در تحقیق پیش رو اهداف زیر دنبال شده است:
الف- شبیهسازی کمی جریان آب‌های زیرزمینی دشت ایج و تعیین مسیر و سرعت حرکت آب در درون دشت و مبادلات آبی با دشت‌های مجاور.
ب- تعیین ناحیه گیرش چاه‌های آب منطقه مورد مطالعه.
ج- شبیهسازی کیفی و تعیین روند پخش و انتشار آلودگی ناشی از وجود لندفیل فرضی در شمال دشت.
نوآوری پایان نامه
دراین نوشتار برای اولین بار دشت ایج که اهمیت آن پیش تر ذکر شد، توسط نرم افزار GMS مدل‌سازی کمی و به وسیله کد MT3D شبیهسازی کیفی گردید.
۱-۵- ساختار پایان نامه
این پایان نامه از شش فصل تشکیل شده است. فصل اول شامل مقدمه و اهمیت موضوع میباشد. در فصل دوم مفاهیم اولیه و مبانی نظری مرتبط با موضوع بیان شده است. در فصل سوم پیشینه علمی موضوع و تحقیقات قبلی انجام شده در این زمینه ارائه میگردد. در فصل چهارم مشروحی بر مراحل و روش انجام کار آمده است. در فصل پنجم به ارائه و آنالیز نتایج به دست آمده پرداخته و در نهایت در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات در مورد تحقیق انجام شده ارائه می‌شود.
فصل دوم
مبانی نظری تحقیق و مدلهای شبیهسازی کمی و کیفی جریان آب‌های زیرزمینی
۲-۱-تعریف مدل آب زیرزمینی
به هر سیستمی که بتواند عکس العمل ذخیره‌ی آب زیرزمینی را در مقابل استرس‌های وارده (تخلیه و تغذیه) نشان دهد مدل آب زیرزمینی گفته می شود. به کار بردن مدل و کنترل نتایج حاصل از آن اصطلاحاً شبیهسازی[۴] گفته می شود (Prickett, 1975).
علاوه بر این، مدل وسیله‌ای جهت ارائه بیان تفهیمی یا ترسیمی از سیستمهای فیزیکی با بهره گرفتن از معادلات ریاضی میباشد. به عبارت کلی تر مدل وسیله‌ای جهت توجیه حقیقت است که با بیان ساده و تفسیر ساده طراحی می شود. به همین ترتیب مدلهای آب زیرزمینی نیز توجیهی از حقیقت میباشند و اگر به نحو مطلوبی تنظیم و ساخته شوند، میتوانند جهت پیش بینی‌های لازم به منظور مدیریت بهره برداری از منابع آب مورد استفاده قرار گیرند (Brewer et al, 2003).
در واقع عبارت مدل‌سازی[۵] اشاره به تهیه مدلهای مفهومی و اعمال نرم افزار شبیهساز (کدکامپیوتری) برای نمایش یک سیستم آب زیرزمینی در مکانی خاص دارد که نتایج به دست آمده تحت عنوان یک مدل یا کاربرد مدل مورد استفاده قرار می‌گیرد. صحت یک مدل وابسته به میزان شناخت از سیستمی است که مدل در مورد آن اعمال میگردد.
میزان سودمندی و قابل استفاده بودن هر مدل بستگی به آن دارد که معادلات ریاضی تا چه انداز‌ه‌ای توانسته باشند تقریب درستی از سیستم فیزیکی مد نظر را ارائه نماید یا به عبارتی، تا چه اندازه توانسته باشد واقعیت‌های موجود در طبیعت را شبیهسازی نماید. به منظور ارزیابی قابل استفاده بودن و سودمندی یک مدل، درک کامل از سیستم فیزیکی و فرضیات به کار رفته در ارائه معادلات ریاضی ضروری است.
۲-۲-انواع مدلها
مدلهای متعددی جهت مطالعه سیستمهای جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. مجموعه مدلهای آب زیرزمینی را میتوان در سه گروه کلی تقسیم بندی کرد که شامل مدل فیزیکی، مدل آنالوگ[۶] و مدلهای ریاضی[۷] میباشند که هر کدام از این مدلها خود دربرگیرنده مدلهای دیگر هستند (شکل ۲-۱).
هر یک از این مدلها خواص مکانی و زمانی یک سیستم یا بخش‌هایی از آن را به صورت فیزیکی و یا ریاضی شبیهسازی می‌کند .(Kresic, 1997)
شکل (۲‑۱): تقسیم بندی مدلهای آب زیرزمینی (افتخاری، ۱۳۸۹)
۲-۲-۱- مدلهای فیزیکی
مدلهای فیزیکی یا مدلهای محیط متخلخل، شرایط ساده شد‌ه‌ای از طبیعت را با بهره گرفتن از عناصر موجود در آبخوان (آب و ذرات تشکیل دهنده آبخوان) در آزمایشگاه شبیهسازی می‌کنند. به طور مثال میتوان به مدل ماسه‌ای اشاره کرد که برای اولین بار توسط فورش‌هایمر در سال ۱۸۹۷ ساخته شد (Kresic, 1997).
هر دو نوع آبخوان آزاد و تحت فشار را میتوان توسط مدلهای ماسه‌ای شبیهسازی کرد. به این صورت که اگر سطح آن آزاد باشد، آبخوان آزاد و در صورتی که به وسیله یک کرانه نفوذ ناپذیر فوقانی محدود شده و آب تحتفشار باشد، آبخوان تحت فشار شبیهسازی می‌شود.
۲-۲-۲- مدلهای آنالوگ
یک سیستم آب زیرزمینی را میتوان با بهره گرفتن از قیاس[۸] بین جریان آب زیرزمینی و برخی فرایند‌های فیزیکی آنالوگ، نظیر عبور جریان‌های الکتریکی از هادی‌ها شبیهسازی کرد. مدلهای مذکور، آنالوگ (قیاس) نامیده میشوند و پیش از توسعه سریع مدلهای رایانه‌ای عددی به طور گسترده در کار‌های عملی هیدروژئولوژیک، مورد استفاده قرار می‌گرفتند .(Kresic, 1997)
در مدلهای آنالوگ، بر خلاف مدلهای فیزیکی از موادی غیر از مواد آبخوان برای شبیهسازی استفاده می‌شود. این مواد رفتاری شبیه به آبخوان دارند و با وارد کردن تنش به آن‌ها واکنشی شبیه واکنش آبخوان نسبت به آن تنش خاص ایجاد میگردد (مظفری زاده، ۱۳۸۵).
از انواع مدلهای آنالوگ میتوان به مدلهای آنالوگ الکتریکی اشاره کرد که از شباهت ریاضی بین قانون دارسی (قانون جریان آب زیرزمینی ) و قانون اهم (قانون جریان الکتریسیته ) استنتاج گردیده است. در این مدلها، تغییرات ولتاژ در یک مدل آنالوگ الکتریکی نظیر تغییر بار هیدرولیکی در جریان آب زیرزمینی (dh) و گرادیان ولتاژ ( ) نیز آنالوگ گرادیان هیدرولیکی ( ) در نظر گرفته می شود.
از مدلهای آنالوگ دیگر، مدلهای آنالوگ سیالات لزج میباشد که از عبور سیال لزج تر از آب مانند روغن از بین صفحات عمودی و یا افقی با فواصل کم استفاده می‌شود و به این وسیله حرکت آب در آبخوان شبیهسازی می‌شود. از انواع این مدلها میتوان به مدل آنالوگ سیالات لزج هلشاو[۹] و یا صفحات موازی اشاره کرد.
مدلهای آنالوگ حرارتی نیز بر اساس تشابه بین قانون فوریه و رابطه دارسی ساخته میشوند، که در آن q مقدار حرارت عبور یافته از واحد سطح در واحد زمان،T درجه حرارت،L فاصله پیمایش و K هدایت حرارتی است. گرادیان حرارتی ( ) در معادله فوریه آنالوگ گرادیان هیدرولیکی ( ) در رابطه دارسی است (Kresic, 1997).
۲-۲-۳- مدلهای ریاضی
مدل‌هایی که در آن‌ها جریان آب زیرزمینی با بهره گرفتن از معادلات ریاضی توصیف می شود، مدل ریاضی نامیده میشوند.
در مدلهای ریاضی میتوان از رابطه ساده دارسی یا از معادله لاپلاس استفاده نمود. اگرچه فرمول دارسی و یا معادله لاپلاس را میتوان به صورت ریاضی حل نمود ولی روش‌های حل این گونه محدود به شرایط خاصی میباشند که در زیر آمده است :
محیط باید از وضعیت هندسی[۱۰] ساد‌ه‌ای برخوردار باشد.
محیط باید همگن[۱۱] باشد.
محیط باید همسان[۱۲] باشد.
به دلیل اینکه توانایی مدلهای ریاضی نسبت به مدلهای فیزیکی بیشتر میباشد، استفاده از این مدلها در سال‌های اخیر به دلائل زیر افزایش چشم گیری یافته است:
مدلهای فیزیکی پیچیده ترند.
تغییر ابعاد و تهیه مدل فیزیکی برای یک منطقه خاص مشکل است.
مدلهای ریاضی نیازی به کنترل تجهیزات آزمایشگاهی ندارند.
مدلهای ریاضی توانایی حل مسائل گستردهتری را دارند.
کاربرد مدلهای ریاضی آسان تر از مدلهای فیزیکی است.
هزینه مدلهای ریاضی نسبت به مدلهای فیزیکی بسیار کمتر است.
بر اساس روش حل معادلات ریاضی، این مدلها به انواع زیر تقسیم میشوند:
۲-۲-۳-۱-مدلهای تجربی
این مدلها تنها بر اساس تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی خروجی و ورودی داده‌های تجربی میباشند که بر نوعی معادله ریاضی برازش داده میشوند. در این مدل یافتن رابطه‌ای بین علت و معلول از اهمیت ویژ‌ه‌ای برخوردار است. از این رو مرحله تبدیل ورودی به خروجی مدل و چگونگی فرایند‌ها در این مرحله در نظر گرفته نمی شود. به عنوان مثال یک مقدار بارش مشخص در حوضه‌ای موجب به وجود آمدن یک دبی در خروجی حوضه میگردد و پارامتر‌های هیدرولوژی دیگر نظیر تبخیر، نفوذ و… مورد توجه قرار نمیگیرند.
اگرچه مدلهای تجربی قلمرو محدودی دارند و در محل و یا در مورد مشکل خاصی مورد استفاده قرار میگیرند، ولی میتوانند بخش مهمی از یک مدل پیچیده عددی را تشکیل دهند. برای مثال، نحوه عملکرد یک ماده آلوده کننده خاص در محیط متخلخل را میتوان در آزمایشگاه یا در قطعات آزمایشی کنترل شده روی زمین، مطالعه کرد و پارامتر‌هایی را به دست آورد که در آینده بتوان از آن‌ها در مدلهای عددی کیفیت آب زیرزمینی استفاده نمود.
۲-۲-۳-۲- مدلهای احتمالاتی
مدلهای احتمالی بر اساس قوانین احتمالی و آماری میباشند. مدلهای مذکور میتوانند دارای شکل‌ها و پیچیدگی‌های گوناگونی باشند که از توزیع احتمالی ساده یک خاصیت هیدروژئولوژیک مورد نظر شروع و به مدلهای پیچیده تصادفی وابسته به زمان ختم میشوند (Kresic, 1997).
ویژگی‌‌های این نوع مدلها عبارتند از:
مدلهای احتمالاتی دارای چندین مولفه تصادفی میباشند.
در این نوع مدلها رابطه بین علت و معلول، از یک رابطه فیزیکی تبعیت نمیکند و شناخته شده نیست، مثل وقوع بارش که بخشی از آن تصادفی و بخشی فیزیکی است.
فرم در حال بارگذاری ...
