خلاصه اختراع مخترعين: علي سعيدي رشك عليا حميد رضا ناصري اندازه‌گير نرخ نفوذ آب رودخانه Measurement of water penetration تفاوت در مناطق مورد مطالعه براي بررسي ارتباط آب‌هاي سطحي و زيرزميني باعث توسعه روش‌هاي متعددي براي نشان دادن اين تبادلات شده است انتخاب روش مناسب بستگي به شرايط فيزيكي و هيدرولوژيكي منطقه دارد. براي مثال وقتي مقياس بسيار بزرگ باشد مي‌توان با تصويربرداري مادون‌قرمز ارتباط را تعيين كرد اما اگر مقياس محلي باشد بهتر است از روش‌هاي مستقيم مانند ميني پيزومتر و تشتك براي تعيين جهت و مقدار تبادلات استفاده شود. در تمام روشهايي كه تا كنون براي اندازه گيري تبادل بيان شده است سختي ها و گاه مشكلاتي وجود دارد براي مثال عكس بردارب با روش مادون قرمز هزينه زيادي دارد و استفاده از روشهايي مانند ميني پيزومتر هم محاسبات گسترده اي دارد و هم اگر رسوبات كف رودخانه ريز دانه باشند همراه با خطا است. بقيه روش ها هم از دقت پاييني برخوردار هستند. شكل (1) الف) تصويربرداري مادون‌قرمز، ب) ميني پيزومتر، ج) چاه پايشي، د)اندازه‌گيري جريان رودخانه، ه) سوند هدايت الكتريكي و درجه حرارت، و) برداشت پروفيل حرارتي، ز)استفاده از رنگ وردياب ها،ح) نشت‌سنج محققان دلايل زيادي براي تعيين تبادلات آب سطحي و زيرزميني بيان كرده¬اند، مهم‌ترين اين دلايل عبارت‌اند از: محاسبه بيلان آب سطحي، جمع¬آوري داده براي مدل¬سازي تبادلات آب سطحي و زيرزميني، تعين محل تغذيه و تخليه در طول رودخانه و تعين تأثير اين تبادلات روي يكديگر.اندازه‌گير آب نفوذي دستگاهي است كه توانايي اندازه‌گيري آب نفوذي از بستر رودخانه را دارد اين دستگاه سرعت واقعي آب در جهت عمودي را به دست مي‌آورد و اگر اين سرعت در مقطع رودخانه ضرب شود ميزان آب نفوذ كرده به دست مي‌آيد. اندازه‌گير نرخ نفوذ آب رودخانه با دستگاه اندازه‌گير نرخ نفوذ، مي¬توان نرخ آب نفوذي از بستر رودخانه را برحسب زمان¬ - ¬فاصله به دست آورد. دستگاه از اجزاي مختلفي تشكيل‌شده است. بخش اصلي دستگاه شامل لوله‌اي مشبك به طول L_1 و يك سنسور اندازه‌گيري پارامترهاي آب است. اين دو بخش باهم كار اصلي را انجام مي‌دهند. به دليل تراكم رسوبات بستر رودخانه ابتدا بايستي در رسوبات حفره ايجاد شود تا لوله درون رسوبات قرار گيرد. براي ايجاد حفره لوله X_2 به طول L_2و قطر R_2 در نظر گرفته‌شده است. داخل اين لوله ميله توپر و نوك‌تيز قرار مي‌گيرد. اين لوله و ميله داخل آن بايد توانايي تحمل ضربه را داشته باشند. بعد از حفر حفره به طول موردنظر(حدود 50 تا70 سانتي‌متر)، ميله توپر از داخل لوله X_2 خارج مي‌شود. لوله X_1 درون لوله X_2 قرار مي‌گيرد و محفظه به قطر 20-30 سانتي‌متر (از دو طرف باز است) اطراف لوله X_1 قرار مي‌گيرد. اين محفظه بايد حدود 20 تا 30 سانتي‌متر در رسوبات بستر رودخانه پايين‌رود. لوله X_2 بيرون كشيده مي‌شود. حس‌گر اندازه‌گيري انتهاي داخلي لوله X_1 قرار مي‌¬گيرد. مقداري آب با شوري بسيار بالا درون محفظه ريخته مي‌شود. شوري آب بايد بسيار بيشتر از آب رودخانه شود. مدت زماني كه آب شور به سنسور مي‌رسد، اندازه‌گيري مي‌شود. با استفاده از فرمول فاصله و زمان سرعت نفوذ آب به دست آورده مي‌شود. V=x /t سرعت در عرض رودخانه ضرب مي‌شود. دبي نفوذي در عرض رودخانه به دست مي‌آيد. از ضرب كردن اين دبي در طول رودخانه دبي كل به دست مي‌آيد. لازم به ذكر است كه تمام طول رودخانه داراي عرض يكسان نيست و تمام طول رودخانه شرايط يكسان ندارد. براي به دست آوردن دبي واقعي بايد تعدادي ايستگاه با توجه به شرايط رودخانه در مسير رودخانه زده شود و ميانگين آن¬ها به دست آورده شوداجزاي دستگاه: اين دستگاه از چند بخش تشكيل‌شده است: لوله توخالي به قطر سه سانتي‌متر و ميله توپر و نوك‌تيز و ضربه خورها (شكل 1) (شكل 1) بخش بالاي لوله و ميله توپر يك لوله كوب قرار مي گيرد تا بتوان به آن ضربه زد. پايين ميله تو پر بايد نوك‌تيز باشد. - لوله توپر بايد تقريبا به‌اندازه قطر داخلي لوله توخالي باشد تا خاك وارد لوله نشود. محفظه از دو طرف باز به قطر 30 سانتي‌متر (شكل 2) (شكل 2) ديواره محفظه بايد داراي سوراخ باشد تا آب رودخانه وارد آن شود. بخش بالايي محفظه بايد به شكلي باشد كه بتوان به آن ضربه زد. بخش پاييني بايد نوك‌تيز باشد. لوله x1 كه توخالي و در انتها مشبك است. (شكل 3) (شكل 3) در اين بخش سنسور اندازه گيري قرار مي گيرد. سنسور اندازه‌گيري پارامترهاي آب. (شكل 4) (شكل 4) زمان‌سنج براي اندازه‌گيري زمان تا كنون دستگاهي مشابه دستگاه اندازگير اب نفوذي توليد نشده است اين دستگاه براي بار اول است كه ساخته شده و مورد مشابه ندارد. روش هايي كه با آن مي توان ميزان تبادلات آب سطحي و زيرزميني را تعيين كرد عبارتند از: اندازه‌گيري دبي رودخانه با اندازه‌گيري دبي در نقاط مختلف مي‌توان ارتباط آب سطحي و زيرزميني را تعيين كرد و ميزان آب مبادله شده را تخمين زد. اين روش در نهرهاي كوچك استفاده مي‌شود در نهرهاي بزرگ همراه با خطا هست با وجود اين در مطالعات هيدرولوژيكي از آن استفاده‌شده است و نتايج خوبي داشته است.(hill et al.,1992) اطلاعات به دست آمده از اين روش بايد با استفاده از روش‌هاي ديگر تكميل شود تا درك درست از ارتباط حاصل شود. اندازه‌گيري مستقيم خصوصيات جريان رابطه بين تراز آب سطحي و بار هيدروليكي در آبخوان را مي‌توان براي محاسبه تبادلات با توجه به قانون دارسي به كار برد. Q=K.A.(h_(1-h_2 )/L) در اين معادله Q مقدار جريان، A مساحت سطح مقطع عبوري جريان، K هدايت هيدروليكي افقي، h_1 بار هيدروليكي اخوان، h_2 بار هيدروليكي آب سطحي، L فاصله بين چاه و رودخانه بررسي و تفسير عكس‌هاي هوايي مادون‌قرمز در صورتي كه دماي آب سطحي و زيرزميني باهم تفاوت داشته باشد مي‌توان از عكس‌هاي هوايي مادون‌قرمز استفاده كرد. مطالعات نشان داده كه تفاوت تن مربوط به تفاوت درجه حرارتي در حدود دو درجه سانتي گراد در اين عكس‌ها قابل تشخيص هستند.(Banks et all., 1996) استفاده از عكس‌هاي مادون‌قرمز در تعيين مناطق تخليه متمركز و پراكنده آب زيرزميني مفيد است. در شمال آلاباما از اين روش براي تعيين محل چشمه‌هاي جاري به سمت رودخانه‌ها استفاده‌شده است .(Campell and Keith, 2001) از مايش هاي رديابي در اين روش مقدار مشخصي از ردياب با نرخ مشخص در يك محدوده زماني كوتاه در بالادست رودخانه به آب اضافه‌شده و غلظت آن در يك يا چند نقطه در پايين‌دست رودخانه و در طول زمان اندازه‌گيري مي‌شود و سپس دبي رودخانه با توجه به مقدار رقيق‌شدگي در نقاط پايين‌دست با توجه به فرمول زير محاسبه مي‌شود .(Kimball, 1997) Q_s= (C_i Q_i)/(C_B-C_A ) C_i غلظت ردياب در محلول تزريقي، Q_i نرخ اضافه كردن ردياب به رودخانه، C_B غلظت ردياب در پايين‌دست و C_A غلظت ردياب در بالادست نقطه تريق ردياب است. هنگامي كه اين روش همراه با اندازه‌گيري دبي رودخانه همراه باشد، مي‌توان نرخ آب زيرزميني ورودي و خروجي را در بخش‌هاي مختلف رودخانه محاسبه كرد.(Harvey and Wagner, 2000) اين روش هزينه بالايي به دنبال دارد. برداشت پروفيل حرارتي از اين روش براي تعيين كيفي محل‌هاي تخليه آب زيرزميني با آب سطحي استفاده مي‌شود. درجه حرارت را مي‌توان در اعماق مختلف رسوبات بستر آب سطحي اندازه‌گيري كرد و نرخ جريان عمودي را در بستر توده آب سطحي تعيين كرد .(Laphan, 1989) در اين روش فرض بر اين است محيط همگن و ايزوترپ باشد و جريان آب سطحي عمودي باشد. در حال حاضر اين روش به عنوان يك روش مفيد و كارآمد جهت بررسي كمي وكيفي تبادلات آبي آب رودخانه و اخوان شناخته‌شده است. اساس اين روش تفاوت درجه حرارت بين آب رودخانه و آب زيرزميني و تغييرات آن در طول زمان است. توسط اين روش مي‌توان جهت تبادلات و ميزان آنرا مشخص كرد.در اين روش از سنسورهاي حرارتي استفاده مي‌شود كه در اعماق مختلفي زير رودخانه كار گذاشته مي‌شوند. اين روش نوع ارتباط را نشان مي‌دهد ولي ميزان ارتباط قابل اندازه‌گيري نيست. شكل 2- تغييرات درجه حرارت در حالت‌هاي مختلف ارتباط هيدروليكي رودخانه و اخوان(Rosenberry and labaugh, 2008) سوند هاي هدايت الكتريكي ويژه سوند هاي هدايت الكتريكي ويژه از يك قايق آويزان شده و توسط يك كابل به يك هدايت سنج متصل مي‌شوند و درون يك محفظه قرار مي‌گيرد اين محفظه با رسوبات در تماس هست اگر تفاوت هدايت هيدروليكي آب سطحي و زيرزميني توسط اين دستگاه قابل اندازه‌گيري باشد مي‌توان نقاط تخليه آب زيرزميني به آب سطحي را شناسايي كرد. اين روش در مكان‌هايي كه تفاوت شوري وجود دارد مي‌توان استفاده كرد ولي نوع رسوبات نيز روي آن تأثيرگذار است .اين روش را بايد با روش‌هاي ديگر صحت سنجي كرد زيرا نتايج آن مقدماتي هست (فارابي، 1394). سوند هاي هدايت الكتريكي و سوند هاي حرارتي به اين روش همراه با داده‌هاي سيستم موقعيت‌ياب جهاني (GPS) براي تعيين محل‌هاي تخليه آب زيرزميني به آب سطحي و بررسي تغييرات فصلي آن در مناطق وسيعي بكار برده شده‌اند.(Vaccaro and Maloy, 2006) پتانسيومتر هاي هيدروليكي اين دستگاه‌ها سرعت عمودي را زير بستر مشخص مي‌كنند. اين ابزار را با نام ميني پيزومتر شناخته مي‌شوند.با استفاده از اين دستگاه هدايت هيدروليكي را به دست مي‌آورند و همچنين گراديان هيدروليكي سپس سرعت عمودي را به دست مي‌آورند با ضرب كردن آن در عرض رودخانه دبي عمودي مبادله شده در عرض رودخانه به دست مي‌آيد.هدايت هيدروليكي به دست آمده از اين روش معتبر نيست و خطا دارد. نشت‌سنج ابزار كوچكي هستند كه بخشي از آب را جدا مي‌كنند و جريان آب را اندازه‌گيري مي‌كنند. معمولاً به‌صورت يك نصفه بشكه هست و يك كيسه پلاستيكي به آن متصل است كه براي ثبت تغييرات حجم آب در طول زمان به كار مي‌رود. به زمان زيادي نياز دارد و دقت زيادي ندارد. دستگاه اندازگير نرخ نفوذ اب مشكلات دستگاه ها و روش هاي ديگر را ندارد و مي تواند اندازه گيري اب نفوذ كرده از بستر را ببا دقت بالا اندازه گيري كند.