بهینه‌سازی ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان‌ها با روش‌های عددی (مطالعه موردی: آبخوان دشت دامنه-‌داران)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشجوی دکتری/گروه مدیریت ساخت و آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

افزایش بی‌رویه جمعیت در سه دهه اخیر، محدودیت منابع آب‌های سطحی و بهره‌برداری بیش از حد از سفره‌های آب زیر‌زمینی منجر به خسارات جبران‌ناپذیری از نظر کمی و کیفی به آبخوان‌های کشور شده است. شبیه‌سازی عددی جریان و انتقال آلودگی آب‌های زیر‌زمینی به‌دلیل تخمین پارامترهای هیدرولیکی و هیدرولوژیکی ابزار مهمی برای مدیریت منابع آب آبخوان‌هاست. پژوهش حاضر نتایج حاصل از یک مدل ریاضی شبیه‌سازی جریان و انتقال آلودگی آب‌های زیر‌زمینی در آبخوان دشت‌ دامنه–داران در فلات مرکزی و زیرحوضه گاوخونی در غرب استان اصفهان را نشان می‌دهد. برای انجام این کار از نرم‌افزار مدل‌سازی آب‌های زیرزمینی (GMS) استفاده شد. پس از جمع‌آوری اطلاعات مورد نیاز زمین‌شناسی، هیدرولوژیکی، هیدروژئولوژیکی و نقشه‌های توپوگرافی، مدل جریان آبخوان برای حالت پایدار و ناپایدار اجرا و واسنجی مدل برای دو پارامتر ضریب هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه تا رسیدن به یک سطح خطای استاندارد، بهینه‌سازی شد. سپس برای اطمینان از نتایج شبیه‌سازی برای یک دوره غیرماندگار، آزمون صحت‌سنجی انجام شد. نتایج به­ دست آمده از مرحله صحت سنجی نشان‌دهنده همبستگی بالا و قابل‌قبول بین بار مشاهداتی و شبیه‌سازی است. کم‌ترین مقدار همبستگی 99.7 درصد بود، که با توجه به تغییرات زیاد تراز در طول 18 ماه قابل‌قبول است. برای پیش‌بینی نوسانات سطح آب و پاسخ دو ضریب بهینه‌سازی ‌شده با تعریف دو سناریوی متفاوت برای یک بازه زمانی مشخص آبخوان شبیه‌سازی شد. در این حالت نتایج مبین این است که پارامترها بهینه‌سازی شده و شرایط فیزیکی آبخوان به ‌خوبی استخراج شده است. هم‌چنین نتایج مدل انتقال نشان داد که در آبخوان فقط یک هاله آلودگی در حال شکل‌گیری است و با سرعت تقریبی 15 متر در روز در کل آبخوان، در حال گسترش است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


احمدی، ع. (1401). بررسی تغییرات کیفی آب زیرزمینی در دشت ورامین تهران. مدل‌سازی و مدیریت آب ‌و خاک، 2(1)، 14-26.
براتی، خ.، عابدی کوپاپی، ج.، آذری، آ.، درویشی، ا.، و یوسفی، ع. (1398). مدل‌سازی آب زیرزمینی به‌منظور تعیین ضرایب هیدرودینامیکی در آبخوان آزاد (مطالعه موردی: دشت کرمانشاه). تحقیقات آب ‌و خاک ایران، 50(3)، 687-700.
خلیلی، ر.، منتصری، ح.، متقی، ح.، و جلیلی، م. (1400). ارزیابی کیفیت آب رودخانۀ تالار استان مازندران با استفاده از ترکیب شاخص‌های کیفیت آب و مدل‌سازی چندمتغیره. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 1(4)، 30-47.
رضایی، م.، بایمزد، ش.، و اعظمی، ا. (1399). بررسی اثر سد کرخه بر منابع آب زیرزمینی با استفاده از مدل GMS (مطالعه موردی: دشت عباس، دهلران). علوم و تکنولوژی محیط ‌زیست، 22(3)، 265-276.
رحمانی، غ.، چیت سازان، م.، و غفوری، ح. (1401). تعیین ارتباط افت سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین در آبخوان دشت دامنه-داران با ترکیب مدل‌های عددی و تحلیلی. زمینشناسی کاربردی پیشرفته، 12(2)، 259-275.
روشنی، ه.، حیدری، م.، و ستوده‌نیا، ع. (1398). تخمین ضرایب هیدرودینامیکی نفوذ آب در خاک با استفاده از بهینه‌سازی معادلات نفوذ SCS و Horton. تحقیقات آب و خاک ایران، 50(1)، 201-213.
رئیسی دهکردی، م. (1401). تشریح انواع آلودگی‌ها در منابع آبی و حفاظت از منابع آب. رویکردهای نوین در مهندسی عمران، 6(1)، 42-52.
رئیسی دهکردی، م.، و یگانه مظهر، ا. (1400). مشخصات و ویژگی‌های محیط متخلخل و انواع لایه‌های آب‌دار و هم‌چنین تشریح انواع آلاینده‌ها در آبخوان‌ها. رویکردهای نوین در مهندسی عمران، 5(1)، 57-69.
سروری، س.، و ضیائی، ع.، و جودوی، ع. (1398). بررسی اندرکنش رودخانه و آبخوان در دشت بجنورد به‌وسیله اندازه‌گیری‌های میدانی و مدل‌سازی عددی. آب و خاک، 33(5)، 671-683.
شهبازی، م. (1392). شبیه‌سازی و مدیریت آبخوان دشت خانمیرزا با استفاده از مدل MODFLOW. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد.
صفوی، ح.، و مصلحی بهارانچی، ا. (1389). تخمین ضرایب دیسپرسیویته مکانیکی با استفاده از مدل MODPATH، مطالعه موردی: آبخوان کوهپایه- سگزی اصفهان. پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد.
صفوی، ح. (1393). هیدرولوژی مهندسی. چاپ چهارم، انتشارات ارکان دانش اصفهان، 706 صفحه.
عطایی آشتیانی، ب.، و کتابچی، ح. (1393). هیدرولیک و آلودگی آب‌های زیرزمینی. چاپ اول، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، 917 صفحه.
کرد، م.، اصغری مقدم، ا.، و نخعی، م. (1398). مدل‌سازی عددی آبخوان دشت اردبیل و مدیریت آن با استفاده از بهینه‌سازی برداشت آب زیرزمینی. هیدروژئولوژی، 4(1)، 153-167.
لاله‌زاری، ر.، انصاری سامانی، ف.، معاضد، ه.، و حقیقتی، ب. (1393). انتقال مواد جامد محلول به منابع برداشت آب شرب شهرکرد در اثر استفاده مجدد از آب آبیاری. پژوهش‌های حفاظت آب‌ و خاک، 21(3)، 237-251.
محمد‌میرزایی، ف.، ذاکری نیا، م.، و هزارجریبی، ا. (1397). بهینه‌سازی ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان آزاد گرگانرود با استفاده از مدل ریاضی GMS. اولین همایش ملی علوم کشاورزی و زیست محیطی ایران، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان.
مردانی، ز.، ابراهیمی، ک.، عراقی‌‌نژاد، ش.، و لیاقت، ع. (1398). بررسی تأثیر غلظت آلودگی بر ضرایب پراکندگی طولی و عرضی محیط متخلخل اشباع. آبیاری و زهکشی ایران، 5(13)، 1257-1269.
وزارت نیرو، (1393). پیش‌نویس راهنمای تهیه مدل ریاضی آب‌های زیرزمینی. شرکت مدیریت منابع ایران، تهران، ایران.
Ahmadi, A. (2022). Investigation of groundwater quality changes in Varamin Plain of Tehran. Water and Soil Management and Modeling, 2(1), 14-26 (in Persian).
Atai Ashtiani, B., & Ketabachi, H. (2014). Hydraulics and groundwater pollution. 1th Edition: Sharif University of Technology Publications, 917 pages (in Persian).
Barati, Kh., Abedi Kopapi, J., Azari, A., Darvishi, E., & Yousefi, A. (2019). Ground water Modeling to determine hydrodynamics coefficients in unconfined aquifer (case study: Kermanshah Plain). Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(3), 687-700 (in Persian).
Bear, J., & Cheng, A. (2010). Modeling Groundwater Flow and Contaminant Transport. Part of the book series: Theory and Applications of Transport in Porous Media, Springer Science+Business Media.
Ghadimi, S., & Ketabchi, H. (2019). Possibility of cooperative management in groundwater resources using an evolutionary hydro-economic simulation-optimization model. Journal of Hydrology, 578(4), 124094.
Izady, A., Davaary, K., Alizadeh, A., Ziaei, A.N., Alipoor, A., Joodavi, A., & Brusseau, M.L. (2014). A framework toward developing a groundwater conceptual model. Arabian Journal of Geosciences, 7(9), 3611-3631.
Jalali, M. (2007). Assessment of the chemical components of Famenin groundwater, western Iran. Environmental Geochemistry and Health, 29(5), 357-374.
Kahe, M.S., Javadi, S., Roozbahani, A., & Mohammadi, K. (2021). Parametric uncertainty analysis on hydrodynamic coefficients in groundwater numerical models using Monte Carlo method and RPEM. Environment, Development and Sustainabilit, 23, 11583–11606.
Khalili, R., Montaseri, H., Motaghi, H., & Jalili, M. (2021). Water quality assessment of the Talar River in Mazandaran Province based on a combination of water quality indicators and multivariate modeling. Water and Soil Management and Modelling, 1(4), 30-40 (in Persian).
Kord, M., Asghari Moghaddam, A., & Nakhaei, M. (2019). Numerical modeling of Ardabil plain aquifer and its management using optimization of groundwater extraction. Hydrogeology, 4(1), 153-167 (in Persian).
Lalehzari, R., Ansari Samany, F., Moazed, H., & Haghighti, B., (2014). Transport of total dissolved solids into urban discharge sources by irrigation water reuse effect. Journal of Water and Soil Conservation, 21(3), 237-251 (in Persian).
Mardani, Z., Ebrahimi, K., Araghinejad, Sh., & Liaghat, A. (2018). Laboratory study on the effects of tracer concentration changes on longitudinal and transverse dispersion coefficients in saturated porous media. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 5(13), 1257 -1269 (in Persian).
Ministry of Energy, (2014). Draft guide for preparation of groundwater mathematical model. Iran Resources Management Company, Tehran, Iran (in Persian).
Mohammad Mirzaei, F., Zakerinia, M., & Hezarjaribi, A. (2018). Optimizing the hydrodynamic coefficients of the open aquifer of Gorganrud using the GMS mathematical model. The 1th national conference of agricultural and environmental sciences of Iran, Tehran, Iran (in Persian).
Mohtashami, A., Hashemi Monfared, S.A., Azizyan, G., & Akbarpour, A. (2022). Numerical simulation of groundwater in an unconfined aquifer with a novel hybrid model (case study: Birjand aquifer, Iran). Journal of Hydroinformatics, 24(1), 160-178.
Rahmani, G., Chitsazan, M., & Ghafouri, H. (2022). Predicting water level drawdown and assessment of land subsidence in Damaneh-Daran Aquifer by combining numerical and analytical models. Advanced Applied Geology, 12(2), 259-275 (in Persian).
Rezaei, M., Paimozd, Sh., & Aazami, A. (2020). Investigating of the effect of Karkheh dam on underground water resources using GMS model (case study: Dasht-Abbas, Dehleran). Journal of Environmental Science and Technology, 22(3), 265-276 (in Persian).
Raeisi Dehkordi, M. (2022). Describing the types of pollution in water resources and protecting water resources. Journal of New Approaches in Civil Engineering, 6(1), 42-52 (in Persian).
Raeisi Dehkordi, M., & Yeganeh Mazhar, A. (2021). Properties and Characteristics of Porous Media and Types of Aquifers as well as Description of Pollutants in Aquifers. Journal of New Approaches in Civil Engineering, 5(1), 57-69 (in Persian).
Roshani, H., Heydari, M., & Sotoodhnia, A. (2019). Estimation of hydrodynamic infiltration coefficients using optimization of SCS and Horton equations. Iranian Journal of Water and Soil Research, 50(1), 201-213 (in Persian).
Rezapour Tabari, M.M., Eilbeigi, M., & Chitsazan, M. (2021). Multi-objective optimal model for sustainable management of groundwater resources in an arid and semiarid area using a coupled optimization-simulation modeling. Environmental Science and Pollution Research, 29, 22179-22202.  
Safavi, H., & Moslehi Baharanchi, E. (2010). Estimation of mechanical dispersivity coefficients using MODPATH model, case study: Kohpayeh-Segzai aquifer of Isfahan. The 5th National Congress of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, (in Persian).
Safavi, H. (2014). Engineering Hydrology. 4th Edition: Isfahan Arkan Danesh Publications, 706 pages (in Persian).
Sarvari, S., Ziaei, A., & Joodavi, A. (2020). Investigating of river-aquifer interactions in Bojnourd plain using reach measurements and numerical modeling. Journal of Water and Soil, 33(5), 671-683 (in Persian).
Shahbazi, M. (2012). Simulation and management of Khanmirza plain aquifer using MODFLOW model. Master's Thesis, Yazd University, Yazd, Iran (in Persian).
Sharafati, A., Haghbin, M., Torabi, M., & Yaseen, Z.M. (2021). Assessment of novel nature-inspired fuzzy models for predicting long contraction scouring and related uncertainties. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 15(3), 665 – 681.
Singh, R.M., & Datta, B. (2004). Groundwater pollution source identification and simultaneous parameter estimation using pattern matching by artificial neural network. Environmental Forensics, 5(3), 143 – 153.