کواترنر
مقدمه:
Aquitards کواترنر توسط لایه یخی اقلیمی که در حدود 13 میلیون کیلومتر در آمریکای شمالی به صورت رسوب تشکیل شده است . که اینها رایج ترین رسوبات سطحی زیر خاک در محیطهای کشاورزی در ایالت متحده آمریکای شمالی و کانادا می باشد .که سرعت جریان آبهای زیر زمینی این رسوبات در حدود 1 متر در هر 1000 سال می باشد . کمترین میزان این سرعت میتوان به حدود کمتر از 1 متر در هر 10000 سال اشاره کرد . واحدهای aquitard معمولا به عنوان موانع غیر قابل نفوذ و نشت ناپذیر در برابر حرکت آلاینده های عمودی به سمت حوزه آبهای زیر زمینی تلقی میشود . همچنین این واحدها اغلب موارد برای نشست زمین های خاکی انتقال پسماند های مضر . تسهیلات موجود . ساختارهای ذخیره سازی پسماند زمینی یا خاکی برای مصارف کود کشاورزی و دیگر مشارکت ها همچنین برای ضربه زدن و برخورد با آبهای زیر زمینی به عنوان ریسک بالا تلقی میشود .
تحقیقات انجام شده در مورد آب شناسی کشت و کار اصولا زمینهای زراعی جوانتر که در آخرین حد منجمد شدن رسوب شده است را مورد تحقیق و بررسی قرار داده است . این کار اصولا به این خاطر بوده است : این خاکهای جوانتر در خاکهای پیرتر سهیم میشوند و یا در روی آنها قرار میگیرند . اگر چه حیطه وسیعی از آمریکای شمالی توسط خاکها ی زراعی منجمد قدیمی تر از ilinoin پوشیده شده است . در این مناطق توده های یخی در سطح زمین دیده میشوند و چشم انداز و منظره طبیعی فراهم کرده است که فعالیت های اجتماعی در آنجا انجام میگیرد .
علاوه بر این رسوبات تشکیل شده یخی pleistocen قدیمی ترین در آمریکای شمالی هستند و توده Pre ilinoin توسط توده های جوانتر پوشیده شده اند و اغلب مواقع همانند پوششی روی سطح سنگ بستر عمل میکند و یا در مجاورت حوزه های آب سنگ بستربه دریا تبدیل میشود . شکستگی و هوازدگی توده های قدیمی ممکن است که وسیع تر و بیشتر از رسوبات یخی جوانتر باشد .
تحقیقات آبهای زیر زمینی از توده یخی pre ilinoian برای ارزیابی توانایی توده های قدیمی در حفاظت منابع آبی سنگ بستر امری ضروری و لازم می با شد .
Rodvang و simpkins رخدادهای آلاینده های کشاورزی عمومی را در aquitard کواتر نر مورد بازبینی قرار دادند و دریافتند که آکوئیتاردهای غیر هوایی حاوی بیشترین کربن آلی میباشد و میزان سطح سولفور آن از آکوئیتاردهای هوایی کمتر میباشد و همچنین باعث کاهش غلظت های نیترات از نیتروژن دهی میباشد . از طرف دیگر مناطق آکوئیتاردهای هوایی در بر دارنده فسغر و نیترات بیشتری هستند که اغلب موارد این مقدار از زمینهای کشاورزی بیشتر است .
تحقیقات اخیرهمچنین به طور ضمنی حائز این مطلب میباشد که رسوبات یخی کواترنر به عنوان منابعی از آلاینده های غیر آلی سفره های آب تلقی میشود .درحوزه های آب رانشی یخی و آبرفتی در قسمتهای فوقانی غرب و میانه غلظت های بالای اسید ارسنیک آلی بطور گسترده پخش شده و با رسوبات توده یخی همراه شده است.
آمونیم بالا نیز در سفره های آب کواتر نر منطقه ایووا در غلظت هایی که به واسطه گند زدایی و ضد عفونی کردن آب فراهم شده یافت شده است .
غلظت هایی از فسفر توده ای حل نشده در آکوئیتارد و سفره آب ناپایدار منطقه ایووا موجود می باشد .
همچنین دریافت شده است که از نظر محیطی یک معیار سنجش بسیار مناسب تلقی میشود .
همچنین سنجش میزان کارایی آکوئیتارد ها نسبت به بازداشتن خرکت آلاینده ها از منبع بسیار مشکل میباشد و این امر زمانی صورت میگیرد که غلظت زمینه پارامترهای آلودگی غیر آلی در حوزه آبریز معلوم نشده باشد .
این گزارش حاکی از نتایج تحقیقات هیدرولوژیکی و چینه شناسی می باشد که در بخش لین جنوبی در منطقه ایووا از سال 2002 تا 2004 کامل شده است . مکان تحقیق در ایستگاهی بین شهر iowa و cedar rapids واقع شده بود .
در اواخر قرن 1980 تحقیقات هیدرولوژیکی در آن محل و محلهای دیگر در ایوای مرکزی که به عنوان بخشی از پروژه هیدرولوژی آکوئیتارد به طور وسیع در سطح کشور توسط قوه مقننه دولتی ایوا سرمایه گذاری شده بود آغاز به کار کرد .
ایوای شرقی بدلیل اینکه روی یک توده ضخیم مربوط به pre-ilinoian بدون پوشش خاکی بار آورده واقع شده بود برای تحقیقات انتخاب گردید . تخقیقات قبلی در محل توسط مقاله ژئولوژیکی آمریکا انجام شده بود .
در سال 1991. جمع آوری داده ها د رمحل ایووای شرقی به خاطر محدودیت ها و موانع سرمایه گذاری و اینکه محل نظارت ضرورتا رها شده بود متوقف شد . در سال 2002 پرسنل بخش ایوا از مقاله ژئولوژیکی منابع طبیعی این تحقیقات هیدرولوژیکی را دوباره از سر گرفتند .
اهداف از این تحقیق عبارتند از : 1- تعیین میزان سودمندی استفاده از محلهای از پیش تعیین شده و چاه هایی که بر روی آن نظارت وجود داشته و اینکه به عنوان بخشی از یک شبکه نظارتی آبهای زیر زمینی جدید در ایوا محسوب می شوند . 2 – ارزیابی شیمی پایه خاک و ستون آب در حوزه های آبی و توسعه روشهایی برای بدست آورئن نمونه های معرف از چاههایی که به تدریج در حال بهبودی و اصلاح هستند . 3 – تخمین و بر آورد سرعت جریان آب زیر زمینی در طول توده های pre-ilinoian که به عنوان یک واحد عمده در حفاظت از آبهای سفره های سنگ بستر در ایوای شرقی و جنوبی محسوب میشود . 4 – سنجش سطوح زمینه ای مواد مغذی یونهای مینور و ماژور و فلزات برای ارزیابی بالقوه توده مربوط به pre ilinoian که به عنوان محدودیتی از شیمی خاک و منبعی از آلاینده سفره های آب زیر زمینی می شود .
مجموعه نا حیه ای ( مجموعه سنگهای منطقه )
لایه شناور یخی pre-ilinoian تقریبا بین 2.5 تا 500 هزار سال قبل رسوب کرده است که در بر دارنده قدیمی ترین تاریخ یخبندان اقلیمی در آمریکای شمالی محسوب میشود .اصطلاح pre-ilinoian برای توصیف واحدهایی که 3000 سال عمر دارند مورد استفاده قرار میگیرند . تحقیق در ایوای غربی و نبراسکا و ایوای شرقی صورت میگیرد و تعداد هفت صفحه توده ای مربوط به pre-ilinoian مشخص و شناسایی شده است .
بنابراین در اصطلاح واژگان اصطلاح دوردیفه کانسان-نبراسکان برای توصیف پیچیدگی واحدهای توده ای pre-ilinoian به حد کافی نمی باشد . در ایوای غربی-مرکزی ساختمان و وضع زمین در قبل از این سال در بر دارنده شکل wolf creek (یعنی 500 تا 730 هزار سال عمر )و شکلalburnett (یعنی بیش از 730 هزار سال عمر ) می باشد .تفاوت قائل شدن بین این دو شکل عمده اصولا برای معدن شناسی خاک صورت میگیرد . هر دو مورد این توده ها گل و لای یا رس های شنی هستند که در بر دارنده 30 تا 50 درصد شن و30 تا 45 درصد لای و 20 تا 15 درصد خاک رس می باشد . چگالی قسمتهای عمده آن 1.76 تا 2.11 و 1.97 تا2.11 به ترتیب برای شکل wolf creek و alburnett می باشد . در مجاورت و نزدیکی محل تحقیق 60تا12 متر از صخره های کربنی سیلورین و دونین حوزه های آب سنگ بستر اولیه در استان لین را تشکیل داده است .
تقریبا 90 درصد پمپاژ در منطقه sedar rapids و استان لین در از حوزه های آبی کواترنری و سیلورین-دونین می با شد .پمپاژ کلی در استان لین در حدود 41 میلیم گالن در هر روز بوده است .
روشها و موضوعات (تحقیق هیدرولوژیکی)
تمامی 22 چاه مشاهده شده در پنج محل در سال 89 – 1988 در محل 1E نصب شده بودند. در روش چاه زنی برای خوردن سوراخ های هسته برای چاه های مشاهده شده مورد استفاده قرار می گرفت که سوراخ هسته ها کمتر از 45 feet عمق داشت و عملیات حفر را با استفاده از مته ای با ساقه توخالی انجام می دادند در حالیکه خود چاه کنی دورانی آبی برای چاههای عمیق تر مورد استفاده قرار می گرفت. یک چاه مشاهده شده با بستر سنگی با یک لوله فولادی 6 اینچی ایجاد شده بود. تمامی چاههای مشاهده شده دیگ با یک صفحه PVC با ارتفاع cm 5 دیک لوله pvc یعنی کلرید پولی وینیل با قطر cm 5 حفر شده بود. نبتونبت خشک، داخل حلقه های سوراخ هسته ها جاری شد تا اینکه در عمق حدوداً 5/0 هسته پایین از سطح زمین رفت. چاهها در میان یک مجموعه لوله محافظ فولادی در یک ستون بتونی قرار گرفته بود. استفاده از این چاهها در آگوست سال 1991 یعنی قبل از تحقیق امروزی، متوقف و ممنوع شده بود.
در سال 2002، تحقیقات هیدرولوژیکی در 14 چاه از مجموع 22 چاه واقع شده در دو حوزه بتونی چاهی واقع شده در بخش شمالی و جنوبی محل مورد نظر درباره از سر گرفته شد. (شکل 3)
محل بتونی چاه از یک حفره یا آشیانه بتونی 8 چاهی و یک 6 تایی تشکیل شده بود.
یادداشت های مربوط به حفر کردن و داده های مربوط به اندازه از طریق تحقیق قبلی طبق یک درک ناکافی از سوابق یخی و چینه شاسی تهیه شده بود. هسته خاکی برای تحلیل از کار قبلی موجود نبود بنابراین یک هسته خاکی (نزدیک به E1-2 ) از آشیانه ستونی چاه جنوبی از سطح زمین تا سنگ بسته ها جمع آوری شده بود. (عمق 31 متری) . هسته 6/7 متری پیوسته آن با استفاده از یک استفاده از فشار آب و یک بشکه قاشقکی که 5/1 متر شکاف دارد.
عمق 1/16 متری جمع آوری شده بود. روش حفاری به خاطر چکش لغزیده بعد از عمق 1/16 تعویض شد زیرا امتناع مته در توده انبوه بارسیل لغزش چکش صورت می گرفت.
پس از آن، یک نمونه قاشقکی شکافته شده با طول متر 6/0 بصورت هر 5/1 متری بخت به مرکز هسته در یک سطح سنگ بسته دودینان که در عمق 9/28 متری مواجه شده بود، جمع آوری شد. سنگ شناسی محل از ترکیب یک حفاری هسته ای اخیر همراه با کار قبلی موقع یافته بود.
رسانایی هیدرولیکی در منطقه اشباع شده از طریق یا نظارت اصلاح سطح آب در چاهی بعد از پمپاژ کردن و یا بوسیله نتیجه گیری و اجرای آزمایشات ضربه ای در چاههای کم عمق مورد بخش قرار گرفت.
داده های اصلاح شده از مقیاس های سطح آبی روزانه که توسط و دمان گزارش شده بود، حاصل شده است که چنین برآورد می شود که چاههای توده ای غیراکسید شده قبل از اصلاح پاک سازی و تصفیه شده اند اطلاعات اصلاح شده به عنوان یک تست ضربه سربالارونده با خاکی کردن کل ستون آبی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. این قسمت در دیگر چاهها با استفاده از حذف یک گل کش 9/1 لیتری آب از چاه و همچنین نظارت اصلاح آب نسبت به شرایط ایستا انجام شده بود.
نتایج بدست آمده از تست های اصلاح و ضربه ای با استفاده از روش Hvorslev مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، این روش یک روشی که برای تخمین K در چاههای توده ای عمدتاً مورد استفاده قرار می گیرد.
رأس های هیدرولیک در چاهها چهاربار قبل از تصفیه سازی حساب که در سال 2002 با استفاده از شاهین الکترونیکی سطح آب صورت گرفته بود نزدیک به 25/0 ثبت شده بود مورد سنجش و آزمایش قرار گرفته بود. چنین زمن می شود که سطح آب ایستا در چاههای بعد از بیشتر از حدود یک دهه از عدم فعالیت آنها رأس هیدرولیکی ایستای صحیحی را در مورد نشان میدهد. بدون یک دوره طولانی قابل توحه برای اصلاح رأس هیدرولیکی در چاههای سفره ای آبی، شرایط صحیح رأس هیدرولیکی به ندرت مورد سنجش قرار گرفت. تحقیقات زمینی در زمینه آکوئیتاردا با K پایین انجام شده و چنین آزمایش کرده اند که عدم تعادل در طول نصب جریان اصلاح آب و کاهش بین امر یا پاکسازی و تصفیه را نشان میدهد. برای چاههای توده ای اکسید شده کم عمق، سطور حکی سطوح آبی برای برگشت شرایط ایستا در طی یک روز یک هفته اصلاح شده بود.
شیب های هیدرولیکی بین چاههای بتونی همانند یک نوع متفاوت در رأس هیدرولیکی بین چاههای تقسیم شده توسط فواصل ارتفاعات ماسه ای محاسبه شده بود.
نمونه گیری آب و تجزیه و تحلیل آن
در اکتبر سال 2002، به دنبال بیش از 11 سال از عدم فعالیت، یک میله چندگانه هیدرولب مینی لوندول TM به آرامی در طول ستون آبی قرار داشده در 14 چاه سفره آبی به سمت پایین فرو رفت. شرایط این میله از جمله درجه حرارت آن، PH ، رسانندگی الکتریکی، (SL) ، اکسیژن حل نشده (DO) و کاهش بالقوه اکسیداسیون (ORP) بطور همزمان اندازه و سنجیده می شد و به طور مداوم به فواصل 10 ثانیه ای روی یک کامپیوتر لپ تاپ ثبت می شد.
خواندن های مینی لوند در سطح آبی در لوله چاه و تقریباً با فواصل 3 متری در طول یک ستون آبی برافراشته صورت می گرفت که خواندن نهایی در نقطه وسط صفحه چاه انجام می گرفت خواندنهای منی سوند این امکان را فراهم می کرد که قبل از اینکه به آرامی به افزایش عمق بعدی پایین رویم هر عمق را ثبت کنیم(شکل 4) . میزان وقت مقیاس ها، عبارت زیر بود :
C از 4 برای درجه حرارت ، 2/4 واحد PH برای PH ، %1/4 برای SC ، 2/0 F mg/1 برای DO 420 mv برای ORP درجه بندی مینی سوند توسط هیدرولب در کارخانه قبل از اینکه اجاره کالا با درجه بندی PH در این زمینه با استفاده از حلال ای بوفر استاندارد، انجام گرفته بود.
به دنبال نمودار سوراخ پایینی، نمودارهای آب از بالا به پایین ستون آبی برافراشته با استفاده از یک پمپ بالابر ماندواتررا (Waterra) جمع آوری شده بود. در مورد نمونه ستون آبی بالایی، لوله کشی دریچه پایی، به داخل چاه پایین رفته و سپس حذف می شد که در این مورد دریچه و لوله کشی به عنوان یک گل کش عمل می کردند. برای نمونه های ستون آب پایین دریچه فوت در لوله کشی تا ته چاه پایین می رفت و برای برداشتن یک نمونه آب از ته چاه تا سطح زمین به حد کافی پمپاژ می کرد. مسلماً، روش جمع آوری نمونه نسبتاً روشی خام بود و داده های کیفی آب احتمالاً باید بصورت نیمه کمی مورد بررسی قرار بگیرند. هرچند که نتایج باید بصورت یک خط مدرک و جریان برای تصفیه تغییرات شیمی خاک در ستون آب برافراشته فراهم شوند. به دنبال نمونه گیری ستون آبی، ستون های آبی برافراشته با استفاده از یک پمپ قابل فرو رفتن، تصفیه و پاکسازی می شد. در دوم دسامبر 2003 بعد از تقریباً 14 ماه از بهبود سطح آب و عدم فعالیت چاه به ثبت عوامل شیمیایی آب درون سوراخ با استفاده از مینی سوند دوباره اجار شد. روشهای نموداری مشابه آنچه بود که در ابلا توصیف شد البته با تکرار فواصل عمقی مشابه در هر زمان توجه شود. ستون آبی برافراشته دوباره پاک و تصفیه شد و یک هفته بعد روش ثبت ویژگیهای آب درون سوراخ با استفاده از مینی سوند برای بار سوم در تمام چاهها انجام شد.