بخشی از مقاله
مقدمه
دشت رامهرمز یکی از مهمترین مراکز کشاورزی استان خوزستان است و آب های زیرزمینی منبع اصلی تأمین آب مورد نیاز کشاورزی در این دشت محسوب می شود. محدوده رامهرمز با مساحت 1848 کیلومتر مربع بین طولهای جغرافیایی َ09ْ49و َ46ْ49و عرضهای جغرافیایی َ41ْ31و َ06ْ31 قرار گرفته است. منطقه مورد مطالعه بخشی از دشت رامهرمز با مساحت 268 کیلومتر مربع است که در برگیرنده منطقه ای با حداکثر تمرکز فعالیت های کشاورزی می باشد(شکل .(1 این منطقه از شمال به روستاهای شیفه و عین حماد از جنوب به رودخانه االله، از شرق به راندگی اصلی رامهرمز و از غرب به روستای مربچه محدود می شود و شیب عمومی منطقه از شرق-جنوب شرقی به شمال غربی است. بلندترین نقطه محدوده مورد نظر دارای ارتفاع 306 متر و پست ترین نقطه محدوده دارای ارتفاع 85 است. مهمترین رود منطقه رود االله است که از بخش شرقی وارد دشت میشود
و پس از عبور از جنوب محدوده مطالعاتی در شمال شرق جایزان به رود مارون
پیوسته و رود جراحی را تشکیل می دهد. میانگین 30 ساله بارش(270 (58-88 میلیمتر در سال می باشد.
افراد زیادی در ایران و کشور های مختلف با اسـتفاده از مـدلهای کمـی و کیفـی بعنوان ابزار های توانمند توصیف آبخوان، به بررسی وضعیت آبخوان هـا پرداختـه-اند. . در سال Jerome & Chantal 2002 به منظور شبیه سازی توزیع هدایت هیدرولیکی از MODFLOW، انتقال نیترات از MT3D و آنالیز مسـیر جریـان از PMPath در شیب تپه کرویدی بصـورت دو بعـدی اسـتفاده کردنـد. در سـال Don 2005 و همکـــاران بـــا اســـتفاده از مـــدل MODFLOW و MT3D هیدرولیک جریان آب زیرزمینی، فرونشست زمین و انتقال امـلاح در زمـین هـای آبرفتی را شبیه سازی کردند. در سال 2007 نیز Almasri& Kaluarachchi با استفاده از MT3D و MODFLOW آبهای زیر زمینی را نسبت به آلـودگی نیترات در حوضه های آبریز زراعی مورد مدلسازی قرار دادند.
1
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز 91، شماره 5
شکل.1 موقعیت منطقه مورد مطالعه، چاههای مشاهداتی کمی و چاههای مشاهداتی کیفی
برای نخستین بار دشت رامهرمز با استفاده از مدل CUFEM به روش عناصر محدود مورد شبیه سازی قرار گرفت و با استفاده از روش تلسکوپی مقادیر نهایی ضرایب هیدرودینامیک تعیین شد(پیرهادی، .(1377 چیتسازان و ساعت-ساز((1384 با بکارگیری کد MODFLOW نرم افزار VISUL MODFLOW.V2.6 مدل جریان (کمی) دشت رامهرمز را تهیه کردند و به بررسی گزینه های مختلف مدیریتی در مورد منابع دشت رامهرمز پرداختند. با تکیه بر تحقیقات پیشین صورت گرفته در دشت رامهرمز و به منظور به روز آوری اطلاعات و استفاده کاربردی از نتایج حاصله، این مطالعه بار دیگر آبخوان دشت رامهرمز را به روش تفاضلات محدود مورد شبیهسازیکمی و کیفی قرار داده است. شبیهسازی مجدد مدل جریان توسط کد (McDonald & MODFLOW Harbaugh, 1988) و شبیهسازی مدل انتقال املاح برای نخستین بار توسط کد (Zheng & Wang, 1999) MT3DMS از نرم افزار PMWIN 5.3 در دشت رامهرمز صورت گرفته است. در شبیه سازی کیفی یون نیترات به دلیل اهمیت بالا مورد مدلسازی قرار گرفته است. بدین منظور به مدت شش ماه متوالی با فواصل یک ماهه از دوازده حلقه چاه کشاورزی کم عمق نمونه گیری به عمل آمد و مقادیر نیترات آب زیرزمینی در آنها اندازه گیری گردید. هدف اولیه در مدلسازی کمی تعیین و تصحیح پارامترهای هیدرودینامیک آبخوان و در مدلسازی کیفی تعیین ضرایب و پارامتر های کیفی آبخوان می باشد. هدف نهایی از مدلسازی کمی و کیفی آبخوان دشت رامهرمز شبیه سازی شرایط مختلف با اجرای سناریو های گوناگون (مثل شرایط بحرانی آلودگی برای آبخوان) و بررسی پاسخ آبخوان به این شرایط است که منجر به ارائه راهکار های مدیریتی برای تصمیم گیران می شود.
روش کار مدل مفهومی آبخوان
آبخوان دشت رامهرمز یک آبخوان آزاد ناهمگن است. رودخانه االله در بخش شرقی وارد دشت شده و پس از تشکیل یک مخروط افکنه وسیع، در جنوب محدوده مطالعاتی امتداد یافته و در بخش جنوب غربی از منطقه خارج می شود. این رودخانه بصورت تغذیه کننده عمل می کند، بنابراین، مرزهای ورودی دشت رامهرمز از بخش شرق تا بخش جنوب غربی آنرا فرا گرفته است. شیب عمومی توپوگرافی در دشت از شرق- جنوب به سمت شمال غربی می باشد و شیب سطح ایستابی نیز تا اندازه ای از آن پیروی می کند. بر این اساس مرزهای خروجی در بخش غربی تا شمالی منطقه قرار دارند. بر اساس نقشه خطوط جریان آب زیرزمینی و به علت عدم ارتباط هیدرولیکی بین سازند و آبخوان در بخش شرق تا شمال، مشخص شده است که گسل تراستی رامهرمز بعنوان یک مرز نفوذ ناپذیر عمل میکند. سنگ کف آبخوان بخش مارنی سازند آغاجاری و بخش لهبری می باشد (موسوی، .(1390 جنس آبخوان در بخش شرقی و جنوبی درشت دانه بوده و حاصل رسوبات سازند بختیاری می باشد. اندازه ذرات از جنوب شرقی به شمال غربی روند کاهشی داشته و آبخوان در شمال غربی دانه ریز است. در شکل((2 مدل مفهومی آبخوان محدوده مطالعاتی نشان داده شده است. از آنجا که نیترات یک یون متحرک است که توسط آب زیرزمینی منتقل می شود، مدل مفهومی برای مدل جریان و مدل یون نیترات یکسان است. پس از تبیین مدل مفهومی، آماده سازی سایر داده ها و پارامتر های مورد نیاز برای اجرای مدل بصورت خلاصه در زیر ارائه شده است.
2
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×پاییز 91، شماره 5
شکل.2 مدل مفهومی منطقه مطالعاتی همراه با منحنی های تراز آب زیرزمینی
شبکه بندی مدل و گسسته سازی مکانی
با توجه به تمرکز چاهها، مکان های تنش و نیز وضعیت کیفی آبخوان، محدوده مدل آبخوان دشت رامهرمز به 85 ستون و 91 ردیف از نوع مرکز بلوکی به ابعاد 250× 250 متر که ایجاد 7735 سلول می نماید. محدوده اجرای مدل کمی و کیفی یکسان میباشد از این رو شبکه آنها نیز یکسان است. همچنین دوره
های تنش و طول دوره های مختلف برای مدلهای کمی و کیفی در جدول((1 نشان داده شده است. تقسیمات زمانی ذکر شده برای تمام چاه های مشاهده ای، بهره برداری، شرایط مرزی (ورودی ها، خروجی ها، بارندگی و رودخانه ها ) و تنش های موجود در دشت اعمال شده و در بسته های نرم افزاری مربوطه وارد گردید.
جدول .1 تفکیک زمانی دوره مدلسازی کمی و کیفی ( واسنجی و صحت سنجی)
نوع مدل مرحله از مدلسازی دوره تنش (ماه)
مدل کمی واسنجی 12
صحت سنجی 6
مدل کیفی واسنجی 6
صحت سنجی 2
88مهر 88آبان 88آذر 88دی 88بهمن 88سفندا 89فروردین 89اردیبهشت 89خرداد 89تیر 89مرداد 89شهریور 89مهر 89آبان 89آذر 89دی 89بهمن 89اسفند
3
مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته
وضعیت هندسی مدل، شرایط مرزی مدل و شرایط اولیه
شکل هندسی آبخوان حاصل محدوده بـین سـنگ کـف و توپـوگرافی سـطح آبخوان و شرایط مرزی است. با توجه به اینکه آبخوان مورد نظـر از نـوع آزاد اسـت، لذا توپوگرافی سطح زمین در واقع سطح بالای آبخوان است. برای تهیه لایـه سـنگ کف، از مطالعات ژئوفیزیک و اندازه گیری های آن و تطبیق با ستون چینه شناسـی چاه های موجود استفاده شد.حدود جانبی منطقـه نیـز بـا اسـتفاده از نقشـه هـای توپوگرافی، زمین شناسی و عکس های هوایی دشت رامهرمز تعیین گردید.
همانطور که در شکل (2) مشاهده می شود، در منطقه مورد مطالعه در قسمتهایی از دشت که تغذیه ای صورت نمی گرفت با توجه به خطوط تراز پیزومترها و نقشه های موجود، مرز فاقد جریان یا نفوذ ناپذیر در نظر گرفته شد. در قسمتهای جنوب و شرق (وجود سازند بختیاری) و بخش شمال غرب تا غرب (وجود آبرفت)، مرز با بار هیدرولیکی عمومی شبیه سازی گردید. علت استفاده از مرز با بار هیدرولیکی عمومی این است که بر خلاف مرز با بار مشخص، سطح آب در این نوع مرز ثابت نمی باشد و ممکن است با رسیدن اثر تنشهای داخلی به مرز، سطح آب تغییر نماید. دبی جریان ورودی یا خروجی با توجه به گرادیان هیدرولیکی در مرز و رسانایی سلول مرزی تغییر می نماید. از طرف دیگر حساسیت بارهای هیدرولیکی محاسباتی مدل به پارامتر مرزی نوع GHB کمتر از سایر مرزهاست. بنابر این اگر فرضیات مرزی به کار رفته در مرز درست نباشد و یا در اثر رسیدن اثر تنشها، مرزها رفتار غیرواقعی نشان دهند، نتایج مدل کمتر تحت تاثیر قرار خواهد گرفت(چیتسازان و صدقی ،.(1383 برای مدل کمی و کیفی جایگاه مرز با بار عمومی در نظر گرفته شد. در مدل جریان شرایط اولیه آبخوان یعنی بار هیدرولیکی گره ها در شروع دوره های زمانی مدل که جزء معلوم های معادلات بیلان بوده و باید شناخت کاملی نسبت به آنها داشت. بدین منظور برای محاسبه بار هیدرولیکی اولیه گره ها، از نقشه سطح ایستابی مهر ماه سال 1388 استفاده گردید. در مدل کیفی نیز شرایط مشابه است ولی به جای بار هیدرولیکی از غلظت اولیه یون نیترات در خرداد ماه 1389 بعنوان غلظت اولیه استفاده شد. در مدل کمی سایر پارامترهای هیدروژئولوژیکی مثل تبخیر، برداشت از چاهها، خروجی از چشمه ها و تغذیه بر اساس اطلاعات و آمار سازمان آب و برق منطقه ای خوزستان استخراج و وارد بسته مورد نظر گردید. ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان یعنی هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه باتوجه به نتایج آزمون پمپاژ، لاگ چاهها، مقاطع زمین شناسی، مطالعات ژئوفیزیکی و نیز مطالعات پیشین صورت گرفته تهیه و بصورت اولیه در اختیار نرم افزار قرار گرفتند. در مدل کیفی تخلخل مؤثر، ویژگیهای همرفتی مدل، پخشیدگی وضرایب و نسبتهای آن و نیز پارامترهای شیمیایی آبخوان با توجه به نوع یون و درک سیستم آبخوان از منابع مختلف (ناصری و ندافیان، 1387؛لالهزاری، 1387؛ موسوی،1389؛ وزارت نیرو، (1389 استخراج شده و طی فرایند واسنجی مورد تصحیح قرار گرفتند. میزان تغذیه نیز در طی واسنجی بهینه شد.
واسنجی و صحت سنجی مدل کمی
واسنجی مدل کمی طی یک دوره یکساله از مهر 1388 تا شهریور 1389 بصورت دستی اجرا شد و در طی آن منطقه بر اساس هدایت هیدرولیکی به چهار زون و بر اساس آبدهی ویژه به پنج زون تقسیم بندی گردید . صحت سنجی نیز
×پاییز 91، شماره 5
طی یک دوره شش ماه از مهر تا اسفند 1389 اجرا شد. دقت مدلسازی و صحت سنجی با توجه به واریانس خطای مقادیر محاسباتی و مشاهداتی سنجیده شد. واریانس واسنجی مدل کمی 0/13 و واریانس صحت سنجی 0/57 می باشد که نشان از دقت خوب واسنجی می باشد.
واسنجی و صحت سنجی مدل کیفی
به دلیل نیاز به مدل کمی برای اجرای مدل کیفی، پس از تعیین میزان مقبولیت و صحت مدل کمی در طی واسنجی، مدل کمی به مدت یک دوره شش ماهه از خرداد تا آبان 1389 (که داده های غلظت نیترات موجود است) دوباره صحت سنجی شده و داده های مدل کیفی وارد بسته نرم افزاری گردید. مدل طی یک دوره شش ماهه با واریانس 0/15 مورد واسنجی و طی یک دوره دو ماهه (مهر و آبان (1389 با واریانس 0/46 مورد صحت سنجی قرار گرفت.
