بخشی از مقاله
چکیده:
در مطالعه حاضر، مدل عددی MODFLOW با گامهای زمانی یک روزه، دورههای زمانی یک ماهه و شبکه تفاضلات محدود، جهت شبیهسازی منابع آب زیرزمینی دشت سلماس بکار گرفته شدهاست. با لحاظ فروردین ماه 1373 به عنوان ماه تعادل و رقوم سطح ایستابی متناظر در این ماه بعنوان شرایط اولیه، مدل شبیهساز دشت به همراه تعریف و تلفیق سایر پارامترهای مورد نیاز ساخته شد.
کالیبراسیون مدل به کمک روش آزمون و خطا، با تصحیح ضرایب هیدرولیکی و هیدرودینامیکی لایه آبدار، مقادیر تغذیه و تخلیه تا حصول تطابق قابل قبول بین نقشههای خطوط همتراز سطح ایستابی مشاهداتی و محاسباتی و همچنین تطابق هیدروگرافهای محاسباتی و مشاهداتی در چاههای مشاهدهای نماینده در یک دوره 24 ماهه - سالهای 73و - 74 انجام پذیرفت.
صحت کالیبراسیون و اعتبار مدل پیشنهادی در یک دوره 24 ماهه دیگر - سالهای 75و - 76 مورد سنجش قرار گرفت. نتایج حاکی از رفتار متناسب مدل با همتای طبیعی آن در دشت سلماس بود. مدل پیشنهادی کمک نمود تا تصویری از چگونگی تغییرات ضرایب هیدرولیکی، ضریب ذخیره و محدوده تغییرات ضریب قابلیت انتقال در گستره دشت سلماس ارائه گردد. بیلان ماهیانه و سالانه عوامل تغذیه از جمله تغذیه از طریق رودخانهها، بارندگی، آبیاری و کمیت عوامل تخلیه از طریق چاههای بهرهبرداری، تبخیر و تعرق و تخلیه آب زیرزمینی در رودخانهها در زمان و مکان ارائه میگردند.
کلیات:
دشت سلماس در نیمه شمالی استان آذربایجانغربی قرار گرفته است. از نظر شرایط آب هوایی زمستانهای طولانی و سرد و تابستانهای معتدل دارد. متوسط بارندگی سالیانه منطقه طبق آمار موجود در حدود 300 میلیمتر میباشد. در دشت سلماس رودخانههای زولا، دیرعلی، دریک و خرخره جاری هستند. این رودخانه ها از کوهستانهای مرتفع و برفگیر مرزی در غرب سرچشمه میگیرند. رودخانه اصلی در این دشت رودخانه زولا میباشد که به سمت دریاچه ارومیه حرکت مینماید.
شکل 1 محدوده دشت سلماس و موقعیت جادهها و رودخانه اصلی در این دشت را نمایش میدهد. منابع مهم آبی در این دشت را منابع آب سطحی و منابع آب زیرزمینی تشکیل میدهند. وسعت دشت سلماس حدود 550 کیلومتر مربع است که از میان، مدل ریاضی مربوطه، منطقهای به وسعت حدود 350 کیلومتر مربع را دربر گرفتهاست. از این مقدار حدود 250 کیلومتر مربع به عنوان لایه آبدار عمیق شناخته شدهاست. سفره آب زیرزمینی محصور، در سطحی معادل 125 کیلومتر مربع گسترده شدهاست و از این مقدار حدود 73 کیلومتر مربع آن دارای فشار پیزومتری بالاتر از سطح زمین میباشند.
تجربیات بهرهبرداری درسایر دشتهای ایران، ما را به سوی بهرهبرداری علمی و اصولی از آبهای زیرزمینی دشت سلماس و اهمیت این امر سوق میدهند. بهرهبرداری اصولی و علمی در سایه برنامهریزیهای منسجم و اعمال سیاستهای مدیریتی مناسب امکانپذیراست. برای نیل به این هدف شناخت دقیق خصوصیات لایه آبدار مانند، خصوصیات هیدروﮊئولوﮊیکی و پارامترهای موثر در لایه آبدار ازقبیل: قابلیت انتقال، ضریبذخیره و چگونگی ارتباط لایه آبدار با آبهای سطحی لازم میباشد. از طرفی آزمایشات لازم برای تعیین این پارامترهای بسیار زیاد و پر هزینه می باشند. به همین دلیل از مدلهای ریاضی یا کامپیوتری جهت برآورد این پارامترها استفاده میشود
باتوجه به مطالب عنوان شده اهداف اصلی در مطالعه حاضر را به صورت زیر می توان دسته بندی نمود:
-1 تشخیص و شناسایی اطلاعات مورد نیاز .
-2 جمعآوری و مطالعه کمی وکیفی اطلاعات موجود هیدروﮊئولوﮊیکی و هیدرولیکی منطقه قبل از ساخت مدل برای کسب شناخت ابتدایی از رفتار منابع آبی منطقه مورد مطالعه.
-3 انتخاب گستره مناسب از منطقه در ارتباط با وضعیت منابع آب سطحی و زیر سطحی و ساخت مدل کامپیوتری منطقه مورد نظر .
-4 تنظیم مدل با گام زمانی یک روزه، در دورههای زمانی تنش یک ماهه و کالیبراسیون نتایج مدل با مشاهدات طبیعی.
-5 ارائه نتایج مدل برای حالت موجود بدون اعمال سناریو به مدل.
بنابراین حاصل این تحقیق ساخت مدل شبیهساز میباشد. به کمک این مدل می توان خصوصیات هیدروﮊئولوﮊیکی و ضرایب هیدرولیکی و هیدرودینامیکی لایه آبدار را تعیین نمنود. همچنین رفتار سفره در برابر تنشهای اعمال شده به آن را مطالعه کرد. بنابراین جهت ساخت مدل شبیهساز دشت سلماس از کد کامپیوتری MODFLOW استفاده گردید.
مدل MODFLOW بعنوان یک مدل سه بعدی جریان غیر ماندگار در محیط متخلخل اشباع، غیراشباع، غیرهمگن وغیر ایزوتوﭖ مطرح میباشد. این مدل یک مدل سه بعدی است، که در آن می توان لایههای متناوب مواد متخلخل را تعریف کرد. این مدل قادر است انواع لایهها ی آبدار را شبیهسازی کند. برای این منظور معادله حاکم بر جریان آبهای زیرزمینی در حالت غیر ماندگار را به کمک روش تفاضلات محدود - روش تفضلات پسرو - حل می کند. مدل، منطقه مورد مطالعه را بصورت شبکه تفاضلات محدود با سلولهای مربع میشناسد.
بنابراین مقادیر مربوطه مانند: قابلیت انتقال، رقوم کف لایه آبدار، رقوم سطح زمین و غیره را به مرکز هر سلول نسبت میدهد
بمنظور شناسایی مشخصات لایهآبدار این دشت نسبت به حفر چاههای اکتشافی وانجام آزمایشات ﮊئوالکتریک اقدام شده است. مطالعات ﮊئوالکتریک در دشت سلماس توسط شرکتهای مشاور انجام گرفته است. با استفاده از اطلاعات حاصل چاههای اکتشافی و مطالعات ﮊئوالکتریک انجام شده، مشخصات لایه آبدار دشت سلماس جهت معرفی به مدل تعیین گردید. این مشخصات عبارتند از: ضخامت لایههای آبدار، عمق سنگ کف، رقوم سنگ کف، ضریب ذخیره و قابلیت انتقال لایه آبدار و غیره.
از آمار ایستگاههای باران سنجی و تبخیر سنجی موجود در دشت برای برآورد میزان بارندگی و تبخیر و تعرق و توزیع این پارامترها در سطح دشت استفاده شدهاست. از آمار ایستگاههای هیدرومتری جهت تعیین دبی ورودی و خروجی رودخانهها استفاده گردید.
مواد و روشها:
ابتدا نسبت به جمعآوری کلیه اطلاعات لازم اقدام شد. این اطلاعات عبارتند از: توپوگرافی و زمینشناسی منطقه، تعیین میزان بارش و تبخیر و تعرق، شناسایی منابع آب سطحی و زیزمینی، آمار چاههای بهرهبرداری، تهیه مقاطع - - Log چاههای اکتشافی و پیزومترها، موقعیت اراضی کشاورزی، میزان آب آبیاری و اطلاعات رودخانهای و غیره. پس از جمع آوری کلیه اطلاعات لازم و تجزیه و تحلیل آنها، آشنایی با منطقه حاصل شده و از رفتار هیدرولیکی منابع آبی در منطقه شناخت مقدماتی بدست آمد. بدین ترتیب دادههای خام مورد نیاز مدل تهیه شد. پس از تعیین محدوده دشت، شبکه تفاضلات محدود با 72 ستون و 33 سطر مانند شکل 1 روی آن منطبق گردید. بدین ترتیب منطقه به 2376 سلول تقسیم گردید. سلولهای شبکه تفاضلات محدود، مربع شکل با ابعاد 500*500 متر در نظر گرفته شدهاست. سپس محور زمان نیز به دورههای تنش یک ماهه - - Stress Period و با گام زمانی یک روزه - - Time Step تقسیمبندی گردید.
پس از تقسیمبندی محورهای زمان و مکان با ترسیم منحنیهای همسطح آب زیرزمینی دشت - منحنیهای ایزوپیز - و اختلاف آنها بین سالهای 70 تا 80 و تحلیل این نقشهها، فروردین ماه 1373 بعنوان ماه تعادل انتخاب شد. تراز سطح آب در این ماه برای مدل بعنوان شراسط اولیه تعریف گردید. سپس از بین پیزومترهای فعال دشت، 36 پیزومتر که در محدوده دشت و در محل مناسبی واقع بودند، بعنوان پیزومترهای نماینده انتخاب شدند. پیزومترهای نماینده، آمار نسبتا کامل و مناسبی داشته و روند تغییرات هیدروگراف سطح آب زیرزمینی در آنها با پیزومترهای همجوار شان مطابقت داشت.
با توجه به دادههای خام جمع آوری شده، مشخصات ارتفاع سطح زمین، رقوم کف لایه آبدار، ضریب ذخیره و قابلیت انتقال برای هر سلول شبکه تفاضلات محدود تعیین شده و به آن نسبت دادهشد. میزان تبخیر و تعرق پتانسیل و تغذیه از طریق بارندگی و آب برگشتی مصرفی در هر سلول شبکه تفاضلات محدود برای هر دوره زمانی تنش محاسبهشد. سپس این مقادیر برای یکایک سلولها در هر دوره تنش تعریف گردید.
در مرحله بعدی سلولهای حاوی چاه و رودخانه تعیین گردید و مشخصات لازم برای این سلولها در هر دوره تنش تعریف شد. این مشخصات عبارتند از: رقوم سطح آب در رودخانه وضریب هدایت کف رودخانه برای سلولهای رودخانه و میزان دبی تغذیه یا تخلیه برای سلولهای هر چاه. بدین ترتیب مدل اولیه ساخته شد و برای کالیبراسیون آماده گردید.
پس از ساخت مدل، مدل در یک دوره دو ساله - سالهای 73و - 74 که شامل 24 دوره یک ماهه با گام زمانی یک روزه بود، اجرا گردید. سپس در هر مرحله از اجرای مدل نسبت به کالیبراسیون مدل اقدام گردید.
مبنای کالیبراسیون مدل رقوم سطح ایستابی در پیزومترها میباشد
