بررسی عوامل موثر در پدیده فرونشست زمین در گستره غرب استان تهران

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 5، دوره 16، شماره 58، آبان 1402، صفحه 69-84   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2023.29602.2348

نویسندگان

سیدحمیدرضا حسینی¹؛ سید حبیب موسوی جهرمی^{* 2}؛ حسین محمد ولی سامانی³

¹دانشجوی دکتری مهندسی عمران- مهندسی مدیریت منابع آب، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس، تهران- ایران

²استاد ، گروه مهندسی عمران ،واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی،تهران ،ایران

³استاد گروه مهندسی عمران، واحدشهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران،ایران

تاریخ دریافت: 28 آذر 1400،  تاریخ بازنگری: 19 خرداد 1401،  تاریخ پذیرش: 22 مرداد 1402 

چکیده

چکیده
مقدمه: پدیده فرونشست یکی از مخاطرات زمین­شناسی می­باشد، که بیشتر در اثر فعالیت­های انسانی و طبیعی همچون برداشت درازمدت از منابع زیرزمینی آب، نفت و گاز  یا استخراج مواد معدنی از معادن و انحلال تشکیلات زیر سطحی و ریزش کارست ایجاد و تشدید می­ گردد.
دشت شهریار یکی از دشت­های ممنوعه و بحرانی کشور است که از نظر صنعتی و کشاورزی نیز فعال می­باشد، این دشت طی چندین سال گذشته تحت تاثیر پدیده فرونشست زمین بوده است. در این پژوهش به منظور تحلیل، بررسی و پیش­بینی نرخ فرونشست، از ماژولporoelasticity flow در نرم­افزار COMSOL استفاده گردید، که توسط آن می­توان تغییرات ضخامت لایه رسوبی خاک را در اثر افت آب زیرزمینی تعیین و  همچنین در سنوات آتی پیش­بینی نمود.
روش­: جهت اجرای مدل، داده­های زمین­شناسی، ژئوتکنیکی و آب­شناسی ناحیه به تفکیک در قسمت مربوطه نرم­افزار وارد گردید. سپس سه لایه مجزا شامل لایه های سطح، میانی و کف برای محدوده تعریف گردید که لایه سطح  بصورت آزاد و لایه کف بصورت ناتروا می­باشد بگونه­ای که هیچ­ گونه تراوشی از آن صورت نمی ­پذیرد. لایه میانی نیز تا حدود زیادی ناتروا بوده که باعث می­شود سفره بالایی دارای هد ثابت باشد. 
یافته ­ها: در این پژوهش سعی شده با کوپل نمودن قانون دارسی و تغییر اسکلت خاک توسط نرم­افزار COMSOL، فرونشست در 22 نقطه منتخب منطقه مطالعاتی را طی سنوات 98-1382 محاسبه و پس از صحت سنجی و کسب تطابق بالا با داده­های واقعی و تصاویر تداخل سنجی راداری ، میزان فرونشست تا سال 1410 را تخمین زد.
نتیجه­ گیری: نتیجه کلی مدل­سازی عددی المان محدود نشان داد: که نرخ فرونشست محدوده در طول سال 1410 به میزان 8/12 سانتی­متر و در نقاط بحرانی 98/20 سانتی­متر تخمین زده شد. بنابراین حداکثر نشست ناشی از افت سطح آب­زیرزمینی در سال­های ابتدایی با نرخ بالاتر در لایه بالایی سفره آبخوان ظاهر شده که به مرور زمان پس از پر شدن خلل و فرج­ بین ذرات خاک و با توجه به ارتباط هیدرولیکی بین لایه­ ها با سرعت کمتری نسبت به گذشته در لایه ­های فوقانی سطح آبخوان و سطح زمین مشاهده می­ گردد. بنابراین تغییرات تراز آب­زیرزمینی، جنس زمین و فاصله از گسل نیز از جمله عوامل موثر بر الگوی و نرخ فرونشست بوده ­اند.

کلیدواژه‌ها

نشست زمین؛ poroelasticity؛ آبخوان؛ جنس زمین؛ گسل

عنوان مقاله [English]

Investigation of effective factors in the phenomenon of land subsidence in the western area of Tehran province

نویسندگان [English]

seyedhamidreza hosseini¹؛ Seyed Habib Musavi-jahromi²؛ hossein mohamad vali samani³

¹Ph.D. Student in Civil Engineering - Water Resources Management Engineering, Faculty of Engineering, Islamic Azad University,Shahr-e- Qods Branch, Tehran , Iran

²Professor, Department of Civil Engineering , Shahr-e-Qods Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

³Professor, Department of Civil Engineering and Water Resources Management, Ghods City Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Abstract
Introduction: The phenomenon of subsidence is one of the geological hazards, which is mostly created and aggravated by human and natural activities such as long-term extraction of underground sources of water, oil and gas or the extraction of minerals from mines and the dissolution of subsurface formations and the collapse of karst. turns
 Shahryar plain is one of the forbidden and critical plains of the country, which is also active in terms of industry and agriculture, this plain has been affected by land subsidence for the past several years. In this research, in order to analyze, investigate and predict the subsidence rate, the poroelasticity flow module was used in COMSOL software, which can determine the changes in the thickness of the soil sedimentary layer due to groundwater loss and also in the coming years. He nosed.
Methods: In this research, by coupling Darcy's law and changing the soil skeleton by COMSOL software, it was tried to calculate the subsidence in 22 selected points of the study area during the years 2003-2019 and after verifying and obtaining a high agreement with real data and images. Radar interferometry estimated the amount of subsidence until 2031.
Findings: The general result of finite element numerical modeling showed that the subsidence rate of the area during the year 2031 was estimated at 12.8 cm and at critical points 20.98 cm. Therefore, the maximum settlement caused by the drop in the underground water level in the early years appeared at a higher rate in the upper layer of the aquifer, which over time after filling the voids between the soil particles and due to the hydraulic connection between the layers It is observed at a slower rate than in the past in the upper layers of the aquifer surface and the ground surface. Therefore, changes in the groundwater level, soil type and distance from the fault have also been among the factors affecting the subsidence pattern and rate.

کلیدواژه‌ها [English]

Earth subsidence, Poroelasticity, Aquifer, Earth material, Fault

مراجع

1. Biot, M.A., 1941. General theory of three-dimensional consolidation. J. Appl. Phys. 12,155–164.
2. Comsol Multiphysics, Software Guide Version 5.1.
3. Gambolati, G, Gatto, P, Freeze, R.A.,1974,2005 Mathematical simulation of the subsidence of Venice. Results: American Geophysical Union, Water Resources Research, v. 10, no. 3, p. 563–577.
4. Geological Survey of Iran., 2005, study of land subsidence in Tehran-Shahriar plain, Tehran.[In Persian]
5. Hsieh, P.A., 1996. Deformation-induced changes in hydraulic head during ground-water withdrawal. Ground Water 34,6: 1082-1089. doi:10.1111/j.1745-6584.1996.tb02174.
6. Hu, R.L., Yue, Z.Q., Wang, L.C., & Wang, S.J.,2004. Review on current Status and challenging issues of and subsidence in China. Engineering Geology, 76:6577.
7. Guo,(2015) , Groundwater- abstraction induced land subsidence and groundwater regulation in the North China Plain, piahs- 372
8. Baitullahi, A, Dehghan, F. 2019. Investigating the risk of subsidence in the southwest region of tehran.Disaster prevention and management knowledge. Vol,9,No,2 Serial 32.[In Persian]
9. Guo, Wang,G. Cheng Zhang,Z, I., 2015, Groundwater- abstraction induced land subsidence and groundwater regulation in the North china plain. PIAHS,372,17-21.,
10. Lashkaripour, G, Ghafouri, M, Rostami Barani, H., 2009, Investigation of the causes of fissure formation and subsidence in the west of Kashmar plain, Geological Studies, 1(1):111-95.[In Persian]
11. Mahmoudpour, M., Khamehchiyan, M., Nikoudel, M.R., Ghassemi, M.R.,2013, Characterization of regional land subsidence induced by groundwater withdrawals in Tehran, Iran, JGeope 3(2): 49-62.  
12. Mahmoudpour, M., 2015, The role of interaction of engineering geological features and groundwater abstraction in the mechanism and pattern of land subsidence in the southwest of Tehran, PhD thesis in Engineering Geology, Tarbiat Modares University, Tehran.[In Persian]
13. Mohammad Khan, S, Ganjian, H, Grossi , L, Zanganeh Tabar, Z., 2020, Evaluation of the effect of groundwater depletion on subsidence using radar images, study area, Qorveh plain, Geographical Data Quarterly 112(28) : 229-220.[In Persian]
14. Nadiri, A, Habibi,M,H , Asghari,A., 2016, Spatio-temporal groundwater level prediction using hybrid geneti-kriging model, Journal of Water Resources Research, 11(3):85-99.[In Persian]
15. Duc-Huy Tran, Shih-Jung Wang, Quoc Cuong Nguyen., 2022, Uncertainty of heterogeneous hydrogeological models in groundwater flow and land subsidence simulations – A case study in Huwei Town, Taiwan,Engineering Geology,Volume 298,
16. Azar, A, Khamehchian, M., 2018, Comparison of aquifer subsidence vulnerability in southwestern Tehran plain with simple weighting model and genetic algorithm, Journal of Kharazmi Earth Sciences, 4(2): 212-199.[In Persian]
17. Rajabi Khamseh, k, Nikbakht Shahbazi, A, Fatahhayan, H, Zahrabi, N., 2021,modeling of Izeh plain subsidence using MODFLOW mathematical code, Journal of Water Resources Research iran, 16(4): 112-126.[In Persian]
18. Sharifi Kia, M , Nikta, M., 2011, Measurement and extraction of hazards resulting from subsidence in residential lands of Greater Tehran, the first seminar on spatial analysis of environmental hazards in Tehran, Tarbiat Moallem University.[In Persian]
19. Terzaghi K,(1925), principles of soil mechanics, IV-settlement and consolidation of clay. Engineeing News-Record, 95 (3): 874-878
20. Taheri Tizro, Abdullah., 2008, Groundwater, Razi University Press, second edition.
21. Tehran Regional Water Company., 2020, inventory of the third period of piezometers and wells in operation of Tehran-Shahriar aquifer, Tehran.[In Persian]