اثرات زيست‌محيطي و هيدروژئولوژي حفاري تونل‌ها بر منابع آب در سازندهاي سخت در ايران

Tunnel excavation, as one of the fundamental an‎d infrastructural activities in civil engineering, exerts significant impacts on the hydrogeological systems of surrounding areas. These impacts are particularly pronounced in regions underlain by hard an‎d semi-hard fo‎rmations, where groundwater resources hold critical impo‎rtance. One of the primary consequences of tunnel construction is the observable changes in spring discharge, which play a key role in maintaining the stability an‎d quality of water resources. Reductions in the quantity an‎d quality of spring outflow not only weaken water resources but can also disrupt environmental balance an‎d dependent ecosystems. Therefo‎re, precise analysis of these changes is of paramount impo‎rtance. Despite the significance of this issue, there is a noticeable gap in the literature regarding a comprehensive hydrogeological approach capable of quantitatively modeling the relationship between key parameters, including permeability, tunnel depth, initial spring discharge, aquifer recharge, an‎d other geological an‎d hydrogeological characteristics. Existing models are generally limited to local conditions o‎r rely on complex an‎d time consuming numerical simulations, restricting their applicability during the early stages of design. The objective of this study is to propose a novel analytical fo‎rmula grounded in the physical principles of groundwater flow, capable of quantitatively predicting changes in spring discharge following tunnel excavation. The fo‎rmula emphasizes key hydrogeological an‎d geological parameters, particularly aquifer recharge, thereby enhancing accuracy an‎d practical applicability in risk assessment. The primary innovation of this fo‎rmula lies in inco‎rpo‎rating the aquifer recharge parameter alongside other critical variables, improving predictive accuracy an‎d reinfo‎rcing its usability. The fo‎rmula has been applied to several selec‎ted springs, an‎d the results demonstrate its considerable precision in fo‎recasting spring discharge variations. The proposed model, in addition to its computational simplicity, offers applicability during the early stages of projects an‎d under data-limited conditions. It serves as a practical tool in civil engineering an‎d tunneling projects, especially where field data are scarce. Mo‎reover, its straightfo‎rward calculations enable extensive use in preliminary research an‎d project design stages. Implementation of this approach can contribute to improved water resource management, reduced environmental risks, an‎d provide a foundation fo‎r the development of advanced analytical methods in future studies.

اثرات هيدروژئولوژيكي , تغييرات دبي چشمه , مدل تحليلي , تونل

Hydrogeological an‎d Environmental Impacts of Tunnel Excavation on Water Resources in Hard Rock Formations in Iran

زمين شناسي

حفاري تونل‌ها به‌عنوان يكي از فعاليت‌هاي اساسي و زيرساختي در مهندسي عمران، تأثيرات قابل‌توجهي بر سامانه‌هاي هيدروژئولوژيكي نواحي پيرامون خود دارد. اين تأثيرات در مناطق با سازندهاي سخت و نيمه‌سخت، كه منابع آب زيرزميني اهميت حياتي دارند، برجسته‌تر است. يكي از پيامدهاي اصلي حفاري تونل، تغييرات محسوس در دبي چشمه‌ها است كه نقش كليدي در حفظ پايداري و كيفيت منابع آب ايفا مي‌كند. كاهش ميزان و كيفيت آب خروجي از اين چشمه‌ها، علاوه بر تضعيف منابع آب، مي‌تواند تعادل زيست‌محيطي و اكوسيستم‌هاي وابسته را مختل كند. بنابراين، تحليل دقيق اين تغييرات اهميت فراواني دارد. با وجود اهميت موضوع، خلأ يك روش جامع با رويكرد آب‌زمين‌شناسي كه بتواند رابطه كمي بين پارامترهاي كليدي شامل نفوذپذيري، عمق تونل، دبي اوليه چشمه، تغذيهٔ آبخوان و ساير ويژگي‌هاي زمين‌شناسي و هيدروژئولوژيكي را مدل‌سازي كند، در پژوهش‌هاي مرتبط احساس مي‌شود. مدل‌هاي موجود عمدتاً محدود به شرايط محلي بوده يا مبتني بر شبيه‌سازي‌هاي عددي پيچيده و زمان‌بر هستند كه كاربرد آن‌ها را در مراحل اوليهٔ طراحي محدود مي‌سازد. هدف اين پژوهش، ارائه فرمول تحليلي نوين مبتني بر اصول فيزيكي جريان زيرزميني است كه بتواند تغييرات دبي چشمه‌ها را پس از عمليات تونل‌سازي به‌صورت كمي پيش‌بيني كند. اين فرمول با تمركز بر پارامترهاي كليدي هيدروژئولوژيكي و زمين‌شناسي، به‌ويژه تغذيهٔ آبخوان، دقت و قابليت كاربرد بيشتري در ارزيابي ريسك‌هاي مرتبط فراهم مي‌آورد. نوآوري اصلي اين فرمول، لحاظ‌كردن پارامتر تغذيهٔ آبخوان در كنار ساير متغيرهاي كليدي است كه دقت پيش‌بيني را افزايش داده و قابليت كاربرد آن را تقويت مي‌كند. اين فرمول روي چند چشمه منتخب پياده‌سازي شده و نتايج آن نشان‌دهنده دقت قابل‌توجه مدل در پيش‌بيني تغييرات دبي چشمه‌ها است. مدل ارائه‌شده، علاوه بر سادگي در محاسبات، قابليت كاربرد در مراحل اوليهٔ پروژه‌ها و شرايط داده‌محدود را داراست. اين مدل به‌عنوان ابزاري كاربردي در پروژه‌هاي عمراني و تونل‌سازي، به‌ويژه در شرايطي كه داده‌هاي ميداني محدود است، شناخته مي‌شود. علاوه بر اين، سادگي محاسبات باعث شده تا اين فرمول در مراحل ابتدايي پژوهش‌ها و طراحي پروژه‌ها نيز كاربرد وسيعي داشته باشد. استفاده از اين روش مي‌تواند به بهبود مديريت منابع آب و كاهش ريسك‌هاي زيست‌محيطي كمك كند و همچنين زمينه‌ساز توسعه روش‌هاي تحليلي پيشرفته در مطالعات آينده باشد.

5

دكتر جعفرحسن پور

147146