دراسة هيدروجيولوجية ونمذجة لجريان المياه الجوفية لمنطقة الكوير جنوب الموصل شمال العراق - طارق محمد أرشيد الشديفات - رسالة ماجستير 2003م

دراسة هيدروجيولوجية ونمذجة لجريان المياه الجوفية

لمنطقة الكوير جنوب الموصل / شمال العراق

رسالة تقدم بها

طارق محمد أرشيد الشديفات

إلى مجلس كلية العلوم في جامعة الموصل وهي جزء من متطلبات نيل شهادة الماجستير في اختصاص علوم الأرض (هيدروجيولوجي)

بإشـراف

الأستاذ المساعد

الدكتور طه حسين السالم

1424 هـ - 2003 م

المحتويــات

رقم الفقرة	الموضـــوع	الصفحة
الفصل الأول: المقدمة
1-1	تمهيد .	1
1-2	الموقع والمساحة .	1
1-3	الهدف من الدراسة .	4
1-4	الدراسات السابقة .	4
1-5	البيانات المستخدمة في الدراسة .	5
1-6	مناخ منطقة الدراسة :	6
1-6-1	الساقط المطري .	8
1-6-2	درجة الحرارة .	10
1-6-3	الرطوبة النسبية .	11
1-6-4	التبخر .	13
1-6-5	حساب التبخر – نتح الكامن .	13
1-7	نوع مناخ منطقة الدراسة .	16
1-8	حساب تغذية المياه الجوفية .	17
الفصل الثاني: جيولوجية منطقة الدراسة
2-1	تمهيد .	21
2-2	الطباقية .	21
2-3	الوضع الجيومورفولوجي .	29
2-4	الوضع التكتوني والتركيبي .	29
الفصل الثالث: نوعية المياه الجوفية
3-1	تمهيد .	33
3-2	العمل الحقلي والمختبري .	35
3-3	دقة التحليل .	37
3-4	الصفات الفيزيائية للمياه :	39
3-4-1	الأس الهيدروجيني (pH) .	39
3-4-2	المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) .	40
3-4-3	التوصيلة الكهربائية (EC) .	42
3-4-4	العسرة الكلية (TH) .	44
3-5	تراكيز الأيونات الرئيسية الموجبة   .	45
3-6	تراكيز الأيونات الرئيسية السالبة .	48
3-7	الصيغ الهيدروكيميائية .	55
3-8	تصنيف المياه الجوفية :	56
3-8-1	تصنيف روماني .	56
3-8-2	تصنيف سولن .	60
3-9	تقييم صلاحية المياه للاستعمالات المختلفة :	62
3-9-1	استخدامات المياه الجوفية لاغراض الشرب .	62
3-9-2	الاستخدام الزراعي .	63
الفصل الرابع: هيدروجيولوجية منطقة الدراسة
4-1	تمهيد .	69
4-2	الطبقات الحاملة للمياه الجوفية .	69
4-3	حركة المياه الجوفية .	71
4-4	الصفات الهيدروليكية للمكامن الجوفية .	74
4-5	طرائق تحليل نتائج الضخ الاختباري :	78
4-5-1	طريقة ثايس .	79
4-5-2	طريقة جاكوب .	80
4-5-3	طريقة ثايس لعودة المنسوب .	81
4-5-4	طريقة جاو .	82
4-5-5	طريقة حنتوش .	83
4-6	تحليل النتائج .	85
الفصل الخامس: نمذجة المياه الجوفية
5-1	المقدمة .	96
5-2	أنواع نماذج المياه الجوفية .	96
5-3	تطبيق طريقة الفرق المحدد .	100
5-4	الموديل الرياضي المستخدم في الدراسة .	105
5-5	البيانات الضرورية لتصميم الموديل الرياضي .	111
5-6	معايرة الموديل الرياضي .	112
5-7	التأكد والتنبؤ .	113
5-8	تطبيق الموديل الرياضي على منطقة الدراسة .	114
5-9	استخدام الموديل الرياضي لأغراض التنبؤ .	123
الفصل السادس: الاستنتاجات والتوصيات
6-1	الاستنتاجات .	132
6-2	التوصيات .	136
	المصادر .	137
	الملاحق .

 

الملخـــص

تضمنت هذه الدراسة تحديد الوضع الهيدروجيولوجي في منطقة الكوير ، إذ تبلغ مساحة منطقة الدراسة (590) كم² ، وهي محصورة بين خطي عرض (35° 47¢ 47²)
و (36° 8¢ 15²)  ، وخطي طول (43° 42¢ 42²) و (43° 30¢) .

وتم تقييم المعلومات المناخية لمنطقة البحث لتقدير الجريان السطحي ومقدار تغذية المياه الجوفية فبلغت النسبة المئوية لتغذية المياه الجوفية بالنسبة للساقط المطري (26.24%).

كما تمت الاستعانة بالخرائط الطوبوغرافية والجيولوجية لمنطقة البحث لدراسة الخصائص الهيدروجيولوجية للتكوينات المائية المتمثلة ضمن تكوين انجانه ، وتكوين باي حسن والمقدادية وترسبات العصر الرباعي.

وكذلك تم تحليل معطيات الضخ الاختباري للآبار الموجودة ضمن منطقة البحث بهدف تحديد قيم معامل الناقلية المائية (T)  حيث بلغ معدل الناقلية (T = 164.29m²/day)، والتوصيلة الهيدروليكية (K) وبلغ معدل التوصيلية (K = 1.33m/day)، ومعامل الخزن المائي (S_c) وبلغ معدل معامل الخزن (S_c = 5.06´10^-4). وتم رسم خارطة لحركة ومستويات المياه الجوفية لتكوين انجانه، وتبين أن حركة المياه الجوفية فيه تتوافق مع الميل الطوبوغرافي للأرض باتجاه نهر الزاب الأعلى أي من مناطق التغذية إلى مناطق
التصريف .

وتمكن الباحث من إجراء فحوصات مختبرية للنماذج المائية للآبار العميقة والضحلة لرسم خرائط توزيع الأيونات الموجة والسالبة الرئيسية وتحديد قيمها للتعرف على نوعية المياه وأصلها ووضع الصيغ الهيدروكيميائية لها وتقييم صلاحيتها للاستهلاك البشري والاستخدام الزراعي.

وتم تخصيص البرنامج الحاسوبي (Modflow) الذي يستخدم طريقة الفرق المحدد في الحل بالشكل الذي يجعله نموذجاً خاصاً بمنطقة الدراسة، ثم طبق هذا النموذج لتمثيل القيم الحالية لمناسيب المياه الجوفية وقيم مناسيب المياه المتوقعة مستقبلاً وتم التوصل من خلال هذا النموذج الى تحديد قيم وحدود تأثير بعض الخواص الهيدروليكية لتكوين انجانه كالتوصيلة الهيدروليكية (K) ، و معامل الخزن (S_c) ، ومعامل الناقلية المائية (T)  التي يمكن اعتمادها لمنطقة البحث للتنبؤ بمناسيب المياه الجوفية في تكوين انجانه.

من أهم الاستنتاجات التي توصل إليها الباحث من خلال تطبيق النموذج على منطقة البحث هو التنبؤ بالارتفاع المستمر بشكل عام لقيم مناسيب المياه الجوفية في منطقة الدراسة للسنوات القابلة، لذا تعد هذه المنطقة مشجعة للاستثمار لوجود خزين مائي وفير فيها.

Hydrogeological Study & Groundwater Flow Modelling of ALGWAIR Area, South Mosul / North IRAQ

A Thesis Submitted

By

Tarik Mohammad Irshaid Al-Shidaifat

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 (Hydrogeology)

Supervised

By

(Assistant Prof.)

Dr. Taha Hussein Al-Salim

2003 A.D. - 1424 A.H.

ABSTRACT 

This study includes hydrogeological setting in Al-Qwair area of about (590) km². It’s situate between latitude (36^o  8’  15”) (35^o  47’  47”) and longitude (43^o  30’) (43⁰  42’  42”).   It comprised the determination of climatic conditions of the studied area in order to calculate surface flow and determine recharge of ground water, in addition to the study of hydrogeological characteristics of aquifer in the same region of area under study represented by Injana Formation, Miqdadiya and Beir Hassan Formation and Quaternary Deposits.  Also the topographic and geological maps are used  to help for more explanations in this study.

Pumping test data for wells in this study are analised to determine the hydraulic properties that include transmissivity (T), storage coefficient (S) and hydraulic conductivity (K) of the aquifer. Also a map of ground water level is drawn and it is deduced that ground water movement in accord with basin topographic slopes towards the Upper Zab River, i.e. from the recharged zones to the discharged ones.

Chemical analysis of ground water samples of deep and shallow wells are done in order to identify the quality of water, their origins and to assign its suitability for human consumption and agricultural purposes. Also contour maps of major anions and cations are drawn.

A computer program (MODFLOW) that implements finite difference method is obtained and modified. The program is used to evaluate ground water movement, water level change in the region and determine the hydraulic properties of Injana Formation. In addition pertinent aquifer characteristics are estimated and water level variation are expected for eight years.

The results reveal the continuation of increasing ground water level rising in the region and it is a convenient place with regard to ground water values to be used for agricultural employments. 

الفصل السادس

الاستنتاجات والتوصيات

CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS

 1-6 الاستنتاجات :

لقد توصل الباحث من خلال الدراسة الهيدروجيولوجية لمنطقة الدراسة إلى النتائج الآتية :

1.     تميز مناخ منطقة الدراسة بأنه حار صيفا بارد ممطر شتاءا ، وإن أعلى معدل لسقوط الأمطار للإحدى والعشرين سنة الأخيرة لم تتجاوز (632.40 mm/year) ، ومعدل درجة الحرارة لها وصل إلى (20.4° C) ، والرطوبة النسبية بلغت (51%)، وبلغ المعدل السنوي للتبخر (146.9 mm) والمعدل السنوي للتبخر– نتح الكامن لنفس الفترة الزمنية بطريقة (Thornthwaite, 1948) بلغت (1147.9 mm).

2.     الطريق الأمثل في وصف الموازنة المائية هي باعتماد الحساب السنوي لعناصر الموازنة خلال الفترة المرصودة ويمكن من خلال هذه الحسابات بيان تحقق أو عدم تحقق فائض مائي خلال أي سنة من السنين، فضلاً عن بيان المستويات المتذبذبة لهذا الفائض في كل سنة، حيث بلغت نسبة التغذية الجوفية بحدود (26.24%) من الأمطار في حين كانت نسبة الجريان السطحي المتحقق من الأمطار (8.9%).

3.     التتابع الطباقي لمنطقة الدراسة تضم التكاوين الجيولوجية الآتية : الآفانا، وشيخ علاس، وشوراو، وبابا، وباجوان، وعانة، والفرات، والجريبي، والفتحة، وانجانه، والمقدادية وباي حسن، كما وتغطي ترسبات العصر الرباعي مساحة واسعة من المنطقة حيث تتمثل بترسبات المصاطب النهرية، ترسبات المنحدرات، رواسب مختلفة وترسبات السهل الفيضي.

4.    من الناحية التكتونية والتركيبية فإن منطقة الدراسة تقع ضمن مناطق أقدام الجبال وتتأثر المنطقة بمجموعة من الصدوع التي تسمى صدوع مخمور، وتضم المنطقة طية (الكوير) المحدبة وطية (قره جوخ) الشمالية.

5.    إن التكاوين الحاملة للماء ضمن منطقة الدراسة يمكن تحديدها بتكوين الفتحة وتكوين انجانه وتكوين المقدادية وباي حسن وترسبات العصر الرباعي، وجميع هذه التكاوين تكون حاملة للماء بكمية جيدة. ومن خلال تحليل معطيات الضخ الاختباري للآبار الموجودة في منطقة البحث والذي أكد وجود نضوح (Leakage) فضلا عن زيادة قيمة معدلات الملوحة لمياه منطقة الدراسة من مناطق التغذية إلى وسط منطقة الدراسة، حيث يتسبب الضخ من التكاوين المائية في هذه المواقع إلى صعود الماء عبر مستويات الصدوع من التكوين الأعمق (الفتحة) وهي مياه ذات ملوحة عالية بسبب تأثرها بتكوين الفتحة.

6.    أظهرت نتائج تحليل معطيات الضخ الاختباري إن قيمة الناقلية المائية لتكوين انجانه تتراوح ما بين (223.25 m²/day) و (164.29 m²/day) لتعكس بذلك سرعة التعويض الجيدة للطبقات المائية.

7.    لقد بينت التحاليل الهيدروكيميائية مدى ترابط الوضع الهيدروكيميائي والوضع الجيولوجي والتركيبي لمنطقة الدراسة، إذ أن الارتفاع في تركيز الملوحة في منطقة البحث مصدره الأساس التغذية التحت سطحية من تكوين الفتحة والمتميز باصله البحري وارتفاع تركيز الملوحة في مياهه.

8.    أهم مصادر التغذية في التكاوين الجوفية هي الأمطار المتكونة الترشيح المباشر للمياه عن طريق مكاشف صخور التكاوين والجريان تحت السطحي القادم من سهل أربيل المجاور بالإضافة الى الترسيب العمودي الحاصل عبر مستويات الصدوع.

9.    أظهرت التصانيف المتمثلة بتصنيف روماني وسولن المستخدمة لمعرفة نوعية وأصل المياه الجوفية للنماذج المائية المأخوذة لمنطقة الدراسة للآبار العميقة والضحلة بأنها مياه كبريتية، ففي الأيونات الموجبة تكون السيادة لعنصر الصوديوم، بينما للأيونات السالبة فالسيادة تكون لعنصر الكلور، وقد بين تصنيف روماني لجميع نماذج مياه الآبار العميقة والضحلة لمنطقة البحث أنه يكون لها قلوية ترابية تزيد على البيكاربونات حيث تكون المياه عسرة دائمية، بينما بين تصنيف سولن للآبار العميقة والضحلة أنها ذات أصل جوي متوسطة الترشيح ومياهه من نوع (Na₂SO₄).

10.   من خلال نتائج الفحص الكيميائي لمياه الآبار العميقة والضحلة يمكن عدها غير صالحة للشرب بسبب ارتفاع نسبة الأملاح المذابة فيها. أما من ناحية صلاحية المياه الجوفية في منطقة البحث لأغراض الري فيمكن عد مياه جميع الآبار في المنطقة غير صالحة للري حسب تصنيف رتشارد وتصنيف وليكوكس باستثناء البئر العميق (H5) و (H17, H18) للآبار الضحلة، حيث تكون مقبولة من الناحية الزراعية حسب تصنيف رتشارد، أما لتصنيف وليكوكس فيتم استثناء (H5, H11)  للآبار العميقة و (H17) للآبار الضحلة فتكون من النوع المشكوك به – غير ملائم ، أما البئر (H18)  للآبار الضحلة فيكون من النوع الجيد – المسموح به، أما حسب تصنيف أيتون فإنه يمكن اعتبار جميع الآبار العميقة والضحلة في منطقة البحث صالحة للري.

11.    تم تطبيق النموذج الحاسوبي العددي على مكمن انجانه باستخدام طريقة الفرق المحدد الثلاثي الأبعاد حيث يقوم الموديل بحل معادلة التفاضل الجزئي بطريقة الفروق المتناهية ذات الحلول الضمنية ومن ثم يحقق الموديل تصوراً شاملاً عن نظام المكمن الفعلي ويتنبأ بالتغيرات المتوقعة في المنسوب الجوفي الناتج عن تغير كمية وزمن وموقع التصريف، وتم تصميم موديل مكمن انجانه كطبقة منفصلة دون المكامن الأخرى لعدم توفر معلومات كافية لهذه المكامن.

12.    أظهر الموديل المطبق لمكمن انجانه توزيع معامل التوصيلة الهيدروليكية تجانس في قيمه إلى حد ما، وتبين أن هذا المكمن يكون متحسسا لمعامل الخزن وذلك بسبب تسرب من الأسفل إلى الأعلى، وقد تم حساب كمية التغذية الداخلة من خلال الموديل لمكمن انجانه (603.8 * 10^-8 mm/day) .

13.   ولهدف معرفة منسوب الماء الجوفي المتوقع لمكمن انجانه ، فقد تم اقتراح زيادة كمية التصريف الكلي بمقدار (636 L/ Sec.) وعند تشغيل موديل مكمن الدراسة للمراحل الزمنية (2011 , 2007, 2003) تبين زيادة متباينة في منسوب الماء الجوفي لجميع القطاعات باستثناء القطاعات (3,4) ، و(2,5) ، و(3,5) ، و(8,5) ، و(9,5)    لعام (2003) والقطاعين (8,5) و (9,5) للمرحلتين (2011 , 2007) وبلغ أقصى ارتفاع للمنسوب من خلال هذه المراحل الزمنية (12.5) مترا في القطاع (5,5)  وبمعدل سنوي مقداره (1.25) متراً وقد سجل لعام (2011) ، أما أقصى انخفاض متوقع لنفس المدة الزمنية فقد بلغ (0.41) متر أي بمعدل (4.1*10^-2) مترا سنوياً.

 2-6 التوصيات :

إن الحاجة المستمرة للمياه تدعو لوضع الخطط لإدارة مصادر المياه، فقد خرج الباحث ببعض التوصيات من خلال هذه الدراسة.

1 – إنشاء محطة للأنواء الجوية في حوض (ديبكة) لتحديد المعاملات المناخية بدقة ولأهميتها في حساب الموازنة المائية وحساب تغذية المياه الجوفية.

2 – حفر آبار مراقبة لعملية الضخ الاختباري للحصول على قيم ومعطيات وافية عن الخصائص الهيدروليكية للخزانات المائية، كما يجب الاحتفاظ بهذه الآبار لمراقبة تذبذبات مستوى المياه الجوفية.

3 – القيام بتطبيق النموذج الرياضي لكامل حوض (ديبكة) ومن ثم نحصل على معلومات لتقييم واقع المياه الجوفية على عموم مساحة حوض (ديبكة).

4 – القيام بتصميم موديل رياضي كيميائي لتحديد حالات التسرب التي تحدث من وإلى التكاوين المائية في منطقة البحث ومراقبة التغيرات التي تحدث على نوعية المياه.

5 – يمكن حفر مجموعة من الآبار لاستغلال مياه تكوين انجانه في المناطق المؤهلة للاستثمار على أن تحفر الآبار إلى عمق (180 – 200) متر لاختراق تكوين انجانه أو حسب الموقع في منطقة الدراسة بحيث تكون المسافة بين الآبار بحدود (500) متراً أو أكثر؛ للحيلولة دون هبوط المنسوب الجوفي في التكوين إلى أعماق كبيرة مما يؤثر على كفاءة البئر.

6- القيام بالدراسات اللازمة لإجراء معالجة للمياه في منطقة الدراسة للإستفادة منها كمياه للشرب والزراعة.

تحميل الرسالة

👇

👈   4shared-download

👇

👈      top4top-download

تحميل الرسالة من قناة التليغرام

👇

👈   https://t.me/ThesisGeo/702