توسعه مدل ارزیابی اثر تونل‌سازی بر آبدهی چشمه‌ها توسط پژوهشگران زمین‌شناسی دانشگاه تهران

تعداد بازدید:۳۶۶
پژوهشگران زمین‌شناسی دانشگاه تهران در توسعه برخی مدل‌های مناسب برای بررسی اثرات زیست‌محیطی تونل‌ها از جمله مدلی برای ارزیابی اثر تونل‌سازی بر آبدهی چشمه‌های مناطق نزدیک تونل به موفقیت‌های چشمگیری دست یافته‌اند.

به گزارش روابط‌عمومی دانشگاه تهران، دکتر جعفر حسن‌پور، عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران، در سخنرانی خود با عنوان «تونل‌ها و اثرات زیست‌محیطی آنها» به بررسی عوامل مختلفی که می‌توانند در پروژه‌های تونل‌سازی، آثار زیست‌محیطی مخرب داشته باشند پرداخت و راهکارهای مقابله با این آثار را تشریح کرد.
دکتر حسن‌پور گفت: در سال‌های گذشته هیچ روش پذیرفته شده‌ای در دنیا وجود نداشت که با استفاده از آن بتوان اثر تونل‌سازی را بر منابع آب منطقه پیش‌بینی کرد، اما ما با اطلاعات خوب حاصل از پروژه‌های تونل‌سازی در داخل کشور توانستیم مدلی جدید را به نام TIS برای این منظور توسعه دهیم و به جهانیان معرفی کنیم.
وی افزود: این مدل با استفاده از تجربیات حاصل از پروژه‌های تونل‌سازی انجام شده در کشور و پایش رفتار چشمه‌های اطراف آنها به دست آمده و نتایج آن در ژورنال معتبر Bulletin of Engineering Geology به چاپ رسیده است.
عضو هیأت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم ضمن معرفی این مدل، بر لزوم استفاده از آن در پروژه‌های تونل‌سازی کشور به منظور تشخیص سریع چشمه‌های آسیب‌پذیر و پیشنهاد راهکارهای مناسب برای جلوگیری به موقع از این آسیب‌ها تاکید کرد.
وی خاطرنشان کرد: پارامترهای اصلی که در ارزیابی رفتار چشمه به هنگام تونل‌سازی مؤثر هستند و در این مدل مورد استفاده قرار گرفته‌اند شامل میزان آب ورودی تونل که باید با روش مناسب تخمین زده شود، فاصله چشمه تا تونل، ویژگی‌های چشمه، ارتباط هیدرولیکی تونل و چشمه و شرایط آبخوان هستند.
دکتر حسن‌پور در ادامه اظهار داشت: معیار TIS چشمه‌های شناسایی شده در اطراف تونل را در شش رده مختلف از T-I تا T-VI قرار می‌دهد. برای چشمه‌های رده T-I تونل هیچ تأثیری بر کاهش آبدهی چشمه ندارد، ولی چشمه‌هایی که در رده T6 قرار گیرند، پیش‌بینی می‌شود که کاملاً خشک شوند.
وی با بیان اینکه نتایج این مدل با میزان اثرپذیری چند چشمه اعتبارسنجی شده است، افزود: هم اکنون با استفاده از این روش می‌توان ارزیابی دقیق‌تری از رفتار چشمه‌ها و اثرپذیری آنها از پروژه‌های تونل‌سازی داشت و قبل از اجرای تونل، تمهیدات و راهکارهای لازم را برای جلوگیری از اثر منفی تونل بر چشمه فراهم کرد.
عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران با تاکید بر آثار مثبت و منفی زیست‌محیطی پرشمار تونل‌ها، دو مورد از مهمترین آن‌ها را اثر تونل بر روی ویژگی‌های هیدروژئولوژیکی و منابع آب منطقه و دیگری چگونگی دفع مواد باطله‌ای عنوان کرد که از تونل استخراج می‌شود.
وی با اشاره به احداث تونل برای کاربردهایی چون حمل‌ونقل جاده‌ای و ریلی، انتقال آب و فاضلاب‌های شهری، گفت: فضاهای زیرزمینی کاربردهای دیگری مانند احداث نیروگاه‌های برق-آبی، پناهگاه‌ها و تونل‌های دفاعی دارند که امروزه در دنیا با روش‌های مختلفی شامل روش سنتی، روش مکانیزه و روش نیمه‌مکانیزه ساخته می‌شوند.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران افزود: در روش مکانیزه از ماشین‌آلات و تکنولوژی پیشرفته استفاده می‌شود که در آن تعداد پرسنل داخل تونل کمتر، اما شمار ماشین‌آلات بسیار است. در روش سنتی تعداد پرسنل داخل تونل بیشتر و اغلب کارها و فعالیت‌های تونل‌سازی با استفاده از نیروی انسانی و به روش سنتی انجام می‌شود.
دکتر حسن‌پور با بیان این‌که در روش نیمه‌مکانیزه نیز از انواع ماشین‌های پیشرفته استفاده می‌شوند، گفت: روش تونل‌سازی یکی از عوامل مهم در بروز اثرات زیست‌محیطی تونل‌ها محسوب می‌شود.
وی اظهار داشت: در خصوص اثرات تونل‌سازی بر محیط زیست عوامل دیگری از جمله شرایط زمین‌شناسی، هیدروژئولوژیکی و ژئوتکنیکی مسیر تونل، هندسه تونل، نحوه مدیریت کارگاه‌ها و وجود دستورالعمل‌های زیست‌محیطی الزام‌آور نیز نقش کلیدی دارند.
وی در با اشاره به انواع تونل‌ها افزود: تونل‌های بلند از نوع کوهستانی عمدتاً در بیرون شهر واقع هستند که معمولاً کاربری انتقال آب و حمل و نقل جاده‌ای و ریلی دارند. طول این تونل‌ها از ۲ - ۳ کیلومتر تا بیشتر از ۵۰ کیلومتر متغیر است.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران دسته دوم را تونل‌هایی عنوان کرد که در شهرها حفاری می‌شوند که عمدتاً برای احداث متروهاست که باز هم طول آن‌ها متغیر بوده و ممکن است به بیش از ۴۰ کیلومتر نیز برسند.
وی افزود: در نوع اول اغلب تونل‌ها در محیط‌های سنگی و در دسته دوم، تونل‌ها اغلب در محیط‌های آبرفتی و زمین نرم احداث می‌شوند که هر یک مسائل زیست‌محیطی مخصوص به خود را دارند.
دکتر حسن‌پور، اثرات منفی تونل‌ها را بر محیط‌زیست به دو دسته قابل تقسیم دانست و گفت: دسته اول اثراتی هستند که حین اجرا بروز می‌نمایند. دسته دوم نیز برخی اثراتی هستند که ممکن است حین بهره‌برداری از تونل همچنان ادامه پیدا کنند. مشکلات حین اجرا گذرا و محدود به زمان اجرای پروژه هستند و اغلب آنها چنانچه استانداردهای لازم در تونل‌سازی رعایت شود ادامه‌دار نخواهند بود.
وی تصریح کرد: برخی از اثرات منفی زیست‌محیطی در مواقعی که تونل به خوبی اجرا نشده باشد می‌توانند تا سال‌ها حین بهره‌بردای تونل نیز ادامه پیدا کنند. مثلاً اگر تونل با روش‌های مناسب آب‌بندی نشود، تأثیر تونل بر منابع آب منطقه می‌تواند دائمی باشد.
عضو هیأت علمی دانشگاه تهران به موارد متعددی از اثرات زیست‌محیطی تونل‌ها اشاره کرد. از آن جمله ارتعاشات و لرزش‌هایی که در اثر فعالیت‌های مختلف تونل‌سازی ایجاد و از طریق زمین و هوا منتقل شده و آزار و اذیت مردم و ساکنان منطقه و در حالت بحرانی آسیب به ساختمان‌های اطراف را در پی دارد. ایجاد سر و صدا بر اثر رفت‌وآمد ماشین‌آلات، آلودگی هوا بر اثر تولید گرد و خاک و سوخت ناقص ماشین‌آلات تونل‌سازی و دست‌خوردگی در محیط طبیعی که به تخریب چشم‌اندازهای طبیعی منتهی می‌شود، از جمله دیگر مواردی بود که توسط ایشان مورد اشاره قرار گرفت.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم با اشاره به تولید برخی مواد زائد حین تونل‌سازی گفت: این مواد زائد که ممکن است سمی و مضر باشند در صورت راهیابی به آب‌های سطحی و زیرزمینی می‌توانند اثرات جدی زیست‌محیطی را ایجاد کنند.
دکتر حسن‌پور با اشاره به آزاد شدن انواع ترکیبات نیترات و نیتریت در حین انفجار و همین‌طور احتمال وجود ترکیبات سمی و سرطان‌زا در ملات و سوسپانسیون‌های تزریق و ورود آن‌ها به آب‌های داخل تونل، گفت: این مواد ابتدا وارد آب داخل تونل، سپس آب سطحی و در نهایت آب زیرزمینی می‌شوند.
وی با بیان این که این آب‌ها نباید بدون کنترل وارد منابع آب طبیعی شوند، افزود: تصفیه این آب‌ها قبل از ورود به طبیعت حتماً باید در دستور کار طراحان و مجریان پروژه‌های تونل‌سازی قرار گیرد.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران خاطرنشان کرد: ورود این آب‌ها به خصوص در محیط‌های کارستی در اکوسیستم این محیط‌ها بسیار تأثیرگذار است و باعث از بین رفتن این اکوسیستم‌ها می‌شود.
دکتر حسن‌پور، نشست زمین را از دیگر مشکلات زیست‌محیطی حفر تونل‌ها برشمرد و افزود: این مشکل به‌ویژه در محیط‌های شهری اهمیت دارد و اگر کنترل نشود ممکن است، به ریزش و حتی تشکیل فروچاله در سطح زمین منجر شود.
عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران با تاکید بر اینکه نباید مسیر حفر تونل در زیر ساختمان‌های مهم باشد، گفت: حتی‌الامکان مسیر تونل باید به‌نحوی انتخاب شود که در زیر ساختمان‌های حساسی چون آثار باستانی و بافت فرسوده شهرها قرار نگیرد.
دکتر حسن‌پور پارامترهای مؤثر در نشست زمین را شرایط زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی، شرایط آب زیرزمینی، عمق تونل یا میزان روباره، شکل تونل و روش تونل‌سازی دانست که در وقوع تغییر شکل در جداره تونل و انتقال این تغییر شکل‌ها به سطح زمین مؤثر هستند.
وی افزود: در روش‌های مکانیزه با استفاده از ماشین حفار تمام مقطع و ماشین‌هایی که مجهز به تکنولوژی حفظ پایداری سینه‌کار تونل هستند امکان کنترل جابه جایی‌ها فراهم است و امروزه از این روش‌ها در حفاری تونل‌های شهری مثل متروها استفاده زیادی می‌شود.
متخصص زمین‌شناسی دانشگاه تهران تاکید کرد که مهم‌ترین عامل برای جلوگیری از نشست زمین، استفاده از روش تونل‌سازی مناسب، مدیریت خوب در کارگاه و رعایت مسائل فنی حفاری و نصب سیستم‌های نگهداری به موقع در تونل است.
وی با اشاره به اینکه ایجاد به‌هم‌ریختگی در چشم‌اندازهای طبیعی یکی دیگر از آثار زیست‌محیطی تونل‌ها محسوب شده که منحصر به پرتال‌های ورودی و خروجی تونل می‌شود گفت: این موضوع اثر چندان مهمی در قیاس با حفر ترانشه‌های بلند در پروژه‌های راه‌سازی ندارد. در بسیاری موارد در پروژه‌های احداث راه و راه‌آهن اگر به جای حفر تونل، ترانشه‌های بلند اجرا شوند، اثرات مخرب‌تری از این دیدگاه ایجاد می‌شود. مثال بارز آن بزرگراه حکیم است که با احداث یک تونل بزرگراهی از زیر پارک جنگلی چیتگر گذر کرد. با احداث این تونل به‌هم‌ریختگی و قطع درختان به دو پرتال تونل محدود شد.
وی ادامه داد: در محیط‌های شهری با اجرای طرح‌های زیباسازی اثر این به‌هم‌ریختگی‌ها را می‌توان به حداقل رساند.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم، تخریب پوشش گیاهی، فرسایش خاک سطحی، تغییر در مورفولوژی زمین را از دیگر اثرات مخرب زیست محیطی حفر ترانشه‌ها دانست و افزود: تخریب محل عبور و مرور حیوانات از دیگر آثار مخرب حفر ترانشه است که با احداث تونل‌ها می‌توان بر این مشکل غلبه نمود. بنابراین، تونل‌سازی از این لحاظ برتری‌های قابل‌توجهی ازدیدگاه محیط‌زیستی دارد.
دکتر حسن‌پور مصرف انرژی را برای اجرای پروژه تونل‌سازی و ساخت و ساز تونل نظیر هر پروژه دیگری ضروری دانست و خاطرنشان کرد: گازهای حاصل از سوخت ماشین‌آلات تونل‌سازی به تولید گازهای گلخانه‌ای و در نتیجه به تشدید پدیده تغییر اقلیم منجر می‌شود.
وی خاطرنشان کرد: اگرچه تونل‌ها حین ساخت تا حدودی اثرات سو زیست‌محیطی دارند، اما بعد از بهره‌برداری اثرات مثبت آنها در کاهش مصرف سوخت و انرژی، در حمل و نقل شهری و برون شهری، خیلی سریع مصرف سوخت و انرژی برای احداث تونل را جبران می‌کند.
عضو هیئت علمی دانشگاه تهران اثر تونل‌سازی بر روی منابع آب منطقه را مهم‌ترین اثر منفی زیست‌محیطی در پروژه‌های تونل‌سازی دانست و گفت: ورود آب زیاد به داخل تونل تأثیر بسیاری بر روی وضعیت هیدروژئولوژیکی آبخوان‌های مسیر تونل دارد که خود اثرات مستقیم و غیرمستقیم مختلفی را به دنبال دارد. مهمترین اثر مستقیم آن اثر منفی بر منابع آب موجود در منطقه از جمله افت سطح آب چاه‌ها و کاهش آبدهی چشمه‌های اطراف است، به‌نحوی‌که می‌تواند به خشک شدن و از بین رفتن منابع آب نزدیک تونل نیز منتهی شود.
دکتر حسن‌پور افزود: اغلب تونل‌هایی که در محیط‌های کربناته کارستی حفر می‌شوند با حجم زیادی از آب ورودی به تونل مواجه می‌شوند که این موضوع اثرات مخرب قابل توجهی بر آبخوان آهکی دارد.
وی با اشاره به این اثرات در مناطق کوهستانی زاگرس و البرز که شامل وسعت قابل توجهی از تشکیلات کربناته با پتانسیل تشکیل کارست هستند به ذکر مثال‌هایی از ورود آب زیاد به تونل‌های حفر شده در این مناطق پرداخت و افزود: قطعه دوم تونل انتقال آب زاگرس یا نوسود، تونل انتقال آب قمرود، تونل انتقال آب کوهرنگ، تونل انتقال آب سبزکوه و همچنین تونل توسعه جنوبی خط ۶ متروی تهران نمونه‌هایی از پروژه‌هایی هستند که مشکل جدی هجوم آب به داخل تونل و متعاقب آن اثرات زیست‌محیطی به‌ویژه خشک شدن چشمه‌ها را داشتند.
عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم در ادامه خاطرنشان کرد: چنانچه در محیط‌های کارستی تونلی بدون رعایت مسائل مربوط به آب‌بندی اجرا شود، آب‌های زیرزمینی اطراف به داخل تونل زهکش می‌شوند و باعث افت سطح آب منطقه می‌شوند که ضمن اثر مستقیم بر آبدهی چشمه‌ها و چاه‌ها، اثرات غیرمستقیمی مانند تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی خاک‌های سطحی و کاهش رشد گیاهان و پوشش گیاهی منطقه را نیز به دنبال دارد.
دکتر حسن‌پور با بیان این‌که ورود آب به تونل اثرات مخربی را در پی دارد، گفت: وقتی آب زیرزمینی شروع به زهکش به داخل تونل می‌کند جهت حرکت آب زیرزمینی تغییر می‌کند. همچنین گرادیان هیدرولیکی و سرعت جریان آب افزایش پیدا می‌‌کند. این تغییرات بر روی کیفیت شیمیایی هیدروژئوشیمی آب نیز تأثیرگذار است. کاهش فشار آبخوان و تغییر در اندرکنش آب و سنگ عواملی هستند که تعادل ژئوشیمیایی آبخوان را به هم زده و کنترل کننده شیمی آب هستند.
وی افزود: با افت سطح آب زیرزمینی، رطوبت خاک کم می‌شود که خود به بر هم خوردن تعادل و تنوع میکروبی، کاهش غلظت CO2 و در نتیجه تغییر در خواص شیمیایی و ساختار خاک، افزایش دانسیته خاک، افزایش ریزدانه در خاک و مهاجرت مواد مغذی به عمق بیشتر منجر می‌شود و در مجموع کیفیت خاک کاهش می‌یابد.
عضو هیئت علمی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران با اشاره به تأثیر زهکشی آب به داخل تونل بر پوشش گیاهی گفت: این پدیده بر روی فرآیند فیزیولوژی گیاه و رشد آن تأثیر می‌گذارد، بدین ترتیب که وقتی سطح آب افت می‌کند، ریشه گیاه دسترسی کمتری به آب خواهد داشت و برای جبران این موضوع روزنه‌های داخل گیاه تنگ‌تر می‌شود و رشد گیاه تحت‌تأثیر قرار گرفته و کاهش می‌یابد. این موضوع سبب می‌شود در درازمدت پوشش گیاهی روی سطح زمین دستخوش تغییر شده و از تراکم آن کاسته شود.
دکتر حسن‌پور در بخش دیگری از سخنرانی خود حجم قابل توجه مواد باطله خارج‌شده از تونل‌ها را از دیگر اثرات منفی زیست‌محیطی تونل‌ها دانست و گفت: در پروژه‌های تونل سازی حجم زیادی مواد باطله تولید می‌شود که باید در محلی مناسب دپو شده تا کمترین اثر زیست‌محیطی را به همراه داشته باشند. وی با اشاره به اینکه مواد باطله حاصل از حفاری تونل‌ها در محیط‌های سنگی و خاکی تفاوت چشمگیری با هم داشته و می‌توانند در کاربردهای متفاوتی مورد استفاده قرار گیرند، بر لزوم بازیافت این مواد به عنوان یک راهکار مناسب و ضروری برای کاهش اثرات منفی محیط‌زیستی تونل‌ها تأکید کرد.
وی با بیان این‌که در تونل‌های سنگی، خرده‌سنگ‌های تولیدی کاربردهای زیادی می‌توانند داشته باشند، خاطرنشان کرد: احداث خاکریزها، سدهای خاکی سنگریزه‌ای، پی‌ها و احیای زمین از جمله کاربردهای مواد باطله در تونل‌های سنگی هستند.
این عضو هیئت علمی دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران با بیان این‌که برای ساخت تونل حجم بتن بالایی مصرف می‌شود اظهار داشت: سنگدانه‌های تولید شده در هنگام حفاری تونل می‌توانند منبع بسیار خوبی برای تولید بتن باشند. بنابراین پیش‌بینی کیفیت این مصالح برای تولید بتن باید در پروژه‌های تونلسازی مورد توجه قرار گیرد. وی ضمن اشاره به پروژه‌های خارج کشور که حجم زیادی از مواد باطله تولیدی را مورد استفاده مجدد قرار داده‌اند، به ضرورت توجه به این موضوع در پروژه‌های داخلی نیز تاکید کرد.
وی در ادامه گفت: در طرح دیگری برای پیش‌بینی کیفیت مواد باطله خروجی از تونل‌ها و ارزیابی امکان استفاده از آنها در تولید بتن مصرفی پروژه، یک مدل اولیه پیشنهاد شده است که در قالب یک پایان‌نامه کارشناسی ارشد در دانشکده زمین‌شناسی دانشکدگان علوم دانشگاه تهران در حال تکمیل شدن است. در این مدل ۶ عامل شامل لیتولوژی و ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی سنگ و میزان یکنواختی آن و همچنین ریزساختارها و ناخالصی‌های موجود در سنگ به اضافه روش حفاری تونل به عنوان پارامترهایی مهم برای ارزیابی کیفیت سنگدانه انتخاب و بعد از وزن دهی به آنها برای محاسبه AQI یا شاخص کیفیت سنگدانه بتن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ارائه این مدل ارزیابی می‌تواند در آینده برای تشخیص مصالح مناسب و امکان استفاده از آنها در تونل و در نتیجه برنامه‌ریزی دقیق‌تر برای تأمین سنگدانه مورد نیاز بتن مصرفی پروژه مفید بوده و ضمن کاهش هزینه اجرای پروژه، در کاهش اثرات منفی محیط‌زیستی تونل‌ها در زمینه مدیریت دفع مواد باطله نیز سودمند باشد.
دکتر حسن‌پور در پایان با اشاره به اینکه اغلب اثرات منفی زیست‌محیطی تونل‌ها مربوط به دوره اجرای تونل هستند و تأکید بر اینکه این اثرات منفی می‌توانند با انتخاب روش‌های مناسب در فعالیت‌های مختلف تونل‌سازی به حداقل برسند و به دوره بهره‌برداری انتقال پیدا نکنند، در مجموع اثرات زیست‌محیطی درازمدت تونل‌ها را مثبت ارزیابی کرد و تأکید کرد که در تمام پروژه‌های تونل‌سازی باید اثرات منفی زیست‌محیطی با بهره‌گیری از تیم‌های کارشناسی مجرب مورد مطالعه دقیق قرار گرفته و راهکارها و ملاحظات اجرایی مناسب برای کاهش اثر آنها هنگام اجرای تونل در نظر گرفته شود. وی همچنین بر ضرورت تدوین دستورالعمل‌های مناسب برای مطالعات زیست‌محیطی تونل‌ها تأکید کرد.

کلید واژه ها: زمین‌شناسی تونل سازی


نظر شما :