بخشی از مقاله
خلاصه
منابع آب زیرزمینی یکی از منابع اصلی تامین کننده آب شیرین بهویژه در مناطق خشک و نیمهخشک جهان، مانند ایران بوده است. با توجه به اهمیت منابع آب زیرزمینی بهخصوص در مناطق ساحلی و بهمنظور شبیهسازی آبخوان، در این مطالعه از مدل SUTRA بهصورت دو بعدی، همگن و همسان بر روی مساله بنچمارک هنری استفاده شده است. تحلیل حساسیت کلی مدل شبیهسازی آب زیرزمینی هدف اصلی این مطالعه است. روش PAWN بهعنوان یک روش کارآمد و آسان برای تحلیل حساسیت کلی مدل نسبت به ورودیها است که در این کار برای ارزیابی حساسیت پیشروی آب شور نسبت به نفوذپذیری خاک و جریان ورودی به آبخوان از آن بهره گرفته شده است. نتایج نشاندهنده رابطه مستقیم نفوذپذیری آبخوان با شوری است و با توجه به شاخص حساسیت بهدست آمده برای پارامترهای نفوذپذیری آبخوان - 0/47 - و جریان ورودی به مرز داخلی - 0/25 - ، نشان میدهد که نفوذپذیری آبخوان از حساسیت بیشتری برخوردار بوده و برای تصمیمات مدیریتی مورد نیاز، باید تمرکز بیشتری روی این پارامتر صورت گیرد.
واژه های کلیدی: تحلیل حساسیت کلی، شاخص حساسیت، شبیهسازی، آب زیرزمینی، .PAWN
مقدمه
حجم اندکی از منابع آب جهان - حدود 0/76 درصد - را منابع آب زیرزمینی تشکیل میدهند. این منابع به عنوان منبع اصلی ارزان و مهم برای تامین نیازهای آب شیرین در نواحی خشک و نیمهخشک و نیز در مناطقی خاص مانند مناطق ساحلی، میباشند .[1] مناطق ساحلی یکی از مهمترین و حساسترین نقاط جهان به لحاظ جمعیت فراوان ساکن، توسعه اقتصادی و اجتماعی روزافزون، صنعت گردشگری، محیط زیست و اکوسیستم خاص محسوب میشوند 2]و.[3 آبخوانهای ساحلی1 به عنوان میزبان منابع بسیار حائز اهمیت آب زیرزمینی در مناطق ساحلی، محیطی بسیار حساس و آسیبپذیر تلقی میشوند. یکی از این عوامل آسیب زننده، پتانسیل بالای پیشروی آب شور2 دریا به سمت آبخوانهای ساحلی است .[4] شناخت صحیح سیستم آب زیرزمینی در آبخوان ساحلی و پدیده پیشروی آب شور به سمت آن، در تدوین سیاستهای بهرهبرداری از منابع آب موجود و کنترل پیشروی آب شور ضروری است 5]و6و.[7
روش های تحلیل حساسیت به دو دسته موضعی - معمول - و کلی طبقهبندی میشوند. در تحلیل حساسیت موضعی هر عاملی به نوبه خود تغییر میکند و مقدار آن ثابت نگه داشته میشود. در این روش به راحتی میتوان به صورت عددی با استفاده از شبیهسازیهای چندگانه دادهها را در حدود مقدار ثابت آنها تغییر داد و با بهرهگیری از مشتقات جزئی به تخمین مقدار حساسیت پرداخت. از سوی دیگر، تحلیل حساسیت کلی 1 - GSA - مجموعهای از تکنیکهای ریاضی است که هدف آن ارزیابی گسترش عدم قطعیت از طریق یک مدل عددی و به ویژه درک نقش نسبی منابع مختلف عدم قطعیت برای تغییرپذیری در خروجی مدل میباشد. در تحلیل حساسیت کلی کمی شده، از شاخصهای حساسیتی که این اثر نسبی را در معیار اسکالر بیان میکنند استفاده میشود. منابع عدم قطعیت ممکن است شامل پارامترهای مدل، خطا در دادههای تحلیلی یا حتی عدم قطعیتهای غیرعددی باشد .[8] تحلیل حساسیت کلی اثرات تغییرات ورودی روی خروجی در کل محدوده مجاز فضای ورودی را مورد مطالعه قرار میدهد و این مدلها اثرات متقابل بین ورودیهای مختلف را بر روی خروجی حساب میکنند .[9]
تاکنون مطالعات فراوانی برای تحلیل حساسیت بر مبنای روش PAWN انجام شده است. نتایج Baroni و Tarantola در سال 2014 نشان داد که منابع عدم اطمینان برای هر خروجی، متفاوت است و لازم است متغیرهای خروجی چندگانه برای ارزیابی مناسب مدل مورد بررسی قرار گیرند Pianosi .[10] و Wagener در سال 2015 با ارائه رویکرد جدیدی برای تحلیل شاخص حساسیت مبتنی بر تراکم2 به نام روش PAWN نشان دادند که پارامترهای حداکثر ظرفیت رطوبت خاک و ضریب جریان خروجی سریع مخزن حساسیت بیشتری در خروجی مدل ایجاد میکنند و پارامترهای ضریب تغییرپذیری مکانی رطوبت خاک، نسبت بارش موثر به سرعت مسیر و ضریب جریان خروجی آهسته مخزن از حساسیت کمتری برخوردارند .[8] هدف این مطالعه تحلیل حساسیت کلی مدل شبیهسازی آب زیرزمینی بر روی مساله فرضی بنچمارک هنری با استفاده از روش PAWN میباشد تا بستر لازم برای بکارگیری آن در کاربردهای واقعی فراهم شود.
مواد و روش ها
مدل شبیهسازی عددی
مدل شبیهسازی انتقال املاح و جریان وابسته به چگالی، شرایط اشباع/غیراشباع1SUTRA ، برای شبیهسازی عددی در این تحقیق مورد استفاده قرار میگیرد .[11] محاسبات جریان وابسته به چگالی در این مدل به روش المان محدود گالرکین و محاسبات در گامهای زمانی به روش تفاضل محدود انجام میشود.
دامنه مدلسازی و شرایط مرزی
در این مطالعه برای پیشروی آب شور به آبخوان ساحلی از مساله فرضی بنچمارک هنری برای مدلسازی استفاده شده است. برای مطالعه بیشتر در ارتباط با مساله هنری رجوع شود به 12] و .[13 در گسستهسازی مدل دوبعدی این آبخوان، دامنه مدلسازی از 200 جزء و 231 گره محاسباتی با ابعاد مساوی 0/1 در 0/1 متر تشکیل شده است. این مساله شامل یک قسمت دوبعدی از یک سیستم آبخوان ساحلی محدود شده، همگن، اشباع و مستطیلی شکل میباشند که مرزهای بالا و پایین آن نفوذ ناپذیر هستند. از سمت راست آب شور و از سمت چپ آب شیرین وارد میشود - شکل. - 1 در ابتدا آبخوان با آب شیرین پر شده است. در طول دوره شبیهسازی، آب دریا شروع به نفوذ در سیستم آب شیرین میکند. شبیهسازی به اندازه کافی طول میکشد تا توزیع غلظت به حالت دائمی برسد . مقادیر پارامترهای ورودی به مدل SUTRA در جدول - 1 - آورده شده است. نفوذپذیری آبخوان - K - و جریان ورودی به مرز داخلی - Q - به عنوان پارامترهای عدم قطعیتدار این مطالعه در نظر گرفته شدهاند که اطلاعات آنها در جدول - 2 - ارائه شده است.
