بخشی از مقاله
چکیده
توسعه بدون برنامه کشاورزی توسط کشاورزان و برداشت بیش از حد از منابع آب زیرزمینی، نیاز به برنامههای مدیریتی را بیش از قبل یادآورد شده است. در اجرای این برنامههای مدیریتی شناخت کامل از ویژگیهای هیدرولیکی و هیدروژئولوژیکی آبخوانها نقش به سزایی دارد. مدلسازی عددی از ابزارهای مدیریتی توانمندی در شبیهسازی و کنترل بحرانهای پیشرو در آبخوانها میباشد. دشت مرند با دو لایه آزاد و تحت فشار مدلسازی این آبخوان را با استفاده از شرایط معمول با عدم قطعیت مواجه کرده است.
از پارامترهایی که مدل به آن حساسیت نشان میدهد، چاههای بهرهبرداری هستند که در هر دو آبخوان نفوذ کرده و قابلیت برداشت آب را به صورت همزمان مقدور ساختهاند. این چاهها با ایجاد مسیری ارتباط هیدرولیکی بین دو لایه مجزا را فراهم ساخته و به پیچیدگی شرایط آبخوان افرودهاند. در این پژوهش مدلسازی آبخوان دشت مرند با استفاده از نرم افزار GMS و تحلیل شرایط این چاهها در ایجاد مدل مفهومی بحث شده که نتایج حاصل از قطعیت 98 درصدی با استفاده از بسته MNW در شبیهسازی رفتار هیدرولیکی آبخوان گزارش میدهد.
-1 مقدمه
تهیه مدل مفهومی از مراحل مهم تهیه مدل ریاضی است و دقت نتایج نهایی مدل به میزان دقت در این مرحله بستگی دارد. پس از ساخت پایگاه اطلاعاتی، جمعآوری و تلفیق اطلاعات مورد نیاز جهت تهیه مدل مفهومی سیستم آبخوان در نرمافزار Groundwater Modeling System - GMS - شبیه سازی گردید. این نرم افزار یک رابط گرافیکی برای کد Modflow میباشد و از دادههای پایگاه اطلاعاتی GIS پشتیبانی میکند . - Harbaugh and others, 2000 - محققان زیادی اهمیت مطالعه عدم قطعیت در تهیه مدلهای آبزیرزمینی را جهت بدست آوردن نتایج بهینه و معقول بررسی کردهاند
از عواملی که مدلسازی یک آبخوان به آن حساسیت نشان میدهد، چند لایه بودن آبخوان و چاههایی است که با کانال حفر شده خود راه ارتباطی بین دو لایه و تبادل هیدرولیکی بین آنها ایجاد میکند. چاههایی که در آبخوانهای چند لایه قرار دارند، با ایجاد ارتباط بین سیستم هیدرولیکی متفاوت لایهها بر پیچیدگی شرایط کلی این منابع زیرزمینی میافزایند. اگرچه سطح آب زیرزمینی در این لایههای مجزا، متفاوت است اما در نهایت تنها یک سطح آب از این چاه ها قرائت میشود. سطح ایستابی در این چاهها برحسب میانگین وزنی قابلیت انتقال سطح پیزومتری در پیزومترهای اطراف این چاهها میباشد.
در هنگام بهرهبرداری از این چاهها، میزان آب قابل برداشت به نسبت قابلیت انتقال و سطح آب در هر لایه بین لایهها تقسیم میگردد . - Neville and Tonkin, 2004 - تاثیر جریان های نامتقارن در اطراف چاه در آزمایشات پمپاژ آبخوانهای چند لایه در فضای سهبعدی مورد بررسی قرار گرفته است - Hanson and Nishikawa, 1996 - که در معادلات رایج برای آبخوانهای تک لایه، جایگاه خالی تغییرات ملزوم را به اثبات رساند. از این رو جریان در این چاهها در شرایط پمپاژ و غیر پمپاژ برای تخمین ویژگی-های آبخوان مورد بررسی قرار گرفت .
در این مقاله با توجه به پیچیدگی های موجود در شرح مدلسازی آبخوان چند لایه دشت مرند، تنها وضعیت یکی از چاه-هایی که در هر دو آبخوان نفوذ کردهاند، ذکر شده است. سپس شبیه سازی هر دو لایه با کمترین میزان خطا انجام گرفت.
-2 روش تحقیق
1-2 منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در شمال غرب آذربایجان شرقی بین طول شرقی 45 15 تا 46 5 و عرض شمالی 38 18 تا 46 38 واقع شده - شکل - 1 و از شمال و شرق به منطقه جلفا دوزال، از جنوب به حوضه آبریز دریاچه اورمیه و از غرب به حوضه آبریز قطور چای محدود میشود. سطح کل منطقه 2083/52 و سطح دشت 826/6 کیلومتر مربع می باشد
دشت توسط رسوبات آبرفتی، پادگانههای آبرفتی قدیمی و جوان پوشانده شده است. سنگ کف از تشکیلات نئوژن بوده و عمق برخورد به آن حدود 300 متر است. لایه های سطحی آبدار در امتداد طولی دشت، از رسوبات آبرفتی دانه ریز با ضخامت 40 تا 80 متر تشکیل شده و در زیر این لایه بخصوص در مرکز دشت یک لایه هادی 10 اهم متری به ضخامت 10 تا 30 متر رسی عنوان لایه محبوس کننده قرار دارد سپس در زیر آن، رسوبات آبرفتی با ضخامت بالغ بر 200 متر قرار گرفته که سفره دوم و تحت فشار دشت را تشکیل میدهد
با توجه به این که هندسه آبخوان، گسترش سطحی و ژرفی آن است، برای رسم و بررسی ویژگیهای آن از جمله دانهبندی، کیفیت آب زیرزمینی، تعداد و انواع آبخوانها و گسترش عمودی و افقی آنها، از بررسیهای اکتشافی استفاده میشود. در این بررسیها، بهترین راه شناسایی ویژگیهای آبخوان انجام حفاریهای اکتشافی و تفسیر درست اطلاعات به دست آمده از آنها میباشد.
شکل :1 موقعیت منطقه مورد مطالعه و نمایی از مدل مفهومی دشت
2-2 مدل مفهومی
پس از بررسیهای هیدروژئولوژیکی و تهیه مدل مفهومی، شبکهای با سلولهایی که ابعاد آنها تحت تاثیر حساسیت سنجی مدل قرار گرفتهاند با 28250 سلول طراحی شد که از این تعداد 18185 سلول فعال میباشند. پارامترهای مورد نیاز از قبیل؛ تراز سنگ کف، ارتفاع سطح زمین، مقادیر هدایت هیدرولیکی، آبدهی ویژه، تغذیه ناشی از آب برگشتی کشاورزی و بارش و ارتفاع اولیه سطح ایستابی به سلولهای مدل داده شد. در این محدوده 837 حلقه چاه بهرهبرداری میباشد که بیش از 12 چاه در هر دو آبخوان با دبی برداشت بالایی نفوذ کردهاند.
مدل برای یک سال آبی - - 1387-88 که تنشهای وارده بر آبخوان کمتر و شرایط نسبتا پایدار بر آبخوان حاکم بوده است واسنجی و پس از تعیین ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان، حساسیت مدل نسبت به پارامترهای مهم مورد آنالیز قرار گرفته است. مرزهای آبخوان به صورت مرز با بار هیدرولیکی عمومی در نظر گرفته شده است. مدل جریان برای هر دو حالت پایدار و ناپایدار با استفاده از بسته MNW و عدم استفاده از این بسته به دست آمد.
-3 بحث و بررسی
در ساخت مدل مفهومی دشت با در نظر گرفتن شرایط ایجاد شده با حفر و لولهگذاری چاههایی که در هر دو آّبخوان نفوذ کردهاند، علاوه بر سایر انترفازهای مورد استفاده از کد Modflow و بسته Multi Node Well - MNW - استفاده شده است. استفاده از این بسته در ساخت مدل مفهومی هنگام اجرای مدل، از پیچیدگی شرایط آبخوان میکاهد و میانگین مربعات خطا را کاهش میدهد . - McDonald and Harbaugh 1988 - شکل 2 نمایی از موقعیت این چاه که در لایههای مختلف نفوذ کرده است، نشان میدهد. برای محاسبه دبی در شرایط معمولی از فرمول 1 با توجه به قابلیت انتقال طبقات و در نظر گرفتن جریان شعاعی استفاده میشود.
که Q دبی ویژه، T قابلیت انتقال هر لایه مجزا در سیستم مدلسازی شده که چاه به آن نفوذ کرده است، میباشد. QTOT میزان دبی قابل برداشت است. این فرمول در شرایط پایدار و جریان شعاعی قطعیت دارد اما در مدلسازی اصلی برای شبیهسازی ساز و کار طبیعی و با در نظر گرفتن جریان عمودی قابل توجه بین آبخوان ها معادله 1 با عدم قطعیت مواجه میشود.
