هيدروجيولوجية منطقة سينو شمال غرب العراق - عمر نبهان عبد القادر إبراهيم العزو - رسالة ماجستير 2003م

هيدروجيولوجية منطقة سينو

شمال غرب العراق

رسالة تقدم بها

عمر نبهان عبد القادر إبراهيم العزو

إلى

مجلـس كليـة العلـوم في جامعــة الموصـــل

وهي جـزء من متطلبات نيل شهادة الماجستير

في اختصاص علوم الأرض

بإشـراف

الدكتور

حسين علــي محمــد السالـم

أستاذ مساعد

1424 هـ  - 2003 م

المحتويــات

 

قائمة المواضيع

 

رقم الفقرة	الموضــــــوع	الصفحة
	الفصل الأول : المقدمة	1-15
1-1	تمهيد	1
1-2	الموقع والمساحة	1
1-3	الهدف من الدراسة	2
1-4	الدراسات السابقة	3
1-5	جيولوجية منطقة الدراسة	4
1-5-1	التتابع الطباقي لمنطقة الدراسة	4
1-5-2	تكتونية منطقة الدراسة	9
1-5-3	جيمورفولوجية منطقة الدراسة	12
	الفصل الثاني: المناخ	16-27
2-1	تمهيد	16
2-2	مناخ منطقة الدراسة	16
2-2-1	الساقط المطري	19
2-2-2	درجة الحرارة	20
2-2-3	التبخر	21
2-2-4	الرطوبة النسبية	22
2-3	التبخر – نتح الكامن	23
2-4	تصنيف المناخ	26
	الفصل الثالث: هيدروجيولوجية منطقة الدراسة	28-58
3-1	المقدمة	28
3-2	العمل الحقلي	28
3-3	التكاوين الحاملة للمياه في منطقة الدراسة	29
3-4	حركة المياه الجوفية	30
3-5	الصفات الهيدروليكية للطبقات الحاملة للمياه الجوفية	33
3-6	طرائق تحليل معطيات الضخ الاختباري	35
3-6-1	طريقة ثايس	36
3-6-2	طريقة جاكوب	37
3-6-3	طريقة ثايس لعودة المنسوب	37
3-7	وصف الآبار ونتائج تحليل الضخ التجريبي	38
3-8	العيون	55
	الفصل الرابع: هيدروكيميائية منطقة الدراسة	59-99
4-1	المقدمة	59
4-2	جمع وحفظ العينات	59
4-3	العمل المختبري وطرائق التحليل	60
4-4	صحة التحاليل	68
4-5	الصفات الفيزيائية والكيميائية للمياه	70
4-5-1	الأس الهيدروجيني (pH)	70
4-5-2	المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)	70
4-5-3	التوصيلية الكهربائية (EC)	72
4-5-4	العسرة الكلية (TH)	74
4-6	المكونات الرئيسية للمياه	75
4-6-1	الأيونات الموجبة	75
4-6-2	الأيونات السالبة	80
4-7	تصنيف المياه الجوفية	86
4-7-1	تصنيف شولير	86
4-7-2	تصنيف روماني	87
4-8	استخدامات المياه الجوفية	89
4-8-1	صلاحية المياه الجوفية لشرب الإنسان	89
4-8-2	صلاحية المياه الجوفية لشرب الحيوانات	96
4-8-3	صلاحية المياه الجوفية لأغراض الري	97
	الفصل الخامس: الموديل الرياضي لمنطقة الدراسة	100-127
5-1	تمهيد	100
5-2	تصميم الموديلات الرياضية	100
5-2-1	جمع وتفسير المعلومات الحقلية	100
5-2-2	فهم واستيعاب النظام الطبيعي	101
5-2-3	اختيار نوع الموديل الرياضي	102
5-2-4	معايرة واثبات صحة الموديل	102
5-2-5	تطبيق الموديل	103
5-2-6	تمثيل النتائج	103
5-3	المعادلات الرياضية المستخدمة في الموديل الرياضي لمنطقة الدراسة	105
5-4	تطبيق الموديل على منطقة الدراسة	110
5-5	استخدام الموديل الرياضي لأغراض التنبؤ	118
	الفصل السادس: الاستنتاجات والتوصيات	128-132
6-1	الاستنتاجات	128
6-2	التوصيات	131
	المصــادر	133-140

المستخلص

تقع منطقة (سينو) في الجزء الشمالي الغربي من العراق على بعد (90) كم غرب مدينة الموصل ، بين خطي طول (42° 07¢ 30²  ® 42° 14¢ 00² ) وخطي عرض (36° 16¢ 00² ® 36° 23¢ 20²) و تبلغ مساحتها حوالي (196) كم² ، ويمتد التتابع الطباقي فيها من تكوين الذبان إلى ترسبات العصر الرباعي .

تضمنت الدراسة التعرف على الواقع المناخي لمنطقة الدراسة ودراسة المعاملات المناخية المتمثلة بالساقط المطري ، والحرارة ، والتبخر والرطوبة النسبية ، وقد بينت نتائج هذه المعطيات عن وجود فترتين مناخيتين - رطبة وجافة - أما من الناحية الهيدروجيولوجية، فقد تم تحديد خزانين حاملين للمياه ، الأول يمثل خزان تكوين الفتحة الذي يعد الخزان الرئيس في المنطقة . والثاني خزان العصر الرباعي ، وقد تم رسم خارطة لحركة المياه الجوفية لخزان تكوين الفتحة وأتضح الاتجاه العام للحركة من الشمال باتجاه الجنوب والجنوب الشرقي، كما تم القيام بعمليات الضخ الاختباري على ثلاثة آبار ضمن خزان الفتحة ؛ لتحديد قيم المعاملات الهيدروليكية ، الناقلية المائية ، معامل الخزن والتوصيلية الهيدروليكية ، فضلاً عن قياس تصاريف العيون المنتشرة في منطقة الدراسة .

كما تضمنت الدراسة إجراء التحاليل الكيميائية للنماذج المائية بأنواعها المختلفة لتحديد خصائصها الهيدروجيوكيميائية ، وقد تم رسم خرائط كنتورية لتوزيع الأيونات الرئيسة - الموجبة والسالبة - للآبار العميقة والعيون ، وتم تحديد نوعية المياه لجميع النماذج فضلاً عن تقييم مدى صلاحيتها للاستخدامات المختلفة . وتم تصميم موديل رياضي لخزان الفتحة باستعمال برنامج (Modflow) ؛ وذلك للحصول على تصور شامل للوضع الهيدروجيولوجي لمنطقة الدراسة ، والتنبؤ بالتغيرات المستقبلية لمستوى المياه الجوفية ، فعند زيادة كمية التصريف الحالية للآبار إلى (440) لتراً / ثا باستعمال برنامج التنبؤ للفترة من (2003-2012)  ، تم ملاحظة تغير طفيف لمستوى الماء في جميع قطاعات الشبكة عدا بعض القطاعات في شمال وجنوب المنطقة ، إذ بلغ أعلى معدل سنوي لانخفاض المنسوب الجوفي في أحد هذه القطاعات (2.5) م / سنويا ، لذا تعد منطقة الدراسة مشجعة للاستثمار ؛ وذلك لوجود خزين مائي وفير فيها .

Hydrogeology of the Sino region

northwest of Iraq

A Thesis Submitted

By

Umar Nabhan Abdul Qadre Al-Azzo

To

The Council of the College of Science,

University of Mosul – Iraq In Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Science In Geology

Supervised

By

Dr. Taha Hussein Ali Mohammed Al-Salim

(Assistant Prof.)

2003 A.D. - 1424 A.H.

         ABSTRACT

S

inu area is located in the N-W Part-of Iraq, and is away from Mosul city of about (90) km, between lengitude (42° 07¢ 30² ® 42° 14¢ 00²) and latitude (36° 16¢ 00² ® 36° 23¢ 20²).

It covers an area of about (196) km² . The stratigraphy of the study area extended from Dhiban Formation to the Quaternary deposits.

From hydrogeological point of view, two aquifers are found in the study area, Al-Fatha aquifer which forms the principal one and the second aquifer is the Quaternary deposits. A map of ground water movement for Al-fatha aquifer is drawn and the general flow is found with the direction from North to the South and south eastern. Also a pumping test of three wells drilled in Al-Fatha aquifer is done to determine the hydraulic properties represent by, Transmissivity (T), storage coefficient (Sc), hydraulic conductivity (K), (T) was found approximately between (4.83-39.53) M²/day, while (Sc) was found approximately between (42 x 10^-5 – 9 x 10^-5) at last (K) was found approximately between (0.29-0.97) M/day, in addition to the calculation of discharge of springs distributed on the study area.

The chemical characteristics have been studied through chemical analysis of ground water and springs samples. Contour maps for major cations and anions are drawn for deep wells and springs. Also evaluation of water quality is determined for human consumption and different purposes.

A mathematical model for Al-fatha aquifer by using (Modflow) programe is applied in order to know the hydrogeological situation and prediction of ground water level future changes of the study area. It is found that by increasing the discharge of the wells up to (440) l/sec and using (Modflow) programe for the prediction of the period (2003-2012) a slightly change in ground water level observed in most of the grid zones of the study area, except some zones in the north and south of the study area the highest lowering of ground water level in one of these zones is about (2.5) m/year, therefore the study area has a plenty of ground water which can be used for agriculture and different purposes.

الفصل السادس

مناقشة الاستنتاجات والتوصيات

 1-6 مناقشة الاستنتاجات Conclusions & Discussion :

من الناحية الهيدروجيولوجية تتميز منطقة الدراسة بوجود خزانين حاملين للمياه، إذ تمكن من التمييز بينهما بالاعتماد على المشاهات الحقلية للآبار ومقاطعها الليثولوجية حيث يكون خزان العصر الرباعي ذو إنتاجية ضعيفة حيث أن مياهه تجف بعد عدة ساعات من تشغيل المضخة.

إذ يمثل الخزان الأول خزان تكوين الفتحة ويعد الخزان الرئيس في منطقة الدراسة ، والذي تنتشر في صخوره الكسور والشقوق وتعتمد انتاجيته على كثافة هذه الشقوق والكسور واتصالها مع بعضها البعض. ويعتبر خزان مائي محصور (Confined Aquifer)  ويعد هذا الخزان غير متجانس تختلف خصائصه الهيدروليكية من موقع إلى آخر ضمن المنطقة ؛ وذلك بالاعتماد على كثافة الشقوق الموجودة ضمن هذا التكوين . والخزان الثاني هو خزان العصر الرباعي الذي هو عبارة عن خزان مائي غير محصور (Unconfined Aquifer)، ضعيف الإنتاجية ويكون أكثر تجانساً من الخزان الأول.

كما وضحت خارطة جريان المياه الجوفية لتكوين الفتحة أن الاتجاه العام لحركة المياه الجوفية يكون من الشمال باتجاه الجنوب والجنوب الشرقي ، وهذا يتوافق مع الميل الطوبوغرافي للأرض.

وبعد القيام بإجراء عمليات الضخ الاختباري بتصريف ثابت للآبار المرقمة (12, 11 , 7) وبعد تحليل نتائج الضخ الاختباري ظهر أن معدل قيمة الناقلية المائية كانت (28.45) م²/ يوم للبئر (7) ، و (7.6) م²/ يوم للبئر (11) ، و (4.83) م²/ يوم للبئر (13)  ، بينما بلغت قيمة معامل الخزن (9 * 10^-5) للبئر (7) ، و (7.8 * 10^-5) للبئر (11) ، و (4.2 * 10^-5) للبئر (13) . في حين بلغت قيمة التوصيلية الهيدروليكية (0.97) م / يوم للبئر (7) ، و (0.29) م / يوم للبئر (11) ، و (0.34) م / يوم للبئر (13) . لقد ظهرت قيمة الناقلية المائية قليلة في هذه الآبار والسبب يعود إلى أنه أثناء إجراء عملية الضخ لم يحصل عزل لخزان العصر الرباعي عن طبقة تكوين الفتحة وبذلك قلة قيمة الناقلية المائية نتيجة لتأثرها بخزان العصر الرباعي ضعيف الإنتاجية.

بالإضافة إلى ذلك تنتشر في منطقة الدراسة عدد من العيون التي تعد من المظاهر المميزة لمنطقة الدراسة، تراوحت تصاريف هذه العيون بين (12.41-2.78) لتر / ثا . إذ ظهر أن العيون جميعها لها الرتبة الخامسة باستثناء عين أم الشبابيط، التي كان لها الرتبة الرابعة؛ وذلك بالاعتماد على تصنيف المسح الجيولوجي الأمريكي الذي يصنف العيون بالاعتماد على تصاريفها. كما أن مناسيب هذه العيون يكون متذبذب بين فترة وأخرى والسبب لا يعود فقط إلى مواسم الأمطار والجفاف وإنما غلى عمليات الضخ من الآبار القريبة من العيون مما يؤدي لى انخفاض تصاريف العيون أو حتى جفافها في بعض الأحيان.

أما من الناحية الهيدروكيميائية أظهرت نتائج تحاليل مياه الآبار والعيون في منطقة الدراسة ارتفاع تراكيز المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) في كل من مياه الآبار والعيون إلى مستويات تراوحت بين (4824-2862) ملغم / لتراً، كما لوحظ ارتفاع في قيم التوصيلية الكهربائية في كل من مياه الآبار والعيون إلى مستويات تراوحت بين (4725-2845) مايكروموز / سم ، وفي هذا الصدد تم إيجاد علاقة تربط بين المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والتوصيلية الكهربائية (EC) بالمعادلة الآتية :

       إذ بلغ معامل الارتباط (96.68%) . كما لوحظ ارتفاع تراكيز العسرة الكلية لمياه الآبار والعيون إلى مستويات تراوحت بين (3150-2050) ملغم / لتراً، وقد بينت نتائج التحاليل أن نماذج مياه الآبار والعيون جميعها تكون عسرة الماء فيها من نوع العسرة الدائمية، كما لوحظ ارتفاع تراكيز أيونات الكبريتات في كل من مياه الآبار والعيون إلى مستويات تراوحت بين (2725-1419) ملغم / لترا. وكذلك لوحظ ارتفاع تراكيز أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم إلى مستويات تراوحت بين (860-418) (460.8-177.8) ملغم/لتراً، وسبب ارتفاع تراكيز هذه الأيونات يعود إلى وفرة صخور الجبس والصخور الجيرية في منطقة الدراسة.

باستخدام تصنيف شولير وتصنيف روماني، وقد بينت هذه التصانيف أن نوعية المياه الجوفية في كل من مياه الآبار والعيون هي مياه كبريتية من النوع (CaSO₄) والنوع (MgSo₄).  حيث أنه في حالة كون الـpH قريبة من التعادل وعندما يكون الماء غني بالكبريتات فإن الماء سوف يعمل على ذوبان الكاربونات بشكل جزئي ويعمل على ترسيب (CaCO₃­) وتحرير الكالسيوم في الماء أو المغنيسيوم في حالة وجود صخور الدولومايت.

دلت التصانيف المستخدمة لمعرفة صلاحية مياه الآبار والعيون في منطقة الدراسة للأغراض المختلفة على أنها غير صالحة لشرب الإنسان، في حين ظهرت الآبار والعيون صالحة لشرب أنواع الحيوانات جميعها باستثناء الدواجن، وبالاعتماد على تصنيف تود لوحظ أن نماذج مياه الآبار والعيون جميعها صالحة لري جميع أنواع المحاصيل الزراعية باستثناء أشجار الفواكه ذات التحمل للتراكيز الواطئة للأملاح، باستثناء نموذج البئر (11) الذي يكون صالحاً فقط لري المحاصيل المقاومة للتراكيز العالية من الأملاح الذائبة الكلية؛ وذلك بسبب التركيز العالي للأملاح والأيونات الرئيسة الموجبة والسالبة في ذلك البئر.

أما استنتاجات الموديل الرياضي، فإنه لغرض استثمار المياه الجوفية في منطقة الدراسة، تم تطبيق الموديل الرياضي لتكوين الفتحة ليعطي تصوراً شاملاً عن النظام الطبيعي، ويطبق التنبؤ بالتغيرات المتوقعة في المنسوب الجوفي الناتج عن تغيير كمية موقع التصريف وزمنه، إذ تراوحت قيم التغذية المصممة في قطاعات الشبكة جميعها للموديل بين (8.2-0.29) ملم / سنة وهذه القيم من التغذية حققت حالة التطابق بين المناسيب الحقلية والمناسيب الناتجة عن الموديل، أما بالنسبة للمعاملات الهيدروليكية فإن قيم الناقلية المائية المحسوبة في الموديل لم تظهر اختلافاًً في قيمها الناتجة عن عمليات الضخ الاختباري ، أما قيم معامل الخزن في الموديل، فقد أظهرت اختلافا بين القيم الناتجة عن عمليات الضخ الاختباري، إذ تراوحت قيم معامل الخزن في قطاعات شبكة الموديل جميعها بين(0.42 * 10-4 – 44.5 * 10-4)  للموديل الرياضي .

لغرض الغستفادة من المياه الجوفية للمشاريع الزراعية ، فقد تم اقتراح زيادة كمية التصريف الحالية للآبار إلى خمسة أضعاف هذه الكمية من خلال حفر آبار جديدة أو زيادة تصريف الآبار القديمة، إذ بلغت كمية التصريف الجديدة المقترحة (440) لتراً / ثا ، وعند تنفيذ البرنامج من أجل ملاحظة التغيرات المتوقع حدوثها في المنسوب للفترة بين (2003-2012) لوحظ وجود انخفاض في المنسوب الجوفي القطاعات (5,2) , (4,3) , (4,2)  في شمال منطقة الدراسة والقطاع (3,7) في جنوب منطقة الدراسة ، إذ يكون اقصى انخفاض في القطاع (5,2) إذ بلغت قيمته (22.75) م أي يكون الهبوط بمعدل (2.5) م / سنويا. إن سبب هذا الهبوط الكبير في المنسوب الجوفي في شمال منطقة الدراسة يعود إلى تأثير الصدع تحت السطحي الذي تم اكتشافه عن طريق المسح الجيوفيزيائي الكهربائي. أما الانخفاض الذي حصل في أحد قطاعات جنوب المنطقة فإن الباحث يعتقد بوجود صدع تحت سطحي آخر له نفس تأثير الصدع في شمال منطقة الدراسة أي له تأثير (Barrier Boundary).

 2-6  التوصيات Recommendations  :

لقد توصل الباحث إلى جملة من التوصيات حول منطقة الدراسة وهي كما يأتي:

1 – الابتعاد عن حفر الآبار في القطاعات (5,2) , (4,3) , (4,2) , (3,7) قدر الإمكان؛ وذلك لأن هذه المناطق تعاني من هبوط كبير في منسوبها مقارنة مع القطاعات الأخرى لمنطقة الدراسة، لكن الباحث يوصي بعدم الاعتماد بشكل كامل على قراءات التنبؤ بالمنسوب الجوفي الناتجة عن الموديل إلا بعد حفر آبار في الـ(Boundary Condition) وتمثيلها في الموديل حتى يمكن الاعتماد عليها كتوصية نهائية عند حفر الآبار في أي قطاع من قطاعات المنطقة.

2 – عدم حفر الآبار بالقرب من العيون ؛ لأن ذلك سوف يؤدي إلى التقليل من تصاريف العيون أو ربما جفافها في بعض الأحيان، إذ نوصي بأن تكون المسافة بين الآبار المحفورة والعيون لا تقل عن (500) م كحد أدنى. وذلك بالاعتماد على المشاهدات الحقلية وكذلك بالاعتماد على مخروط الانخفاض (Cone of Depression) في الآبار في منطقة الدراسة.

3 – إجراء برنامج شامل لعمليات الضخ الاختباري في مواقع متباينة من منطقة الدراسة مع حفر آبار مراقبة بالقرب من آبار الضخ؛ وذلك من أجل الحصول على نتائج دقيقة للخصائص الهيدروليكية.

4 – أخذ قياسات دورية لمناسيب المياه وتصاريف العيون بين فترة وأخرى للوقوف عند آخر المستجدات وتقييمها ومراقبة التذبذب الحاصل لمستوى المياه الجوفية .

5 – إجراء تحاليل هيدروكيميائية خلال كل فصل من فصول السنة؛ وذلك للتعرف على التغير في التراكيز بين فصل وآخر، فضلاص عن إجراء التحاليل للعناصر الثانوية والنادرة في المياه؛ وذلك لأهميتها في التطبيقات الزراعية وخاصة بعض العناصر الملوثة والسامة.

6 – إنشاء سدود صغيرة أو حواجز مائية على مجاري الوديان الرئيسة وذلك لخزن المياه المتحققة في موسم الأمطار لكي يستفاد منها في التغذية الصناعية للتكوينات المائية في المنطقة، أو يستفاد منها لأغراض الزراعة والري.

7 – استخدام برنامج (Modflow) لأكثر من طبقة واحدة في حالة توافر معلومات كافية عن أكثر من طبقة واحدة لمعرفة التداخلات والتغيرات في المنسوب ، والتي تحدث بين الطبقات.

تحميل الرسالة

↓

↩

4shared

تحميل الرسالة من قناة التليغرام

↓

↩  https://t.me/ThesisGeo/2777