بخشی از مقاله
مدیریت بهره برداري آبهاي زیرزمینی دشت نورآباد با مدل MODFLOW
چکیده
امروزه با افزایش جمعیت و نیاز آب در بخش هاي مختلف تنش زیادي بر منابع آب زیر زمینی وارد شده است. این مساله باعث برداشت هاي بی رویه از آب هاي زیرزمینی شده که براي این مناطق می تواند چالش هاي جدي در زمینه کمیت و کیفیت آب به وجود آورده بیاورد . در این تحقیق روند تغییرات کمی سطح آّبخوان دشت نور آباد در استان لرستان در شرایط مختلف پیش بینی شد. به منظور مدیریت بهره برداري، دشت با روش تفاضلات محدود مدلسازي گردید. با استفاده از نتایج حاصل از آزمون پمپاژ، لاگ زمین شناسی چاههاي مشاهده اي و اکتشافی، مقاطع زمین شناسی، هیدروگراف چاه مشاهده اي ارزیابی هیدرولوژیکی انجام و سپس مدل آب زیرزمینی براي پیش بینی سطح آب دو سال آینده ساخته شد. به علت نوسانات کمتر تراز آب زیرزمینی مهر 86 به عنوان شرایط پایدار مورد واسنجی قرار گرفت. کالیبراسیون مدل براي شرایط ناپایدار آبان 86 تا آبان 87 انجام شد. سپس با انجام آنالیز حساسیت و صحت سنجی ،وضعیت آبخوان براي مهر 91 تا مهر 93 پیش بینی گردید. هیدروگراف پیش بینی دشت، افت سطح آب را به میزان (-1/55) متر را تا دو سال آینده نشان داد. در آخر با اعمال کاهش 20 درصدي بهره برداري از چاه ها براي مدل، بیلان دشت محاسبه شد. نتایج حاصله حاکی از آن بود با اعمال کاهش بهره برداري به میزان 9/55 میلیون متر مکعب بیلان دشت
منفی می شود و سطح آبخوان به طور میانگین در طی دو سال حدود 0/93 متر افت میکند.
واژههاي کلیدي: آبخوان، Modflow، آب زیرزمینی، دشت نورآباد
مقدمه
به طور کلی منابع آب زیرزمینی نقش ویژه اي در تامین نیاز آبی یک منطقه دارند و لذا ارزیابی، شبیه سازي و مدیریت آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. دشت نور آباد به طور مشخص به علت افزایش جمعیت شهري و افزایش بهره برداري از منابع آب زیرزمینی با مشکل کاهش سطح آب در منطقه در طی دو سال اخیر مواجهه شده است.
تاکنون در دنیا آبخونهاي متعددي توسط محققین مختلف شبیه سازي شده است. مبحث شبیه سازي ریاضی جریان آب زیرزمینی در بسیاري از کتب و مقالات بررسی شده است. کینزل باخ (1986) و اندرسون (1991) در خصوص شبیه سازي جریان و انتقال آلودگی آبهاي زیرزمینی مطالعه نموده اند. انریکو (2000) مقدار تغذیه
آبخوان هاي مناطق خشک را با استفاده از مدل MODFLOW شبیه سازي نمود. بر این اساس مقدار مناسب تغذیه را در شرایط مختلف آب و هوایی تعین شد. وي نشان داد ساده کردن سامانه انشعابی تغذیه آبخوان حاکم بر مدل اولین قدم در راه تلفیق هیدرولوژي آب هاي جاري با هیدرولوژي آبخوان در مناطق خشک است. پلیکاس و همکاران (2005) با هدف مدیریت و تقویت منابع آب زیر زمینی دشت کسانتی حوزه آبخیز ویستونیدا یونان مطالعه اي صورت دادند. از بین سناریوهاي مختلف جهت دستیابی به اهداف فوق، تغذیه مصنوعی مد نظر قرار گرفت.در این راستا گزینه دوباره فعال شده بستر رودخانه قدیمی کوسینتوس از سال 1995 تا 2003 مورد توجه قرار گرفت. واسنجی و پیش بینی سطح ایستابی آبخوان از طریق مدل MODFLOW انجام شد. نتایج حاصل از صحت سنجی 3 مدل دلالت بر قابلیت بالاي مدل در پیش بینی سطح ایستابی در طی 7 سال 1995 تا 2001 بوده و این در حالی است نتایج شبیه سازي سطح ایستابی طی 2 سال 2002 و 2003 قابل قبول نمی باشد. وانگ و همکاران (2008) با مدل MODFLOW دشت (NPC) در شمال چین را مورد بررسی قرارا دادند.در این تحقیق از سامانه اطلاعات جغرافیایی جهت ایجاد لایه هاي ورودي مدل استفاده گردید و در نهایت مدل بیلان منفی دشت را در سال (2003-2002 )را نشان داد. هولمن و همکاران (2009) با مدل هاي استوکاستیکی تغذیه آب هاي زیرزمینی دشت کولتیشان انگلستان را با هدف بهبود شیوه هاي مدیریت بر این منابع را مورد بررسی قرار دادند. بر اساس نتایج حاصله آن ها توصیه نمودند که مدل هاي استوکاستیکی در سامانه آب زیر زمینی حساس از قابلیت بالاتري برخوردار است. در ایران نیز با استفاده از روشهاي عددي براي شبیه سازي جریان آب زیرزمینی از سال 1962 با شبیه سازي دشت ورامین آغاز شد. سامانی و همکاران (1381) جهت مدیریت آبخوان دشت قوچان – شیروان مدل MODFLOW را به کار گرفته و پس از سه سال واسنجی مدل با توجه به نتایج پیشنهاد شد تنها جلوگیري از حفر هر گونه چاه بهره برداري، کف شکنی چاههاي موجود و اعمال تغذیه ناشی از مهار سیلابهاي دشت باعث بهبود روند فعلی می شود. فاتحی مرج (1381)، کتیبه و حافظی (1383) با استفاده از مدل MODFLOW به بررسی مدیریت بهره برداري از آي هاي زیرزمینی و ارزیابی طرح عملکرد تغذیه مصنوعی دشت آب باریک بم پرداختند. شبیه سازي آبخوان موید آن است که روند افت سطح ایستابی، علارغم طرح تغذیه مصنوعی کماکان ادامه دارد به طوري که در اسفند ماه 1383 میزان افت نسبت به اسفند 1352 در حدود 18 متر خواهد بود. عطایی زاده و چیت سازان ( 1388) با استفاده از مدل ریاضی MODFLOW به بررسی اثرات خشکسالی بر میزان ذخیره آبخوان دشت میداود پرداختند که بعد از مدل سازي مشاهده شد ذخیره آبخوان از میزان 612 میلون متر مکعب در سال 85-84 به میزان 591/6 میلیون متر مکعب در سال آبی 87-86 تقلیل خواهد یافت.
هدف از پژوهش حاضر ارزیابی اثرات خشکسالی و کاهش برداشت از چاههاي بهره برداري بر سطح آبخوان منطقه در طول یک دوره دوساله میباشد. در واقع بررسی این شرایط براي آبخوان می تواند یک راهکار مدیریتی براي دو سال آینده آبخوان باشد.
مواد و روش ها
منطقه ي مورد مطالعه:
دشت نورآباد در شمال استان لرستان و در بین طولهاي جغرافیایی 47 درجه و 21 دقیقه تا 48 درجه و 19 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 33 درجه و 48 دقیقه تا 34 درجه و 22 دقیقه شمالی قرار گرفته است. (شکل (1- این دشت در ارتفاع 1700 متري از سطح دریا قرار گرفته است و در بین رشته کوه هاي زاگرس قرار گرفته است که مساحت کل دشت در حدود 300 کیلومتر مربع دارد.
شکل -1 موقعیت منطقه مورد مطالعه
با احتساب حدود 77/183 کیلومتر مربع مساحت محدوده مورد مطالعه، حدود 380 حلقه چاه بهره برداري در این منطقه وجود دارد که اکثرا براي تامین آب کشاورزي مورد استفاده قرار می گیرند. میانگین بارندگی سالانه در دشت چیزي در حدود 480 میلی متر است.
این دشت داراي 10 چاه پیزومتري است که امار آنها از سال 1381 تا به اکنون در دسترس است (جدول (1 –
جدول– 1 چاههاي پیزومتري دشت
همچنین هیدروگراف واحد دشت روند نزولی سطح آب را نشان می دهد:
3
شکل -2 هیدروگراف واحد آب زیرزمینی دشت نورآباد
طراحی مدل دشت و تعیین مرزها:
با توجه به وسعت دشت نورآباد و اطلاعات موجود از فاصلهي پدیدههاي هیدرولوژیکی ابعاد سلول 100 متري در نظر گرفته شده است که شامل 196 ردیف و 160 ستون می باشد.با داشتن نقشهي رقوم ارتفاعی (با دقت 100 متر 100×متر) توپوگرافی سطح را به عنوان مرز بالایی و واحدهاي کف آبخوان (نقشه ي ارتفاعی سنگ کف) به عنوان مرز پایین مدل در نظر گرفته شده است . در محدوده ي مورد مطالعه به دلیل نبود مرزهاي فیزیکی مانند کوه و دشت و یا رودخانه، تنها میتوان از مرزهاي هیدرولیکی استفاده کرد. با توجه به هیدروگراف واحد دشت، مهر 1386 با کمترین نوسانات ماهانه به عنوان شرایط پایدار انتخاب شده است.
ورود اطلاعات به مدل:
نقشه توپوگرافی سطح آبخوان با استفاده از فایل رستري که تهیه شده بود به محیط مدل وارد شد. نقشه سنگ کف هم با استفاده از اطلاعات ژئوفیزیک شرکت آب منطقه اي استان لرستان تهیه و به مدل داده شد.در محدوده ي دشت 380 چاه بهره برداري وجود دارد (شکل.(3– که آبدهی برداشتی آنها نیز در دسترس بود.
(شرکت آب منطقه اي استان لرستان) در حالت ناپایدار ، مرزها از نوع مرزهاي ورودي و خروجی که با چاههاي مرزي مشخص شده اند ، می باشند. با احتساب 77/183 کیلومتر مربع وسعت محدوده دشت و 480 میلی متر بارندگی، بیلان حجم ریزشهاي جوي معادل 1/37 میلیون متر مکعب در سال است که با منظور نمودن %20 نفوذ در آبخوان آبرفتی، حجمی برابر 4/7 میلیون متر مکعب سهم نفوذ از نزولات جوي خواهد بود. حجم جریان ورودي آب زیرزمینی در سال برابر 13/163 میلیون مترمکعب میباشد. کل برداشت از منابع آب سطحی و زیر زمینی جهت مصارف کشاورزي 4/125 و 28/037 متر مکعب خواهد بود که با اعمال ضریب نفوذ 20 درصد 5/60 – 0/825 متر مکعب آب وارد آبخوان می شود. کل جریان خروجی از محدوده سبلان 2/090 میلیون متر مکعب محاسبه شده است.حجم آب زهکشی شده توسط رودخانه در سال چیزي در حدود 4/35 میلیون متر مکعب و حجم آب تبخیر شده از دشت 1/2 میلیون متر مکعب است. (شرکت آب منطقه اي استان لرستان). ورودي دشت در قسمت شرق و شمال شرقی و خروجی دشت هم در قسمت غربی دشت واقع شده است. (شکل (4 –
شکل -3 موقعیت چاههاي بهره برداري و پیزومتري دشت
ضرایب هیدرولیکی و آبدهی ویژه با استفاده از نتایج آزمایش پمپاژ، لوگ چاههاي اکتشافی و آنالیز نمونه هاي گرفته شده در هنگام حفر چاه به صورت منطقه اي به مدل داده شد که مقدار دقیق آن در مرحلهي کالیبراسیون بدست آمد. پس از وارد کردن تمام این پارامترها براي شرایط اولیه شروع حل معادلات دیفرانسیل آمار سطح آب پیزومترها در مهر 86 براي اجراي مدل استفاده شده است.
شکل– 4 ورودي و خروجی دشت
واسنجی مدل:
در واسنجی حالت ماندگار از پارامترها فقط هدایت هیدرولیکی است که بهینه می شود (شکل( 5 – تا با اجراهاي مکرر مدل و ثبت خطاها، تفاوت بین سطح آب کالیبره شده و سطح آب مشاهده اي انطباق مطلوبی حاصل شود (شکل- .(6 همانطور که دیده میشود انطباق خوبی بین سطح آب رسم شده توسط نرم افزار GIS و نرم افزار MODFFLOW برقرار می باشد. همچنین با توجه به خطاي RMS1 کالیبراسیون مدل تا RMS= 0.561 ادامه یافت تا مدل کالیبره شود.1
شکل -5 هدایت هیدرولیکی بعد از کالیبراسیون
شکل-6 مقایسه سطح آب اندازه گیري شده و محاسبه شده
پس از واسنجی در حالت پایدار ، کالیبراسیون در حالت ناپایدار که به مدت یک سال (آبان 1386 تا آبان ( 1387 انجام گرفت. مراحل زمانی آن به 12 دوره تقسیم شده است و تمامی ورودي ها در این مرحله به دورههاي 12 گانه تقسیم شده اند که در این مرحله آبدهی ویژه بهینه می شود(شکل-.(7 شکل-8 نیز پراکندگی بارهاي آبی محاسباتی در مقابل مشاهداتی را نشان میدهد.
شکل-7 مقادیر آبدهی ویژه بعد از کالیبراسیون
6
