بخشی از مقاله
خلاصه
درتحقیق حاضر شبیه سازی کمی آبخوان دشت کبودرآهنگ واقع در استان همدان بوسیله نرمافزار Modflow انجام شده است که در این تحقیق ابتدا مدل جریان هیدرولیکی آب زیرزمینی اجرا شد و در ادامه چاههای منطقه اعم از مشاهداتی و پمپاژ به نرمافزار معرفی و پس از وارد کردن سطوح تمام چاهها و ارتفاع پیزومترهای منطقه و تعریف دبی پمپاژ مربوط به چاهها و کالیبراسیون دادههای جمع آوری شده به منظور حصول به حداکثر دقت در محاسبات، شبیه سازی منطقه با توجه به تغذیه و برداشت انجام و نمودارهای استخراجی مربوط به بیلان آبی و افت سفره در بازه زمانی یکساله با توجه به ادامه روند فعلی مورد آنالیز قرار گرفتند.
در ادامه مدل کمی نیروگاه بصورت مستقل شبیهسازی و اجرا گردید. سپس مدل اجرا شده در مدل کلی دشت ادغام و نمودارهای مربوط به افت سفره اینبار با اعمال شرایط نیروگاه مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد تأثیر فعالیتهای نیروگاه بر سطح ایستابی آبخوان واضح و معنی دار است. بهطوریکه در پایان سال آبی 92-91 افتی حدود 2/5 متر در نواحی اطراف نیروگاه در سطح ایستابی آبخوان بوجود آوردهاست
1. مقدمه
با توجه به رشد روزافزون جمعیت و صنایع در دنیا و نیاز به فراهم نمودن آب سالم اهمیت مطالعه آبهای زیرزمینی به روشنی بر همگان آشکار شده است.از اینرو علوم مربوط به آب توجه ویژهای به مطالعه منابع ارزشمند آب زیرزمینی دارند. در همین راستا روشهای مدرن برای تحلیل و شبیهسازی جریان لایههای آب زیرزمینی و مدل کردن حرکت آلایندهها در آب زیرزمینی بوجود آمدهاست که نرمافزارهای توسعه یافته تخصصی در این زمینه نشاندهنده رشد و ارتقاء این دانش میباشند. مدیریت کمی حفظ و بهره برداری از منابع آب از یک سو و مقوله حفظ کیفیت آب از سوی دیگر دو چالش عمده در مدیریت آبهای زیرزمینی می باشند. با توجه به نفوذپذیری خاک و آسیبپذیری آبهای سطحی در برابر آلودگی، تبادل و اندرکنش بین آبهای سطحی و آبهای زیرزمینی حائز اهمیت میباشد.
ناصری و ندافیان - 1387 - جریان آب زیرزمینی دشت بهار همدان را توسط Modflow مورد شبیهسازی قرار دادند و سپس منشا آلایندهها را توسط نرم افزار MT3D مورد جستجو قرار دادند که در نهایت نقاط مرکزی آلودگی را کشتارگاههای صنعتی در دشت معرفی نمودند.
صمدی - - 1387 آبخوان دشت قروه را با هدف مدیریت آبخوان با تکیه بر عدم قطعیت مورد بررسی قرار داد. در این تحقیق از مدل visual Modflow v. 2.60 جهت شبیهسازی آبخوان دشت قروه استفاده نمودند. جهت واسنجی مدل ریاضی دشت قروه، از آمار و اطلاعات مهرماه 72 تا مهرماه 74 و جهت صحتسنجی آن از آمار و اطلاعات مهرماه 74 تا مهرماه 75 استفاده گردید. آنها پس از قطعیت دادن به پارامترهای بکار رفته در مدل و تصحیح خطای مشاهده شده در مرحله صحتسنجی اول مجدداً این پارامترهای اصلاح شده را به مدل وارد نموده و مراحل واسنجی و صحت سنجی را تکرار نمود.
محقق با استفاده از آبخوان واسنجی و صحتسنجی شده دشت قروه، 4 استراتژی مختلف - ادامه روند کنونی بهرهبرداری از آب زیرزمینی، نفوذ آورد سالانه آبراهههای اوریه و ویهج، چشمه سراب و قنات خالصه از بررسی، P طریق بستر آبراههها، اجرای تغذیه مصنوعی توسط گودالهای تغذیه در جنوب پیزومتر 5 و تعیین میزان برداشت مجاز قبل از احداث تاسیسات تغذیه مصنوعی - را انتخاب نموده و اثرات آنها را بر روی آبخوان بررسی نمود.
هیسکوگ و کوینم - Hiscock &Kevinm 2005 - به منظور ارزیابی میزان انتشار آلایندهها در آبهای زیرزمینی منطقه ردکنیون کریک در ایالات متحده، ابتدا توسط نرمافزار Modflow دست به شبیهسازی جریان آب زیرزمینی زد و سپس انتشار آلایندهها را توسط MT3D مورد تجزیه و تحلیل کیفی قرار داد
تاد - Todd 2002 - برای مشخص کردن محدوده تغذیهکننده چاه های آب شرب شهر استروگن بای در ویسکانسین آمریکا، آبهای زیرزمینی این منطقه را با نرمافزار Modflow شبیهسازی کردند. ایشان مدل را در دو حالت ماندگار و غیرماندگار اجرا کردند و در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده از مدل و مقایسه آنها با دادههای مشاهداتی به این نتیجه رسیدند که برای منطقه مذکور اجرای این مدل در حالت غیرماندگار، بازتاب بهتری از رفتار آبخوان ارائه میدهد. همچنین از نتایج اجرای مدل مشخص شد که ناحیه تغذیهکننده چاه ها، در فاصله 10 کیلومتری شمال شهر تا 7 کیلومتری جنوب شهر قرار دارد و زمان پیمایش از نواحی تغذیه تا همه چاهها به طور معمول کمتر از یک سال است.
بنابراین بهمنظور حفاظت از آبزیرزمینی ایجاد استراتژیهای مدیریتی لازم میباشد که یکی از راههای آن بهدست آوردن پمپاژ بهینه از آبخوان میباشد.
2. مواد و روش ها
دشت کبودرآهنک یکی از محدودههای مطالعاتی حوضه رودخانه قره چای است که با وسعت3470 کیلومتر مربع در شمال استان همدان واقع شده که از شمال با دشت زنجان و قزوین، و از جنوب به دشت بهار وقهاوند، از شرق به دشت رزن واز غرب به محدوده مطالعاتی گل تپه-زرین آباد در ارتباط میباشد. شهرستان کبودر آهنگ در فاصله 60 کیلومتری از مرکز استان با موقعیت جغرافیائی به طول 48° 27' درجه وعرض 34° 33' درجه جغرافیائی و به ارتفاع 1680 متر از سطح دریا قرار گرفتهاست.
در این تحقیق به منظور شبیهسازی کمی آبخوان دشت کبودرآهنک ابتدا جریان آب زیرزمینی در دشت شبیهسازی گردید. نخستین گام در شبیهسازی هیدرولیکی جریان در مدل ModFlow انتخاب تعداد سلولها و تعریف سلولهای فعال و غیرفعال به مدل است. در تحقیق حاضر در شبکهبندی جریان سلولها بصورت 200*200 به نرمافزار معرفی شدند. در محدوده دشت کبودرآهنگ 4060 حلقه چاه وجود دارد که از این تعداد 1625 حلقه چاه عمیق و مابقی چاه نیمه عمیق میباشند.
شکل .1 چاههای پمپاژ واردسازی شده در محدوده دشت
هفت چاه مشاهدهای در محدوده مدل شده وجود دارد. با استفاده از اطلاعاتچ اههای مشاهده ای و وارد نمودن آنها به مدل براساس Utm هرکدام، نقشه تراز آب زیرزمینی مهر ماه1391که آبخوان در حالت پایدار است تهیه گردید. مرزهای شمالی بصورت مرزهای ورودی و مرزهای خروجی در بخش جنوبی محدوده مورد مطالعه میباشند که در مدل تهیه شده با استفاده از بسته مرزهای با بار هیدرولیکی عام شبیه-سازی شدهاند.
دادههای ورودی مدل شامل پارامترهای هیدروژئولوژیکی، رودخانه، تعریف ارتفاعات دشت به مدل، تعریف عمق سنگ بستر در نواحی متعدد به مدل، تعریف مقادیر هد اولیه، زونبندی هدایت هیدرولیکی میباشند. هرکدام از این دادهها توسط MODFLOW در بستههای مربوطه بررسی و شبیهسازی می شوند. براساس دادههای موجود، از روش منطقهبندی برای پارامترهکردن خصوصیات هیدروژئولوژیکی استفاده شده است . مقادیر اولیه تقریبی این پارامترها بر اساس لوگ حفاری چاههای مشاهده ای و نتایج آزمون پمپاژ صورت گرفته تعیین شدند.
MODFLOW از بسته رودخانه برای شبیهسازی رودخانه به مدل استفاده میکند. دادههای رودخانه شامل عرض و عمق آب رودخانه و ارتفاع بستر در مقاطع و گامهای زمانی مختلف به مدل معرفی شدند. رودخانه قره سو که از قسمت شمالغربی به دشت وارد شده و از قسمت جنوب شرقی از آن خارج میگردد که به مدل معرفی گردید.
از نقشههای هوایی و اطلاعات GIS تمامی ارتفاعات به سلولهای نظیر تخصیص داده شد که این ارتفاعات شامل عمق سنگ بستر و ناهمواریهای سطح دشت بود. پس از وارد کردن مقادیر تمامی ارتفاعات و ضخامت سلولها نمودار سهبعدی دشت که شامل سطح و آب زیرزمینی میبود از بسته مربوطه استخراج گردید.
بر اساس اطلاعات چاههای مشاهداتی موجود در محدوده دشت میزان هد اولیه به مدل وارد شد. به این منظور مقادیر توسط پلیگون های با مقادیر یکسان به نواحی مختلف دشت اختصاص داده شدند. در شکل کلی با توجه به دادههای جمع آوری شده از دشت و وارد کردن آن به روی نقشه نقاط دارای هد اولیه ثابت مشخص شدند به اینصورت که کمترین هد در قسمت جنوب شرقی داشت با مقدار 1620 متر و بیشترین مقدار آن در بخش غربی و قسمتهایی از جنوب غربی دشت به میزان 1800 متر بود که زون بندیهای مربوط به هد اولیه همانند شکل زیر برای مدل تعریف شد.
شکل .2 توزیع هد درون یابی شده در دشت
پارامتر هدایت هیدرولیکی بر اساس آزمایشات مکانیک خاک حاصل از گمانههای متعدد که در گزارشات گوناگون مربوط به دشت وجود داشت برآورد گردید. مقادیر هدایت هیدرولیکی در متغیرهای XوYوZ به مدل در بسته Conductivity اعمال گردیدند که در این دشت در قسمتهای ورودی و خروجی مقادیر شباهت بسیار زیادی با هم داشتند و هرقدر به سمت مرکز دشت پیش میرفتیم تغییرات گستردهتری مشاهده میشد.
- واسنجی مدل
با داشتن ساختاری مناسب از مدل میبایست پارامترها را در شرایط واسنجی مناسب برآورد نمود تا مدلی بدست آید که قادر به تولید مقادیر مشاهداتی باشد. تخمین پارامتر با تعیین مقادیر اولیه هر کدام از پارامترها آغاز گردید و سپس طی فرآیند تکرار، مقادیر مذکور بهینه گردیدند. در ابتدای فرآیند واسنجی، با واردکردن همه پارامترهای مدل در رگرسیون، فرایند تخمین پارامتر با جوابهای مناسبی همراه نبود. روند کار به این ترتیب صورت گرفت که در ابتدا پارامترهای دارای حساسیت بالاتر وارد رگرسیون گردیدند
