸۴
فهرست جداول
جدول ۲-۱ شش نوع فروچاله با نیمرخ عرضی و پارامترهایی برای هرنوع.۱۹
جدول ۲-۲ طبقه بندی نایسیو وهمکاران ۲۳
جدول ۱ مشخصات فروچاله های دشت کبودرآهنگ.۷۴
فهرست اشکال
شکل شماره۳- ۱ موقعیت جغرافیایی دشت کبودرآهنگ در استان همدان.۳۳
شکل شماره۳- ۲موقعیت فروچاله ها در نقشه زمین شناسی.۳۸
شکل شماره۳- ۴ نقشه ایستگاه های باران سنجی و آبراهه سطحی دشت کبودرآهنگ۴۰
شکل شماره۳- ۵ نقشه ناهمواری دشت کبودرآهنگ۴۴
شکل شماره۳- ۶ نقشه طبقات ارتفاعی دشت کبو
درآهنگ.۴۶
شکل شماره۳- ۷ نقشه طبقات شیب دشت کبودرآهنگ۴۷
شکل شماره ۳-۸ نقشه ژئوموفولوژی دشت کبودرآهنگ۴۸
شکل شماره۴- ۱ لوگ های زمین شناسی دشت کبودرآهنگ۵۴
شکل شماره ۴-۲نقشه موقعیت چاه های اکتشافی در دشت کبودرآهنگ.۵۵
شکل شماره ۴-۳ نقشه گسل مدفون احتمالی در دشت کبودرآهنگ.۵۷
شکل شماره۴- ۴نقشه گسل های دشت کبودرآهنگ و فروچاله ها۵۸
شکل شماره۴- ۵ نقشه پهنه بندی تخلیه سالانه در حوضه کبودرآهنگ.۶۰
شکل شماره ۴-۶ نقشه پراکندگی چاه های عمیق۶۱
شکل شماره۴- ۷ نقشه پراکندگی چاه های نیمه عمیق۶۱
شکل شماره۴- ۸ نقشه انطباق فروچاله ها بر محل چاه های عمیق.۶۲
شکل شماره۴- 9 نقشه هم تراز سطح آب زیرزمینی در سال ۱۳۸۰۶۴
شکل شماره ۴-۱۰ نقشه هم تراز سطح آب زیرزمینی در سال ۱۳۹۰.۶۵
شکل شماره۴- ۱۱ نقشه ترکیب خطوط تراز سال های ۱۳۸۰ و ۱۳۹۰.۶۶
شکل شماره۴-۱۲ نمایی از نحوه شکل گیری فروچاله ریزشی۷۷
شکل شماره۴-۱۳ نمایی از فروچاله مدفون.۷۸
شکل۵- ۱ نمایی از عملیات ترمیم فروچاله۸۴
فصل اول
کلیات طرح تحقیق
مقدمه
لندفرمهایی که با انحلال سنگهایی مثل سنگ آهک، دولومیت، مرمر، ژیپس، و نمک ایجاد میشوند به عنوان کارست شناخته میشوند. اشکال کارستی چشماندازهایی شامل فروچالهها، غارها، چشمههای بزرگ، درههای خشک هستند که با انحلال سنگ بستر به وجود میآیند. این مناطق غنی از آب ، سنگ آهک، کانیها، نفت، و گاز طبیعی هستند. بیشتر مناطق کارستی چشماندازهای زیبایی دارند که مناطق شهری در این سایتها گسترش یافته است. این مناطق زهکشی سطحی ضعیفی دارند و ریزشهای ناگهانی و اشکال فرونشینی در این مناطق اغلب دیده میشود. حدود ۲۵% از سطح زمین را مناطق کارستی تشکیل میدهد که البته مناطق کارستی در سطح زمین توزیع ناهمگونی دارند[۱]
اصطلاح دولین[۱] از واژه اسلووانیایی[۲] دولینا[۳] گرفته شده که یک لندفرم معکوس است، در کارستهای آهکی اسلووانی درههای غیرواقعی به صورت چالههای بسته در آنجا وجود دارد که همان دولینا میباشند.این اصطلاح اولین بار در نوشتههای سیویچ[۴] (۱۸۹۳)به علم وارد شد و در حال حاضر در میان ژئومورفولوژیستهای جهان پذیرفته شده است. اصطلاح سینکهول[۵] از فرایندهای انحلالی گرفته شده است. چالابی در سطح زمین که به صورت بسته میباشد(مانع از دریاچه شدن) ،رسوبات این چالهها به وسیله آب شسته شده و در زمین فرو میروند، درنتیجه سطح زمین به صورت ناگهانی نشست می کند و فروریزش اتفاق میافتد[۲]
فروچالهها که به آبفروچالهها نیز موسوم هستند و در بعضی موارد، دولین هم نامیده میشوند، در نتیجه فعالیتهای شیمیایی آب تشکیل میشود. در سنگهای آهکی، در محلهایی که دویا بیشتر از دو گسل وجود دارد بیشترین امکان برای کارستی شدن و ایجاد فروچالهها فراهم میگردد. به همین دلیل فروچالهها در زونهای گسله فراوان هستند.این پدیده کارستی از ریزش سقف غارها نیز نتیجه میشود که ناشی از دست دادن مقاومت سقف غار در اثر اعمال بار حاصل از وزن مواد بالایی و بالاخره جریان یافتن آب به درون آنهاست. تعداد فروچالهها باتوجه به شرایط توپوگرافی، زمینشناسی و نیز میزان کارستی شدن متغیر است. برای مثال اگر دشتها را با نواحی تپه ماهوری مقایسه کنیم، خواهیم دید که تعداد آنها در دشتها زیاد است ولی ابعاد کوچک دارند؛ در حالی که در نواحی تپه ماهوری تعدادشان کم بوده و ابعاد بزرگتری دارند معمولا در شیبهای تند فروچاله مشاهده نمی شود و اگرهم موجود باشد، نتیجه فروریختن سقف غار است. فروچالهها به اشکال گوناگون از جمله قیفی شکل، به صورت چاه عمودی و نیز گودیهای دراز دیده میشوند. عمق آنها ممکن است زیاد باشد و به چند صدمتر برسد. کف فروچالهها اغلب با یک لایه ضخیم خاکی- گلی پوشیده شده است وبندرت فاقد پوشش است. کف آنها از رسهای ماسهای پوشیده شده است، در مواقع خالی بودن ازآب به عنوان زمین کشاورزی میتوانند مورد استفاده قرار بگیرند[۳].
- ۱بیان مسئله
رکن اصلی هر تحقیقی را انتخاب تعریف وبیان مسئله تشکیل میدهد ؛ زیرا محقق کلیهی فعالیتهای تحقیقاتی خود را بر پایه آن شکل میدهد. در این مرحله ، مسئله تحقیق مشخص میشود و محقق متوجه میشود که ناشناخته و مجهول چیست و چه چیزی باید معلوم شود[۴].
تقریبا کمی کمتر از یک پنجم سطح زمین را سنگهای کربناتی با خصوصیات فیزیکی پیچیده پوشیده است .مسائل مربوط به کارست و فرونشینی ها و ریزش ها در سطح زمین به عنوان مسائلی تلقی می شوند که نیاز به تکنیک بسیار پیچیده دارد.با توجه به افزایش تعداد فروچاله ها و فرونشست ها در سطح جهان و بروز خسارات و مشکلات فراوان نیاز به بررسی هر چه بیشتر پیدا کرده است . با توجه به اینکه حدود یک پنجم سطح زمین را سنگ های کربناته در بر گرفته اند ،بروز مشکلات فروچاله و فرونشست در مناطقی مانند ایالت فلوریدا ،آفریقای جنوبی، منطقه پرم در روسیه نمود پیدا کرده است. یکی از مسائل مهم در بحث کارست، خطرات ناشی از دستکاری محیط یا تحمیل بار اضافی و تغییررفتار هیدرودینامیکی یا خود ماهیت تغییر پذیری کارست است که به صورتهای مختلفی از جمله فروچالهها خود را نشان میدهد. سرزمینهای کارستی باویژگیهای شناختهشده زمینشناسی، زمینریختشناسی و هیدروژئولوژی از مستعدترین مناطق برای تاثیرپذیری از تغییرات وآسیبهاییاند که توسط انسان برآن تحمیل میشوند [۵].
اجرای سازههای زمینشناسی مهندسی گسترده مانند احداث شهرها و شهرکهای متمرکز ، ساخت ساختمانهای مرتفع، نیروگاهها پالایشگاهها، سدها و یا ایجاد سازههای خطی مانند تونلها، آزادراهها و مسیرهای راهآهن در مناطق کارستی به مطالعات تفصیلی نیاز دارد. در پروژه های مهندسی اجرا شده در نواحی کارستی، نشست زمین و ایجاد پدیدههای ژئومورفولوژیکی کارست مانند تشکیل فروچالهها از مشکلات متداولی است که در اغلب موارد به بروز خسارات مالی وجانی منجر میگردد[۳].
نزدیک به دو دهه اخیر با توسعه کشاورزی در ایران و به تبع آن افزایش میزان مصرف آبهای زیرزمینی در بسیاری از نقاط کشور نشست زمین و فروچالهها رخ داده است.مطالعات موردی متعددی بر روی فروچالهها و نشست زمین در اثر عوامل انسانزادی یا تحریک عوامل زمینشناسی بر اثر فرایندهای انسانی در دشتهای رفسنجان، کرمان، اردکان، دشتهای شهریار در تهران وغیره انجام شده است. وجه مشترک تمامی این مطالعات استفاده بیش از حد از آبهای زیرزمینی است[۵]
مطالعه موردی این تحقیق در استان همدان، دشت کبودرآهنگ میباشد. محدوده مورد نظر در عرض شمالی ́۰۰˚۳۵ تا ́ ۳۰ ˚۳۵ و طول شرقی ́ ۳۰ ˚ ۴۸ تا́ ۰۰ ˚ ۴۹ قرار دارد. زمین شناسی منطقه کبودرآهنگ دارای پیسنگی از دوران ژوراسیک و شامل سنگهای دگرگونی است، چینه بعدی سنگهای شیل و آهکهای مارنی مربوط به دوران کرتاسه است که پتانسیل کارستی شدن را دارد سپس رسوبات دوران سوم که شامل تشکیلات ائوسن متشکل از تناوب توف سبز و مارن است ،قرار گرفته است. بعد از آن سازند های دوران چهارم که شامل سازند قم وآهکها و مارنهای الیگومیوسن میباشد با توجه شرایط سطحی و زیرسطحی و قرار گرفتن رسوبات آبرفتی تا حداکثر ۱۵۰ متر که یک پوشش برای سنگ بستر آهکی کارستیک است، به همراه افزایش افت سطح آب زیرزمینی در طی دو دهه گذشته شرایطی ایجاد شد که مشکلات جدی را به همراه داشته است. از سال۱۳۷۰ که به طور جدی سفرههای آب زیرزمینی با کمبود مواجه شدند فرونشستهایی در زمین اتفاق افتاد که به فروچالهها موسوماند که در دو دههی اخیر تعداد ۳۹ فروچاله در دشتهای کبودرآهنگ و فامنین اتفاق افتاده است ، این فروچالهها عمدتا از نوع فرونشست و به صورت مدفون بوده اند[۵]. ایجاد این فروچالهها خساراتی را به مردم منطقه ازجمله کشاورزان وارد کرده است که هنوز هم ادامه دارد . فروچالههایی که در استان همدان اتفاق افتاده است به عنوان بارزترین خطرات کارست ایران معرفی شده اند. وقوع این فروچالهها با برداشت زیاد از آبهای زیرزمینی تسریع یافته است ودر نقاط مختلف به وقوع میپیوندد که امکان مشخص بودن مکان دقیق وقوع آنها خیلی کم است . وقوع این پدیده امکان بروز خسارات مالی و حتی جانی را نیز محتمل است و در زمرهی حوادث غیر مترقبه میباشد که ماهیت لیتولوژی در وقوع آنها حرف اول را میزند و سپس نوسانات آب زیرزمینی تحت تاثیر فعالیت های انسانی در وقوع سریعتر آنها موثر است. بنابراین بررسی سازوکار تشکیل این فروچالهها در دشت کبودرآهنگ لازم میباشد با توجه به اینکه این فروچالهها مشکلاتی را در منطقه به وجود آورده اند ، سوالاتی مطرح میشود که در پایان این نوشته باید به این سوالات پاسخ داده شود ، این سوالات به شرح زیر است:
- عامل اصلی ایجاد فروچالههای دشت کبودرآهنگ چیست؟
- آیا فروچالههای دشت کبودرآهنگ فقط در جایی که افت سطح آب زیرزمینی اتفاق افتاده است، به وجود میآید؟
- فروچالههای دشت کبودرآهنگ از نظر ژئومرفولوژی چه مخاطراتی دارند؟
- آیا عوامل زمین ساخت مانند گسل در ایجاد فروچالههای دشت کبودرآهنگ تاثیر گذار است؟
1-2 فرضیات تحقیق
فرضیه عبارت است از حدس یا گمان اندیشمندانه درباره ماهیت ، چگونگی و روابط بین پدیده ها ، اشیاء ومتغیر ها، که محقق را در تشخیص نزدیک ترین و محتمل ترین راه برای کشف مجهول کمک مینماید؛ بنابراین فرضیه گمانی موقتی که درست بودن یا نبودنش باید مورد آزمایش قرار گیرد.فرضیه براساس معلومات کلی و شناختهای قبلی یا تجارب محقق پدید میآید[۴].حال فرضیات مورد نظر در این تحقیق به شرح زیر است:
۱.افت سطح آب زیرزمینی عامل اصلی ایجاد فروچالهها در دشت کبودر آهنگ میباشد.
- در ایجاد فروچالههای دشت کبودرآهنگ وجود گسل تاثیرگذار بوده است.
[۱] Doline
[2] Slovene
[3] Dolina
[4] Cvijic
[5] Sinkhole
تعداد صفحه :۷۹
قیمت :۳۷۵۰۰ تومان