بخشی از مقاله
خلاصه
رشد جمعیت در سالهای اخیر و قرار گرفتن کشور ایران در اقلیم خشک و نیمهخشک که محدودیت منابع آب سطحی را بهدنبال دارد، باعث استفاده بیرویه از منابع آب زیرزمینی بهعنوان دیگر منبع تأمین آب شده است. لذا ضروری است مدیریت بهرهبرداری و حفاظت از آبهای زیرزمینی در برنامهریزیهای منابع آب کشور مورد توجه قرار گیرد، که این امر مستلزم شناخت عملکرد سفره در شرایط طبیعی و پیشبینی اثرات برداشت و یا تغذیه در تغییرات سطح ایستابی آبخوان میباشد. به این منظور استفاده از مدلهای شبیهسازی، رویکردی مناسب است.
هدف از انجام این تحقیق مدلسازی ریاضی آبخوان دشت خرمآباد بهمنظور بهینهسازی پارامتر هدایت هیدرولیکی توسط مدلسازی جریان آب زیرزمینی و مدیریت بهتر آبخوان با استفاده از نرمافزار مدلسازی GMS کد کامپیوتری MODFLOW به روش مدل مفهومی است.
1. مقدمه
مناطق با اقلیم خشک و نیمهخشک که کشور ایران در آن قرار گرفته بهدلیل کمبود متوسط بارش سالانه دارای محدودیت منابع آب سطحی هستند. به همین دلیل بخش مهمی از آب مورد نیاز بخشهای مختلف از طریق آب زیرزمینی تأمین میشود. استفاده بیرویه از این منابع سبب افت سطح آب در آبخوانها شده که این امر موجب مشکلاتی از جمله افزایش هزینه پمپاژ، نشست زمین و غیره میشود. از اینرو، مدیریت منابع آب زیرزمینی امری ضروری بهنظر میرسد، که این امر مستلزم شناخت عملکرد سفره میباشد.
یکی از روشهای مفید برای مدیریت و بهرهبرداری بهینه در زمان حال و آینده استفاده از روشهای مدلسازی است. تاکنون مدلهای زیادی برای پیشبینی و مدیریت آبخوانها در سطح ایران و جهان انجام شده است که میتوان به مدلسازی با استفاده از فزار PMWIN ، GIS، GMS و... اشاره کرد . در ادامه پژوهشهای صورتگرفته در زمینه شبیهسازی و مدیریت آبخوانها ارائه شده است.
دستورانی و همکاران - 1394 - بیلان آبی دشت تویسرکان در سال آبی 1387 - 1388 را برای مدیریت بهینه منابع آب بررسی کردند. به این منظور بعد از ترسیم خطوط همپتانسیل دشت به شناسایی ورودیها و خروجیهای دشت اقدام و بیلان آب زیرزمینی بهصورت دستی محاسبه شد. در گام بعدی با استفاده از تعیین تغییرات حجم ذخیره، صحت محاسبات بیلان دشت تعیین شد. در نهایت، با تعیین نقشههای ورودی لازم و تهیه اطلاعات اولیه، مدل عددی MODFLOW در نرمافزار GMS اجرا شد. نتایج نشان دادند که بیلان دشت منفی و کسری مخازن به میزان -12/2 میلیون مترمکعب در سال 1387 - 1388 است. نتایج بیلان آب دستی و تغییرات سطح ایستابی دشت، نتایج مدل آب زیرزمینی MODFLOW را تأیید کرد.
مسماریان و همکاران - 1395 - از نرمافزار GMS برای شبیهسازی تغییرات سطح آب زیرزمینی دشت شهرکرد تحت تأثیر تغییر اقلیم در دوره 2015-2029 استفاده کردند. مدل تهیه شده، در دو حالت ماندگار و غیرماندگار واسنجی و صحتسنجی شد. سپس از خروجی مدل HadCM3-A2 برای تولید دما و بارش منطقه در دوره 2015-2029 استفاده و این دادهها به وسیله نرمافزار LARS-WG برای منطقه مطالعاتی ریزمقیاس شدند. بهمنظور برنامهریزی بهتر برای آبخوان مطالعه شده، دو سناریوی ادامه بهرهبرداری با 10 و 20 درصدد افزایش در دوره 2015-2029 در نظر گرفته شد.
مطابق نتایج بهدستآمده بارندگی سالانه در منطقه مطالعه شده در دوره 2015-2029 بهطور متوسط 12 درصد افزایش و دمای سالانه بهطور متوسط 0/4 درجه سلسیوس افزایش مییابد. همچنین بر اثر افزایش بهرهبرداری از چاهها در دوره آتی به میزان 10 و 20 درصد تحت تأثیر تغییر اقلیم، ذخیره آبخوان به ترتیب به مقدار 6/3 و 10/94 میلیون مترمکعب کاهش مییابد.
قبادیان و همکاران - 1395 - مدل کمی آبخوان خزل را با کد MODFLOW در بسته نرمافزار GMS تهیه و در دو حالت جریان ماندگار - مهرماه - 1385 و غیرماندگار - از آبانماه 1385 تا مهرماه - 1386 واسنجی و در مهرماه 1387 صحت سنجی کردند. نوسانات سطح آب برای 1، 3 و 10 سال آینده با شرایط کنونی و با اعمال سناریوی مدیریتی کاهش 10 درصدی پمپاژ چاهها، پیشبینی شد. نتایج نشان دادند که بیشترین افت سطح آب زیرزمینی در نواحی شمال شرق دشت رخ میدهد که مقدار آن به ترتیب1/82، 3/6 و 8/2 متر برای 1، 3 و 10 سال آینده بهدستآمد، درحالی که با اعمال سناریوی یادشده این مقادیر برابر 0/52، 2/7 و7/07 متر خواهند بود.
مدهات1 و بیهری - 2009 - 2 جریان آب زیرزمینی دلتای راس سودر3 واقع در وادی سودر4 کشور مصر را با استفاده از نرمافزار MODFLOW مدلسازی کردند و با استفاده از این شبیهسازی توانستند جهت جریان آب زیرزمینی را تعیین کنند و مقدار هدایت هیدرولیکی و میزان تغذیه به این آبخوان را تخمین بزنند.
نتایج به شرح زیر بود:
- 1 - جهت جریان آب زیرزمینی از شرق به غرب بود،
- 2 - ضریب هدایت هیدرولیکی 6متر مکعب بر سال بهرهبرداری شود،
- 3 - آب زیرزمینی میتواند در محدوده 6/4×10×6/6 تخمین زده شد،
- 4 - دبی سامانه در محدوده بین 3/05 و 3/35 متر بر روز بود،
- 5 - افزایش کل مواد جامد محلول تخمین زده شده 3×10 متر مکعب بر سال بود،
- 6 - جریان آب زیرزمینی از شرق 2/7×10 - TDS - به احتمال زیاد به علت حل شدن نمک در طول مسیر حرکت آبهای زیرزمینی از منطقه تغذیه به محل تخلیه بوده است.
سنتیکومار6و الانگو - 2011 - 7 اثرات سد زیرزمینی بر جریان آب زیرزمینی حوضه رودخانه پالار8، تامیل نادو9در جنوب کشور هند را با استفاده از نرمافزار GMS مدلسازی کردند. نتایج مدلسازی در این حوضه افزایش 0/1 تا 0/3 متر در سطح آب زیرزمینی در 1/5 تا 2 کیلومتری بالادست سد را نشان داد. کاهش در سطح آب زیرزمینی در قسمتهای پایین دست سد0/1 تا 0/2 متر بود.
کورکماز10و همکاران - 2016 - یک رویکرد قطعی را برای بهدست آوردن تابع انحراف آب از طریق توسعه یک مدل عددی بیان کردند. کاربرد آن به شهر اسکیشیور - 11ترکیه - اعمال شد. در توسعه تابع انحراف جدید، سه معیار اصلی مورد توجه قرار گرفت: - 1 - حفاظت از اکوسیستم، - 2 - جلوگیری از سیل، - 3 - دوباره پر شدن آبخوان. این حوضه با استفاده از مدی عددی MODFLOW در نرمافزار GMS مدلسازی شد. با استفاده از تحلیل حالت پایدار، مکانهای مستعد سیل تعیین شدند. شبیهسازی گذرا طی یک دوره 650 روزه انجام شد. نتایج شبیهسازی نشان دادند که تابع پیشنهادی در برآورده کردن هر سه معیار رضایتبخش بود.
هدف از انجام این تحقیق، شبیه سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان خرمآباد جهت استفاده کاربردی و مدیریت بهتر آبخوان میباشد. به این منظور ابتدا کلیه اطلاعات و دادههای مورد نیاز از قبیل هواشناسی، هیدروژئولوژیکی، هیدرولیکی و زمینشناسی جمعآوری و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و سپس مدل عددی آبخوان با استفاده از کد MODFLOW در نرم افزار GMS7.1 تهیه گردید.
2. مواد و روشها
1-2 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه
محدوده مطالعاتی خرمآباد در مغرب ایران واقع شده و مرکز استان لرستان میباشد. این محدوده مطالعاتی بین طولهای 47 55 تا 48 50 شرقی و عرضهای 32 40 تا 34 20 شمالی واقع شده است. محدوده مطالعاتی خرم آباد شامل یک دشت اصلی - دشت مرکزی - و تعدادی دشتهای پراکنده کوچک از جمله دشت دهپیر، کمالوند، خرمآباد و .... میباشد که از طریق جاده آسفالته بروجرد-خرمآباد، پلدختر-خرمآباد و دورود-خرمآباد به مراکز شهرستانهای مجاور ارتباط دارد.
محدوده مطالعاتی خرمآباد یکی از محدودههای مطالعاتی حوضه آبریز کرخه بوده و با وسعت 2501/4 کیلومترمربع در شرق حوضه واقع شده است. این محدوده تحت پوشش شرکت آب منطقهای لرستان قرار دارد. 212/4 کیلومترمربع از وسعت محدوده را دشت و 2289 کیلومترمربع از وسعت محدوده را ارتفاعات تشکیل میدهند. وسعت دشت اصلی محدوده مطالعاتی خرمآباد - دشت مرکزی - برابر با 133 کیلومترمربع میباشد و وسعت دشتهای خرمآباد، کمالوند و دهپیر بهترتیب برابر با 21، 25/9 و 32/5 کیلومترمربع بوده است. شکل 1 موقعیت محدوده مطالعاتی را در ایران و نسبت به حوضههای آبریز کشور و همچنین موقعیت محدوده مطالعاتی را در استان لرستان نشان میدهد.
شکل -1 موقعیت محدوده مطالعاتی نسبت به حوضههای آبریز کشور و موقعیت محدوده مطالعاتی در استان لرستان
2-2 آب و هوای منطقه
1-2-2 بارش
برای برآورد میزان بارندگی سالانه در این منطقه با توجه به عدم وجود ایستگاههای بارانسنجی با دوره آماری مناسب به تعداد لازم در محدوده، تعدادی از ایستگاههای بارانسنجی خارج از محدوده نیز مورد بررسی قرار گرفتند. سپس ایستگاههایی که دارای طول دوره آماری بیشتری بودند، انتخاب گردید. این ایستگاهها عبارت بودند از: کشکان - پلدختر - ، الشتر - سراب صیدعلی - ، کاکارضا، تنگسیاب، چمانجیر و رحیمآباد. شکل 2 منحنیهای همباران در محدوده مطالعاتی را نشان میدهد.
