انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

در طول تاریخ زندگی بشر آب همواره به عنوان یک عامل اساسی مورد توجه بوده و با افزایش جمعیت و پیشرفت در کشاورزی و صنایع، اهمیت آن افزایش یافته ‌است [1]. انسان‌ها از ابتدا در کنار منابع آب نظیر رودخانه‌ها تجمع می‌کردند و به فعالیت می‌پرداختند. می‌توان گفت آب از مهم‌ترین عامل توسعه در جهان بوده ‌است. بیش از 97 درصد منابع آبی کره زمین غیر قابل استفاده برای کشاورزی بوده (آب اقیانوس‌ها و دریاها)، حدود 2 درصد آن به صورت یخ در قطب‌ها بوده و تنها حدود یک درصد آن قابل دسترس می‌باشد.
اگر اهمیت آب در عصر کشاورزی تنها در زمینههای شرب و آبیاری خلاصه می¬شد، در عصر صنعتی و فراصنعتی، علاوه بر مصارف سنتی، این منبع به عنوان یک عامل زیربنایی در رشد دیگر صنایع نیز نقش روزافزون بازی میکند. امروزه پیشرفت ملتهای ساکن در مناطق با اقلیم خشک که در آن تولید غذا به شدت توسط مقدار و توزیع آب‌های زیر¬زمینی و بارندگی کنترل میشود، به میزان تلاش این ملتها در زمینه مدیریت منابع محدود آب بستگی دارد. با این توضیح میتوان دریافت که در آینده نزدیک اندرکنش میان رشد شهرنشینی که پیشرفت تمدن بشری مدیون آن است و اعمال یک روش مدیریتی کارآمد برای حفظ منابع آب همچنان ادامه خواهد داشت [2].
ایران جزء کشورهای با اقلیم خشک تا نیمه خشک می‌باشد و این سبب شده ‌است تا کشورمان تاریخ دیرینه‌ای در مدیریت بهره‌برداری از منابع آبی داشته باشد.
اگر میانگین بارندگی سالانه در سطح زمین را که حدود 860 میلی‌متر تخمین زده می‌شود‌‌ با متوسط بارندگی سالانه ایران که تقریباً رقمی معادل 240 میلی‌متر است مقایسه کنیم، ملاحظه خواهد شد که این مقدار حتی کمتر از یک سوم میانگین بارندگی در دنیا است [3]. علاوه بر این توزیع نامناسب زمانی و مکانی این میزان بارندگی در سطح با توجه به نیاز در مصرف کشاورزی که بیشترین مصرف آب، در حدود 94% کل مصارف آب در کشور را به خود اختصاص می‌دهد و عدم وجود رودخانه‌های دایمی در بیشتر مناطق، کشور را با کمبود منابع آب روبرو کرده ‌است. از جهت دیگر با افزایش جمعیت، سرانه آب قابل تجدید، که معیاری برای پر آبی و کم آبی هر کشور محسوب می‌شود‌‌، به ازای هر نفر از 3263 مترمکعب در سال 1355 به 1779 مترمکعب در سال 1377 کاهش یافته ‌است [4].
با گسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا کم است، استفاده از منابع آب زیر¬زمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفت. به طوریکه در برخی مناطق به عنوان تنها منبع تأمین آب به حساب می‌آید [4]. گسترش روز افزون استفاده از آب‌های زیرزمینی به خصوص در مناطق خشک که امکان استفاده تلفیقی از آب‌های سطحی و زیرزمینی مقدور نمی‌باشد، باعث افت شدید سطح آب زیرزمینی شده‌ است. استان فارس یکی از مهم‌ترین استان‌های کشور در تولید محصولات کشاورزی می‌باشد و با توسعه کشاورزی در این استان و با توجه به نیاز هرچه بیشتر به آب، توجه‌ها به سمت منابع آب زیرزمینی جلب شده‌ است. در سال‌های اخیر، برداشت غیراستاندارد از منابع آب زیرزمینی سبب شده‌ است که وضعیت بسیاری از دشت‌های این استان بحرانی قلمداد شود. و بهره‌برداری مازاد سبب افت سطح آب زیرزمینی، نشست زمین و متراکم شدن و کاهش ظرفیت ذخیره‌سازی خاک، افزایش هزینه‌های استحصال و کاهش دبی و خشک شدن قنوات و چشمه‌ها شده ‌است.
روش‌های مختلفی برای مطالعه آب‌های زیرزمینی وجود دارد؛ ولی امروزه، ‌استفاده از روش‌های جدید به منظور مدیریت بهینه منابع آب و بررسی پارامترهای کمّی و کیفی منابع آب توسعه یافته ‌است که از جمله این روش‌ها، شبیه‌سازی سیستم آب‌های زیرزمینی توسط مدل‌های ریاضی رایانه‌ای است. یک مدل آب زیرزمینی در واقع فرم ساده شده‌ای از یک سیستم واقعی آبهای زیرزمینی است که به طور 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 می‌باشد. مدل ریاضی شامل نوشتن یک برنامه یا کد کامپیوتری می‌باشد که به نرم افزار GMS داده شده ‌است. به دلیل پیچیدگی‌های موجود در طبیعت سیستم آبهای زیرزمینی، شبیه‌سازی آن‌ها به مراتب مشکل‌تر از آبهای سطحی است. این وضعیت به خصوص در مورد بهینه‌سازی این سیستم‌ها بارزتر می‌باشد.

– ضرورت به کارگیری مدل‌ها در مطالعه آب‌های زیرزمینی

از آنجا که جریان آب زیرزمینی در آبخوان‌ها و انتقال و پخش آلودگی در آنها تابع خصوصیات و فرآیندهای طبیعی و مصنوعی متنوعی است، شناخت دقیق رفتار آبخوان مقدور نیست. بنابراین، معمولاً از مدل‌ها برای شبیه‌سازی وضعیت حاضر آبخوان و پیش‌بینی رفتار آینده آن استفاده می‌شود‌‌. یک مدل وسیله¬ای است برای نمایش فرم ساده شده آنچه در واقعیت اتفاق می¬افتد و اگر بطور مناسب و صحیح تهیه شود می‌تواند به عنوان وسیله¬ای برای پیش¬بینی و مدیریت منابع آب زیرزمینی مورد استفاده قرار بگیرد [3].
مدل‌ها، وسیله¬ای برای توضیح سیستم فیزیکی به وسیله معادلات ریاضی هستند. کارآیی یک مدل به تطابق معادلات ریاضی و سیستم فیزیکی بستگی دارد. از جمله مسائلی که در مطالعه آب‌های زیرزمینی به آن پرداخته می‌شود‌‌، نرخ و جهت جریان و نحوه تغییر آن با گذشت زمان و با در نظر گرفتن شرایط عمومی منطقه مثل میزان بارندگی، برداشت از چاه‌ها و غیره می‌باشد. مسأله دیگری که مورد توجه محقّقان منابع آب زیرزمینی می‌باشد، آلودگی آنها است. مدل‌های جریان و مدل‌های انتقال آلودگی آبهای زیرزمینی در شرایط مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. معمولاً خروجی مدل‌های شبیه‌سازی جریان به عنوان اطلاعات اولیه در مدل‌های انتقال آلودگی به کار برده ¬می‌شوند، بنابراین برای استفاده از مدل‌های انتقال آلودگی، داشتن مدل‌های جریان کالیبره شده یا حداقل دانستن سرعت و جهت جریان آب ضروری می‌باشد [2].
معادله ریاضی به کار برده شده در مدل‌ها براساس یک سری فرضیات ساده کننده به وجود می‌آید که این معادلات را به روش‌های مختلفی می‌توان حل کرد. جواب بعضی از این معادلات را که برای شبیه‌سازی جریان‌های با شرایط انتقال ساده به کار برده می‌شوند، می‌توان به طور دقیق با استفاده از روش‌های تحلیلی به دست آورد. در شرایط پیچیده‌تر، می‌توان از مدل‌های عددی استفاده کرد. مدل‌های عددی از تخمین‌های تفاضل محدود و اجزای محدود برای حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر جریان و یا انتقال آلودگی استفاده می‌کنند. در این حالت، منطقه مورد مطالعه با یک شبکه‌ای از سلول‌ها جایگزین و مدت زمان شبیه‌سازی به بازه¬های زمانی کوچک‌تر تقسیم شده، معادلات موردنظر برای هر کدام جداگانه حل می‌شوند که معمولاً این کار توسط کامپیوتر انجام می‌گیرد. برخلاف روش‌های تحلیلی روش‌های عددی را می‌توان برای شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی در لایه‌های مختلف به کار برد [2].
با توجه به مطالب ذکر شده، مهم‌ترین منبع آب در ایران جهت مصارف شرب و کشاورزی و حتّی صنعتی آب‌های زیرزمینی می‌باشد. این منبع درصد بسیاری از احیاء خود را با بارندگی انجام می‌دهد. ایران کشوری با بارندگی کم می‌باشد و افزایش روند برداشت آب‌های زیرزمینی و بارندگی کم در ایران باعث گردیده احیاء این منبع رشد تراز آب منفی داشته باشد. طی مطالعات متنوّع انجام شده، تراز آب‌های زیرزمینی در ایران روبه کاهش می‌باشد، اهمیت این موضوع به گونه‌ای می‌باشد که بایست هیدرولیک و تراز این آب‌ها به مطالعه برسند. از آنجا که مطالعه آبخوان‌ها با محاسبات دستی عملی بسیار سخت و طولانی، همچنین نیازمند محاسبات دقیق ریاضی می‌باشد. امروزه به کمک رایانه و نرم‌افزارهای متنوّع فرآیند شبیه‌سازی و مطالعه دشت‌ها بسیار ساده¬تر گشته و دقت نسبتاً بالایی دارد. شبیه‌سازی حدوداً از سال 1800 میلادی شروع گشته و به مرور زمان، موتورهای محاسباتی و معادلات ریاضی کامل‌تری در آن گنجانده شده‌ است. از این‌رو بدون استفاده محاسبات دستی که احتمال خطا در آن بسیار زیاد است، با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی با ارزیابی بسیار خوب و منطقی صورت می‌پذیرد. لازم به ذکر است همان‌طور که آب زیرزمینی را به عنوان یک منبع آب مهم شبیه‌سازی می‌کنیم، میزان آلودگی در آن و انتشار و جابجایی آلودگی در آن نیز باید به مطالعه برسد و شبیه‌سازی شود. حتّی اگر در مکانی مشخص آلودگی وجود ندارد، می‌توان پتانسیل آلودگی آن مکان در آینده دور و نزدیک مطالعه و شبیه‌سازی کرد [6].

1-1- اهمیت آب در عصر حاضر و در ایران……………………………………… 2
1-2- منابع آب در ایران و مسائل مربوط به آن………………………………… 4
1-3- ضرورت به کارگیری مدل‌ها در مطالعه آب‌های زیرزمینی……………… 6
1-4- هدف……………………………………………………………………….. 8
1-5- ساختار پایان¬نامه………………………………………………………… 9

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: تئوری تحقیق

2-1- مقدمه……………………………………………………………………… 11
2-2- منابع آلودگی آبهای زیرزمینی…………………………………………… 11
2-3- مشکلات مرتبط با کیفیت آب در مصرف کشاورزی……………………. 13
2-3-1- شوری (Salinity) ا………………………………………………………14
2-3-2- نسبت نفوذ آب…………………………………………………………. 15
2-3-3- فلزات سنگین(Heavy Metals) ا………………………………………15
2-4- انواع مدل‌های آب‌های زیرزمینی………………………………………. 18
2-4-1- تفاوت مدل‌های تحلیلی و مدل‌های عددی آب‌های زیرزمینی…… 21
2-5- معادلات پایه جریان در آب زیرزمینی…………………………………… 22
2-5-1- قانون دارسی……………………………………………………….. 22
2-5-2- معادله پیوستگی………………………………………………….. 24
2-6- حل معادلات حاکم بر جریان در آبهای زیرزمینی……………………. 28
2-6-1- روش عناصر محدود…………………………………………………. 28
2-6-2- روش تفاضلات محدود……………………………………………… 29
2-6-3- مزایای روش تفاضلات محدود……………………………………… 30
2-6-4- روش‌های حل معادلات جریان در روش تفاضلات محدود………… 30
2-6-4-1- روش مستقیم ……………………………………………………31
2-6-4-2- روش تکرار………………………………………………………… 31
2-6-4-3- روش صریح (Explicit)ا…………………………………………… 32
2-6-4-4- روش ضمنی (Implicit) ا…………………………………………33
2-6-5- شبیه‌سازی حالت ماندگار……………………………………….. 35
2-6-6- خطاها در مدل‌سازی آبهای زیرزمینی………………………….. 35
2-7- تئوری های مربوط به انتشار آلودگی در محیط های متخلخل…… 36
2-7-1- انتقال (Advection) ا……………………………………………….36
2-7-2- پخش مکانیکی (Mechanical Dispersion)ا……………………..38
2-7-3- انتشار ملکولی (Molecular Diffusion) ا………………………..40
2-7-4- جذب (Sorption) ا…………………………………………………41
2-7-5- معادلات حاکم بر پخش و انتقال آلودگی………………………. 42
2-8 – روش های حل معادله انتقال ماده در محیط متخلخل…………. 46
2-9- نرم‌افزارهای شبیه‌سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آب‌های زیرزمینی……………………………………………………………………. 48
2-9-1-MODFLOW ا………………………………………………………..48
2-9-2- Visual MODFLOW ا………………………………………………50
2-9-3- MIKESHEا………………………………………………………… 50
2-9-4- Finite Element Flow; FEFLOWا/…………………………….. 50
2-9-5- CTRAN/W ا………………………………………………………..51
2-9-6-(GMS) Groundwater Modeling Systemا…………………….. 51
2-9-6-1 – Map Module ا…………………………………………………..53
2-9-6-2- TIN Moduleا…………………………………………………… 54
2-9-6-3- 2D scatter point Module ا…………………………………….55
2-9-6-4- Solid moduleا……………………………………………….. 56
2-9-6-5- 2D Mesh Module ا…………………………………………..56
2-9-6-6- 2D grid Module ا…………………………………………….56
2-9-6- 7- 3D Mesh Module ا………………………………………….56
2-9-6- 8 2D grid Module- ا……………………………………………56
2-9-6-10- Modflow ا……………………………………………………57
2-9-6-11- برنامه MT3D ا……………………………………………….58
2-9-6-12- برنامه MODPATHا…………………………………………. 59

فصل سوم: پیشینه تحقیق

3-1- پیشگفتار…………………………………………………………………. 61
3-2- مروری بر کارهای انجام شده………………………………………….. 61

فصل چهارم: روش تحقیق

4-1- محدوده مطالعاتی……………………………………………………… 71
4-2- هواشناسی……………………………………………………………. 73
4-2-1- ایستگاه‌های هواشناسی………………………………………….. 74
4-2-2- دما……………………………………………………………………… 74
4-2-3- باران ……………………………………………………………………76
4-2-4- تبخیر………………………………………………………………….. 79
4-3- آب‌های سطحی……………………………………………………….. 80
4-3-1- ایستگاه‌های هیدرومتری محدوده مطالعاتی نیریز………………… 81
4-4- آب‌های زیرزمینی………………………………………………………. 83
4-5- بیلان آب ………………………………………………………………….87
4-5-1- بیلان آب زیرزمینی آبخوان آبرفتی………………………………… 88
4-5-1-1- جریان زیرزمینی ورودی و خروجی……………………………… 88
4-5-1-2- نفوذ از بارندگی به آبخوان……………………………………… 89
4-5-1-3- تبادل آب رودخانه‌ها و آبخوان آبرفتی…………………………. 91
4-5-1-4- مصارف آب و نفوذ از آنها به آبخوان ……………………………..92
4-5-1-5- تخلیه و برداشت از آبخوان آبرفتی آب زیرزمینی………………. 92
4-5-1-6- تبخیر از آب زیرزمینی……………………………………………. 93
4-5-1-7- نوسانات سطح آب زیرزمینی…………………………………… 94
4-5-1-8- تغییرات ذخیره…………………………………………………….. 94
4-6- بیلان عمومی آب در محدوده مطالعاتی نیریز ………………………95
4-7- مراحل مدلسازی و ارائه مدل شبیه ساز حوضه……………………. 97
4-7-1- طرح مفهومی……………………………………………………….. 97
4-7-2- طرح هندسی مدل……………………………………………………. 98
4-7-2-1- شبکه بندی آبخوان……………………………………………….. 98
4-7-2-2- تعیین نوع آبخوان…………………………………………………. 99
4-7-2-3- تعیین ارتفاع توپوگرافی و رقوم سنگ کف ……………………..99
4-7-3- تعیین شرایط اولیه و انتخاب گام های زمانی…………………… 101
4-7-4- تعیین مقادیر تغذیه و تخلیه سلول¬ها …………………………..102
4-7-4-1- چاه های بهره برداری، چشمه و قنات………………………… 102
4-7-4-2- تغذیه سطحی ………………………………………………………103
4-7-4-3- تبخیر………………………………………………………………. 103
4-7-4-4- رودخانه……………………………………………………………. 103
4-7-5- تعیین مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی……………………………… 105
4-7-6- تعیین نوسانات سطح آبخوان………………………………………. 106
4-7-7- تعیین شرایط مرزی آبخوان………………………………………… 107
4-8- مراحل مدلسازی مدل کیفی………………………………………… 108
4-8-1- مراحل مدلسازی و ارائه مدل شبیه ساز حوضه…………………. 108
4-8-2- ایجاد مدل مفهومی کیفی………………………………………… 109
4-8-2-1- تعیین خواص آبخوان…………………………………………….. 109
4-8-2-2- نقاط پایش کیفی………………………………………………… 110
4-8-2-3- تعیین شرایط مرزی……………………………………………… 111

فصل پنجم: نتایج

5-1- مقدمه…………………………………………………………………… 113
5-2- نتایج حاصل از مدل در حالت ماندگار…………………………………. 114
5-2-1- واسنجی……………………………………………………………… 114
5-2-2- آنالیز حساسیت…………………………………………………….. 120
5-2-3- صحت سنجی……………………………………………………… 122
5-3– نتایج حاصل از مدل کیفی در حالت ماندگار……………………….. 126
5-3-1- کانتورهای آلودگی دشت………………………………………….. 126

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها

6-1- مقدمه …………………………………………………………………….142
6-2- نتیجه گیری…………………………………………………………….. 142
6-3- پیشنهادات…………………………………………………………….. 144

فهرست منابع………………………………………………………………..145



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان