پایش تغییرات غلظت کاتیون‌ها در آب‌های نشتی پای لغزش‌ها بمنظور استفاده در اعلام پیش‌هشدار گسیختگی شیب‌ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات

2 2- عضو هیات علمی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

چکیده

بلایای طبیعی از جمله زمین­لغزش­ها هرساله خسارات زیادی را به اماکن عمومی و اموال مردم وارد کرده و در بعضی مواقع نیز همراه با خسارات جانی می­باشند. توسعه تحقیقات و شناخت کامل­تر رفتار لغزش­ها اثبات نموده است که پیش­بینی زمان وقوع اغلب آن­ها امکان­پذیر است. تحقیق پیرامون چگونگی پیش­بینی زمان وقوع لغزش­ها یکی از مهم­ترین تلاش­های محققین در دهه­های اخیر بوده است. این پیش‌بینی‌ها تا کنون کمک‌های بسیار زیادی به مدیران منطقه­ای جهت کاهش اثرات مخرب زمین­لغزش­ها نموده است.
در ترکیب شیمیایی خاک­های حاصل از هوازدگی واحدهای مختلف زمین­شناختی، عناصر مختلفی وجود دارند که متناسب با نوع تشکیلات زمین‌شناسی متغیر می­باشند. آب­های زیرزمینی که در جهت شیب هیدرولیکی از طریق مجاری موجود در خاک جریان دارند، به مرور زمان در تعامل با محیط اطراف خود عناصر قابل انحلال را در خود حل کرده و از محیط خارج می­نماید. با گذر زمان پدیده انحلال به تعادل رسیده به نحوی که متناسب با ترکیب شیمیائی آب­های ورودی و قابلیت تبادل یونی توده خاک، خصوصیات شیمیائی‌آب­های خروجی نظیر غلظت کاتیون‌ها وآنیون­ها درسطح تقریباً ثابتی قرار می­گیرند. حال درصورتی­که توده خاک تشکیل‌دهنده یک سطح شیب­دار دچار لغزش و جابه‌جایی شود، تعادل و نظم ساختاری توده خاک بهم ­خورده و زمینه تغییر در غلظت کاتیون­ها و آنیون­ها فراهم می­شود. پایش این تغییرات می­تواند به عنوان شاخص مهمی در کنترل حرکت شیب­ها و توسعه سیستم­های پیش­هشدار سریع خطر وقوع زمین­لغزش­ها، مورد استفاده قرار گیرد.
در این تحقیق فرآیند فوق به روش آزمایشگاهی مدل گردیده و نتایج پایش تغییرات غلظت کاتیون­های سدیم، پتاسیم، منیزیم و کلسیم تحت تأثیر فرآیند جابجائی مورد ارزیابی قرار گرفته است.  نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که با توجه به تنوع در ترکیب خاک­ها، شناخت دقیق عناصر حساس به آبشوئی در هر منطقه و پایش میزان و نحوه تغییرات یونی در آب­های خروجی از پای شیب­ها می­تواند به عنوان علائم پیش­هشدار دهنده آغازحرکت شیب­ها، مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of the variation of cation concentration in water leakage on the early warning of slope failure

نویسندگان [English]

  • Iman Kermani 1
  • Ziyaoddin Shoaei 2
1 Azad University, Science and Research, Tehran Iran
2 Assoc. Prof. Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Natural disasters such as landslides cause a significant loss of properties, facilities, and lives. The recent researches and the consequent development in the approaches to such disasters have proven that prediction of the time of failures might become possible. The more sophisticated techniques in time prediction of the landslides became the effective measures in the disaster management strategies.
There are several variable ions in the chemical composition of soils resulted from the weathering of geological units. The groundwater flow in the direction of hydraulic gradient throughout the soil may wash these ions further down within the soil. This process will reach to equilibrium between the chemical composition of the inflow water and soil ion exchange capacity, and thus, the concentration of onions and cations of the outflow water will remain constant. When the soil of sliding surface suffers a rupture, the textural uniformity and thus, the concentration of the ions will experience a meaningful fluctuation.  Monitoring such remarkable change may become a valid factor in the development of early warning systems over the landslide prone slopes. In this research a physical model is designed and applied to put this hypothesis into a real test. Through the test period, the cation concentrations of Sodium, Potassium, Magnesium, and Calcium were carefully monitored against the process of slope movement. The results show that by recognizing and monitoring the concentration of the cations specific to the local soil composition to detect the cation variations in the outflow water from the slope might be the new economic approach to the prediction of the landslide timing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Slope Rupture
  • Water chemical composition
  • monitoring
  • Early Warning

آذر، ا.، 1369. خاک­شناسی عمومی. انتشارات دانشگاه ارومیه، 395 صفحه.

شعاعی،ض.، امام جمعه،س.ر، شریعت جعفری م.، جلالی ن.، غیومیان ج.  1376. تجزیه و تحلیل مکانیزم حرکت و پیشنهاد اقتصادی­ترین روش‌های کنترل لغزش. چهارمین کنفرانس زمین­شناسی و محیط زیست ایران، دانشگاه تربیت مدرس- تهران ص  1202-1218

شعاعی،ض.، امام جمعه، س.ر.، 1382. کاربردGPS  در رفتار­نگاری زمین­لغزش­های فعال به منظور تجزیه و تحلیل مکانیزم و اعلام پیش‌هشدارها. سومین کنفرانس زمین­شناسی و محیط‌زیست ایران، همدان، ص  32-41.

کرمانی، ایمان. 1390. تأثیر فعالیت زمین‌لغزش بر ترکیب شیمیایی آب‌های خروجی از دامنه‌ها با استفاده از مدل فیزیکی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات.

مجللی، ح. (مترجم) ، 1369. شیمی خاک. ترجمه کتاب  بوهن، مک نیل، اوکانز، مرکز نشر دانشگاهی، 329 صفحه.

موسسه پژوهش‌های برنامه‌ریزی و اقتصاد کشاورزی، 1384. خاک - کتاب اول: شناخت وضع موجود و منابع (مبانی لایحه قانون جامع خاک کشور). انتشارات تابان، 449صفحه.

Chatwin S.C., Howes D.E., Schwab J.W., Swanston D.N., 1994. A Guide for Management of Landslide Prone Terrain in the Pacific Northwest Ministry of  Forests, Victoria, B.C., N0. 18, Second Edition.

Leroueil S., Vaughan P.R., 1990. Congruent and General Effects of Structure of Natural Soils and Weak Rocks. Geotechnique, 40: 467-488.

Mollard J.D., Hughes G.T., 1973. Earth-flows in the Grondines and Trois Rivières areas, Québec.  Discussion, Canadian Geotechnical Journal, 10: 324-328.

Moon V.G., 1993. Microstructure Control on the Geomechanical Behavior of Ignimbrite. Engineering Geology, 36: 19-31.

Sakai H., 2001. Observation of Ground Displacement in Landslide by Monitoring Groundwater Composition. QR of RTRI, Vol.42, No.3,pp 161-167

Sakai H., 2009. Prediction of Landslide a Few Months in Advance of its Occurrence with Chemical Sensors for Groundwater Composition Observation. Proc. of the IS-Kyoto, Prediction and Simulation Methods for Geohazard Mitigation, Oka, Murakami, and Kimoto(ed.), Taylor and Francis Group, London, 603p.

Shoaei Z., Karamsoltani K., 2011. Application of Monitoring Data for the Prediction of the Time to Failure and Risk Management. Second World Landslide Forum, 3-7 October, Rome, pp. 262

Shoaei Z., Shariat Jafari M., Ghayoumian J., 2001. Continuous Site Monitoring to Predict the Time of Rapid Failure in High Risk Reactivated Landslide", IAEG Congress, 30 Jul.-2 Aug. 2001, Yekaterinburg, pp102-109

 Soderblum R., 1974. A New Approach to the Classification of Quick Clays. Proceedings of the Royal Swedish Geotechnical Institute, 4: 1-17.

Yan T., 1994. Hydrological and Engineering and Environmental Protection. Press of China University of Geosciences.

Zung A.B., Sorenson C.J., Winthers E., 2008. Landslide Soils and Geomorphology in Bridger-Teton National Forest Northwest" Phys Geography 30(6):501–516