مدل سازی به عنوان روشی کارآمد، با کمترین هزینه، امکان مطالعه پیچیدگی جریان آب زیرزمینی را برای مدیران فراهم می کند. همواره تعیین میزان برداشت بهینه از آبخوان یکی از پیچیده ترین مسائل پیش روی مهندسین علوم آب بوده است. هدف از این تحقیق، مدیریت بهره برداری بهینه از آبخوان دشت ساحلی ارومیه و تعیین نرخ بهینه پمپاژ چاههای بهره برداری است؛ تا با جلوگیری از برداشت بیش از حد آب زیرزمینی، بتوان دریاچه ارومیه را از بحران خشک شدن روزافزون نجات داد. در این پژوهش ابتدا مدل جریان آبزیرزمینی محدوده مورد مطالعاتی با استفاده از نرم افزار Visual MODFLOW (Ver 4.2) طراحی و ساخته شد، سپس چاه های منطقه مور مطالعه جهت بهینه کردن نرخ پمپاژ با توجه به ویژگیهای ضریب هدایت هیدرولیکی و ضریب آبدهی ویژه، منطقه بندی گردیدند. در نهایت نرخ پمپاژ چاه های بهره برداری با توجه به هدف مورد نظر (کمینه سازی نرخ پمپاژ چاه های بهره برداری) و با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه گردید.

این مقاله به بررسی آزمایشگاهی و عددی نحوه نفوذ شوری در یک آبخوان آزاد ساحلی در مقیاس آزمایشگاهی و در دو حالت دایمی و غیردایمی پرداخته است. از مدل عددی SEAWAT به منظور شبیه سازی نتایج آزمایشگاهی استفاده گردید و توانایی این مدل در پیش بینی میزان شوری مورد ارزیابی قرار گرفت. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی نشان می دهد که اگرچه مدل عددی زبانه شوری را اندکی بیشتر از میزان نفوذ در آزمایشگاه نشان می دهد، اما می توان گفت که مدل عددی با دقت مناسبی قادر به شبیه سازی شرایط آزمایشگاهی است. همچنین مقایسه نتایج نشان می دهد که مدت زمان رسیدن به حالت دایمی در شبیه سازی عددی و آزمایشگاهی تقریبا برابر بوده است. به منظور مقایسه ضخامت ناحیه انتقالی در مدل و آزمایشگاه، خطوط هم غلظت %5 و %95نیز در مدل عددی به دست آمد. نتایج حاکی از ضخیم تر بودن ناحیه انتقالی در مدل عددی نسبت به نتایج آزمایشگاهی بوده که با واسنجی پارامتر پراکندگی هیدرودینامیکی در مدل، این اختلاف کاهش یافته است. در پایان، با ترسیم خطوط جریان، نحوه حرکت جریان های آب شور و شیرین در داخل آبخوان، وضعیت جریان در نزدیکی گوه شوری و همچنین نحوه خروج آن ها از محیط نشان داده شده است.

در چند سال گذشته، کیفیت بخش چشمگیری از آب های زیرزمینی مجاور ساحل جنوب شرقی دریاچه ارومیه، با افت زیادی همراه بوده است. همزمانی نسبی این پدیده با روند خشک شدن این دریاچه در سال های اخیر، گستردگی سازندهای زمین شناسی انحلال پذیر در منطقه، افزایش چشمگیر دما و در نتیجه افزایش مقدار تبخیر، نفوذ آب شور از سمت ساحل خشک شده دریاچه و عواملی دیگر از جمله عوامل انسانی مانند تولید آلودگی های صنعتی و آلودگی های کشاورزی تشخیص نوع و میزان عوامل موثر بر کیفیت منابع آب زیرزمینی منطقه را با دشواری همراه کرده است. در این پژوهش با استفاده از ایزوتوپ-های پایدار دوتریوم و اکسیژن-18 به همراه برخی از عوامل کیفی و کمی آب زیرزمینی مانند تغییرات جهت و جریان آب زیرزمینی در سال های گذشته، ضمن شناسایی عوامل موثر بر افت کیفی و شورشدگی آب های زیرزمینی پهنه مطالعاتی، تا حد امکان عوامل موثر بر روند خشک شدن دریاچه ارومیه را نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. این بررسی نشان می دهد که آبخوان های منطقه به طور عمده از جریان های سیلابی بویژه ذوب برف تغذیه می شوند. بنابراین، کاهش میزان جریان های سطحی، اثر چشمگیری بر کاهش کمیت و کیفیت آب های زیرزمینی منطقه می گذارد. از سوی دیگر، به دلیل وابستگی شدید سفره-های آب زیرزمینی منطقه به تغذیه توسط آبراهه ها، موجب می گردد که بخش عمده ای از آورد جریان های سطحی به این محدوده صرف تغذیه آبخوان ها شود. بنابراین، برداشت زیاد از منابع آب زیرزمینی منطقه می تواند نقش چشمگیری در کاهش جریان های سطحی ورودی به دریاچه داشته باشد.

هجوم آب دریا فرایندی گذراست، اما محدودیت های انسانی در برداشت نتایج آزمایشگاهی و عددی موجب شده که به رفتار گذرای این پدیده کمتر توجه شود. در مطالعه ی حاضر، حرکت گوه ی آب شور و ناحیه ی اختلاط در آبخوانی محصور، بر اثر کاهش و افزایش ارتفاع آب شیرین از مرز زمین توسط مدل عددی SUTRA شبیه سازی شد. به منظور برداشت و آنالیز نتایج شبیه سازی شده طی زمان، الگوریتم خودکاری در محیط MATLAB پیاده سازی شد. برای بررسی بیشتر حرکت گوه ی آب شور، تغییرات سه شاخص طول پنجه، مساحت و ارتفاع گوه نسبت به زمان اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد رفتار شاخص مساحت گوه با رفتار شاخص طول پنجه ی گوه در شرایط گذرا مشابه است. در وضعیت هجوم آب دریا، شاخص ارتفاع گوه به مراتب زودتر از دو شاخص دیگر به شرایط دائمی می رسد، در صورتی که در وضعیت برگشت، هر سه شاخص تقریباً به طور هم زمان پایدار می شوند. همچنین، نتایج نشان داد در اوایل مرحله ی برگشت آب دریا، ناحیه ی اختلاط گسترش می یابد، ولی در ادامه دوباره منقبض می شود تا اینکه سرانجام به مقدار اولیه ی خود در ابتدای وضعیت هجوم می رسد. آنالیزهای حساسیت نشان دادند سرعت هجوم یا برگشت آب دریا تأثیری بر ضخامت ناحیه ی اختلاط در شرایط دائمی ندارد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

منابع آب زیرزمینی یکی از منابع اصلی تأمین­ کننده آب شیرین به ویژه در مناطق خشک و نیمه­ خشک جهان، مانند ایران بوده است. به دلیل تراکم جمعیت در نواحی ساحلی، این منابع هم از سوی عوامل طبیعی و هم انسانی مورد تهدید قرار می گیرد. در مطالعه حاضر، به شبیه­ سازی عددی آبخوان ساحلی لاهیجان-چابکسر پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از SUTRA، مدلی عددی سه­ بعدی، ناهمگن و ناهمسان توسعه داده شده و پس از واسنجی و صحت­ سنجی، مورد استفاده قرار گرفته است. اثرات کاهش تراز آبخوان در مرز خشکی، کاهش تراز آبخوان در مرز خشکی توأم با افزایش تخلیه خالص از آبخوان، تخلیه پساب دستگاه آب شیرین­ کن به آبخوان و دریا از نمونه گزینه های مختلف محتملِ آینده در منطقه بوده که شبیه سازی و ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که کاهش 10 متری تراز آب زیرزمینی در مرز خشکی، تراز متوسط آن در آبخوان را به اندازه 6 متر در طول 30 سال کاهش می­ دهد ولی تغییر محسوسی در وضعیت کیفی آبخوان به لحاظ شوری ایجاد نمی کند. همچنین کاهش 10 متری تراز آب زیرزمینی در مرز خشکی توأم با افزایش 5 برابری تخلیه خالص آبخوان منجر به افت 13 متری تراز متوسط آب زیرزمینی در طول 30 سال می­ گردد و کیفیت آب را هم کاهش می­ دهد. از طرفی تخلیه پساب آب شیرین­ کن به داخل آبخوان، 4/1 متر تراز متوسط آب زیرزمینی را در طول 30 سال افزایش و کیفیت آن را به شدت کاهش داده ولی تخلیه آن به داخل دریا تغییری در تراز و وضعیت کیفی آب زیرزمینی ایجاد نکرده است.

آبخوان ساحلی شبستر در استان آذربایجانشرقی و در شرق و شمالشرق دریاچه ارومیه واقع شده است. در چند سال اخیر بعلت برداشت بی رویه آب زیرزمینی از این دشت، تعداد زیادی از چاههای پمپاژ منطقه شور شده است. بعلت نزدیکی این سفره به دریاچه نمکی ارومیه؛ این دریاچه مهمترین عامل شور کننده این آبخوان ساحلی متصور می گردد. همچنین شوره-زارهایی که در قسمتهای انتهایی دشت واقع شده است مظنون مهم دیگری برای آلوده کردن دشت بحساب می آید. از آنجاییکه جنس سنگ کف این آبخوان از رسوبات رسی و مارنی است بالاآمدگی آب شور عامل سومی است که بعنوان منبع آلاینده فرض می گردد. لاگ های حفاری که بین این سفره و ساحل دریاچه ارومیه حفاری شده نشان می دهد که تا عمق 70 متری جنس رسوبات از نوع نفوذناپذیر و عمدتاً رسی، سیلتی و مارنی است و لذا بنظر می رسد که هرگونه پیوستگی هیدرولیکی بین این سفر و دریاچه ارومیه عملاً وجود نداشته است. عملیات نمونه برداری آب با توزیع مناسب در تابستان سال 1393 از این آبخوان جهت پی بردن به منبع اصلی آلاینده این دشت انجام گردید. نسبت کلراید به بروماید و سدیم به کلراید نشان داد که احتمالاً آب دریاچه ارومیه که در قسمتهایی انتهایی دشت ذخیره شده در نتیجه مخروط افتهایی موضعی به سمت مرکز دشت و چاههای کشاورزی جریان می یابد. برای تعیین اختلاط آب دریا و آب شیرین؛ ایندکس اختلاط آب دریا(SMI) پیشنهاد شده است. 36 درصد از نمونه های این دشت دارایSMI بزرگتر از یک می باشند و احتمال می رود که تحت تاثیر اختلاط آب دریاچه ارومیه قرار گرفته اند.

شبیه سازی انتقال و تخلیه آلاینده ها از آبخوانهای ساحلی به دریا به علت شرایط مرزی در سمت دریا پیچیده می باشد. مدل ModSharp که در این تحقیق توسعه داده شده است. مدلی قدرتمند و کارا برای مدل سازی انتقال آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی در مقیاس بزرگ می باشد. این مدل معادله همرفتی - پراکندگی را به روش مشخصه ها حل می نماید. دقت و اعتبار مدل با حل چند مثال که جوابهای تحلیلی و عددی معلوم دارند، در زمینه پیشروی آب شور و انتقال آلاینده ها کنترل گردید. در ادامه اثر پیشروی آب شور بر انتقال و تخلیه آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی شبیه سازی شد. نتایج نشان می دهد که پیش روی آب شور اثر قابل توجهی بر انتقال آلاینده در آبخوانهای ساحلی دارد. همچنین صرف نظر کردن از شرایط مرزی در سمت دریا به تخمینی کوچکتر از نرخ تخلیه آب آلاینده ها به دریا می انجامد.