بخشی از مقاله
چکیده
مدلهاي ریاضی یکی از کارآمدترین روش ها در مطالعات منابع آب زیرزمینی است.از این رو مطالعه بر دشت شمیرانات - شمال استان تهران - به روش ریاضی تفاضل محدود - مدل کمی دشت با کد MODFLOW و مدل کیفی باکد MT3DMS موجود در نرم افزار - GMS ورژن - - 7,1 با هدف شبیه سازي جریان انتقال آلاینده نیترات موجود در آبخوان صورت پذیرفت.
از آنجایی که تعداد سالهاي آمار برداري محدود و اطلاعات کافی در دشت موجود نیست، بنابراین مدل کیفی MT3DMS با 4 گام زمانی فصلی - مهر 1388 تا شهریور - 1389ایجاد و کالیبره - واسنجی - شد وبراي دوره زمانی - مهر1389 تا شهریور - 1390 با سناریوي شرایط خشکسالی - افزایش %20 برداشت چاهها و کاهش بارندگی - %20 و ترسالی - کاهش %20 از برداشت چاهها و افزایش%20 بارندگی - بررسی و صحت سنجی گردید و مدل توانست به خوبی شرایط کمی وکیفی آبخوان را شبیه سازي نماید .نتایج شبیه سازي انتقال آلاینده نیترات در مدل جریان نشان داد مناطق جنوب و جنوب شرق دشت نسبت به نوسانات فصلی بیشترین تغییرات را در مقدار نیترات دارد.
-1 مقدمه
بی شک آب گرانبها ترین منبع طبیعی در سیاره زمین می باشد.بیش از 70 درصد سطح این سیاره پوشیده از آب است.از کل آب هاي موجود در کره زمین تنها 5/2 درصد شیرین می باشد. از این مقدار حدود 30 درصد به صورت آب هاي زیر زمینی و70 درصد به صورت یخچا لها و ذخایر دائمی برف ، رطوبت ویخ درون خاك ، آب باتلاق ها و آب شیرین رودخا نه ها ودریاچه ها می باشد.
لذا آب هاي زیر زمینی نقش قابل توجهی به عنوان مخزن آب شیرین ایفا می کنند. مصارف بی رویه و کنترل نشده منابع آب بالاخص منابع زیر زمینی ، کاهش نزولات جوي ،افزایش جمعیت بشر ، تمرکز مصرف در برخی نقاط - عدم تعادل بین تقاضا و پتانسیل تأمین آب - ، الگوي کشت نا مناسب و عدم آبیاري صحیح، حفر بی رویه چاه هاي متعدد و بهره برداري بی برنامه از آنها ،صنعتی شدن جوامع و بالا رفتن استانداردهاي زندگی سبب افزایش روز افزون نیاز به منابع آب گردیده است.از سویی محدود بودن منابع آب شیرین سطحی ، سبب برداشت بی رویه از آبهاي زیرزمینی شده است.
.[5] آب هاي زیر زمینی یک منبع بسیار خوب و مناسب براي شرب می باشند. این آب ها در حین عبور از لایه هاي خاك بطور طبیعی تصفیه شده و در نتیجه بی رنگ و عاري از هر گونه مواد معلق و اغلب فاقد آلودگی هاي میکروبی بوده و کمترین نیاز به تصفیه را دارد. همچنین این منابع بدلیل پتانسیل آلودگی کمتر و ظرفیت ذخیره زیاد نسبت به آبهاي سطحی به عنوان یک منبع مهم مورد توجه قرار دارند . این استحصال تصاعدي نیازمند این است تا آگاهی کافی از رفتار آبخوان داشته باشیم.
لازمه کسب آگاهی از رفتار آبخوان داشتن مدل صحیح است و همین رفتار سنجی امر مدلسازي را ملزم می کند. در واقع مدلسازي به روش ریاضی شبیه سازي شرایط طبیعی آبخوان با یک سري روابط ریاضی و دادن ارزش مقداري به آنها - ایجاد مدل مفهومی - جهت کاهش هزینه و افزایش دقت مطالعه نسبت به روشهاي صرفاً میدانی است. [4] .در فرایند مدل سازي اولین کاري که باید صورت گیرد تعیین هدف از مدل سازي میباشد. زیرا نوع معادله حاکم و در نتیجه کد کامپیوتري مورد نیاز با توجه به هدف مدل سازي تعیین میشود.
هدف از این مطالعه، درك و شناخت سیستم هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی آبخوان دشت شمیران، باز بینی و کنترل دادههاي موجود،تعیین و محاسبه پارامترهاي هیدرولیکی آبخوان نظیرK ،TوS بررسی هیدرولیکی مرزهاي آبخوان و در نتیجه مدیریت بهینه منابع آب دشت، پیش بینی وضعیت آینده آبخوان و نیز شناسایی محدودیتهاي مدل و دادههاي مورد نیاز براي تقویت مدلهاي آتی آبخوان از دیگر اهداف این مطالعه میباشند.
مدلهاي آب زیرزمینی بر اساس اطلاعاتی که به مدل داده می شود ، شرایط طبیعی آبخوان را شبیه سازي می نماید .با داشتن اطلاعات نقاط شاهد - چاه هاي مشاهده اي یا ایستگاه هاي هیدرومتري - برخی پارامترهایی که عدم قطعیت آنها زیاد است ، با دقت بازسازي - تدقیق - می شود .این پارامترها می تواند تغذیه سطحی از جمله بارش موثر و آب برگشتی و همچنین ضریب قابلیت انتقال باشد.
[2] بطور کلی مدلی که پارامترهاي آن بر اساس آمار و اطلاعات نسبتاً دقیق کالیبره شده ، پاسخی که به سوالات زیر خواهد داد ، قابل اطمینان خواهد بود لذا آبخوان شمیرانات با پاسخ به پرسش هایی نظیر میزان غلظت نیترات در آبخوان شمیران چه مقدار است. جهت انتشار الودگی به نیترات به کدام سو بوده و آلودگی در کدام مناطق آبخوان بیشتر محسوس است. در منطقه شمیرانات بیشترین کاربري چاه ها در زمینه کشاورزي می باشد. این مطالعه با هدف بررسی میزان غلظت نیترات و ردیابی جریان هاله انتشار آلودگی در دشت با کد هاي MODFLOW و MT3DMS انجام گردید.و نتایج و پیش بینی هاي مدل در جهت بالا بردن کیفیت آب منطقه ارائه شد.
موقعیت جغرافیایی منطقه:
شمیران یا شمیرانات نام شهرستانی است در استان تهران است.شمیران در مجاورت شهر تهران و در شمال و شمال شرق آن قرار دارد - شکل - 1،که موقعیت جغرافیایی آن عبارتند از 358070 یال شمالی و 514288 یال شرقی می باشد - شکل . - 2منطقه اي کوهستانی واقع در میان کوه هاي البرز مرکزي است. با میزان بارندگی سالانه 500 میلیمتر.این شهرستان شامل شهر شمیران - تمامی منطقه 1 شهرداري تهران و بخش اعظم از منطقه - 4 و نیز بخش هاي لواسانات و رودبارقصران می شود .
در گفتار عامیانه به این شهرستان شمرون میگویند توپوگرافی منطقه در قسمتهاي شمالیکاملاً کوهستانی و با شیب زیاد است، شیب عمومی منطقه شمال به جنوب بوده که هر چه به سمت شمال برویم، میزان شیب افزایش مییابد. از دیگر ویژگیهاي توپوگرافی شمیران که در مناطق مسکونی دنیا به ندرت قابل مشاهده است، اختلاف ارتفاع زیاد در مسافت کم میباشد به طوري که از میدان تجریش با ارتفاع 1600 متر با طی حدود 9 کیلومتر به ارتفاع 4000 متري در قله توچال میرسیم.
یعنی در فاصله کمتر از 9 کیلومتر ارتفاع بیش از دو برابر میشود!تجریش : شهر تجریش شامل منطقه 1 شهرداري تهران و بخش اعظم منطقه 4در دامنه رشته کوه البرز و در ارتفاع 1500 تا 2000 متري از سطح دریا قراردارد و ارتفاع در میدان تجریش - مرکز شهر - 1600 متر از سطح دریا است.لواسان : شهر لواسان در دامنه رشته کوه البرز و متوسط ارتفاع آن 1700 متر از سطح دریا است. رودبار قصران - اوشان فشم میگون - : شهر قصران در ارتفاع 1850 تا 2200 متري از سطح دریا قرار دارد .شمشک : شهر شمشک در ارتفاع 2600 متري از سطح دریا قرار دارد.
منطقه شمیرانات به لحاظ جنس سازند زمین شناسی،متشکل از سازند آبرفتی ناهمگن با خصوصیات سازند کنگلومراي سخت نشدهB، ناهمگن، جور نشده، داراي لایه هاي رسی، داراي سیمان و استحکام کم است .اندازة قلو ه ها از چند سانتیمتر تا چند متر متغیر بوده و در خمیره اي از ماسه و سیلت قرار دارد .قلوه سنگهاي آن از نظر اندازه، جنس و منشأ مواد با یکدیگر متفاوت می باشند، شیب لایه هاي آن کم و بیشترین شیب تا 15 درجه است و آبخوان شکل گرفته در دشت از نوع تک لایه اي آزد است. ضخامت لایه آبرفت در مناطق شمالی تا 400 متر و در امتداد جنوب تا منطقه تجریش به 300 متر می رسد.
