پس از اینکه مدل مفهومی تهیه شد، شبکه و ابعاد آن طراحی می‌شود‌‌. کد MODFLOW برای حل مسائل، از شبکه سلول‌مرکزی تفاضل محدود[۷۲] استفاده می‌کند.
دانلود پایان نامه
انتخاب اندازه شبکه، تابعی از اندازه کل محدوده مدل، گستردگی داده‌ها (داده‌های پیزومتری، داده‌های حفاری، نتایج آزمون پمپاژ و …)، گرادیان آب زیرزمینی، ایجاد قابلیت تعریف خصوصیات فیزیکی و هیدرودینامیکی بر روی شبکه منفصل در انطباق با خصوصیات آبخوان و همچنین امکان تعریف منابع تغذیه – تخلیه به شکلی مناسب بر روی شبکه می‌باشد (افتخاری، ۱۳۸۹).
با توجه به وسیع بودن دشت مورد نظر، کم بودن داده‌ها و استفاده از تجارب محققین گذشته شبکه‌ای با سلول‌هایی به ابعاد ۲۰۰×۲۰۰ متر مربع برای محدوده مورد نظر در یک لایه تهیه شده ‌است. نتیجه حاصله ایجاد تعداد ۲۹۳۵ سلول بود که از این میان ۱۳۷۲ آن‌ها فعال بودند (شکل ۴-۳).
شکل (۴-۳): شبکه بندی منطقه مورد مطالعه
۴-۳-۴-اعمال توپوگرافی سطح و کف آبخوان به محدوده مدل
اطلاعات رقومی توپوگرافی سطح زمین از داده ­های DEM[73] و با بهره گرفتن از نرم افزار GIS استخراج گردید و توسط فایل shp به مدل وارد شده ‌است. سپس با بهره گرفتن از درون­یابی، کلیه نقاط به طور مستقیم به شبکه مدل نسبت داده‌ شد. نقشه مدل رقومی سنگ کف آبخوان نیز به کمک داده‌های ژئوفیزیک و نقشه تغییرات ضخامت آبخوان ساخته‌ شد. شکل ۴-۴ نقشه DEM توپوگرافی سطح زمین و شکل ۴-۵ نقشه DEM رقوم ارتفاعی سنگ بستر را نمایش می‌دهد. همان طور که در نقشه توپوگرافی سطح زمین مشاهده می‌شود بالادست دشت در ارتفاعات است و به تدریج به سمت پایین دست ارتفاع کاهش می‌یابد.
شکل (۴-۴): نقشه DEM توپوگرافی سطح زمین منطقه مورد مطالعه
شکل (۴-۵): نقشه DEM رقوم ارتفاعی سنگ بستر منطقه مورد مطالعه
۴-۳-۵-اعمال شرایط مرزی به محدوده مدل
شناخت ناحیه مدل و مرزهای آن، یکی از اعمال مهم در مدل‌سازی آب زیرزمینی می‌باشد. در تعریف ناحیه مدل، کاربر مدل می بایست ناحیه مورد مطالعه را از سیستم­های آب زیرزمینی مجاور آن متمایز سازد. در نتیجه مرز مدل، فصل مشترک بین ناحیه مدل و محیط اطراف آن می‌باشد. جهت مشخص نمودن شرایط مرزی[۷۴]، بار هیدرولیکی، نرخ جریان و یا ترکیبی از آن­ها به سلول­های مرزی تخصیص داده‌ می‌شود‌‌.
از جمله راه‌های تعیین نوع مرز استفاده از نقشه‌های هم تراز آب زیرزمینی و نقشه خطوط جریان می‌باشد. مرزهایی که خطوط جریان به صورت عمود بر آن‌ها قرار دارد (و یا نزدیک به عمود) را بسته به جهت جریان می‌توان به عنوان مرز ورودی و یا خروجی در نظر گرفت. هر کجا خطوط جریان با مرز موازی باشد را می‌توان به عنوان مرز نفوذناپذیر دانست.
شرایط مرزی می‌تواند به صورت زیر باشد:
مرز با بار هیدرولیکی معلوم[۷۵] مانند جایی که ارتباط بین توده­های آب سطحی مانند رودخانه و دریاچه با آبخوان وجود دارد، تعریف می‌شوند.
مرز با شدت جریان معلوم[۷۶] مانند سطوح ایستابی در آبخوان­های آزاد و ورودی- خروجی جانبی از محل تماس بین آبخوان­های مختلف.
شرایط مرزی ترکیبی[۷۷] که در آن شدت جریان به بار هیدرولیکی وابسته می‌باشد. در این مطالعه کلیه مرزها از این نوع می‌باشد چرا که سازندهای نفوذپذیر رسوبات عهد حاضر، آسماری- جهرم، ساچون و تربور می‌توانند به عنوان مرز خروجی و یا ورودی عمل کنند و به دلیل تغییرات بار هیدرولیکی شدت جریان می‌تواند متفاوت باشد.
شرایط مرزی فاقد جریان[۷۸] که در آن به دلیل وجود تشکیلات نفوذ ناپذیر جریان آب وجود ندارد.
۴-۳-۶-اعمال سطح آب مشاهده­ای
بیشتر داده ­های مورد نیاز مدل به وسیله نرم ­افزارهای GIS و Excel آماده می‌شوند و بعد از تبدیل به فرمت فایل­های (Text Files) و یا (Shape Files) به GMS، در سطح مدل مفهومی (در ماژول نقشه) وارد و پس از آن به مدل شبکه­ ای سه ­بعدی MODFLOW تبدیل می‌شوند. سطح آب مشاهده­ای در چاه‌های مشاهده‌ای نیز به همین صورت برای یک دوره­ دلخواه (واسنجی و صحت ­سنجی) برای مدل آماده و به نقاط مشاهده­ای که از قبل تعیین شده بودند، تخصیص داده می‌شود‌‌. در این مطالعه از آمار سال‌های آبی ۱۳۸۸ تا ۱۳۹۰ برای واسنجی و سال آبی ۱۳۹۰-۱۳۹۱ برای صحت سنجی استفاده گردید. لازم به ذکر است که در حالت پایدار[۷۹] با توجه به مطالعه هیدروگراف واحد دشت ایج از اطلاعات سطح آب مهرماه ۱۳۸۸ به دلیل کمترین میزان تغییر در تراز سطح آب دشت، استفاده گردید و برای حالت ناپایدار[۸۰] از داده‌های سایر ماه‌های این سال استفاده شد (شکل ۴-۶). نرم افزار با بهره گرفتن از روش درون‌یابی اطلاعات را به سایر نقاط بسط می‌دهد. شکل ۴-۷ نقشه تراز سطح آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در مهرماه ۱۳۸۸ را نمایش می‌دهد. با توجه به این شکل به نظر می‌رسد مرزهای شمالی (بالادست) و شرقی دشت ورودی جریان و مرزهای غربی و جنوب غربی (پایین‌دست) خروجی جریان آب زیرزمینی باشند.
شکل (۴-۶): هیدروگراف واحد دشت ایج طی سال‌های ۱۳۷۵-۱۳۹۱
شکل (۴-۷): نقشه سطح آب (متر) مهرماه ۱۳۸۸ دشت مورد مطالعه
۴-۳-۷-هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه آبخوان
الف) هدایت هیدرولیکی:
سرعت جریان آب زیرزمینی (V) در تناسب با گرادیان هیدرولیکى است و ضریب تناسب عدد ثابت آن مى‌باشد:
(۴-۴)
مقدار K را ضریب هدایت هیدرولیکى مى‌نامیم. علامت منفی نقشى در مقدار سرعت ندارد و فقط از نظر تعیین جهت جریان است. مقدار هدایت هیدرولیکی را می‌توان با بهره گرفتن از آزمون پمپاژ محاسبه نمود.
برای مقداردهی هدایت هیدرولیکی به سلول­های شبکه مدل می‌توان با در دست داشتن قابلیت انتقال محاسبه شده در محل تعدادی از چاه‌های اکتشافی و درون­یابی آن در کل منطقه منفصل مدل و پس از تعیین نقشه هم ضخامت اشباع آبخوان، به کمک تراز متوسط آب زیرزمینی منطقه و نقشه سنگ کف، اقدام کرده و یک برآورد اولیه هدایت هیدرولیکی در مدل مقدار دهی و اعمال می‌شود‌‌. در روش مذکور، برآورد اولیه مقدار هدایت هیدرولیکی تابع پارامترهایی نظیر صحت آزمون پمپاژ و آنالیز آن­ها، پراکندگی مکانی محدود نتایج آزمون­های پمپاژ در دسترس، صحت برآوردهای توزیع مکانی تراز آب زیرزمینی و بالاخره توپوگرافی سنگ کف می‌باشد که خود از عدم قطعیت زیادی برخوردارند و تلفیق آن‌ها، برآوردی از هدایت هیدرولیکی را که به نظر غیر واقعی می­رسد، نتیجه می‌دهد (لاله زاری، ۱۳۸۷).
در این تحقیق به دلیل تنوع محدود سازندهای زمین شناسی، کل محدوده به ۴ زون تقسیم شد. لازم بذکر است که زون بندی در جهت حرکت جریان انجام گرفته است. جدول (۴-۶) مقدار هدایت هیدرولیکی تشکیلات مختلف را نشان می‌دهد.
جدول (۴-۶): مقدار هدایت هیدرولیکی تشکیلات مختلف (Morris and Johnson, 1967)
ب) آبدهی ویژه:
به نقل از وایت میزان آب موجود در فضاهای متخلخل را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد (Weight, 2004). آبی که آزادانه می‌تواند در اثر گرانش از سازند زهکشی شود و آبی که در اثر زهکشی گرانشی نمی‌تواند از ســـازند خارج شود. به حجم آبی که از واحد حجم آبخوان در اثر گرانش می‌تواند خارج شود، آبدهی ویژه (  ) می­گویند. آن حجمی هم که در واحد حجم آبخوان باقی می­ماند، نگهداشت ویژه (  ) نامیده می‌شود‌‌. حاصل جمع نگهداشت ویژه و آبدهی ویژه، برابر است با تخلخل.
(۴-۵)
اغلب از آبدهی ویژه برای تخمین تخلخل موثر (  ) استفاده می‌شود‌‌. با این حال در برخی موارد مقدار آبدهی ویژه، نشانه تخلخل موثر نمی‌باشد، زیرا برخی از آب‌ها حتی پس از زهکشی نیز در آبخوان باقی می­مانند. مقدار آبدهی ویژه را نیز می‌توان با بهره گرفتن از آزمون پمپاژ به دست آورد. جدول ۴-۷ مقدار آبدهی ویژه برخی تشکیلات را نشان می‌دهد.
جدول (۴-۷): مقدار آبدهی ویژه تشکیلات مختلف (Morris and Johnson, 1967)
۴-۳-۸-برآورد میزان تغذیه سطحی
نفوذ بارندگی و آب برگشتی کشاورزی از مهمترین منابع تغذیه سطحی آبخوان می‌باشد و در مدل توسط بسته­ی تغذیه[۸۱] شبیه‌سازی می‌گردد. با توجه به مقدار بارش و ضریب نفوذپذیری مقدار تغدیه از بارندگی مشخص شد. پس از آن چاه‌های کشاورزی دشت مشخص گردید. بر اساس تحقیقات چانگ و همکاران که بر روی محاسبه آب برگشتی کشاورزی در دشتی در کره جنوبی انجام شد، بین ۲۰% تا ۳۰% از آب آبیاری به آب زیرزمینی می‌رسد (Chung et al., 2005). بر این اساس ۲۵% از نرخ برداشت چاه‌های کشاورزی کاهش داده شد و سپس وارد نرم افزار گردید.
۴-۳-۹-ایجاد لایه اطلاعاتی مربوط به پیزومترها
برای بررسی صحت نتایج شبیه‌سازی و واقعی و همچنین محاسبه­ معیارهای آماری خطا در نتایج مدل، موقعیت و مقادیر تراز آب مشاهده­ شده برای نقاط موجود در محدوده­ مورد مطالعه به صورت لایه شاخص[۸۲] در نرم ­افزار GMS وارد گردید.
۴-۴-اجرا و واسنجی مدل
پس از تعیین تمام داده ­های مورد نیاز کد MODFLOW-2000، مدل آماده اجرا می‌باشد. در ابتدا با بهره گرفتن از Model Checker خطاهای احتمالی بررسی می‌شود‌‌ و تصحیح می‌گردد. در مرحله بعد یکی از روش‌های محاسباتی MODFLOW (مانند:SOR1, GMG LMG, SIP1, PCG2, ) را انتخاب و مدل اجرا می‌شود‌‌ که در این مطالعه از روش تکرار PCG2 استفاده گردید. معمولاً در اولین اجرا، برازش مناسبی بین بار هیدرولیکی محاسبه شده و اندازه ­گیری شده به ­دست نخواهد آمد. بنابراین برای رسیدن به یک برازش قابل قبول باید خطاهای احتمالی موجود در فرایند مدل‌سازی شناسایی و تا حد ممکن رفع گردد و مدل واسنجی شود.
مرحله واسنجی مهمترین و مشکل­ترین عمل در مطالعات مدل‌سازی می‌باشد. واسنجی عبارت است از فرایند پیدا کردن مجموعه ­ای از شرایط مرزی، تنش­ها و پارامترهای هیدروژئولوژیک که نتایج به دست آمده از آن به صورت بسیار نزدیکی بر اندازه ­گیری­های بار هیدرولیکی و جریان‌های صحرایی برازش دارد (Kresic, 1997). هر مدل، پیش از واسنجی، باید دارای یک مبنای کمّی از خطای قابل قبول باشد که در این مطالعه ۱ متر در نظر گرفته شده‌ است.
واسنجی معمولاً در ابتدا برای شرایط پایدار به ­منظور بهینه کردن پارامترهای آبخوان مانند هدایت هیدرولیکی، آبدهی ویژه، تغذیه سطحی و شرایط مرزی انجام می‌شود‌‌. پارامترهای تعیین شده در طی واسنجی مدل برای شبیه‌سازی­های پیش ­بینی­کننده، استفاده می‌شوند. عدم قطعیتی که در مدل واسنجی شده و تنش­های هیدرولوژیک وجود دارد، باعث نگرانی در مورد دقت پیش بینی مدل می‌شود‌‌. معمولاً این عدم قطعیت­ها از منابع زیر ناشی می‌شوند (لاله زاری، ۱۳۸۷):
عدم قطعیت در داده ­های مدل
خطاهای مفهومی
وضعیت انحرافی در واسنجی مدل
دو روش واسنجی که در مدل‌های ریاضی به کار می‌رود عبارتند از (لاله زاری، ۱۳۸۷):
الف. واسنجی خودکار[۸۳]
ب. واسنجی دستی (سعی و خطا)[۸۴]
واسنجی خودکار فناوری است که برای به حداقل رساندن عدم قطعیت‌های مرتبط با ذهنیت[۸۵] استفاده کننده از مدل، بسط یافته ‌است. اغلب کدهای رایانه‌ای مربوط به واسنجی خودکار به دنبال مجموعه پارامترهای بهینه‌ای هستند که مجموع مربعات انحراف بین مقادیر محاسباتی و اندازه‌گیری شده در آن­ها به یک حداقل کاهش می‌یابد. PEST,UCODE, PES کدهای مورد استفاده در GMS در تخمین پارامترها در روش واسنجی خودکار می‌باشند.
واسنجی سعی و خطا، اولین روشی بود که در مدل‌سازی آب زیرزمینی به کار گرفته شد. روند و نتایج حاصل از این روش تا حد زیادی متأثر از تجربه کاربر می‌باشد. در این روش مفروضات اولیه خصوصیات آبخوان، شرایط مرزی و تنش­ها (در یک محدوده قابل قبول) برای هر اجرای متوالی مدل تغییر داده می‌شوند تا بهترین برازش بین بارهای هیدرولیکی مشاهده­ای و محاسبه­ای به ­دست آید.
برای ارزیابی نتایج واسنجی از امکانات نرم افزار GMS مانند هدف واسنجی[۸۶] ، خطای میانگین[۸۷] ، خطای میانگین مطلق[۸۸] ، جذر متوسط مربعات خطاها[۸۹] ، نمودار پراکندگی بین داده ­های محاسبه­ای و مشاهده­ای، نمایش مقادیر باقی ­مانده (مشاهده‌ای منهای محاسبه‌ای) در مقابل داده ­های مشاهده‌ای و بیلان تهیه شده توسط مدل، استفاده شده‌ است. هدف واسنجی در نرم افزار GMS ابزاری برای نمایش بصری میزان خطا (تفاوت بین بار هیدرولیکی مشاهده­ای و محاسبه­ای)، پس از هر اجرای مدل در مجاورت هر پیزومتر می‌باشد (شکل ۴-۸). میله ‌رنگی[۹۰] نمایانگر خطای واسنجی بوده و مرکز آن منطبق بر مقادیر مشاهده‌ای می‌باشد؛ اگر خطا در محدوده خطای قابل قبول قرار گیرد میله به رنگ سبز خواهد بود، اگر خطا در محدوده خطای قابل قبول و کمتر از ۲۰۰% خطای قابل قبول باشد، میله رنگی زرد و در صورتی که مقدار خطا بیشتر از ۲۰۰% خطای قابل قبول باشد میله رنگی قرمز خواهد شد.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...