بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به منظور بررسی تاثیر سد مخزنی گاوشان بر منابع آب زیرزمینی به شبیه سازی کمی آبخوان پرداخته شده است. در ابتدا داده های مرتبط با امر شبیه سازی از سازمان های ذیربط جمع آوری شد و پس از آشنایی کافی با قواعد و اصول مدلسازی فرآیند آماده سازی داده ها انجام گرفت.گام نخست مدلسازی استخراج داده های زمینی از نقشه های GIS و سپس واردسازی بسته های اجباری و اختیاری به برنامه ویژوال مادفلو بود. شبیه سازی در دو مرحله صورت پذیرفت، نخست مدلسازی کمی آبخوان بدون اعمال سد و استخراج داده های مرتبط با نوسانات سفره آب زیرزمینی و مرحله دوم اعمال سد و استخراج نمودارهای نوسان سطح سفره در حضور سد بود. پس از استخراج نمودارها در هر دوگام و مقایسه آنها نتیجه گیری شد که سد مخزنی گاوشان بصورت یک منبع تغذیه مصنوعی رفتار کرده و سطح ایستابی آبخوان در حضور سد در وضعیت تراز بالاتری نسبت به شرایط بدون سد است. با این حال بیلان آبی آبخوان در هر دو مرحله در وضعیت منفی برآورد گردید که مستلزم اتخاذ تدابیر مقتضی برای برنامه ریزی های بلند مدت بهره برداری از آبخوان است.
مقدمه
سد مخزنی گاوشان در 38 کیلومتری شهر سنندج و به منظور تامین آب شرب شهر کرمانشاه و همچنین آب مورد نیاز آبیاری حدود 31000 هکتار از زمینهای دشتهای بیله ور و میان دربند برروی رودخانه گاوه توسط شرکت جهاد توسعه منابع آب اجرا شده است. کارهای پروژه شامل احداث بدنه سد، فرازبند، نشیب بند، ساختمان نیروگاه و تونل آبرسان مربوطه، گالری های تزریق و زهکشی و غیره، تاسیسات هیدرومکانیک میباشد. این سد و دریاچه زیبایش و چشمانداز دره و کوههای اطراف آن محیط بسیار زیبایی را برای گردشگران به وجود آورده است. نوع این سد سنگریزه ای با هسته رسی است و ارتفاع سد 123 متر - از سنگ پی - و حجم بدنه سد 9 میلیون مترمکعب می باشد.ماجدی و همکاران[1] با استفاده از کد کامپیوتری Pmwin و Modflow دشت بهبهان را شبیه سازی کردند و پس از واسنجی و صحت سنجی منطقه مورد مطالعه، معایب و مزایای روشهای واسنجی در کدهای نرم افزاری را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.
سالاری و اژدری مقدم [2] آبخوان جلگه چاه هاشم را توسط نرم افزار Visual Modflowمورد شبیه سازی قرار دادند بدین ترتیب که آبخوان در یک بازه زمانی چهار ساله از ابتدای سال آبی 81 تا 85 شبیه سازی شد و در نهایت مشخص شد که سطح سفره در هرسال بدلیل نامتناسب بودن میزان برداشت توسط چاهها دارای سیر نزولی می باشد.آبخوان دشت Ogallala در غرب کانزاس جزو بزرگترین آبخوانها میباشد. در حال حاضر %99 آب در بخش کشاورزی از این آبخوان برداشت میشود که منجر به کاهش شدید سطح آب در این آبخوان گردیده است. به همینخاطر دولت با دادن یارانه در نصب و راهاندازی سیستمهای آبیاری - راندمان بالاتر - کارآمدتر در تلاش برای کاهش استخراج آبزیرزمینی از این دشت شدهاست. در این تحقیق مدل آبزیرزمینی آبخوان شازند توسط نرمافزار Visual Modflow تهیه گردیدهاست. سپس اثرات تغییرات میزان برداشت آبزیرزمینی ناشی از افزایش جمعیت، بهبود راندمان آبیاری در بخش کشاورزی و اثرات خشکسالی و ترسالی مورد بررسی قرارگرفتهاست .[3] امروزه برای ساخت مدل جریان آب زیرزمینی نرم افزارهای گوناگونی تهیه شده است. در این مورد مطالعات گوناگونی انجام شده است.
اولین مطالعه مدلسازی آب زیرزمینی با استفاده از روش تفاضل محدود در سال 1968 توسط اداره منابع آب کالیفرنیا جهت مطالعه حوضه آب زیرزمینی دشت ساحلی لسآنجلس انجام گرفته است .[4] تود و همکاران [5] به منظور مشخص کردن محدوده تغذیه چاههای آب شرب شهر استراگونبای ویسکانسین آمریکا، آبهای زیرزمینی این منطقه را با استفاده از MODFLOW در دو حالت ماندگار و غیرماندگار شبیه سازی کردند که نتایج نشان دادند، مدل غیرماندگار انعکاس بهتری از رفتار آبخوان را ارائه میدهد. کلندر و همکاران[6] با استفاده از نرم افزار Visual MODFLOW آبهای زیرزمینی شهر کریس جرج در زلاند نو را شبیه سازی کردند. رجانی و همکاران [7] مدل دشت ساحلی بالاسور واقع در هندوستان را جهت مدیریت کارآمد منابع آب زیرزینی، با استفاده از کد Visual MODFLOW تهیه کردند. پالما و بنتلی[8] مدل جریان آب زیرزمینی لئون چیناندگا واقع در نیکاراگوئه را تهیه کردند و به این نتیجه رسیدند که مدل عددی میتواند ابزاری نیرومند جهت مدیریت منابع آب زیرزمینی و سطحی یک ناحیه باشد. وانگ و همکاران [9] در سال 2008 با استفاده از MODFLOW و سیستم اطلاعات جغرافیایی جریان آب زیرزمینی در دشت شمال چین را شبیه سازی کردند و متوجه شدند که بیلان آبی منطقه منفی است.از میان نرم افزارهای موجودMODFLOW برای مدلسازی تاثیر سد گاوشان بر منابع آبهای زیر زمینی استفاده گردید. این نرمافزار معادله ی حاکم بر جریان را با کمک روش تفاضل محدود که یکی از روشهای عددی حل معادلات می باشد، حل میکند. دلیل انتخاب این نرم افزار در واقع شهرت جهانی و اعتباری است که درمیان کاربران خود بوجود آورده است، میباشد.[10]
مواد و روشها
در این تحقیق مصالح آبخوان ناهمگن و ایزوتروپ فرض می گردد. به لحاظ لیتولوژی و با استفاده از نقشه زمین شناسی محل، منطقه مورد مطالعه در محدوده دشت های آبرفتی قرار دارد. مطالعات لایه بندی زمین شناسی منحصر به لوگ چاههای مشاهداتی محل و مطالعات ژئوالکتریک می شود. با توجه به عدم تغییر سطح آب - بالاآمدن سطح آب - در چاههای مشاهداتی، بلافاصله پس از حفر آنها، می توان نتیجه گرفت که در محل چاه با یک آکیفر آزاد مواجهیم.[11] با توجه به تک لایه ای بودن آبخوان، نوع جریان در آکیفر،»جریان دو بعدی در پلان آکیفر آزاد« انتخاب گردید. نظر به وسعت منطقه و شیب هیدرولیکی جریان، فرضیات » دوپویی - فورشهایمر« از اعتبار قابل قبولی برخوردارند و بنابراین انتخاب فوق منطقی می باشد. از طرفی با توجه به نوع جریان هر دو مقدار »عمق جریان« و یا »تراز سطح آب « را می توان به عنوان متغیر حالت برگزید، که با توجه به کد کامپیوتری به کارگرفته شده، »تراز سطح آب« را می توان به عنوان متغیر حالت برگزید برای حل معادلات مدل ریاضی در دامنه مساله، نیاز به استفاده از روش عددی مناسبیمی باشد. در این تحقیق با توجه به کد کامپیوتری به کار گرفته شده ، در انتخاب نوع روش عددی آزادی عملی وجود نداشته و بر پاسازی مدل عددی از روی مدل ریاضی تعریف شده، مستقیما توسط MODFLOW صورت میگیرد.[12]نوع سلولها همگی مستطیلی می باشند. برای مدل مورد نظر ابعاد شبکه با توجه به مساحت محدوده مطالعاتی 200 در 200انتخاب و به مدل معرفی گردیدند. در شکل 1 شبکه بندی محدوده مورد مطالعه مشخص گردیده است.
شکل -1 شبکه بندی محدوده مورد مطالعه
پس از شبکه بندی محدوده مورد مطالعه به ترتیب توپوگرافی سطح زمین، توپوگرافی سنگ کف، رودخانه، زمان مدلسازی، مقادیر هد اولیه، نفوذ پذیری و هدایت هیدرولیکی، ذخیره ویژه، تنش های هیدروژئولوژیکی و در نهایت مدلسازی چاههای پمپاژ به مدل معرفی و مدل اجرا گردید. در نهایت با توجه به تمام موارد گفته شده مدل آبخوان اجرا گردید و منحنی های سطح آب محاسباتی به مطابقت قابل قبولی با منحنی های سطح آب مشاهداتی رسید و این به منزله ی پایان کارمدلسازی می باشد. در خاتمه کار پس ازاجرای مدل برای تعیین صحت عملیات انجام شده از ابزارهایی استفاده می شود که اعداد محاسباتی و مشاهداتی را درکنار هم آنالیز کند در مدل هایی که درحالت غیرماندگار اجراء می شوند از هیدروگراف های چاه های مشاهده ای که در طول محدوده مدل در نظر گرفته اند استفاده می کنند در این پروژه که مدل در حالت ماندگار اجراء شده است ازتعداد 7 حلقه چاه مشاهداتی شده است که در آن داده های محاسباتی و مشاهداتی قابل بررسی هستند همچنین برای مقایسه بین مقادیر مشاهده شده و مقادیر محاسبه شده از یک - Scatter Diagram - استفاده می شود که عبارت است از نموداری که برازش بین داده های مدلسازی و داده های مشاهده ای را نشان می دهد.
کالیبراسیون عبارت از به حداقل رساندن مقدار اختلاف بین مقادیر محاسبه شده و مشاهده شده می باشد. کالیبراسیون به دو طریق انجام می شود که عبارت است از کالیبراسیون به روش مستقیم و دیگری کالیبراسیون به روش معکوس. در کالیبراسیون هدایت هیدرولیکی رژیم جریان ماندگار آبخوان دشت از هر دو روش مستقیم و معکوس استفاده شد بدین ترتیب که ابتدا با توجه به شرایط زمین شناسی - مقادیر سطح آب و دانه بندی دشت و همچنین فرم گسل های دشت مناطقی از دشت جهت کالیبراسیون به شکل معکوس مجزا گردید که در طی این فرآیند دشت به 5 زون تقسیم گردد.سپس حد بالایی و پایینی مقدار هدایت هیدرولیکی طبق آنالیز حساسیت تعیین و به مدل وارد شد و با اجرای مدل PEST مقادیر جدید هدایت هیدرولیکی در زون های مربوطه تعیین و به
