بخشی از مقاله
چکیده
کشور ایران به دلیل واقع شدن بخشهای عمدهای از آن در مناطق جغرافیایی خشک و نیمه خشک، ویژگیهای توپوگرافی و توزیع ناموزون زمانی و مکانی بارندگیها در مرز تنش آبی قرار گرفته و لذا مدیریت منابع آب در مهار این بحرانها امری اجتناب ناپذیر میباشد. مدلهای کامپیوتری ابزار بسیار سودمندی در این زمینه میباشند که به منظور درک صحیحی از رفتار سیستم جریان آب زیرزمینی به شیوه مشاهداتی و نیز پیشبینی رفتار در آینده استفاده میگردد . کارایی مدلهای منابع آب زیرزمینی به همراه توزیع گسترده مکانی پارامترهای هیدرولوژیکی و فیزیکی بیشتر میباشد از سویی دیگر این امر موجب پیچیدگی، افزایش حجمی مدل، سردرگمی کاربر، زمان محاسباتی زیاد و ... میگردد. به همین خاطر حصول مدلهای سادهتر با کارایی بالا مورد توجه قرار میگیرد. هدف از این کار حصول مدل های کم حجمتر، منعطفتر و کمک به تبیین فعالیتهای کاربردی برای مدیریت منابع آب زیرزمینی در مسیر بهره برداری پایدار از آنها می باشد . در پژوهش حاضر، ابعاد شبکهها در مدل موجود منابع آب زیرزمینی دشت ارومیه که با استفاده از نرمافزار MODFLOW و با ابعاد شبکهای 500 × 1000 متر ساخته شده به اندازه 1000×1000 متر افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان داد که افزایش اندازه شبکهای مدل منابع آب زیرزمینی دشت ارومیه از 500×1000 به 1000×1000 متر، تاثیر خطای قابل ملاحظهای در شبیه سازی منابع آب زیرزمینی دشت، ایجاد نمیکند. خطای وارده در غالب مناطق دشت از 0/5 متر تا 2/5 متر و در پارهای از نقاط 9 متر میباشد، که بیشترین خطا در جوار کوههای غربی اتفاق میافتد.
واژههای کلیدی : ابعاد شبکهای، دشت ارومیه، مدل سازی آبهای زیرزمینی، .MODFLOW
مقدمه
مدیریت منابع آب زیرزمینی مستلزم توانایی پیشبینی میزان جریان و انتقال مواد محلول در آبهای تحت الارضی و پاسخ سیال نسبت به تغییرات طبیعی یا تنشهای ناشی از عملکرد انسان میباشد. در این رابطه مدل به عنوان وسیلهای جهت تلفیق درک هیدرولوژیکی با اطلاعات موجود، همچنین پیشبینی و ارزیابی سیستمهای آب زیرزمینی در چهارچوب فرضیات و محدودیتها نقش مهمی را ایفا میکند.
جهت مدلسازی آبهای زیرزمینی برای اینکه بتوان معادلات دیفرانسیل جزئی را حل کرد، بایستی منطقه مدل را شبکه بندی کرد. تقسیمبندی و اندازه شبکه، بر اساس نیاز و میزان دقت مورد نیاز و شکل منطقه و سایر مؤلفههای هیدرولوژیکی حاکم بر منطقه تعیین میشود. اگر منطقه مورد مطالعه محیطی همگن و همسان بوده و شکل مربع مستطیلی داشته باشد و استرسها در محیطهای خاصی متمرکز نشده باشد، اندازه عناصر ثابت در نظر گرفته میشود و اگر در مناطقی دقت زیادی نیاز داشته باشیم، اندازه را کوچکتر در نظر میگیریم. اندازه شبکه روی دقت نتایج و مقدار محاسبات تاثیر میگذارد. هرچه اندازه شبکه بزرگتر باشد مقدار محاسبات کمتر شده ولی دقت نتایج حاصل از مدل پایین میآید و هرچه اندازه شبکهها کوچکتر انتخاب شود و اطلاعات بیشتری در دسترس باشد میزان محاسبات زیاد شده ولی دقت نتایج حاصل بالا می-رود - کرسیک،. - 1381 در این راستا تلاش برای ساده سازی مدلها از طریق سنجش حساسیت مدلهای موجود و حذف ناکارامدی های اجرایی مدل، موجب ساده سازی و کاربر دوست شدن مدل ها میگردد.
دادمهر - 1984 - ، حل معادله دو بعدی غیرخطی و غیر همگام بوسینسک را با استفاده از تقریب تفاضل های محدود با راه حل ADI بهبود بخشید. طرح مذکور روی یک زمین آب گرفته مستطیل شکل و احاطه شده با زهکشهای کاملا نافذ مورد مطالعه قرار گرفت. با مشخص شدن طرز قرارگیری شبکههای متغیر در شبیهسازی آب زیرزمینی، فواصل کمتر شبکهها در مجاورت مرزهای زهکش نتایج بهتری داد. طرح فوق برای شبیهسازی جریان آب زیرزمینی در بیست-دواب1 حوضه آبریز پنجاب2 کشور هندوستان بکار گرفته شد.
حامس محمد توبیله - 2003 - 3، مدل MODFLOW را برای شبیهسازی آب زیرزمینی سفره Eocene به کار بردند. محدوده مدل با شبکهای به ابعاد 1000*1000 متر پوشش داده شد. با توجه به روند هیدروگرافهای محاسباتی و مشاهداتی، مدل تطابق خوبی با همتای طبیعی خود دارد.
استفان مهل و همکاران - 2006 - 4 ، بعضی از روشهای بهبود منطقهای شبکهها را بررسی کردند و مزایا و معایب این روشها را در دو منطقه با شرایط متفاوت، با استفاده از نرم افزار MODFLOW2000، مورد مقایسه قرار دادند. نتایج در مناطق مورد نظر، با استفاده از یک شبکه با فواصل متغیر،یک روش تصحیح موضعی شبکهها بدون بازخورد و یک روش جدید با در نظر گرفتن بازخورد، با نتایج حاصل از یک شبکه ریز یکنواخت در تمام محدوده مقایسه شده است. نتایج نشان داد که درصد اختلاف در هد و دبی در روش جدید در مقایسه با روش سنتی بدون بازخورد کمتر است.
مری هیل و استفان مهل - 2010 - 5، روابط متقابل رودخانه و سفره آب زیرزمینی را با در نظر گرفتن ابعاد شبکههای مختلف، با استفاده از نرمافزار MODFLOW شبیهسازی کردند. آنها با استفاده از سه روش محاسبه هدایت شرایط مرزی کوشی6 ، تراوش آب از رودخانه در مدل را در حالتهای یک لایه و چند لایه، با در نظر گرفتن رودخانههای کمعرض و عریض، بدست آوردند. نتایج نشان داد که معیارهای موجود برای انتخاب اندازه شبکهها در شبیهسازی روابط متقابل سفره آب زیرزمینی و رودخانه برای مدلهای یک لایه و دو بعدی مفید هستند ولی در مدلهای سه بعدی محدودیت ایجاد میکنند.
توکل مهدیخانی و رضا دادمهر - 1378 - ، مدل کامپیوتری منابع آب زیرزمینی دشت ارومیه را با استفاده از کد کامپیوتری MODFLOW در سال آبی 1371-1372 با در نظر گرفتن شبکههایی به ابعاد 500×1000 متر به صورت یکنواخت، به منظور شناخت رفتار هیدرولیکی این آبخوان شبیهسازی کردند. واسنجی مدل از طریق آزمون و خطا در رابطه با داده های هیدرولیکی و هیدرودینامکی سفره در زمان و مکان برای حصول تطابق قابل قبول بین نقشههای خطوط تراز سطح آب زیرزمینی مشاهده-ای و محاسبهای صورت پذیرفت. در پژوهش حاضر با تغییر ابعاد سلولها مدلی با ابعاد 1000×1000،متر ساخته و اجرا شد و نتایج حاصل با نتایج مدل با شبکه 500 × 1000 - مدل اصلی - ، مورد مقایسه قرار گرفت. هدف از این کار حصول مدلی کم حجمتر، منعطفتر و کمک به تبیین فعالیتهای کاربردی و علمی برای مدیریت منابع آب زیرزمینی در مسیر بهره برداری پایدار از آنها میباشد.
مواد و روشها
مدل موجود دشت ارومیه بوسیله شبکهای با 108 سطر و 54 ستون به ابعاد 500×1000 متر تقسیم بندی شده است. برای تغییر در ابعاد شبکه ها از پیش پردازنده MODELCAD استفاده شد و منطقه مورد مطالعه به 54 × 35 - تعداد ردیف در تعداد ستون - شبکه به ابعاد 1000 متر در 1000 متر تقسیم گردید. شکل - 1 - تغییرات ابعاد شبکهها را در محدوده دشت ارومیه نشان میدهد. بعد از تغییر ابعاد شبکهها با توجه به این که موقعیت سلولها تغییر میکند، بایستی مشخصات منطقه مورد مطالعه به سلولهای جدید اختصاص یابد. برای این کار با استفاده از نرم افزار SURFER و پیشپردازنده MODELCAD با در نظر گرفتن ارتفاع سطح ایستابی فروردین ماه 1371، به عنوان شرایط اولیه و کلیه عوامل تغذیه و تخلیه سفره، برای هریک از سلولها مقادیر پارامترها تخصیص و بستههای نرمافزاری توپوگرافی، رقوم سنگ کف، ضریب هدایت هیدرولیکی، آبدهی ویژه، رقوم سطح اولیه آب، تغذیه، تبخیر و تعرق تولید اطلاعات مربوط به رودخانهها و چاههای بهره برداری تولید و جایگزین بستههای قبلی در مدل اصلی گردیدند. پس از ایجاد بستههای مورد نیاز مدل با گامهای زمانی یک روزه برای 12 دوره زمانی یک ماهه اجرا گردید.
