بخشی از مقاله
خلاصه
ایران زمین با بحران خود ساخته کم آبی روبروست. عدم مدیریت منابع آب و تا اندازه ای خشکسالی های پی در پی و درازمدت عوامل عمده این وضعیت ناهنجارند. یکی از روش هایی که به این بحران کمک می کند ساخت سد های زیرزمینی است. روستای مشنق از توابع شهرستان شبسترمی باشد که از جنوب به دریاچه ارومیه، از شمال به ارتفاعات مابین مرند و شبستر- تسوج محدود شده است. به منظور شبیه سازی آبخوان مشنق ابتدا کلیه اطلاعات هواشناسی، هیدرولیکی، هیدروژئولیکی، ژئوفیزیکی و زمین شناسی منطقه جمع آوری گردید ومورد تجزیه و تحلیل قرا گرفت.
با تعیین ابعاد آبخوان، تعریف توپوگرافی و سنگ کف و تعیین خواص هیدرولیکی آبخوان و دیگر موارد لازم، مدل تفهیمی آبخوان تهیه شده و مدل ریاضی با استفاده از نرم افزار Visual MODFLOW v.4.2 تهیه گردید. مدل طی یک دروه زمانی یکساله - - 88-89 اجرا و واسنجی گردید. مدل برای سال 89-90 مورد صحت سنجی قرا گرفت. نتایج مدل نشان داد که مدل تا حدودی توانسته شرایط طبیعی سفره را شبیه سازی کند.
مدل برای سال پیش بینی - 90-91 سال شبیه ساز ی آبخوان در شرایط ساخت سد - اجرا گردید. سپس شبیه سازی آبخوان در شرایط ساخت سد در سال پیش بینی صورت پذیرفت. نتایج نشان داد که : احداث سد زیرزمینی تأثیر مثبتی در بیلان آب زیرزمینی داشته به طوریکه مقدار بیلان در شرایط عدم وجود سد منفی بوده که در شرایط ساخت سد مقدار بیلان مثبت شده است وتراز آب در چاههای مشاهده ای به طرز مطلوبی بالا آمده است.
-1 مقدمه
استفاده از آبهای زیرزمینی در کشور ما، که فاقد منابع آب های سطحی فراوان است از دیرباز رواج بسیارداشته است. امروزه نیز بخش مهمی از آب های مورد نیاز بخصوص در کشاورزی و برای مصارف شهری از منابع زیرزمینی تامین می شود. از طرفی رژیم بارندگی در قریب به اتفاق مناطق ایران مدیترانه ای است. این به آن معناست که بارندگی ها عمدتا در فصول پاییز و زمستان به وقوع می پیوندد و در بهار و به ویژه تابستان که نیاز به بهره برداری از آب به دلیل نیازهای زراعی افزایش قابل توجهی دارد، بارندگی بسیار اندک است.
این رژیم بارندگی با توجه به اقلیم خشک و نیمه خشک ایران، موجب شده است اغلب آبخوان های کشور به دلیل بهره برداری بیش از ظرفیت، در شرایط بحرانی قرار بگیرد. در چنین شرایطی ایجاد طرح های نو جهت مهار جریان های زیرسطحی به منظور ذخیره آب در سفرهای زیرزمینی و استفاده از آن در اوقات کم آبی از اهمیت زیادی برخوردار است. از روشهای نوین و ساده می توان ذخیره سازی منابع آب زیرزمینی از طریق ایجاد سد در مسیر خروجی آب را نام برد که یکی از راه های مناسب جهت بهره برداری صحیح از منابع آبی است1]و.[2 متأسفانه در ایران مطالعات کمی در مورد سد های زیرزمینی صورت گرفته است.
سعادتی و همکاران - 1381 - ، در مطالعه ای مکان هایی را جهت ساخت سد زیرزمینی بررسی نمودند که با انتخاب مکان مناسب و با اطلاعات جمع آوری شده از این منطقه، آبخوان توسط مدل 3 بعدی تفاضل محدود - - MODFLOW شبیه سازی و مورد صحت سنجی قرار گرفت. خروجی های مدل نشان داد که با احداث یک مانع به ارتفاع 10 متر در تنگه، سطح آب در دشت بالا دست در چاه های مشاهده ای بالا آمده و افزایش حجم مخزن در پشت سد خواهد داشت. سیاست مورد نظر جهت ساخت این سد در این مکان، تأمین نیاز آبی بالا دست و پایین دست این تنگه می باشد.[3]
ییلماز - Yilmaz - و همکاران - 2005 - ، در مطالعه ای تأثیر سد های زیرزمینی را با کمک دو مثال مطالعاتی تحلیل کرده اند. در مثال اول یک سفره آبده فرضی ایده آل در نظر گرفته شده است و در مثال دوم یک سفره آبده واقعی با داشتن اطلاعاتمیدانی نسبتاً مستدلی انتخاب شده است. برای ارزیابی عملکرد و برای تجزیه و تحلیل تأثیر سد های زیرزمینی بر روی آب زیرزمینی از شبیه سازی استفاده شده است.
برای شبیه سازی از کد کامپیوتری شناخته شده و مشهور MODFLOW از U.S.G.S مورد استفاده قرار گرفته است. در این دو مثال ابتدا شبیه سازی تحت شرایط طبیعی - بدون سد - و سپس با احداث سد انجام گرفته است. نتایج نشان داده که ظرفیت ذخیره سفره آبده پس از احداث سد افزایش یافته است و تغییر ناگهانی در ارتفاع سطح ایستابی آب در سر تا سر سد قابل ملاحظه است.[4]
گوپتا - Gupta - و همکاران - 1999 - ، در مطالعه ای به منظور ارزیابی اثر سد زیرزمینی بر میزان آب زیرزمینی قابل برداشت مطمئن، با کیفیت مناسب، از لایه آبدار یک جزیره ساحلی به نام فاکت در تایلند ، مطالعه ای با استفاده از مدل تفاضل محدود MODFLOW بر روی حوضه آب زیرزمینی در دو حالت وجود و عدم وجود سد انجام گردید . نتایج حاصل از شبیه سازی این بود که میزان آب قابل برداشت از 4320 میلیون متر مکعب پیش از احداث سد به 5400 میلیون متر مکعب پس از احداث سد رسیده است.[5]
-2 شناخت سد های زیرزمینی
در مقایسه با سد های معمولی - روزمینی - که در عرض رودخانه یا نهر به منظور ذخیره آب ساخته می شوند و آب سطحی را در مخازن بالادست جمع آوری می کنند، سد آب زیرزمینی، جریان آب زیرزمینی را مسدود می کند و آب را درزیرسطح زمین ذخیره می نماید.[6] این سدها در محل آبراهه های خشک و خشکه رودهای آبراهه های اصلی ساخته می شوند.
سدهای زیرزمینی را می توان از نظر کارکرد به دو دسته ی سد های حفاظتی و سد های مخزنی، از لحاظ مکانیزم تأثیر به دو دسته هیدرولیکی و سازه ای، ازنظر وضعیت قرارگیری در زمین به دو دسته طبیعی و مصنوعی واز نظر جنس به انواع زیادی طبقه بندی کرد،که درطبقه بندی بر اساس کارکرد و مکانیزم تاثیر، بر مکان یابی آن سد ها موثر است و دو دیدگاه دیگر ، خود متأثر از مکان سد می باشد.
سد های زیرزمینی مصنوعی سد هایی هستند که ساخت دست بشر هستند و به سه دسته مدفون و نیمه مدفون و غیرمدفون تقسیم می شوند. سد های زیرزمینی مدفون یا سدهای زیرسطحی در زیر سطح زمین ساخته می شوند و جریان داخل سفره را مسدود می نمایند. ومخزن آنها در داخل آبرفت بالادست تشکیل می گردد - اکثر سد های زیرزمینی از این نوع هستند - .
درسد های نیمه مدفون یا معلق که ترکیبی از سدهای مدفون وغیر مدفون هستند، دیواره نفوذناپذیر غالباً تا بالاتر از سطح زمین نیز امتداد پیدا می کند که این نوع سد ها می توانند علاوه بر یک مخزن زیرزمینی با ایجاد یک مخزن معلق سطحی و رسوب گیری جریان رودخانه یا مسیل بر حجم مخزن زیر سطحی خود بیفزایند و آن را توسعه دهند.
در سدهای زیرزمینی غیر مدفون یا سدهای شنی یا سدهای آبرفتی که بر روی زمین و بیشتر در بستر رودخانه های فصلی ساخته می شود، شن وذره های خاک که بر اثر طغیان آب یا سیل از بالادست جریان روانه شده اند، پس از برخورد به سد ته نشین می شوند. از لایه های ماسه ته نشین شده و مواد صاف و شسته شده ،مخزن سد ایجاد می شود که با گذشت زمان به حجم آن افزوده می گردد7] و .[ 8
-3 مدل سازی آبهای زیرزمینی
مرکز بین المللی مدلینگ آبهای زیرزمینی، مدل را به صورت زیر تعریف می کند : مدل توصیف ریاضی، ساده شده و جامع از یک سیستم آب زیرزمینی است که با یک زبان برنامه نویسی نوشته می شود - کد - و شرایط مرزی ، پارامتر ها و استرس های سیستم را شبیه سازی می کند. واضح است که با توجه به سیستم پیچیده آبخوان ها در طبیعت جهت مدیریت آنها نیاز به ابزاری داریم که بتواند با ساده نگری به مسأله در برنامه ریزی و تصمیم گیری مؤثر واقع شود.[9]
-1-3 نرم افزار Visual MODFLOW
ویژوال مادفلو کاملترین محیط مدل سازی برای برنامه کاربردی سودمند در شبیه سازی جریان سه بعدی آب زیرزمینی و انتقال آلودگی می باشد. این بسته نرم افزاری کاملاً جامع ابزار های تحلیلی قوی - MODFLOW ، MODPATH ، - MT3D را با یک ساختار منوی منطقی و ابزار های گرافیکی قدرتمند ترکیب می نماید و به کاربر این امکان را می دهد که :
· به آسانی، قلمرو مدل را وارد و واحد ها را انتخاب کند،
· به راحتی، خصوصیات و شرایط مرزی مدل را تعیین کند،
· شبیه سازی مدل را اجرا کند،
· مدل را با استفاده از شیوه های دستی و یا اتوماتیک کالیبره کند و
· نتایج مدل را با استفاده از گرافیک های دو بعدی و سه بعدی نشان دهد.[10]
-4 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه
این منطقه به نام حوضه آبخیز مشنق چای در کنار روستای مشنق از توابع شهرستان شبستر که در 30 کیلومتری آن واقع شدهاست، از جنوب به دریاچه ارومیه، از شمال به ارتفاعات مابین مرند و شبستر- تسوج محدود شده است. مناطق غربی و شرقی محدوده طرح را بترتیب شهرستان های تسوج و شبستر تشکیل میدهند. مطابق نقشههای توپوگرافی 1:25000 سازمان جغرافیایی ارتش وگزارشات سازمان مدیریت و برنامه ریزی استان آذربایجان شرقی، منطقه مطالعاتی در استان آذربایجان شرقی، شهرستان شبستر، در شمال شرق دریاچه ارومیه در مختصات جغرافیایی عرض شمالی 38œ 13 31 تا 38œ 17 41 و طول شرقی 45 œ 33 25 تا 45 œ 36 29 واقع گردیده است.
راه ارتباطی به این منطقه جاده تبریز- شبستر می باشد که از ورودی جاده آسفالته مشنق تا روستا 6 کیلومتر می باشد. اقلیم منطقه از نوع نیمه خشک سرد به حساب می آید.[11] شکل 1 موقعیت جغرافیایی محدوده طرح و راههای دسترسی به آن را در روی نقشه استان آذربایجان شرقی و شکل 2 نمای سه بعدی حوضه مشنق چای و محل احداث سد زیرزمینی - خط قرمز - بر روی تصاویر ماهوارهای نشان می دهد.
-5 مراحل مدل سازی آبخوان مشنق
-1-5 هدف از مدل سازی
هدف از انجام مدل سازی آبخوان مشنق در گام اول شناخت وضعیت هیدروژئولوژیکی آبخوان و شبیه سازی آن و در گام دوم بررسی رفتار آبخوان نسبت به احداث یک سد زیرزمینی در زیر بستر آن است.
