بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل گزینههاي مختلف بهرهبرداري قبل از اجراي هر طرح یکی از سادهترین و اقتصاديترین راه-هاي ارزیابی میزان موفقیت طرح در آینده است. مدلسازي عددي امروزه یکی از متداولترین شیوههاي شبیهسازي و مدیریت پدیدههاي فیزیکی مختلف است. مدیریت بهرهبرداري منابع آب از آبخوانهائی که در مجاورت سفرههاي آب شور و دریاچههاي نمک قرار دارند بعلت وجود شرایط و پارامترهاي تاثیر گذار مختلف پیچیده است. دریاچه میغان آخرین حلقه اکولوژیک حوزه آبریز دشت اراك است که آبهاى سطحی مسیلهاى فصلی را جذب میکند.
شوري آب دریاچه به قدرى است که در هر لیتر آن در تابستان 50 گرم، در بهار 38 گرم و در زمستان 28 گرم نمک وجود دارد و یکی از عوامل تهدیده کننده آبخوانهاي مجار است. یکی از خطرپذیرترین این آبخوانها، دشتهاي تامین کننده منابع آب اراك است. بهمین دلیل در تحقیق حاضر از یک مدل عددي دوبعدي المان محدود براي شبیهسازي تداخل آب شور و شیرین در اثر برداشت بی-ریه از منابع آب زیرزمینی استفاده شده است و با استفاده از مدلسازي عددي سناریوهاي مختلف و بهینه در مدیریت برداشت از منابع آب زیرزمینی براي کنترل هجوم جبهه آب شور بررسی شده است و سناریوي عملیاتی مربوطه ارائه شده است.
-1 مقدمه
آب زیرزمینی بعنوان مهمترین و اصلیترین منبع تامین آب نواحی کویري بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک در اثر ورود آلایندههاي مختلف، ناشی از فعالیتهاي صنعتی، کشاورزي و توریستی با معضل آلودگی کاهش شدید کیفیت مواجه شده است. پیشروي آب شور که در اثر اختلاف چگالی بین آب شور و شیرین بصورت یک گوه در زیر آب شیرین قرار میگیرد.[5] آلاینده دیگري است که آبخوانهاي کویري در معرض آن هستند. مدیریت بهرهبرداري منابع آب از آبخوانهائی که در مجاورت سفرههاي آب شور و دریاچههاي نمک قرار دارند بعلت وجود شرایط و پارامترهاي تاثیرگذار مختلف پیچیده است.
بنابراین شناخت الگوي انتقال آلایندهها در نواحی مجاور کویرهاي نمک و میزان تخلیه آب شیرین و آلایندههاي همراه آن، امري ضروري بنظر میرسد. پیشروي آب شور در سفرههاي کویري پدیده مهم و قابل توجهی است که به شور شدن آب زیرزمینی شیرین حتی به بیشتر از میزان استانداردهاي مجاز آب آشامیدنی و کشاورزي میانجامد. به دلیل رشد جمعیت و کمبود بارش در مناطق کویري، آلودگی آب زیرزمینی در نواحی کویري به یک مسئله جدي تبدیل شده است.
یکی از مسائل مهم در زمینه آلودگی آبهاي زیرزمینی که خطر آن را بسیار جدي میسازد، طبیعت بلند مدت آن است، دهها سال طول میکشد تا موادي که سالها پیش در زمین دفن شده و سبب آلودگی آب زیرزمینی گشتهاند، کشف شود. اگر چه مناطقی که آبهاي زیرزمینی آنها آلوده است، کم وسعت میباشد؛ اما به دلیل جابه-جائی آلایندهها به همراه آب زیرزمینی و دور شدن آن از منبع آلودگی در یک دوره زمانی طولانی، پلومهاي آلودگی وسیع نیزگزارش شدهاند.
یکی از مهمترین عوامل تهدید کننده آبهاي زیرزمینی مجاور سفرههاي آب شور، بالازدگی آب شور در اثر پمپاژ و ورود آن به داخل چاه میباشد، لذا مدلسازي و مدیریت برداشت از منابع آب زیر زمینی از اهمیتی فوقالعادهاي برخوردار است. در این میان نقش مدلهاي ریاضی در شبیهسازي رفتار آبخوانها و مدیریت وضع آینده در خور توجه است. در این میان با ابزاري مانند شبیه سازها و یا مدل ها می توان با دقت قابل قبولی شرایطی مشابه آنچه در طبیعت موجود است، بوجود آورد و به نتایج رضایت بخشی دست یافت.[2]مدیریت بهرهبرداري منابع آب از آبخوانهائی که در مجاورت سفرههاي آب شور و دریاچههاي نمک قرار دارند بعلت وجود شرایط و پارامترهاي تاثیرگذار مختلف پیچیده است.[8]
به همین دلیل در تحقیق حاضر از یک مدل عددي دوبعدي المان محدود براي شبیهسازي تداخل آب شور و شیرین در اثر برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی استفاده شده است و با استفاده از مدلسازي عددي تاثیر پارامترهاي بهرهبرداري مختلف همچون نرخ برداشت، بارش، تغذیه بخوان، مشخصات لایههاي آبخوان بر جبهه تداخل آب شور و شیرین در تالاب میقان شبیهسازي شده و سناریوهاي بهرهبرداري بهینه براي کنترل هجوم جبهه آب شور ارائه شده است.
-2 منطقه مورد مطالعه
تالاب میقان آخرین حلقه اکولوژیک حوزه آبریز دشت اراك است که آبهاى سطحی مسیلهاى فصلی را جذب میکند. گیاهان دشتی اطراف دریاچه میغان از گونه خشکی پسند و شورپسند هستند. مساحت دریاچه میغان با توجه به آبهاى ورودى آن از حدود 100 تا 110 کیلومترمربع متغیر است. این محدوده از نظر اقلیمی زمستانهاى معتدل دارد و به جهت همین ویژگی، توقفگاه گروههاى بزرگی از پرندگان مهاجر است که از نواحی سردسیر شمال به سرزمینهاى گرمسیر جنوب کوچ میکنند.
این دریاچه در روزگاران گذشته به نام نمکزار فراهان مشهور بوده است. محیط دریاچه میغان از 16 تا 24 کیلومتر متغیر است و جزیره کوچکی در وسط آن قرار گرفته است که آثار و خرابههاى ساختمانی در آن وجود دارد. آب دریاچه به قدرى شور است که در هر لیتر آن در تابستان 50 گرم، در بهار 38 گرم و در زمستان 28 گرم نمک وجود دارد. این دریاچه زیستگاه گروههاى بزرگ پرندگان است و آب و هواى آن در فصل پاییز بسیار مناسب است.
-3 نحوه مدلسازي
در این مقاله به منظور مدلسازي مسئله تداخل آب شور و شیرین در آبخوان کویري میقان از بسته نرمافزاري GEOSTUDIO استفاده شده است. این بسته نرمافزاري بطور همزمان به مدلسازي جریان غیراشباع آب و آلاینده در خاك میپردازد و قابلیت مدلسازي جریانهاي تابع غلظت و از جمله با معرفی شرایط مرزي مناسب مسئله تداخل آب شور و شیرین در اثر گرادیان غلظت را داراست. جریان غیراشباع آب در خاك توسط معادله غیرخطی ریچادز که حل تحلیلی کلی نداشته و بصورت عددي حل میشود، توصیف میشود. این معادله به فرمهاي مختلفی که در آنها هد فشار1، رطوبت2 و یا هردوي این3 متغییر وابستهاند نوشته میشود که با استفاده از منحنی مشخصه رطوبتی خاك قابل تبدیل به یکدیگر میباشند .[ 6 ]
اساس تحلیل مسائل نفوذ غیراشباع بر پایه رابطه بین فشار آب منفذي و مقدار آب حجمی خاك است. مقدار آب ذخیره شده یا آزاد شده از خاك طی فرآیند عبور جریان از آن، تابع ساختمان، مشخصات ساختمانی خاك و فشار آب منفذي است.[ 4 ] تحلیل مسائل نفوذ اشباع و غیراشباع بر اساس قانون دارسی انجام میشود. تنها نکته قابل توجه در این مورد این است که در حالت غیر اشباع هدایت آبی بطور مستقیم با تغییر مقدار آب یا بطور معکوس با تغییر فشار آب منفذي تغییر میکند ولی در حالت اشباع هدایت آبی ثابت بوده و یا تغییرات بسیار ناچیزي دارد. در این رابطه :H هد کل، :Kx هدایت آبی در جهت X، :Ky هدایت آبی در جهت Y، :Q شدت جریان مرزي، :mw شیب منحنی رطوبتی خاك، :γW وزن مخصوص آب و :t زمان است. مدلGEOSTUDIO معادله - - 10 را با استفاده از روش المانهاي محدود حل مینماید.
مهمترین قابلیتهاي این مدل که استفاده از آنرا در تحلیل مسائل حرکت آب در خاك تسهیل مینماید عبارتند از: توانائی تحلیل مسائل غیراشباع، استفاده از روش عناصر محدود باقیمانده وزنی گالرکین با عناصر سه یا چهار ضلعی همراه یا بدون گرههاي ثانویه و مرتبه انتگرالگیري 4،3،1و .9 امکان حل سیستم معادلات بصورت تکراري یا مستقیم، معرفی انواع مختلف شرایط مرزي - هد، شار، سطح نشت و ... - .پذیرش انواع مختلف توابع هدایت آبی و منحنی رطوبتی - فرمهاي استاندارد، توابع خاص کاربر و استفاده از اسپلاینهاي وزنی - براي خاكهاي غیرهمگن و غیرایزوتروپ، استفاده از عناصر محدود نامتناهی براي حذف اثر مرزهاي نامحدود دوردست بر فرآیند شبیهسازي. امکان محاسبه مقدار دبی، سرعت و هد در هر مقطع دلخواه و در هر جهت. قابلیتهاي ترکیب آن مدلهاي انتقال آلودگی در محیط متخلخل و یا مدلهاي بررسی پایداري شیبهاي خاکی. فاقد محدودیت اندازه گام زمانی[3] .مهمترین عامل آلودگی سفرههاي آب زیرزمینی در مناطق ساحلی و حواشی دریاچههاي نمک پیشروي آب شور به داخل آبخوان آب شیرین میباشد.
