بخشی از مقاله
چكيده
منابع آب زيرزميني يكي از با ارزش ترين منابع طبيعي محسوب مي شوند، از همين رو مدلسازي آب زيرزميني در سالهاي اخير به عنوان ابزاري قدرتمند در بحث هاي مديريتي، بهينه سازي مصرف و پيش بيني منابع آب زيرزميني مطرح شده است. هدف از اين مطالعه، مدلسازي جريان آب زيرزميني و پيش بيني مولفه هاي گوناگون بيلان دشت قاين با مدل MODFLOW در قالب نرم افزار GMS به عنوان مدلي كارآمد در مباحث آب زيرزميني مي باشد.
مدل رياضي تهيه شده در گام هاي زماني يك ماهه براي دوره پايدار با استفاده از آمار سطح ايستابي ٨ حلقه چاه مشاهده اي موجود در محدوده مورد مطالعه، مورد واسنجي قرار گرفت. طي فرآيند واسنجي، مقادير اوليه هدايت هيدروليكي بهينه گرديد. آناليز حساسيت مدل نشان داد كه مدل به تغييرات هدايت هيدروليكي حساسيت بالا دارد. در حالت پايدار ميزان همبستگي پارامترها و خطاي محاسبات با استفاده از معيارهاي ME، RMSE به ترتيب ١٣٥,٠ و ٢٦٣,١ محاسبه گرديد. اين مقادير نشان دهنده عملكرد مناسب مدل در شبيه سازي جريان آب زيرزميني درآبخوان مذكور است.
١. مقدمه
امروزه بخش مهمي از آب مورد نياز بخش هاي مختلف مصرف، از منابع آب زيرزميني تامين مي شود كه در دو دهه اخير، افراط در بهره برداري از آبهاي زيرزميني، باعث افت شديد سطح آب در اكثر آبخوان هاي كشور شده است. اين افت كه گاهي اوقات به بيش از ١٠ متر نسبت به چند سال گذشته مي رسد، بدون شك براي منابع طبيعي كشور يك فاجعه محسوب مي شود. جهت حل اين مشكل، كارشناسان آب زيرزميني با بهره گيري از بهينه سازي آب زيرزميني سعي در ارائه يك برنامه مديريتي مناسب براي آبخوان هر منطقه با توجه به مشكلات آن منطقه دارند ]١.[
مدلسازي آب زيرزميني در سالهاي اخير به عنوان ابزاري قدرتمند در مباحث مديريتي، مطرح شده و در بهينه سازي مصرف و پيش بيني منابع آب زيرزميني، به كمك مديران و برنامه ريزان شتافته است. مدل عددي جريان آب زيرزميني MODFLOW داراي استفاده فراواني در سرتاسر جهان براي شبيه سازي جريان آب زيرزميني، مديريت سطح آب زيرزميني و استخراج آن است. مدل MODFLOW شبيه ساز سه بعدي جريان آب زيرزميني از طريق روش عددي تفاضلات محدود بوده و قادر است كه جريان آب زيرزميني را تحت شرايط پيچيده هيدروليكي و با فرآيندهاي گوناگون هيدرولوژيكي شبيه سازي نمايد ]٢.[
در خصوص شبيه سازي كمي و كيفي آبهاي زيرزميني در داخل و خارج كشور تحقيقات متعددي انجام شده است كه برخي از آنها به اختصار بيان مي شود. اكبرپور و همكاران - ١٣٨٩ - با استفاده از نرم افزار GMS به مدلسازي آب زيرزميني آبخوان مختاران پرداختند. آنها در اين تحقيق به اين نتيجه دست يافتند كه هرگونه برداشت جديد از سفره باعث تشديد روند خسارت به منابع آب زيرزميني منطقه و همچنين كاهش بيشتر آبدهي چاههاي فعلي بهره برداري و تا حدي غيراقتصادي شدن بهره برداري از آبخوان خواهد شد ]٣.[
محتشم و همكاران - ١٣٩٠ - در تحقيقي با هدف پيش بيني سطح آب زيرزميني دشت بيرجند با استفاده از مدل رياضي MODFLOW موجود در نرم افزار GMS به اين نتيجه رسيدند كه پيش بيني نوسانات سطح آب زيرزميني دشت بيرجند مي تواند كمك شاياني به برنامه ريزي و تصميم گيري هاي بعدي جهت تامين دراز مدت آب شرب، كشاورزي و صنعت نمايد]٤.[ اكبرپور و همكاران - ١٣٩١ - در تحقيق با استفاده از تلفيق مدلهاي WEAP و MODFLOW و به بررسي مديريت آب زيرزميني و چگونگي تغييرات سطح آب زيرزميني در دشت بيرجند پرداختند ]٥.[
از جمله مطالعات ديگر در زمينه شبيه سازي و مدلسازي كمي و كيفي آب زيرزميني با استفاده از نرم افزار GMS مي توان به مطالعات عزتي و همكاران - ١٣٩٢ - ، احمدپور و همكاران - ١٣٩٢ - ، اصفهاني و كلانتري - ١٣٩٢ - ، طاهري و كمالي - ١٣٩٥ - ، عزيزي و همكاران - ١٣٩٦ - اشاره كرد ]١٠-٦.[ در تحقق حاضر، با استفاده از نرم افزار GMS تغييرات تراز سطح آب زيرزميني دشت قاين استان خراسان جنوبي مدلسازي شده است. مراحل مدلسازي به اين صورت بوده است كه ابتدا مدل مفهومي از منطقه مورد مطالعه تهيه شده و پس از تعريف شرايط اوليه و مرزي، به واسنجي و اعتبار سنجي مدل فوق پرداخته شده است.
٢. مواد و روشها
٢,١. معرفي منطقه مورد مطالعه
محدوده مطالعاتي قاين از زيرحوضه هاي نمكزار خواف - دق پترگان ايران در استان خراسان جنوبي ما بين طولهاي ٥٨ درجه و ٥٣ دقيقه تا ٥٩ درجه و ٢٤ درجه شرقي و عرضهاي ٣٣ درجه و ٣٢ دقيقه تا ٣٣ درجه تا ٥٢ دقيقه شمالي واقع شده است. از شمال و شمال غرب به محدوده خضري، از شرق به محدوده اسفدن و از جنوب غرب و جنوب به محدوده چاهك موسويه محدود گرديده كه در شكل ١موقعيت جغرافيايي منطقه مورد مطالعه آورده شده است.
اين حوضه تقريباً مثلثي شكل بوده و داراي طول تقريبي متوسط ٣٠ كيلومتر و عرض متوسط ٢٠ كيلومتر مي باشد و مساحت آن برابر ٩٥٢ كيلومتر مربع و محيط آن ١٧١ كيلومتر مي باشد. متوسط ارتفاع در اين محدوده ١٦٦٣ متر، حداكثر ارتفاع ٢٣٢٠ متر در قله ارتفاعات جنوب غرب حوضه و حداقل ارتفاع در اين محدوده ١٣٠٠ متر در قسمت خروجي دشت - كال خونيك - مي باشد.
٢,٢. مدل مفهومي
بر اساس روند مدلسازي، پس از مشخص بودن اهداف مدل و انجام مطالعات پايه در اين مرحله تهيه مدل مفهومي به عنوان پيشنياز مدل رياضي ضروري است. اين مدل مجموعه زمينشناسي، هيدرولوژي، هيدروژئولوژي و بيلان آب را شامل ميشود. بهطور خلاصه مواردي شامل فرم هندسي محدوده آبخوان، نوع سازندهاي زمينشناسي آبخوان از نظر همگني و ناهمگني، ارتباط بين لوگ چاهها و تفكيك لايهها، نحوه بررسي مسئله - به صورت يك، دو و سه بُعدي - ، تعيين نوع جريان به صورت ورقهاي و متلاطم، بيلان آب زيرزميني، شرايط مرزي و ارتباطي كه آبخوان با محدوده خارج از خود دارد، رودخانهها، چاهها، زهكشها، نفوذ، تبخير و تعرق از آب زيرزميني، موقعيت پيزومترها و ... در تهيه يك مدل مفهومي مورد توجه قرار ميگيرند ]٣.[
بدون شك يكي از مهمترين مراحل مدلسازي، تهيه مدل مفهومي مناسب با توجه به طبيعت سفره ميباشد. ساده نگري بيش از حد به موضوع، باعث دستيابي به نتايج غير واقعي و نگرش سختگيرانه به آبخوان، بالا رفتن هزينه مدلسازي، از دست رفتن زمان و نياز به دادههاي بيشتر و بهخصوص سبب مشكلات عديده در مرحله كاليبراسيون مدل ميشود ]١٠.[ در اين تحقيق براي ساخت مدل مفهومي جريان از ٨ لايه اطلاعاتي شامل مرز آبخوان، رقوم ارتفاعي سطح آب زيرزميني، توپوگرافي، سنگ بستر، پيزومترها، چاههاي برداشت، تغذيه سطحي ناشي از بارندگي و هدايت هيدروليكي استفاده شد. شكل ٢ مدل مفهومي منطقه مورد مطالعه را نشان مي دهد.
