مدل‌سازی عددی و تحلیل روند وضعیت کمی آبخوان مهاباد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری/ گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استاد/ گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 استاد/ گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 استادیار/ گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

برای مدیریت منابع آب زیرزمینی نیاز به شناخت و عملکرد آبخوان در شرایط طبیعی است. در این راستا، بررسی روند و تغییرات تراز آب زیرزمینی موجب ایجاد مدیریتی پایدار از آن می‌شود. به همین منظور در این تحقیق از کد MODFLOW در نرم‌افزار GMS برای شبیه‌سازی آب زیرزمینی آبخوان مهاباد برای دورة دو ساله از سال 1391 -1389 استفاده شد. مدل در دو حالت پایدار و ناپایدار اجرا شد و عملکرد آن با معیارهای خطای جذر میانگین مربعات (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب تبیین (R2)مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، برای تعیین روند تراز آب زیرزمینی از روش‌های من–کندال و روش شیب سن در سطوح معنی‌داری 90، 95، 99 و 9/99 درصد استفاده شد. نتایج نشان داد که مقادیر RMSE، MAE و R2 برای حالت ناپایدار به‌ترتیب 88/0 متر، 72/0 متر و 99/0 است. بر اساس آزمون من–کندال ایستگاه‌های حاجی خوش، گاپیس و گرگ‌تپه بیش‌ترین روند نزولی را داشتند. به‌طوری‌که در این ایستگاه‌ها روند نزولی بیش‌تر در سطح 99/0 درصد معنی‌دار بوده است. مقادیر آمارة Z من-کندال برای ایستگاه قم قلعه مثبت به‌دست آمد که بیان‌گر روند صعودی تراز آب زیرزمینی این منطقه بود. آزمون شیب سن نیز نشان داد که شیب نزولی سه ایستگاه حاجی خوش، گاپیس و گرگ‌تپه با شدت بیش‌تری به‌ترتیب با شیب 09/0-، 19/0- و 1- کاهش پیدا می‌کند. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که آبخوان مهاباد در وضعیت مطلوبی قرار ندارد و با افزایش برداشت و کاهش بارش‌ها به‌ویژه در سال‌های اخیر وضعیت آن بدتر نیز خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


ابارشی، ف.، مفتاح هلقی، م.، و دهقانی، ا. (1393). روند تغییرات کیفیت آب زیرزمینی دشت زرین گل با استفاده از آزمون ناپارامتری من کندال اصلاح شده و تخمین گر شیب سن. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک (علوم کشاورزی و منابع طبیعی)، 21(3)، 100-79.
ابراهیمی خوسفی، ز.، ولی، ع.، قضاوی، ر.، و خسروشاهی، م. (1398). بررسی میزان تغییرات سطح ایستابی و حجم ذخایر آبی آبخوان‌های غربی تالاب گاوخونی در دوره آماری 1392-1370. پژوهش آب ایران، 13(4)، 113-123.
ارشادحسینی، ا.، کشتکار، ا.، حسینی، س.، و افضلی. (1400). تجزیه و تحلیل روند تغییرات زمانی کیفیت منابع آب زیرزمینی با استفاده از آزمون ناپارامتری منکندال و روش تخمین‌گر شیب سن نمونة پژوهش: دشت یزد-اردکان. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 32(4)، 106-87.‎
انصافی مقدم، ط. (1399). بررسی روند تغییرات سالانه، فصلی و ماهانه ﺗﺮاز آب­های زیرزمینی (مطالعه موردی: زیرحوضه میقان اراک). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 27(3)، 516-544.
چراغی، س.، نجفی، ب.، شجری، ش.، و جوان، م. (1399). بررسی روند تغییرات کمی و کیفی آب زیرزمینی دردشت سروستان-استان فارس. پژوهش‌های آبخیزداری (پژوهش و سازندگی)، 33(2)، 96-82.
دستواره، ج.، ناصریان اصل، ز.، حسنوند، ه.، و امیری دوماریف، س. (1399). مدل‌سازی تراز آب زیرزمینی و بررسی وضعیت آبخوان دشت میناب. جغرافیا و روابط انسانی، 3(2)، 50-59.
دلاور، ح.، وهاب زاده کبریا، ق.، قربانی، ج.، اشرفی، محمدرضا. (1400). بررسی روند تغییرات کمی سطح ایستابی طی سال های 90-1371 با آزمون من-کندال (مطالعه موردی؛ دشت فیروزآباد، استان فارس، ایران). یافته‌های نوین زمین‌شناسی کاربردی، 15(30)، 165-176.
روشنگر، ک.، نورانی، و.، و دولتشاهی، م. (1399). بررسی و تعیین روند تغییرات تراز آب زیرزمینی با استفاده از تبدیل موجک گسسته و آزمون‌های ناپارامتری ( مطالعه موردی: دشت آذرشهر). تحقیقات منابع آب ایران، 16(1)، 102-115.
عادلی، ب.، محمدی کنگرانی، ح.، سعدالدین، ا.، بذرافشان، ا.، و آرمین، م. (1397). ارزیابی کیفی و کمی سفره های آب زیرزمینی با به کارگیری روش WQI و آزمون من-کندال (مطالعه موردی: دشت سرخون-استان هرمزگان). اکوهیدرولوژی، 5(3)، 801-811.
عدالت، ع.، رجبی، ع.، و خداپرست، م. (1401). مدل سازی عددی جریان آب زیرزمینی دشت علی آباد قم به منظور پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی و هدایت هیدرولیکی. نشریه انجمن زمین شناسی مهندسی ایران، در حال انتشار.
عزیزی، ف.، اصغری مقدم، ا.، و ناظمی، ا. (1398). شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی و نفوذ آب شور در آبخوان دشت ملکان. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، ۱۳(۴۵)، 32-43.
غلامی، ف.، زارعی، ح.، و معروفی، ص. (1400). تحلیل روند تغییرات پارامترهای کمی و کیفی آب زیرزمینی دشت تویسرکان با آزمون ناپارامتری من کندال. علوم و مهندسی آبیاری، 44(1)، 140-127.‎
محمدی، آ.، و قائینی حصاروئیه. (1400). مدل­سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان آستانه-کوچصفهان. علوم و مهندسی آبیاری، 44(3)، 44-29.‎
وزارت نیرو، (1393). گزارش جامع مطالعات منابع آب حوضه دریاچه ارومیه.
وزارت نیرو، (1387). مطالعات بهنگام­سازی بیلان منابع آب محدوده‌های مطالعاتی حوضه آبریز دریاچه ارومیه منتهی به سال آبی 1389-1390.
Abareshi, F., Meftah Halghi, M., & Dehghani, A. A. (2014). The trend of groundwater quality parameters in Zarringol Plain using nonparametric Mann-Kendall and Sen̕s Methods. Journal of Water and Soil Conservation, 21(3), 79-100 (in Persian).
Adeli, B., Kangarani, H., Sadodin, A., Bazrafshan, O., & Armin, M. (2018). Using the WQI method and the Mann-Kendall test to assess the qualitative and quantitative status of groundwater aquifers (case study: Sarkhoon plain, Hormozgan province). Iranian journal of Ecohydrology, 5(3), 801-811 (in Persian).
Azizi, F., Asghari Moghaddam, A., & Nazemi, A. (2019). Groundwater flow and salinity intrusion simulation in malekan plain aquifer. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 13(45), 32-43 (in Persian).
Bashi-Azghadi, S.N., Kerachian, R., Bazargan-Lari, M.R., & Solouki, K. (2010). Characterizing an unknown pollution source in groundwater resources systems using PSVM and PNN. Expert Systems with Applications, 37(10), 7154-7161.
Bayat, M., Eslamian, S., Shams, G., & Hajiannia, A. (2020). Groundwater level prediction through GMS software–case study of Karvan area, Iran. Quaestiones Geographicae, 39(3), 139-145.
Boyce, S.E., Nishikawa, T., & Yeh, W.W. (2015). Reduced order modeling of the Newton formulation of MODFLOW to solve unconfined groundwater flow. Advances in Water Resources, 83, 250-262.
Cheraghi, S., Nagafi, B., Shajari, S., & Javan, M. (2020). The Trend of Changes in Groundwater Quantity and Quality in the Sarvestan Plain of Fars Province. Watershed Management Research Journal, 33(2), 82-96 (in Persian).
Dastvareh, J., Naserianasl, Z., hasanvand, H., & Amiri Domari, S. (2020). Modeling groundwater level and investigating the aquifer status of Minab plain. Geography and Human Relationships, 3(2), 50-59 (in Persian).
Delavar, H., VahabzadahKbriya, G., Ghorbani, J., & Ashrafi, M. (2021). Investigating of quantitative trend changes in Aquifer water table during1992 -2011 by Mann-kendall test (Case study: Firoozabad plain, Fars province, Iran). New Findings in Applied Geology, 15(30), 165-176 (in Persian).
Ebrahimi khusfi, Z., vali, A., Ghazavi, R., & khosroshahi, M. (2019). An investigation of the changes in the water table and the storage of western aquifers of Gavkhouni wetland during 1981-2013. Iranian Water Researches Journal, 13(4), 113-123 (in Persian).
Edalat, A ., Rajabi, A., & Khodaparast, M. (2022). Numerical modeling of groundwater flow in Ali Abad Plain of Qom to predict fluctuations of the water table and hydraulic conductivity. Scientific Quarterly Journal of Iranian Association of Engineering Geology, (in Persian) (in Press).
Ensafi Moghaddam, T. (2020). Trend analysis of annual, seasonal and monthly groundwater level (Case study: Sub-basin of Arak Mighan). Iranian Journal of Rangeland and Desert Research, 27(3), 516-544 (in Persian).
Ershad Hosseini, M., Keshtkar, A., Hosseini, S., & Afzali, A. (2021). Analysis of temporal trend of groundwater quality using nonparametric Mann-Kendall and Sen’s methods (Case study: Yazd-Ardakan Plain). Geography and Environmental Planning, 32(4), 87-106 (in Persian).
Flores-Márquez, E.L., Jiménez-Suárez, G., Martínez-Serrano, R.G., Chávez, R.E., & Pérez, D.S. (2006). Study of geothermal water intrusion due to groundwater exploitation in the Puebla Valley aquifer system, Mexico. Hydrogeology Journal14(7), 1216-1230.
Ghamarnia, H., Enayati, S., & Amini, A. (2022). Numerical Simulation of Bijar-Divandere Plain Aquifer Using MODFLOW Code and Investigation in The Effects of Drought on Its Quantitative Changes. Environment and Water Engineering, 8(1), 15-30.
Gholami, F., Zarei, H., Marofi, S. (2021). Trend Analysis of Groundwater Quantity and Quality Parameters (Case Study: Tuyserkan Plain). Irrigation Sciences and Engineering, 44(1), 127-140 (in Persian).
Kayhomayoon, Z., Babaeian, F., Ghordoyee Milan, S., Arya Azar, N., Berndtsson, R. (2022). A combination of metaheuristic optimization algorithms and machine learning methods improves the prediction of groundwater level. Water, 14(5), 751.
Kayhomayoon, Z., Azar, N.A., Milan, S.G., Moghaddam, H.K., & Berndtsson, R. (2021). Novel approach for predicting groundwater storage loss using machine learning. Journal of Environmental Management, 296, 113237.
Kendall, M.G. (1970). Rank Correlation Methods. 2nd Edition: NewYork: Hafner.
Malekzadeh, M., Kardar, S., & Shabanlou, S. (2019). Simulation of groundwater level using MODFLOW, extreme learning machine and Wavelet-Extreme Learning Machine models. Groundwater for Sustainable Development, 9, 100279.
Mann, H.B. (1945). Nonparametric tests against trend. Journal of Econometrica, 13, 245-259.
Mays, L.W., & Todd, D.K. (2005). Groundwater hydrology. Third addition: John Wily and Sons, Inc., Arizona State University.
Milan, S.G., Roozbahani, A., & Banihabib, M.E. (2018). Fuzzy optimization model and fuzzy inference system for conjunctive use of surface and groundwater resources. Journal of Hydrology, 566, 421-434.
Ministry of Energy, (2013). Comprehensive report on studies of water resources of Urmia Lake basin (in Persian)
Ministry of Energy (2009). Studies on updating the balance of water resources of the study areas of the catchment area of Lake Urmia, ending with the year 2009-2010 (in Persian).
Mohammadi, A., & Ghaeini-Hessaroeyeh, M. (2021). Groundwater Modeling of Astaneh-Kuchesfehan Aquifer. Irrigation Sciences and Engineering, 44(3), 29-44 (in Persian).
Roushangar, K., Nourani, V., & Dolatshahi, M. (2020). Investigation and trend identification of groundwater level variations using discrete wavelet transform and non-parametric tests (case study: Azarshahr plain). Iran-Water Resources Research, 16(1), 102-115 (in Persian).
Sahoo, S., Swain, S., Goswami, A., Sharma, R., & Pateriya, B. (2021). Assessment of trends and multi-decadal changes in groundwater level in parts of the Malwa region, Punjab, India. Groundwater for Sustainable Development14, 100644.
Shamsudduha, M., Chanller, R.E., Taylor, R.G., & Ahmed, K.M. (2009). Recent trends in groundwater levels in a highly seasonal hydrological system: The Ganges- Brahmaputra- Meghana delta. Hydrology and Earth System Science, 13, 2373- 2385.
Xu, Z.X., Takeuchi, K., & Ishidaira, H. (2003). Monotonic trend and step changes in Japanese precipitation. Journal of Hydrology, 279(1-4), 144-150.