نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

 سابقه و هدف:
در چند دهه اخیر تغییر اقلیم و بارش‌های ناکافی و به‌‌موقع و درنتیجه عدم تامین آب مورد نیاز گیاهان کشت‌شده، محدودیت اراضی قابل‌کشت و منابع آب، توزیع ناهمگون زمانی، مکانی و کمبود آب شیرین و همچنین رشد سریع جمعیت جهان ازجمله کشور ایران سبب بروز مشکلات روزافزون در تامین منابع آب مورد نیاز در مصارف مختلف شده است. یکی از شروط اصلی تامین نیازهای غذایی جمعیت جهان دسترسی به کشاورزی پایدار و توسعه آن است. برای دست‌یابی به چنین هدفی باید با اتخاذ راهکارهای مناسب از وارد آمدن خسارت به سیستم منابع آب‌وخاک محدود هر منطقه‌ای جلوگیری شود. آب‌های زیرزمینی همواره به‌عنوان یک منبع تامین آب شیرین جایگاه ویژه‌ای در بررسی منابع آب دارد. مدیریت منابع آب زیرزمینی در مرحله اول نیاز به شناخت و عملکرد آبخوان در شرایط طبیعی دارد. در بیشتر مسائل هیدرولوژیکی و بررسی منابع آب زیرزمینی، در دسترس بودن آمار و اطلاعات منابع آب زیرزمینی از اهمیت بالایی برخوردار است. به‌منظور ارزیابی اثرات ناشی از توسعه در شرایط موجود و ارائه روش‌های مدیریتی بر منابع آب زیرزمینی، چه از نظر کمی و چه کیفی، شبیه‌سازی ریاضی و کامپیوتری این منابع، ابزاری قوی در بهره‌برداری بهینه از این منابع محسوب می‌شود. هدف از این پژوهش بررسی آب زیرزمینی دشت زنجان است. 
مواد و روش‌ها:
مدل‌سازی عددی آب‌های زیرزمینی ابزاری مهم برای مدیریت منابع آب در آبخوان‌ها است. این مدل‌ها می‌توانند برای تخمین پارامترهای هیدرولیکی و همچنین مدیریت منابع آب استفاده شوند. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی نوسانات سطح آب زیرزمینی به وسیله نرم‌افزار  GMSدر آبخوان زنجان واقع در طول جغرافیایی 47 درجه و 50 دقیقه تا 49 درجه شرقی و عرض 36 درجه و 20 دقیقه تا 37 درجه شمالی است. مدل ریاضی که ترکیبی از مدل آب زیرزمینی MODFLOW و  GIS است، با استفاده از روش عددی تفاضل محدود، تراز آب زیرزمینی را شبیه‌سازی می‌کند. برای انجام این تحقیق اطلاعات مورد نیاز که شامل موقعیت مرز آبخوان، تراز ارتفاعی سطح زمین، تراز سنگ کف، موقعیت و میزان برداشت از چاه‌های بهره‌برداری، موقعیت و تراز سطح آب در چاه‌های مشاهده‌ای، لایه هدایت هیدرولیکی و تغذیه هستند. پس از تهیه مدل مفهومی و تعیین شرایط مرزی و اولیه، شبیه‌سازی در شرایط پایدار انجام و سپس مدل واسنجی شد. 
نتایج و بحث:
نتایج حاصل از واسنجی مدل در حالت پایدار نتایج معقولی میان ‌‌تراز مشاهده‌شده و محاسبه‌شده در سپتامبر 2002 نشان داد. مقادیر ریشه مربع میانگین خطا، میانگین خطای مطلق و میانگین خطا به ترتیب 41/17، 22/15 و 6/0- به دست آمد. بعد از انجام واسنجی مقدار تغذیه 000321/0 متر در روز به دست آمد که این مقدار 98/1 برابر مقدار تغذیه ورودی برای مدل است. مقدار هدایت هیدرولیکی افقی لایه‌های (ماسه، سیلت) و (ماسه، شن) نیز به ترتیب 57/28 و 4/40 متر در روز به دست آمد. سپس واسنجی مدل در حالت جریان ناپایدار برای فواصل سال‌های 2002 تا 2007 با روش سعی و خطا برای رسیدن به بهترین نتیجه میان ‌تراز مشاهده‌شده روزانه و تراز محاسبه‌شده انجام شد. مقادیر ریشه مربع میانگین خطا و میانگین خطا به ترتیب با مقادیری برابر با 29/26 و 43/8- نشان‌دهنده دقت نسبتاً خوب مدل است. طبق محاسبه تراز آب برای مدل، جریان آب‌های زیرزمینی از جنوب شرقی به شمال غربی است که این جریان با شیب غالب منطقه مطابقت دارد. 
نتیجه‌گیری:
مدل با فرض نرخ کاهش آب‌های زیرزمینی و مقدار ثابت تغذیه برای فاصله زمانی 15 ساله از سال 2007 تا 2022 اجرا شد که نقشه‌های به‌دست‌آمده برای تراز آب‌های زیرزمینی در این سال‌ها نشان‌دهنده افت شدید تراز آب با ادامه برداشت‌های بی‌رویه از ذخیره آب‌های زیرزمینی آبخوان زنجان است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation and estimate groundwater level fluctuations using GMS (Zanjan plain)

نویسندگان [English]

  • Mehdi Panahi
  • Farhad Misagi
  • Parisa Asgari

Departemant of Water Management, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran

چکیده [English]

Introduction:
In recent decades, climate change and the lack of adequate and timely rainfall, due to the lack of water supply for irrigated plants, the limitation of renewable land and water resources, the heterogeneous distribution of spatial and temporal distribution of fresh water, as well as the rapid growth of the world population, including Iran, There are increasing problems in providing water resources for various uses. One of the main requirements for meeting the world's food needs is access to sustainable agriculture and its development. In order to achieve such a goal, it should be avoided by adopting appropriate measures to prevent damage to the system of limited resources in each region. Groundwater is always a source of water supplies as a source of fresh water. Underground water management in the first stage requires the identification and operation of aquifers in natural conditions. In most hydrological issues and underground water resources studies, the availability of groundwater resources data and statistics is of great importance. In order to assess the effects of development in existing conditions and provide management methods for groundwater resources, both quantitatively and qualitatively, mathematical and computer simulation of these resources is a powerful tool in optimal utilization of these resources.
Maerials and methods:
Numerical modeling of groundwater in aquifers is an important tool for the management of water resources. This model can be used to estimate the hydraulic parameters as well as water resources management. The aim of this study was to simulate the fluctuations in groundwater levels in the aquifer by GMS software Zanjan located at a latitude of 47 degrees 50 minutes 49 ° East and latitude 36 degrees 20 minutes north and 37 degrees is located. This model is a combination of code Modflow and GIS using the finite difference method, the underground water level simulation. For this research the information needed to run the model include: Positions border aquifers, at different heights above ground level bed rock aquifer, the amount of withdrawals from wells tapping position, the position and the water level in observation wells, hydraulic conductivity layer and nutrition, were introduced to the model. After preparation of the conceptual model and the determination of initial and boundary conditions, the simulation will be discussed. The flow simulation model was calibrated in a steady flow.
Results and discution:
The results of the calibration results in a steady state a reasonable balance between the observed and calculated in October 2002 showed. After calibration nutritional value 0/000321 meters per day was that this amount is 1/98 times the amount of power input to the model. The amount of horizontal hydraulic conductivity layers of sand, silt and sand, gravel 28.57 and 40.4 respectively km per day and then unsteady flow model calibration mode for distances between 2002 and 2007, using trial and error to achieve the best balance between the level observed daily and were calculated and projected groundwater levels drop, based on the implementation of the model for 2007 and 2015 and 2022 was performed. The root mean square error, mean absolute error and mean error, respectively, 17/41, 15/22 and -0.6, respectively. After calibration nutritional value 0.000321 meters per day was that this amount is 1/98 times the amount of input supply model. The amount of horizontal hydraulic conductivity layers of sand, silt and sand, gravel 28/57 and 40/4 respectively km per day and then unsteady flow model calibration mode for distances between 2002 and 2007, using trial and error to achieve the best result among the observed daily balance and balance was calculated. The root mean square error and average error with respect to the amount equal to 26/29 and -8/43 showed good accuracy model. The water level calculated for the converter, groundwater flow is from the southeast to the northwest of the current slope correspond area.
Conclusion:
The model was implemented with the assumption of the rate of groundwater abatement and constant nutrition for a 15-year interval from 2007 to 2022 Maps obtained for the groundwater level in the years reflects a sharp drop in the water level continued indiscriminate harvesting of underground water aquifer Zanjan.

کلیدواژه‌ها [English]

  • GMS
  • MODFLOW
  • Model Groundwater Level Fluctuations
  • Plain Zanjan
  • Simulation

Gurwin, J. and Lubczynski, M., 2005. Modeling of complex multi-aquifer systems for groundwater resources evaluation—Swidnica study case (Poland). Hydrogeology Journal. 13, 627-639.

Harbaugh, A.W., 2005. MODFLOW- 2005, The U.S. Geological Survey modular ground-water model the Ground-Water Flow Process: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 6-A16, variously p. US Department of the Interior, US Geological Survey. Washington, D.C.

Hubbert, M.K., 1940. The theory of ground-water motion. The Journal of Geology. 48, 785-944.

Khadri, S.F.R. and Pande, C., 2016. Ground water flow modeling for calibrating steady state using MODFLOW software: a case study of Mahesh River basin, India. Modeling Earth Systems and Environment. 2, 39.

Mohebzadeh, H., Banejhad, H., Ghobadi, H. and Heydari, M., 2011. Numerical simulation of groundwater of Nahavand plain aquifer. In Proceedings 4th Iran Water Resources Management Science Congress, 3th-4th May, Tehran, Iran.

Thornthwaite, C.W. and Mather, J.R., 1957. Instructions and tables for computing potential evapotranspiration and the water balance (No. 551.57 T515i). Drexel Institute of Technology, Centerton, NJ (EUA). Laboratory of Climatology.

Todd, D.K., 1959. Ground water hydrology. John Wiley and Sons, Inc, New York.

Yang, F.R., Lee, C.H., Kung, W.J. and Yeh, H.F., 2009. The impact of tunneling construction on the hydrogeological environment of “Tseng-Wen Reservoir Transbasin Diversion Project” in Taiwan. Engineering Geology. 103, 39-58.