بخشی از مقاله
خلاصه
مدیریت منابع آبهای زیرزمینی در وهله اول نیازمند شناخت عملکرد آبخوان در شرایط طبیعی و سپس پیشبینی اثر برداشت و یا تغذیه میباشد. در این پژوهش از کد MODFLOW در نرم افزار GMS، برای مدلسازی کمی دشت آبخوان آستانه-کوچصفهان استفاده گردید. مدل ابتدا در شهریور ماه سال 89 که کمترین نوسانات را نسبت به بقیه ماهها داشت برای حالت پایدار انتخاب، اجرا گردید، هدایت هیدرولیکی در این مرحله کالیبره و سپس از شهریور 89 تا شهریور 91 در 24 گام زمانی برای حالت ناپایدار مدل و اجرا گردید که نتایج , RMS0.9 برای مدلسازی بدست آمد.
در ادامه رابطه بین افت-برداشت آب زیرزمینی بصورت روابط رگرسیونی و در مقیاس ماهانه استخراج گردید و نتایجی که حاصل شد، - , RMSE= - 0.002-0.031 - , MAE= - 0.0018-0.027 که نشان داد افت متاثر و رابطه مستقیمی از برداشت می باشد. از روابط استخراج شده می توان در مدل بهینه سازی تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی به جای شبیه سازی عددی مدل آب زیرزمینی استفاده کرد.
1. مقدمه
اگر مروری بر منابع آب موجود در دنیا داشته باشیم، خواهیم دید که درحدود 97 درصد از منابع آب موجوددر دنیا در دریاها و اقیانوسها متمرکز شده است و در حدود دو درصد نیز بصورت یخچالها در مناطق قطبی تجمع یافته است، با این وجود تنها در حدود یک درصد از منابع آب موجود در جهان ممکن است برای استفاده مستقیم در اختیار انسان قرار گیرد.[1] از یک درصد آب موجود برای انسان ها مهمترین منابع تامین آن آب زیرزمینی میباشد، این آب ها فقط حدود چهار درصد از مجموعه آبهایی را که فعالانه در سیکل هیدرولوژی دخالت دارند تشکیل میدهد.
با این وجود حدود 50 درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آب های زیرزمینی هستند،این درصد در ایران به مراتب بیشتر می باشد.[1] البته با افزایش جمعیت در حال و آینده این مقدار درصد بیشتر خواهد شد. منابع آبهای زیرزمینی در سال های اخیر به دلیل رشد جمعیت افزایش صنعت، اثر تغییر اقلیم، خشکسالی، برداشت بی رویه موجب افت شدید تراز آب زیرزمینی و کاهش حجم آبخوان شده است، برای مدیریت، نگهداری و جلوگیری از برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی لازم است شناخت کافی از این منابع داشته باشیم.
مدلسازی عددی آب زیرزمینی ما را برای شناخت بهتر از منابع آب موجود و مدیریت صحیحتر وتصمیم گیری درستتر یاری میکند. به همین منظور تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است. Hong Wan et al در سال 2015 در چین به بررسی اثر شدت بارش بر رودخانه و سفره آب زیرزمینی پرداختند، آنها برای آنکه تاثیر شدت بارش بر روی سفره آب زیرزمینی را استخراج کنند از کد MODFLOW برای مدلسازی آب زیرزمینی استفاده کردند Lixin Yi et al .[2] به بررسی تبادل و ارتباط بین آب دریا و آب زیرزمینی و نفوذ آب شور در منطقه ساحلی دریای بوهای در نیانجین چین پرداختند، آنها در این پژوهش از نرم افزار GMS برای شبیه سازی سفره آب زیرمینی و تبادل بین آب شور و شیرین استفاده کردند.[3]
الکساندرسان و همکاران، با استفاده از نرم افزار MODFLOW-DCM آب زیرزمینی سفره ادواردز ناحیه چشمه های بارتون انگلستان را مدل سازی کردند. نتایج بدست آمده نشان از بهبود تطابق اندازه گیری های سطح آب زیرزمینی و دبی خروجی چشمه ها دارد.[4] پالما و همکاران، جریان آب زیرزمینی در سفره لئون شینادگا که یک دشت کشاورزی در شمال غربی نیکاراگوا است را با استفاده از مدل های ناپایدار و پایدار مادفلو شبیه سازی کردند.
این مدل نشان می دهد که پمپاژ سبب کاهش جریان پایه شده و کاهش دبی رودخانه را در پی دارد. این امر در طول دوره های خشک، وقتی که آبیاری به بالاترین حد خود می رسد، بحرانی می شود. برای توسعه کشاورزی، مدل عددی ارائه شده، می تواند ابزار قوی برای مدیریت منابع آب منطقه مورد نظر باشد.[5] زال نژاد، منابع آبی دشت نقده و اشنویه را با استفاده از کُد کامپیوتری مادفلو شبیه سازی نمود. مساحت محدوده مورد بررسی 475 کیلومترمربع است و سفره آزاد مدل برای سالهای 1373 و 1374 در گامهای زمانی یک روزه و دوره های یک ماهه واسنجی شده و نتایج نشان می دهد که تطابق خوبی بین بارهای مشاهداتی و محاسباتی وجود دارد و پارامترهای آماری در یک دامنه قابل قبولی واقع شده است.[6]
دادمهر، با ارائه مدل کامپیوتری منابع آب زیرزمینی دشتهای نقده-اشنویه، تأثیر متقابل تالابهای متکی به آب زیرزمینی در این دشت ها، نقش زهکش سد حسنلو بر این تالاب ها را با اعمال سناریو های مناسب بررسی کرد.[7] اکبرپور و همکاران با استفاده از مدل MODFLOW در محیط GMS مدل ریاضی سفره آب زیرزمینی دشت مختاران بیرجند را تهیه کردند.
نتایج نشان داد که باتوجه به شرایط آبخوان هرگونه برداشت بیشتر موجب تشدید روند خسارت فعلی به منابع آب زیرزمینی و تا حدی غیر اقتصادی شدن بهرهبرداری از آبخوان میشود.[8] ملکی و همکاران با استفاده از کد MODFLOW در نرم افزار GMS به بهینه سازی ضرایب هیدرودینامیک دشت شاهرود پرداختند که مدل حاصل دوبعدی و از ابعاد 500 در 500 برای سلول استفاده نمودند.[ 9 ]
در تحقیق حاضر نیز به منظور ارزیابی منابع آب زیرزمینی و تبادل بین آب سطحی و زیرزمینی در محدوده آستانه-کوچصفهان، ابتدا آبخوان دشت مذکور با استفاده از مدل عددی GMS، مدلسازی شده و سپس روابط رگرسیونی افت-برداشت از آبخوان ارائه خواهد گردید. از نوآوری این تحقیق میتوان به استخراج روابط رگرسیونی افت - برداشت حاصل از شبیه سازی آب زیرزمینی اشاره کرد که می تواند جایگزین مدل شبیه سازی در مدل تلفیقی آب سطحی و زیرزمینی گردد. همچینین می توان با روابط استخراج شده مقدار برداشت و افت را مدیریت کرد.
.2 مواد و روشها
محدوده مطالعاتی
دشت آستانه-کوچصفهان در استان گیلان و بر روی مخروط افکنه رودخانه سپیدرود تشکیل شده که مساحت آن حدود 1100 کیلو مترمربع ذکر شده است. مرزهای سطحی این دشت در قسمت شمال دریای مازندران و دلتاهای رودخانه سپیدرود از سمت جنوب بازشدگی مخروط افکنه سپیدرود به جلگه گیلان ،از سمت شرق به دشت لاهیجان- چابکسر و از سوی غرب به دشت فومنات میباشد. محدوده دشت آستانه -کوچصفهان به شرحی که دربالا ذکر شد،توسط سازمان تحقیقات منابع آب - تماب - انجام گرفته و در تقسیمبندیهای شرکت مهندسین مشاور جاماب دشت رشت، لاهیجان، آستانه و لنگرود در نظر گرفته شده که در حقیقت کل مساحت مخروط افکنههای قدیمی و فعلی رودخانه سپیدرود را دربر میگیرد.
تراز آب زیرزمینی در بعضی از قسمتهای آبخوان بالا بوده و نزدیک سطح زمین میباشد، لذا مقدار زیادی آب زیرزمینی سالانه از آبخوان تبخیر شده و از دسترس خارج می شود و یا در مناطقی باعث زه آب شده و به ریشه گیاه آسیب می رساند و حتی در قسمتی نیز کشاورزان مجبور از آب زهکشی شده برای آبیاری استفاده کنند که دارای کیفیت لازم نمی باشد در قسمت شمالی و نزدیک ساحل نیز اگر بخوبی برداشت آب زیرزمینی صورت نگیرد موجب تبادل بین آب شور و شیرین خواهد شد. به همین دلیل مطالعه و تحقیق در این دشت لازم و ضروری می باشد تا مدیریت بهتر صورت گیرد.
اطلاعات هواشناسی
اطلاعات ایستگاه آستانه که معرف ایستگاه بارانسجی در دشت می باشد از سال 1389 تا 1392 برای انجام محاسبات مربوط به تغذیه آبهای زیرزمینی از طریق بارش استفاده شد. شکل2 بارش ماهانه را برای سال 1389-90 تا 1391-92 برای ایستگاه آستانه نشان میدهد.
