نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد نهم، شمارۀ 4، زمستان 4934 5713

کاربرد زمین آمار در تجزیه و تحلیل سطح ایستابی
در محدودۀ سدهای خاکی )مطالعۀ موردی: سد شاهقاسم(

سعید نورائی نژاد؛ دانشگاه یاسوج ،دانشکدۀ مهندسی، گروه مهندسی عمران محمد صدقی اصل؛ دانشگاه یاسوج، دانشکدۀ کشاورزی
منصور پرویزی؛ دانشگاه یاسوج، دانشگدۀ مهندسی، گروه مهندسی عمران
اردشیر شکرالهی؛ دانشگاه یاسوج، دانشکدۀ علوم پایه، گروه شیمی
تاريخ: دريافت 5/4/32 پذيرش 3/3/39چکیده
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

از مهم ترین چالشها در پروژههاي عمرانی، علاوه بر طراحی و اجراي آن ها، كنترل ایمنی و پایداري اجزاي مختلف آن در طول دوران ساختمان و بهرهبرداري است. هدف این تحقیق ،تدقیق سطح ایستابی آب در بدنه و تکیهگاههاي سد خاكی شاهقاسم واقع در نزدیکی شهر یاسوج با استفاده از دادههاي ثبتشده است. درون یابی با روشهاي زمین آماري كریجینگ ساده، كریجینگ معمولی و میانگین متحرک وزنی براي مدلهاي كروي، نمایی و گوسی انجام گرفت. براي مقایسۀ آماري مدلها از شاخصهاي آماري RMSE ،MAE ،MBE وGSD استفاده شد. نتایج نشان داد كه روش كریجینگ ساده با مدل گوسی بهترین روش درون یابی سطح ایستابی آب سد خاكی شاهقاسم است. روشهاي كریجینگ معمولی با مدل گوسی و كریجینگ معمولی با مدل كروي در اولویتهاي بعدي قرار دارند. روش میانگین متحرک وزنی با توانهاي مختلف داراي خطاي بیش تري نسبت به روشهاي كریجینگ است. با بررسی نقشهها، احتمال وجود یک حفره در این قسمت از سد دور از انتظار نیست. وجود حفره احتمالی سبب میشود كه به مرور زمان آب مخزن سد تخلیه شده و سرانجام ممکن است باعث بروز پدیده زیرشویی شود كه در مجموع براي پایداري سد خطرناک است.
واژههاي كلیدي : سدخاكی، سطح ایستابی، كریجینگ، میانیابی
5713
مقدمه
سدها از جمله سازه هایی هستند كه به منظور ذخیرۀ آب و از ابزارهاي لازم براي نیل به توسعۀ پایدار صنعتی، كشاورزي و گردشگري هستند با توجه به این كه یکی از راه هاي اتلاف آب و به خطر افتادن ایمنی و پایداري سد، نشت از بدنه و تکیه گاههاي این سازه ها است، بحث كنترل نشت همواره از دغدغه هاي مهندسان سد ساز بوده است. در پروژههاي ساخت سدهاي خاكی نیز به دلیل اهمیت سازه، كنترل ایمنی و پایداري آن ها ضرورت بیش تري مییابد.
براي دست یابی به این مهم، نصب ابزار دقیق و قرائت آن ها از روشهاي كاربردي و مرسوم در صنعت سدسازي به شمار میرود. از مهم ترین ابزارهاي دقیق پیزومترها هستند.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

در بررسیهاي آمار كلاسیک، نمونههاي به دست آمده از جامعه، عمدتاعمدتاً به صورت تصادفی در نظر گرفته میشوند و مقدار اندازهگیري شدۀ كمیت معین در نمونه اي خاص، هیچ گونه اطلاعاتی دربارۀ مقدار همان كمیت در نمونۀ دیگر و بهفاصلۀ معلوم نخواهد داشت. در صورتی كه در زمینآمار میتوان مقادیر یک كمیت در جامعه نمونهها و فاصله نمونهها و جهت قرار گرفتن آن ها نسبت به هم ارتباط برقرار كرد. هم چنین در آمار كلاسیک، فرض میشود كه تغییرپذیري یک متغیر تصادفی است، درصورتی كه در زمینآمار، بخشی از آن تصادفی و بخش دیگر آن داراي ساختار و تابع فاصله و جهت است. هرمتغیري كه در فضاي سهبعدي توزیع شده باشد و وابستگی مکانی داشته باشد، متغیر ناحیهاي نامیده شده و در بررسی هاي زمینآماري می توان در مورد آن بحث و بررسی كرد. مقدار متغیر ناحیهايZ(x) در هر نقطه را میتوان به دو مؤلفه قطعی و تصادفی تجزیه كرد، بنا بر این میتوان نوشت )مهدیان ،4939(:
)4( Z(x) = m(x) + L(x)كه در آن Z(x): متغیر ناحیهاي در نقطهاي به مختصات (x)
m(x): مؤلفۀ قطعی متغیر ناحیهاي L(x) : مؤلفۀ تصادفی متغیر ناحیهاي
در صورتی كه متغیر ناحیهاي داراي ساختار مکانی مناسبی باشد، تحلیلهاي بسیاري روي آن میتوان بهعمل آورد كه از جملۀ آن ها میتوان به برآورد متغیر موردنظر در نقاط فاقد آمار، طراحی نمونهبرداري و توزیع واریانس خطا اشاره كرد. تخمین زمینآماري شامل دو مرحله 5711
است: در مرحلۀ اول شناخت و مدل سازي ساختار فضایی متغیر است كه با آنالیز واریوگرامقابل بررسی است. ضمناضمناً توزیع دادهها نیز باید به توزیع نرمال نزدیک باشد)مهدیان، 4939(.
فرایند میانیابی به دلیل محدودیت دادههاي نقطهاي و ضرورت تدوین نقشه از كل یک پهنه، به منظور تهیۀ نقشههاي همارزش انجام میگیرد. بنا بر این میانیابی به معناي تبدیل داده هاي نقطهاي به دادههاي پهنهاي است )طباطبایی و غزالی ،4931(. روشهاي میانیابی در دهه 43۹1 ابداع شدند و كاربرد آن ها دراستخراج معادن و سپس در علوم دیگر گسترش یافت.
در علوم و مهندسیآب نیز كابردهاي فراوانی از روشهاي میانیابی در برآورد چگونگی توزیع بارندگی و تخمین پارامترهاي ژئوهیدرولوژي مانند مقدار رطوبت خاک، هدایت هیدرولیکی اشباع، اسیدیته و تعیین سطح ایستابی به چشم میخورد )شمسایی و همکاران، 4931(.
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

روش هاي میانیابی بسته به نوع متغیر، دقت متفاوتی را ارائه اغلب مهندسان و كارشناسان یک روش را به طورتصادفی انتخاب كرده و برآورد موردنظر را انجام میدهند كه دقت تخمین آن جاي تأمل دارد )مهدوي و همکاران، 4939(. در تعیین ارزش یک نقطه تمامی نقاط مجاور و معلوم به طور یک سان و هم سان مؤثر نیستند. بدین دلیل هر یک از نقاط مزبور به تناسب تأثیرشان بر ارزش نقطه مجهول، حامل وزنی خواهد بود كه روش تعیین وزن موجب تکوین روشهاي مختلفی در میانیابی شده است )عساكره، 4931(.
میانیابی را به چند روش میتوان انجام داد. در ابتدا میتوان آن ها را به دو گروه همگانی)منطقهاي( و محلی طبقهبندي كرد. میانیابی همگانی تمامی نقاط معلوم را براي برآورد ارزش نقطه یا نقاط نامعلوم به كار میگیرد. در روش محلی براي برآورد هر نقطۀ نامعلوم تنها نمونههایی از نقاط معلوم به كار میرود. در طبقهبندي دیگر، دقت روش ملاک طبقهبندي است.
در روش رسا مقادیر برآورد شده به مشاهدات (اندازهگیريها( نزدیک تر است در حالیكه روش نارسا تقریبی از ارزشها و سطحی را برآورد میكند كه از پیمون گاه میگذرد. سومین ملاک طبقهبندي روشهاي میانیابی مبتنی بر قطعی یا احتمالیبودن تخمین است. در روش قطعی مقادیر تخمینی فاقد خطا ولی در روش احتمالی برآورد حاوي خطا است )طباطبایی و غزالی، 4931(.
5713
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

نخستین تجربهها براي بهكارگیري روشهاي زمینآماري به مفهوم امروزي آن در محاسباتتخمین ذخیره از حدود 11 سال پیش با شناسایی مقدماتی الگوهاي توزیع طلا در معادن آفریقاي جنوبی شروع شد. ماترون و كریگ4 پیشگامان تئوريهاي زمینآماري بودند. واترمایر در سال 4343 اولین مقاله در این زمینه را منتشر كرد كه در آن لزوم به كارگیري میانگین وزنی به جاي میانگین حسابی بیان شده بود )مهدیان، 4939(. بن جما و مارینو )4334( نتایج حاصل از تخمین سطح ایستابی به روش زمینآمار براي بهینه كردن شبکه پایش در كشور مراكش انجام دادند، نتایج حاصل برتري روشهاي زمینآماري بر روشهاي مبتنی بر آمار كلاسیک را نشان داد. الساران )2111( روش كریجینگ را بهترین روش براي میانیابی شوري آب زیرزمینی منطقۀ تبارک در مركز عربستان سعودي بیان كرد. مکكنا )2112( با استفاده از روشهاي زمینآماري مبتنی بر استخراج واریوگرام براي زیاد كردن دقت در تخمین و شبیهسازي داده هاي مؤثر بر جریان آب زیرزمینی در ایالت كلرادوي آمریکا استفاده كرد. نتایج این آزمایش حاكی از این است كه استفاده از روشهاي زمینآمار، نه تنها باعث زیاد شدن دقت تخمین دادهها، بلکه باعث كم تر شدن تعداد نمونهبرداري میشود. تئودوسیو و لاتینوپولوس )211۹( روش كریجینگ را براي میانیابی سطح آب زیرزمینی در حوضه آنته مونتاس در شمال یونان انتخاب كردند. موكانا و كویک )2113( براي تخمین درجۀ كاهش تراز آب زیرزمینی دشت كوماموتو در شمال غرب ژاپن، از مدل ژئواستاتیستیک پراشنگار و كریجینگ معمولی به همراه آنالیز عکسهاي ماهوارهاي استفاده كردند. یانگ و همکاران )2113( براي طراحی شبکه پایش تراز آب زیرزمینی از روش كریجینگ معمولی استفاده كردند. یوسان و همکاران )2113( براي پیشبینی تغییرات زمانی و مکانی عمق آب زیرزمینی در كویر مینكین در شمال چین از سه روش میانیابی وزندهی عکس فاصله، توابع پایه شعاعی و كریجینگ استفاده كردند. مقایسۀ مقادیر مشاهدهشده با مقادیر میانیابیشده نشان داد كه روش كریجینگ معمولی به عنوان روش بهینه براي میانیابی عمق آب زیرزمینی است.
حسینی و همکاران )4339( براي برآورد هدایت هیدرولیکی خاک از روشهاي كریجینگ
معمولی، كریجینگ عمومی، میانگین متحرک وزنی با درجه هاي 4 تا 4 و روش مثلثی را به كار

.1 Watermeyer
5713
بردند. در ایران نیز از این روشها در موارد مختلف استفاده شده است. غفوریان و تلوري)4935( براي ترسیم نقشههاي همباران رگبارها براي تهیه منحنیهاي عمق، سطح و تداوم استان خراسان روشهاي مختلف میانیابی را آزمایش كردند. ادب و همکاران )4931( براي تهیۀ نقشه همبارش سالانه در استان خراسان رضوي به ارزیابی روش هاي میانیابی كریجینگ و رگرسیون خطی بر پایۀ نقشه رقومی ارتفاع )DEM( پرداختند. امیدوار و خسروي )4933(، به مقایسۀ روش كریجینگ با مدلهاي دایرهاي، نمایی، گوسی، چهار وجهی منتظم و كروي در تعیین مدلی بهینه براي پایش شاخص بارندگی استاندارد در محیط GIS پرداختند.

مواد و روشها
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

سد خاكی شاهقاسم در اواسط دهۀ هفتاد شمسی در استان كهگیلویه و بویراحمد روي چشمههاي شاهقاسم در حدود 45كیلومتري جنوب شهر یاسوج با هستۀ رسی به ارتفاع 2/41 متر از پی، عمق پی 21 متر، طول تاج221 متر، عرض تاج 3 متر و ارتفاع تاج 433۹ متر از سطح دریا به بهره برداري رسیده است. اطلاعات موردنیاز شامل تراز سطح آب و مختصات پیزومترها از آب منطقهاي استان كهگیلویه و بویراحمد تهیه شد. شکل4 جاده دسترسی به سد شاهقاسم و شکل2 موقعیت پیزومترهاي موجود در بدنه و تکیهگاههاي سد را نشان میدهد.
با نظر كمیته تحقیق تصمیم گرفته شد تا در طی 415 روز ارتفاع سطح ایستابی در پیزومترهاي موجود در بدنه و تکیهگاههاي سد در طی چند مرحله اندازهگیري شد. پیزومترهاي استفاده شده در سد شاهقاسم 43 عدد پیزومتر لوله شاغولی هستند. این پیزومترها با دوام، داراي نصب بسیار قابل اطمینان و ارزان قیمت هستند، كه البته براي آن كه بتوانند تغییرات در فشار آب منفذي را گزارش كنند نیاز به عبور دادن مقدار وسیعی آب دارند. تعدادي از این پیزومترها مسدود شدهاند. در شکل 9 تصویر كلی یک پیزومتر نشان داده شده است.
براي اندازهگیري سطح ایستابی از دستگاه عمق یاب كه تصویر آن در شکل4 آورده شده ،استفاده شد. در ابتدا اندازهگیري سطح ایستابی به صورت هفتگی انجام گرفت و در تیرماه در
طی 4 مرحله سطح ایستابی اندازهگیري شد و سپس با نظر كمیته تحقیق برداشتها به صورت 5733
126873825500

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:34 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.jeg.9.4.3175 ]

شکل
7
.

شاه

سد

موقعیت
ياسوج

محور

به

نسبت

قاسم

شیراز

شکل

7

.

شاه

سد



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید