بخشی از مقاله
چکیده
خشکسالی و افزایش شدید استحصال از منابع آب زیرزمینی باعث افت سطح آب زیرزمینی گردیده است.آب مورد نیاز اراضی کشاورزی دشت یزدگرد بیشتر از منابع آبهای زیرزمینی تامین می گردد. بنابراین بمنظور استفاده از آبهای زیرزمینی برای مقاصد آبیاری بایستی به مطالعه کمی اینگونه منابع پرداخته شود این مطالعات با اهدافی چون شناخت وضعیت منابع آبهای زیرزمینی در وضعیت کنونی و بررسی امکان برآورده نمودن نیازهای آینده بررسی اثرات بهره برداری زیاد بر وضعیت آبهای زیرزمینی منطقه مطالعه گردید .
با توجه به اهداف بیان گردیده بمنظور شبیه سازی رفتار آبخوانهای موجود در منطقه در وضعیت کنونی و پیش بینی رفتار آنها در آینده، همچنین بررسی کمی آبهای زیرزمینی منطقه مطالعاتی از نرم افزار GMS1 استفاده گردید. با استفاده از مطالعات پایه، مدل مفهومی دشت یزدگرد تهیه و برای مدل ریاضی به کار می رود. پس از آن نتایج حاصل از مدل به دو روش مستقیم و معکوس کالیبره شده است و توزیع خطا و منحنی پراکنش در منطقه مورد مطالعه تعیین گردیده است.
پس از تهیه مدل کالیبره شده از آن جهت مدیریت آبهای زیرزمینی استفاده گردید و رفتار آبخوان در شرایط بهره برداری فعلی و برداشت اضافی توسط مدل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مشخص نمود در صورت عدم مدیریت بهره برداری با افت سطح آب زیرزمینی، افزایش شوری آب، افزایش آلودگی، کویرزایی و به معنیدار شدن اثرات کاهش بارندگی در بلند مدت روبرو میشویم.
مقدمه
گسترش روز افزون استفاده از آبهای زیرزمینی بخصوص در مناطق خشک که امکان استفاده تلفیقی از آبهای سطحی و زیرزمینی مقدور نمی باشد، باعث افت شدید سطح آب زیرزمینی شده است. همچنین به دلیل پیچیدگیهای موجود در طبیعت سیستم آبهای زیرزمینی، شبیه سازی آنها به مراتب مشکلتر از آبهای سطحی است. این وضعیت به خصوص در مورد بهینه سازی این سیستم ها بارزتر می باشد.
مدل های آب زیرزمینی برای آزمودن یا اصلاح انواع مدل های مفهومی، تخمین پارامترهای هیدرولیکی و مهمتر از همه مدیریت منابع آبی، پیشگویی چگونگی پاسخ آبخوان به تغییرات نرخ بهره برداری و اقلیم استفاده می شوند. در حقیقت در چند دهه گذشته مدل های عددی برای جریان در محیط متخلخل با موفقیت توسعه داده شده اند. - گلهر1993 2؛ هاردن2000 3؛ رگلی4 و همکاران - 2003
بر اساس نوع فرضیات معرف پدیده مورد نظر، مدلهای مختلفی از نوع تجربی، مدلهای مفهومی و مدلهای ریاضی - تحلیلی و عددی - نمایشگر سیستم وجود دارند. پس از مدلهای از نوع تجربی می توان مدلهای مفهومی را به واقعیت نزدیکتر دانست. این نوع مدلها با توجه به آنچه در طبیعت آبخوان آب زیرزمینی وجود دارد، مانند شرایط زمین شناسی، نوع جریان اعم از ورقه ای1 و یا متلاطم2، مؤلفه های جریان ورودی و خروجی، شرایط مرزی و غیره تهیه می شوند.
گرچه این نوع مدلها در جهت آگاهی و شناخت اولیه از شرایط حاکم بر محیط آبخوان کمک شایانی می کنند ولی به بدلیل توصیفی بودن آنها، نمی توان نتایج آنرا به صورت عدد و رقم ارائه کرد و به همین جهت در مدیریت آبخوان مورد استفاده قرار نمیگیرند. ضمن اینکه تهیه این مدلها در فرآیند مدلسازی ریاضی آبهای زیرزمینی لازم و ضروری می باشند.
به علت عدم قابلیت مدلهایی از نوع تجربی ، مفهومی و فیزیکی، اکثر مراکز علمی و پژوهشی دنیا، جهت شناخت بهتر آبخوان و مدیریت آن از مدلهای ریاضی - عددی - نمایشگر سیستم استفاده می کنند درسال های اخیر، مدل های شبیه سازی آب زیرزمینی به ابزارهای بهینه سازی مدیریت مسائل آب زیرزمینی متصل شده اند. ترکیب مدل شبیه سازی و بهینه سازی رفتار پیچیده سیستم آب زیرزمینی را توضیح می دهد و بهترین برنامه مدیریتی را با توجه به قیدهای خاص مسئله شناسایی می کند. - نصیری، - 1388
یه و ماک - 1996 - 3 ، یک روش سازمان یافته به منظور کالیبراسیون مدلهای جریان آب زیر زمینی در شرایط پایدار ارائه کردند. اماک و همکاران - - 2000، یک مدل سه بعدی برای آبخوان فوقانی و میانی ترینیتی در منطقه هیل کانتری در جنوب تگزاس با هدف شناسایی سیستم هیدروژئولوژی و کمک به تخمین میزان آب و نوسانات سطح آب نسبت به پمپاژ و پتانسیل خشکسالی در آینده تهیه نمودند.
در این مطالعه سعی شده است به کمک نرم افزار GMS و با استفاده از داده های حفاری چاههای اکتشافی و نتایج ژئوفیزیکی، مدل مفهومی دشت یزدگرد تهیه و برای تولید مدل ریاضی به کار رود. پس از آن نتایج حاصل از مدل به دو روش مستقیم و معکوس کالیبره شده و توزیع خطا و منحنی پراکنش در منطقه مورد مطالعه تعیین می شود.
مواد و روشها
دشت یزد – اردکان در محدوده جغرافیایی 54˚ 10' و'54˚ 56 طول شرقی و 31˚ 75' تا 32˚02' عرض شمالی گسترش یافته است. ارتفاع آن از سطح دریا 1230 متر می باشد . با وسعتی حدود 496 کیلومترمربعتقریباً در مرکز استان یزد قرار گرفته است.
مدلهای جریان آبهای زیرزمینی
مدل مفهومی معمولا" پس از مشخص شدن هدف مدل سازی یعنی اینکه از ابتدا مشخص باشد که در انتهای مدلسازی چه انتظاری از مدل وجود دارد و نتایج آن تا چه اندازه می تواند نیازهای مدیریت سفره را برآورده نماید، مدل مفهومی منطقه که دومین گام در فرآیند مدل سازی و در حقیقت مهمترین مرحله در مطالعات مدل می باشد، تهیه می گردد.
محدوده مورد مطالعه در واقع بخشی از آبخوان بزرگ یزد -اردکان می باشد که در راستای جنوبشرقی - شمال غربی کشیده شده است .جهت جریان آب زیرزمینی تقریبا از جنوب شرق به شمال غرب می باشد .آبخوان یزد از نوع سفره آزاد می باشد و چون بخشی از آبخوان بزرگ یزد-اردکان می باشد مرزهای آن ورودی و خروجی اصلی آب زیرزمینی میباشد که مرز جریان عمومی فرض شده است.
مدل ریاضی
شبیه سازی طبیعی آبخوان با استفاده از یکسری روابط ریاضی، هدف ایجاد مدل ریاضی در سفره آب زیرزمینی می باشد. مدل ریاضی شامل نوشتن یک برنامه یا کد کامپیوتری می باشد که به نرم افزارGMS داده شده است. طراحی مدل ریاضی شامل طراحی و تفسیر داده های مدل مفهومی و انتقال آن به کد MODFLOW2000 می باشد. چرخش شبکه مدل یکی از شرایط خاص مدلسازی است که در این مطالعه به آن اهمیت داده شده است. بدین منظور از روند زمین شناسی محدوده و کشیدگی دشت و الگوی سیستم جریان استفاده شده است. سلولهای مدل نیز به علت کوچک بودن آبخوان، با ابعاد200 متر مشخص شده اند.
حل معادله - 1 - نیاز به شناخت پارامترهای آبخوان همانند K، T،Ssو شرایط اولیه و مرزی دارد، این معادله معمولاً به روشهای عددی همانند اجزاء محدود و تفاضلهای محدود حل می شود، در این روشها لازم است که مقادیر پارامتر در هر گره یا المان مشخص شوند، تا به وسیله آنها مقادیر بار هیدرولیکی در نقاط مختلف محاسبه شود .
اما مشکل بزرگی که وجود دارد عدم شناخت مقادیر پارامتر در نقاط مختلف ا ست، که به دلیل اندک بودن تعداد آزمایشها و عدم دقت لازم در انجام آنها، شناخت کافی از مقادیر واقعی پارامتر در کل ناحیه جریان وجود ندارد، لذا لازم است به روشهای غیر مستقیم اقدام به برآورد پارامتر کرد.که این عمل در مرحله واسنجی مدل صورت می گیرد. واسنجی عبارت است از تصحیح مقادیر ورودی به مدل تا مرحله ای که بارهای هیدرولیکی محاسبه شده توسط مدل با داده های حاصل از انداز ه گیر ی های صحرایی مطابقت پیدا کنند.
