0
0

مدل‌های آب زیرزمینی

1332 بازدید
۵/۵ - (۱ امتیاز)

مدل آب زیرزمینی به هر سیستمی گفته می‌شود که عکس العمل آب زیرزمینی را در برابر استرس‌هایی مانند تخلیه و تغذیه نشان می‌دهد. یک سامانه مانند آبخوان از مجموعه‌ای از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی تشکیل شده که دارای پیچیدگی‌هایی می‌باشد. حال مدل‌ها کمک می‌کنند تا این فرآیندها به شکل ساده‌تری نسبت به سامانه واقعی بیان گردد.

در دهه‌های ۴۰ و ۵۰ میلادی ژاکوب و هانتوش روابطی را به منظور حل مسائل جریان در چاه‌ها و آبخوان‌ها ارائه کردند. از همان زمان بود که روش‌های نظری در حل مسائل آب‌های زیرزمینی معمول شد و اکثر فرمول‌ها و روش‌های تجربی در قالب معادلات ریاضی در مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در ایران برای اولین بار در سال ۱۳۴۸ شمسی مطالعات مدل سازی توسط سازمان خواربار جهانی انجام شده است. در پی این مطالعات مدل ریاضی دشت ورامین در ادامه آن نیز تعدادی مدل با همکاری مشاوران فرانسوی تهیه شد. به دنبال گسترش کامپیوترهای پیشرفته در دهه ۱۹۶۰ استفاده از مدل‌های ریاضی با راه حل عددی به یکی از روش‌های مطلوب در مطالعه آب زیرزمینی تبدیل شده است. این مدل ها با توجه به آنچه در طبیعت آبخوان آب زیرزمینی وجود دارد مانند شرایط زمین شناسی نوع جریان اعم از ورقه‌ای و یا متلاطم مؤلفه‌های جریان ورودی و خروجی شرایط مرزی و غیره تهیه می‌گرددد.

اب زیرزمینی

مشکلات مربوط به مدلسازی در ایران

مطالعات مربوط به آب زیرزمینی در ایران از دیرباز تا کنون با مشکلاتی روبرو بوده است که از جمله این مشکلات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

-نبود شناخت کافی و ناقص بودن اطلاعات در مورد خصوصیات فیزیکی یه دشت‌ها که اصلی‌ترین مخزن آب‌های زیرزمینی می‌باشند.

– نبود یک شبکه پیزومتری مناسب یا ناکافی بودن تعداد پیزومترها در محدوده دشت به منظور واسنجی مدل

– نبود آمار و اطلاعات کامل از پارامترهای هواشناسی و اقلیم شناسی در محدوده دشت‌ها

-نبود آزمایش‌های پمپاژ کافی در محدوده دشت‌ها و در نتیجه نبود اطلاعات کافی از ضرایب هیدرودینامیکی آبخوان‌ها

-عدم شناخت کافی از رفتار هیدرولیکی سازندهای حاشیه دشت‌ها و ارتباط آنها با آبرفت جهت تعریف شرایط مرزی مناسب

– نبود یک دستورالعمل جامع به منظور راهنمایی و تهیه مدل و عدم نظارت کافی بر مراحل و نتایج تهیه مدل

 

انواع مدل‌های آب زیرزمینی

مدل‌های متعدد جهت مطالعه سیستم­ های جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفتند. مدل‌های آب زیرزمینی را می‌توان به دو گروه کلی مدل‌های مفهومی و مدل‌های ریاضی تقسیم بندی کرد که مدل‌های مفهومی شامل مدل‌های محیط متخلخل و مدل‌های آنالوگ می‌باشند.

بخوانید  ارزیابی معادلات نفوذ آب در خاک

مدل‌های مفهومی:

پس از مشخص شدن هدف مدل‌سازی، یعنی اینکه از ابتدا مشخص باشد که در انتهای مدل‌سازی چه انتظاری از مدل وجود دارد و نتایج آن تا چه اندازه می‌تواند نیازهای مدیریت سفره آب زیرزمینی را برآورده نماید مدل مفهومی منطقه تهیه می‌گردد. مدل مفهومی یک تصویر ساده شده از دنیای واقعی و شامل خلاصه‌ای از ویژگی‌های سیستم هیدرو ژئولوژیکی است که ضمن برخورداری از دقت لازم معمولاً به صورت توصیفی و گرافیکی ویژگی‌های اصلی سیستم را ارائه می‌دهد. مدل مفهومی پایه مدل ریاضی بر پایه اطلاعات اولیه داده‌های صحرایی و تعبیر و تفسیرهای هیدروژئولوژیکی می‌باشد. برای طراحی و ساخت چنین مدلی اطلاعات کامل از شرایط طبیعی آبخوان مورد نیاز می‌باشد. انتقال داده‌ها به مدل که بایستی با استفاده از کدهای کامپیوتری موجود حل شود یک گام اساسی در مدل‌سازی است. همان‌طور که گفته شد مدل‌های مفهومی شامل مدل‌های آنالوگ و مدل‌های فیزیکی است که مدل‌های آنالوگ دربرگیرنده مدل‌های جریان مایعات لزج و مدل‌های الکتریکی بوده و مدل‌های فیزیکی شامل مدل مخازن ماسه آیا مدل محیط متخلخل است.

از مهم‌ترین هدف‌های تهیه مدل مفهومی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

-دستیابی به دانش صحیح از وضعیت هیدروژئولوژیک منطقه

-تشریح مسئله آب زیرزمینی برای تهیه یک مدل عددی

 -کمک در انتخاب یک مدل عددی مناسب

-ساده‌سازی منطقی مسئله به کمک فرضیات مناسب

مدل ریاضی:

یک مدل آب زیرزمینی درواقع فرم ساده‌شده‌ای از یک سیستم واقعی آب زیرزمینی است که به‌طور تقریبی همبستگی بین عمل و عکس‌العمل هیدرودینامیکی را در یک سیستم ارائه می‌کند. شبیه‌سازی طبیعی آبخوان با استفاده از یک سری روابط ریاضی هدف ایجاد مدل ریاضی در سفره آب زیرزمینی است. مدل ریاضی شامل نوشتن یک برنامه یا کد کامپیوتری می‌باشد. میزان سودمندی و قابل‌استفاده بودن هر مدل بستگی به آن دارد که معادلات ریاضی تا چه اندازه توانسته باشند تقریب درستی از سیستم فیزیکی مدنظر را ارائه نمایند یا به عبارتی تا چه حد توانسته باشند واقعیت‌های موجود در طبیعت را شبیه‌سازی کنند.

۵ روش مدل‌سازی آب‌های زیرزمینی

  1. روش تفاضل‌های محدود
  2. روش تفاضل محدود جامع
  3. روش انتگرال مرزی
  4. روش اجزای تحلیلی
  5. روش اجزای محدود

که دو روش تفاضل محدود و اجزای محدود نسبت به دیگر روش‌ها معمول‌تر می‌باشند.

نرم‌افزارهای مدل‌سازی آب زیرزمینی

منابع آب زیرزمینی به دلیل معادلات حاکم بر آن رفتارهای هیدروژئولوژیکی پیچیده آن و وجود متغیرهای زیاد از پیچیدگی‌های خاص خود برخوردار می‌باشد. به همین دلیل مدل‌سازی آب زیرزمینی نیز فرآیند ای بسیار پیچیده بوده و برای هر هدفی معمولاً نرم‌افزار خاصی طراحی‌شده است. این مدل‌ها به‌صورت دوبعدی و سه‌بعدی برای شبیه‌سازی جریان و آلودگی تهیه‌شده و در دسترس قرار گرفتند.

بخوانید  آشنایی با سیستم آبیاری خطی(لینیر)

مدل AQUA

این مدل در سال ۱۹۸۱ و در کشور ایسلند تهیه و بهره‌برداری شده است. مدل AQUA جریان آب زیرزمینی و آلودگی را به‌صورت دو و سه‌بعدی مدل‌سازی کرده و در اختیار قرار می‌دهد. این مدل به‌ویژه در کشورهای اروپایی و در آبخوان‌های آب گرم مورداستفاده قرار گرفت و نتایج حاصل از آن در دسترس عموم قرار می‌گیرد.

مدل HST3D

این مدل توسط سازمان تحقیقات زمین‌شناسی آمریکا و در سال ۱۹۸۷ تهیه‌شده است. این مدل از طریق روش تفاضل محدود و به‌صورت سه‌بعدی جریان و انتشار آلودگی را مدل‌سازی می‌کند. حالات مختلف از آلودگی از قبیل فاضلاب، رادیواکتیو، تداخل آب‌شور و شیرین و سفره‌های آب گرم از کاربردهای این مدل می‌باشد. نتایج حاصل از این مدل نیز در اختیار عموم قرار می‌گیرد.

مدل

 

مدل MODFLOW

از کاربردی‌ترین مدل‌های آب زیرزمینی در جهان می‌باشد. این مدل نیز توسط سازمان تحقیقات زمین‌شناسی آمریکا و در سال‌های ۱۹۸۴-۲۰۰۰ تهیه ‌شده و جریان را به ‌صورت سه‌بعدی و به روش تفاضل محدود مدل می‌نماید.

جریان زیرزمینی

 

مدل MT3D

یک شرکت مهندسی در آمریکا و در سال‌های ۸۹-۹۹ این مدل را تهیه کرد. این مدل جریان و آلودگی را به‌صورت دوبعدی و سه‌بعدی و به روش تلفیقی از روش کاراکترستیک و اصلاح‌شده آن و روش تفاضل‌های محدود مدل‌سازی می‌کند. این مدل کاربرد وسیع در حل مسائل آلودگی سفره در اکثر کشورهای دنیا به‌خصوص در سال‌های اخیر داشته است. داده‌های حاصل از این مدل نیز قابل دسترس برای عموم است.

مدل

 

مدل SWIFT

این مدل توسط آزمایشگاه ملی ساندیا در آمریکا تهیه شده است و جریان و آلودگی‌ها را به‌صورت دو و سه‌بعدی و از روش تفاضل محدود مدل‌سازی می‌کند. کارایی این مدل در محیط‌های آبرفتی و درز و شکاف دار بوده و در اروپا و آمریکا بسیار مورداستفاده قرارگرفته است.

در بین مدل‌های ارائه شده، مدل MODFLOW بیشترین کاربرد را در شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی و مدل MT3DMS بیشترین کاربرد را درزمینهٔ مدل‌سازی آلودگی آب‌های زیرزمینی داشته است. نرم‌افزار GMS که ترکیبی از چندین مدل پرکاربرد است، جامع‌ترین مدل آب زیرزمینی است و روزبه‌روز کاربرد آن در اکثر کشورهای دنیا گسترش می‌یابد.

آیا این مطلب را می پسندید؟
https://daneshab.ir/?p=4204
اشتراک گذاری:
نگار سادات موسویان
مطالب بیشتر
برچسب ها:

نظرات

0 نظر در مورد مدل‌های آب زیرزمینی

دیدگاهتان را بنویسید

هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.