مقاله شبیه سازی جریان آب های زیرزمینی دشت نوترگی با استفاده از مدل GMS

بخشی از مقاله

چکیده

آبهای زیرزمینی بهعنوان منبعی پایدار برای مناطق خشک که در مقایسه با آبهای سطحی کمتر دستخوش تغییرات ناشی از خشکسالی میگردد، از اهمیت ویژهای برخوردار استدر مطالعه حاضر، به منظور شبیه سازی آب زیرزمینی در منطقه نوترگی از نرمافزار شبیهسازی آب زیرزمینی GMS استفاده شد. تحلیل حساسیت مدل دشت نوترگی نشان داد که مدل نسبت به سطح بار هیدرولیکی در مرزها حساس بوده و نسبت به توپوگرافی سنگ کف کمترین حساسیت را داشته است.

پس از کالیبراسیون مدل در شرایط ماندگار، کلیه دادههای مورد نیاز در مدل ناپایدار که وابسته به زمان میباشند نظیر تراز آب در پیزومترها برای ماههای مختلف، پمپاژ از آب زیرزمینی، تغذیه سطحی و تراز سطح آب بسته GHB برای دورههای تنش مختلف برای مدت 365 روز به مدل وارد و مدل برای حالت ناپایدارجرا گردید. انطباق نسبتاً خوب تراز مشاهداتی و محاسباتی در پیزومترها و همخوانی مناسب روند خطوط تراز و خطوط جریان آب زیرزمینی در قلمرو مدل، حاکی شبیهسازی قابل قبول مدل دشت نوترگی میباشد.

پس از تهیه و تصحیح پارامترهای هیدروژئولوژیکی توسط مدل در حالت پایدار و نیز در حالت ناپایدار - در پریودهای مختلف - و اجرای مدل، بیلان نهایی آبی مدل دشت نوترگی در حالت پایدار و در حالت ناپایدار - در سال آبی - 90-89 محاسبه گردید. نتایج نشان داد که تفاوت ناشی از پارامترهای بیلان آبی بسیار کم است و مقدار آن در دو حالت پایدار و ناپایدار به ترتیب برابر صفر و 0/000123 میباشد که دقت مدلسازی را نشان میدهد.

مقدمه

اهمیت روز افزون تامین پایدار آب در کشور و جهان، استفاده بهینه از منابع آبی را غیرقابل اجتناب نموده است. در این رابطه آبهای زیرزمینی بهعنوان منبعی پایدار برای مناطق خشک که در مقایسه با آبهای سطحی کمتر دستخوش تغییرات ناشی از خشکسالی میگردد، از اهمیت ویژهای برخوردار است. شناخت ویژگی ها و رفتار آبخوان برای مدیریت صحیح سفره های آب زیرزمینی ضروری می باشد. یکی از روش های شناخت حفر تعداد زیادی چاه به منظور اندازه گیری مداوم تراز اب زیرزمینی و همینطور اندازه گیری دقیق ضرایب هیدرودینامیکی از طریق انجام آزمایشات متعدد می باشد که امری پر هزینه و زمانبر است.

شبیه سازی عددی آب های زیرزمینی به عنوان ابزاری مهم و کارامد برای تخمین پارامترهای هیدرولیکی، مدیریت منابع آب و پیش بینی چگونگی تغییر کمی و کیفی آبخوان ها در مقابل تغییرات آب و هوایی و پمپاژ استفاده می شود. پس از ایجاد مدل آبخوان می توان تاثیر عوامل مختلف بر تغییرات تراز آب زیرزمینی و به تبع آن بیلان آبخوان را بسادگی با تعریف سناریوهای مختلف و اعمال آنها به مدل، بررسی کرد و بهترین گزینه مدیریت بهره برداری را برای اجرا انتخاب نمود. تاکنون مدل های زیادی برای شبیه سازی رفتار آبخوان توسط محققیین توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته اند.

از جمله این مدل ها می توان به PMWIN،FEFLOW ، GMS و .... اشاره نمود که هر کدام دارای ویژگی ها و محدودیت هایی می باشند. رینولدز و اسپیریول [Reynolds and Spruill, 1995] از مدل Modflow به منظور شبیه سازی منطقه ای به وسعت 1300 مایل مربع در ایالت کارولینای شمالی جهت تو سعه بهره برداری از آب زیرزمینی این منطقه ا ستفاده نمودند.

میلر [Miller, 2000] یک آبخوان ما سه ای-گراولی در منطقه کورتلند نیویورک را با ا ستفاده از مدل عددی Modflow شبیه سازی کرد. رونکانن و کل [Ronkanen and Kløve, 2007] مدلسازی فرآیندهای هیدرولیکی و جریان تصفیه آب مرداب های تشکیل شده بر روی اراضی تورب در شمال فنلاند را به کمک Modflow انجام دادند. چو و همکاران [Cho et al, 2008] در تحقیقی به منظور بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی بر رژیم جریان زیرزمینی حوضه رودخانه Roanoke ، در آمریکا، هشت سناریوی تغییر کاربری اراضی تدوین و تاثیر آنها را بر تراز آب زیرزمینی با استفاده از مدل Modflow بررسی کردند.

نتایج این تحقیق نشان داد توسعه اراضی کشاورزی، بیشترین تاثیر را بر روی تراز سطح آب زیرزمینی داشته و با توسعه اراضی غیر قابل نفوذ، سطح آب زیرزمینی بیشترین کاهش را نشان می دهد. پریانکا و ماهی شا [Priyanka and Mahesha, 2015] به مطالعه پارامتری پی شروی آب شور در آبخوان های ساحلی پرداختند. آنها از کد MODFLOW برای شبیه سازی سیستم جریان آب زیرزمینی تحت تغییر نشت آب در آبخوان ساحلی و از مدل های MT3DMS وSEAWAT برای شبیه سازی انتقال املاح ا ستفاده کردند. نتایج آنها تاثیر م ستقیم هدایت هیدرولیکی آبخوان و رابطه معکوس تخلخل بر فرآیند پیشروی آب شور را تایید نمود.

همچنین طبق نتایج این مطالعه، بالا آمدن سطح آب دریا به طور قابل توجهی موجب پیشروی آب شور در آبخوان های ساحلی می گردد. موریسی و همکاران [Morrissey et al, 2015] به برر سی تاثیر ا ستفاده از پ ساب بر کیفیت آب های زیرزمینی چهار منطقه متفاوت در ایرلند پرداختند. آنها پس از شبیه سازی جریان آب زیرزمینی این مناطق با استفاده از کدهای MODFLOW و MT3DMS و کالیبراسیون مدل در حالت های پایدار و ناپایدار، به تخمین مقادیر هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه این آبخوان ها پرداختند و روند تغییر املاح در این آبخوان ها را مورد بررسی قرار دادند.

الطافی دادگر و همکاران [1391] به شبیه سازی آب زیرزمینی آبخوان دشت بجنورد با استفاده از کد Modflow2000 در نرم افزار GMS8.0 پرداختند. مدل در دو حالت پایدار و ناپایدار اجرا و واسنجی شد و پس از بدست آوردن ضرایب هیدرودینامیک و تایید این پارامترها در مرحله صحت سنجی، سناریوهای مدیریتی در مدل با در نظر گرفتن تغییرات اقلیمی مختلف لحاظ گردید. نتایج ن شان داد که در شرایط تر سالی سطح آب زیرزمینی در بخش شمالی شهر بجنورد به کمتر از 4 متر می رسد که می تواند باعث بروز مشکلات جدی برای ساکنان این منطقه شود.

جان پرور و علوی مقدم [1394] به برر سی اثر بردا شت از آب زیرزمینی جهت م صارف ک شاورزی، بر افت سطح آب زیرزمینی د شت هومند آب سرد - در شرق تهران - ، با ا ستفاده از کد MODFLOW 2000 پرداختند. نتایج این برر سی ن شان داد در صورتیکه بردا شت از آبخوان در سطح فعلی حفظ شود سطح آب زیرزمینی د شت در سال 1402 بطور متو سط 44/5 متر افت خواهد نمود و چنانچه برداشت از آبخوان به نصف کاهش داده شود، مقدار افت متوسط آبخوان در سال 1402، حدود 37 متر خواهد بود. شکوهی و همکاران [1394] به مدل سازی جریان آب زیرزمینی دشت تویسرکان همدان با استفاده از مدل ریاضی GMS پرداختند.

طبق نتایج آنالیز ح سا سیت مدل در شرایط ناپایدار، بی شترین ح سا سیت مدل به ترتیب مربوط به پارامتر های هدایت هیدرولیکی، نرخ پمپاژ چاه های بهره برداری و آبدهی ویژه می باشد. در نهایت مدل صحت سنجی شده برای پیش بینی وضعیت آینده آبخوان با در نظر گرفتن سناریو ادامه روند کنونی، به مدت چهار سال از تاریخ مهر 1392 تا مهر 1396 مورد ا ستفاده قرار گرفت. نتایج ن شان دهنده ادامه افت سطح آب در تمامی د شت بجز ق سمت های ابتدایی آن می با شد و بیشترین میزان افت سطح آب در قسمت های مرکزی دشت اتفاق می افتد. هدف از مطالعه حا ضر، مدل سازی آب زیرزمینی د شت نوترگی با ا ستفاده از نرمافزار شبیه سازی آب زیرزمینی GMS میباشد.

مواد و روش ها منطقه مورد مطالعه و داده های مورد استفاده

دشت نوترگی با وسعتی حدود 25460 متر مربع بین طول های جغرافیایی 49 درجه و 45 دقیقه تا 50 درجه و 22 دقیقه شرقی و عرض های جغرافیایی 31 درجه و 42 دقیقه تا 32 درجه و 40 دقیقه، در غرب شهرستان ایذه در استان خوزستان واقع شده است. در محدوده مورد مطالعه ای ستگاه هواشناسی وجود ندارد، بنابراین وضعیت آب و هوایی ناحیه با استفاده از داده های آماری نزدیک ترین ایستگاه هواشناسی یعنی ایستگاه بارانگرد مورد بررسی قرار گرفته است.

متوسط بارندگی سالیانه ای ستگاه بارانگرد 632/72 میلیمتر می با شد. اقلیم منطقه بر ا ساس اقلیم نمای آمبرژه از نوع نیمه مرطوب معتدل می باشد. در دشت نوترگی پنج پیزومتر فعال وجود دارد. شکل 1 موقعیت محدوده مورد مطالعه و پیزومترهای مورد استفاده را نشان می دهد. بررسی لاگ چاه ها و پیزومترهای موجود نشان می دهد که آبخوان منطقه مورد مطالعه در بی شتر موارد به صورت آزاد می باشد و فقط بخش های کوچکی به دلیل وجود رسوبات دانه ریز، آبخوان حالت نیمه محصور دارد که در آن ناهمگنی های لیتولوژیکی وجود دارد. با توجه به نقشه توپوگرافی، منطقه دارای شیب عمومی ملایم از شمال به جنوب دشت می باشد.