نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم محیط زیست، دانشگاه مازندران، ساری، ایران

2 گروه علوم زمین، دانشکده علوم، دانشگاه شیراز، ایران

10.29252/envs.18.4.55

چکیده

سابقه و هدف:
محدوده مورد مطالعه دشت ساری - نکاء می­باشد که اکثر مردم آن به فعالیت­های کشاورزی می­پردازند. شرکت پخش فرآورده­های نفتی ساری با تعداد 18 مخزن در جنوب این دشت قرار دارد. با توجه به قدمت این تأسیسات احتمال نشت ترکیبات نفتی وجود دارد. در این تحقیق امکان نشت و انتقال هیدروکربن­های محلول در آبخوان ساری بررسی شده است.
مواد و روش ها:
ابتدا مدل مفهومی دشت بر اساس داده­های زمین­شناسی، جغرافیایی و هیدرولوژیکی ساخته شده و سپس با استفاده از برنامه  MODFLOWمدل عددی جریان آب زیرزمینی آبخوان طراحی گشت. در حالت پایدار از نقشه ایزوپتانسیل مرداد ­ماه 1383 استفاده شد و بر اساس آن نقشه توزیع هدایت هیدرولیکی تهیه گردید. در حالت ناپایدار مدل برای 12 ماه بعد از مرداد 1383 کالیبره شد. نتایج میدان سرعت حاصل از مدل جریان آب زیرزمینی به عنوان ورودی مدل انتقال آلودگی در نرم افزار  MT3DMSاستفاده گردید. سپس مدل برای TPH (Total Petroleum Hydrocarbon)که غلظت آنها در یک بازه زمانی14 ساله اندازه­گیری شده بود اجرا گردید. با در نظر گرفتن فرآیندهای همرفت، پراکنش هیدرودینامیکی و جذب در روند پاکسازی طبیعی TPH، مدل انتقال واسنجی و نرخ جذب برآورد گردید. به منظور پیش­بینی پتانسیل پاکسازی طبیعی آبخوان در سالهای آتی، مدل با نرخ جذب بدست آمده اجرا گردید. در نهایت نمودار تغییرات غلظت  TPHتا رسیدن به غلظت استاندارد مجاز نسبت به زمان رسم شد و معادله مربوط به آن تعیین گردید. این معادله می­تواند ابزار ساده­ای برای پیش­بینی تغییرات طبیعی غلظت ترکیبات نفتی با زمان در دست کارشناسان باشد.
نتایج و بحث:
بر اساس معادله پاکسازی، مدت زمان لازم برای پاکسازی آلودگی حاصل از نشت آلاینده­ی نفتی با غلظت اولیه 10 میلی­گرم در لیتر در آبخوان ساری تقریباً معادل 62 سال تعیین گشت و در صورتی که در سالهای آتی هیچ تزریق آلاینده نفتی در آبخوان صورت نگیرد در سال 1436 هاله آلودگی به طور طبیعی توسط آبخوان پاکسازی خواهد شد. بر اساس پارامترهای واسنجی شده مدل انتقال آلودگی، فاکتور تأخیر در آبخوان ساری معادل 1.57 محاسبه گردید.همچنین با مدل طراحی شده می­توان هر سناریو تزریق و تخلیه آلاینده را شبیه­سازی نمود. به­منظور پیش­بینی سرنوشت TPH در سالهای آتی با شرایط تزریق پیوسته آلاینده نفتی به آبخوان، غلظت TPH اندازه­گیری شده در اسفند ماه 1388 به عنوان غلظت اولیه مدل انتقال آلودگی در نظر گرفته شد. سپس تزریق پیوسته آلاینده نفتی به آبخوان با غلظت ثابت 10 میلی گرم در لیتر در بازه­های زمانی 10، 20، 30، 40 و 60 ساله به مدل اعمال شد و در نهایت مدل آلودگی با در نظر گرفتن این شرایط و نرخ جذب به دست آمده در مرحله واسنجی اجرا گردید و انتشار هاله آلودگی در این بازه­های زمانی با فرض ماندگار بودن شرایط هیدرولیکی در آبخوان پیش­بینی شد. همچنینمدل آلودگی با اعمال سه سناریوی افزایش غلظت تزریق تا20000 میلی گرم در متر مکعب در منبع، کاهش 30 در صدی نرخ پمپاژ چاه­های اطراف سایت و افزایش 30 درصدی سطح آب رودخانه تجن نیز اجرا گردید.هر کدام از این شرایط باعث ایجاد تغییر در غلظت آلاینده و گسترش هاله آلودگی گشت.
نتیجه گیری:
در صورتی که در سالهای آتی به دلیل استهلاک تأسیسات نفتی در سایت انبار نفت ساری، نشت و تزریق پیوسته آلاینده به درون آبخوان صورت بگیرد، توسعه هاله آلودگی نفتی در آبخوان مورد مطالعه با گذشت زمان افزایش می­یابد اما می­توان با اجرای پروژه­هایی نظیر پمپاژ و استحصال آبخوانمانع گسترش آن شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Assessment of vulnerability of groundwater resources by industrial pollutants of Sari oil reservoir

نویسندگان [English]

  • Mohammad Rahmani 1
  • Tahereh Azari 2

1 Faculty of Environmental Sciences, Mazandaran University, Sari, Iran

2 Department of Geology, Faculty of sciences, Shiraz University, Shiraz, Iran

چکیده [English]

Introduction:
The study area is Sari-Neka plain where majority of population are involved with agricultural activities. Sari petroleum products distribution company is situated in the south of the plain with many storage tanks. Storage tanks are rather old and leakage from them is likely to occur. In this research the possibility of leakage and transport of dissolved hydrocarbons in Sari aquifer is investigated.
Material and methods:
Based on geological, geographical and hydrological data the conceptual model of the plain is first constructed then the numerical groundwater flow model of the aquifer is developedusing MODFLOW. The isopotential map of August 2004 is used for the steady state calculation and distribution map of hydraulic conductivity is constructed. At the unsteady state, model calibration is conducted for the next 12 month following August 2004. The velocity field result from the flow model, is used as input to transport model, MT3DMS. Then the model was appliedfor the TPH concentration was measured in a 14-year period. Considering advection process, hydrodynamic dispersion and the process of adsorption, MT3DMS model is calibrated by simulating the plume of TPH and the absorption rate is determined. Based on the value of absorption rate, the fate of pollutant and the natural attenuation potential is evaluated. To predict the aquifer potential for natural attenuation in the next years, the model was run with the obtained absorption rate. Finally, the attenuation potential is presented in form of simple exponential equation. This equation could be a simple tool in the hand of practitioners for predicting the natural changes of concentration of TPH with time.
Results and discussion:
According to the attenuation equation, the required time for clearing pollution with initial concentration of 10 mg / L in the Sari aquifer was estimated 62 years and if there is no injection of pollutant into the aquifer in the next years, in 2057, the pollution plume will be naturally cleared by the aquifer. Based on the calibrated parameters of the pollution model, the retardation factor in Sari aquifer was calculated 1.57. Also, with model designed can simulate each scenario of the pollutant injection and extraction. In order to predict TPH in the next years with the continuous injection of petroleum pollutants into the aquifer, the TPH concentration measured in March 2009 was considered as the initial concentration of the pollution model. Then continuous injection of petroleum pollutants into the aquifer at constant concentration of 10 mg / L was applied to the model at 10, 20, 30, 40 and 60 years intervals. Finally, the pollution model was implemented and the distribution of pollution plume in the aquifer was predicted. The pollution model was also implemented by applying three scenarios of (1). increasing the injection concentration to 20,000 mg/m3, (2). 30% reducing the pumping rate of wells around the site and (3). 30% increasing the Tajanriver water level. These conditions caused changes in the concentration of pollutants and the spread of the pollution plume.
Conclusion:
If there is a leakage and continuous injection of pollutants into the Sari aquifer in the next years, the oil pollution plume develops but can prevent of its expansion by pump and treat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aquifer
  • Natural attenuation
  • Pollution plume
  • Sari oil reservoir
  • Transport model

Anderson, M.P. and Woessner, W., 1992. Applied Groundwater Modeling: Simulation of Flow and Predication Transport, San Diego: Academic Press, Inc.

Boonstra, J. and Deridder, N.A., 1981. Numerical modeling of GroundWater basins user oriented manual.International Institute foreland Reclamation and improvement.

Fetter, C.W., 2000.Contaminant Hydrogeology.Second ed. Waveland Press, Inc., USA.

Frind, E.O., Malson, J.M. and Schimer, M., 1999. Dissolution and mass transfer of multiple organics under field conditions: The borden emplaced source. Water Resource Research.8(35), 683-694.

Haussard, M., Gaballah, I., Kanari, N., De Donato, P., Barres, O. and Villieras, F., 2003. Separation of hydrocarbons and lipid from water using treated bark. Water research. 37(2), 362-374.

Hill, M.C., 1992. MODFLOWP.U.S.G.S Water resources Division. Denver, Colorado, 80225- 0046.

Ibrahim, S., Wang, S. and Ang, H.M., 2010.Removal of emulsified oil from oily wastewater using agricultural waste barley straw. Biochemical Engineering Journal, 49(1), 78-83.

Jain, P.K., Gupta, V.K., Gaur, R.K., Lowry, M., Jaroli, D.P. and Chauhan, U.K., 2011. Bioremediation of petroleum oil contaminated soil and water. Research Journal of Environmental Toxicology. 5(1), 1-26.

Jalbert, M., Dane, J.H., Abriola, L.M. and Pennell, K.D., 2000.A nondimensional evaluation of tracer sensitivity to density effects.Ground Water. 38(2), 226-233.

Karan, C.P., Rengasamy, R.S. and Das, D., 2011.Oil spill cleanup by structured fibre assembly.Indian Journal of Fibre& Textile Research. 36(2), 190-200.

Kukreti, A.R. and Rajapaksa, Y., 1989. A numerical model for simulating two-phase flow through porous media.Applied Mathematical Modelling.13, 268-281.

Kun, Z., Hui, C., Guanghe, L. and Zhaochang, L., 1998. In situ remediation of petroleum compounds in groundwater aquifer with chlorine dioxide. Water Research. 32(5), 1471-1480.

Lenhard, R.J., Oostrom, M. and Dane, J.H., 2004.A constitutive model for air–NAPL–water flow in the vadose zone accounting for immobile, non-occluded (residual) NAPL in strongly water-wet porous media.Journal of contaminant hydrology, 73(1), 283-304.

Liao, B. and Aral, M.M., 2000. Semi-analytical solution of two-dimensional sharp interface LNAPL transport models. Journal of Contaminant Hydrology.44, 203-221.

Okoh, A.I. and Trejo-Hernandez, M.R., 2006. Remediation of petroleum hydrocarbon polluted systems: exploiting the bioremediation strategies. African Journal of Biotechnology.5(25), 2520-2525.

Ratchagar, N.P. and Hemalatha, S., 2016. Mathematical model to study the spread of spilled oil in the soil. Applications and Applied Mathematics-an International Journal.11, 351-363.

Schackelford, C.D., Daniel, D.E. and Liljestrand, H.M., 1989. Diffusion of inorganic chemical species in compacted clay soil.Contaminant Hydrology. 3(4), 241-273.

Todd, D.K. and Mays Larry, W., 2005.Groundwater Hydrology.NewYork.John Wiley & Sons, Inc.

Yudono, B., Said, M. and Sabaruddin., 2010. Kinetics of petroleum contaminated by an indigenous bacteria Bacillus megaterium. Hayati Journal of Biosciences.17 (4), 155- 160.

Zheng, C. and Wang, P.P., 1999. MT3DMS, a modular three dimensional multispecies transport model for simulation of advection, dispersion and chemical reactions of contaminates in groundwater systems. VICKSBURG, Mississippi: Waterways experiment Station, US Army Crops of Engineers.

Zheng, C. and Bennet, G.D., 2002. Applied Contaminant Transport Modeling. John Wiley & Sons, Inc., PP. 621.