شبیه¬سازی کمی و کیفی جریان آب¬های زیرزمینی دشت نیریز با استفاده از نرم¬افزار GMS

دانشکده مهندسی
پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته
مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست- محیط زیست
شبیهسازی کمی و کیفی جریان آبهای زیرزمینی دشت نیریز با استفاده از نرمافزار GMS
به کوشش
محمد علی افتخار
اساتید راهنما
دکتر غلامرضا رخشنده رو
دکتر پرویز منجمی
بهمن ماه 1392

به نام خدا
اظهار نامه
اینجانب محمد علی افتخار (900350) دانشجوی رشته مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست گرایش محیط زیست دانشکده مهندسی اظهار می کنم که این پایان نامه حاصل پژوهش خودم بوده ودر جاهایی که از منابع دیگران استفاده کرده ام نشانی دقیق و مشخصات کامل آن را نوشته ام. همچنین اظهار می کنم که تحقیق و موضوع پایان نامه ام تکراری نیست و تعهد می نمایم که بدون مجوز دانشگاه دستاوردهای آن را منتشر ننموده و یا در اختیار غیر قرار ندهم. کلیه حقوق این اثر مطابق با آیین نامه مالکیت فکری و معنوی، متعلق به دانشگاه شیراز است.
نام و نام خانوادگی: محمد علی افتخار
تاریخ و امضا: 30/11/1392

به نام خدا
شبیهسازی کمی و کیفی جریان آبهای زیرزمینی دشت نیریز با استفاده از نرمافزار GMS
به کوشش
محمد علی افتخار
پایاننامه
ارائه شده به تحصیلات تکمیلی دانشگاه شیراز به عنوان بخشی
از فعالیتهای تحصیلی لازم برای اخذ درجه کارشناسی ارشد
در رشته‌ی:
مهندسی عمران (محیط زیست)
از دانشگاه شیراز
شیراز
جمهوری اسلامی ایران
ارزیابی شده توسط کمیته پایان‌نامه با درجه‌ی: عالی
بهمن ماه1392
حاصل رنج این تحقیق را تقدیم میدارم به برترینهای زندگی‌ام:
پدر فداکار
و
مادر مهربانم
که بهترین ایام خویش را صرف تربیت و پیشرفت اینجانب نمودند.
سپاسگزاری
شکر و سپاس میگویم ایزد توانگر را که توفیقمان داد اتمام این را نیز.
سر بر آستان جلالش میسایم که دگر بار شوق اندوختن دانشی هر چند ناچیز را عطا نمود و هزاران بار او را شاکرم که توان به سرانجام رساندنش را نیز به من مرحمت داشت.
آنچه که هم اکنون به عنوان رساله جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران در گرایش محیط زیست ارائه میشود چیزی نیست جز حاصل زحمات بیدریغ و راهنماییهای روشنگر اساتید عزیز و گرانمایهام آقای دکتر غلامرضا رخشنده رو و آقای دکتر پرویز منجمی که تک تک سطورش نماینده گوشه کوچکی از داشتههای علمی ایشان است. همچنین سپاس و تشکر از استاد گران قدر دکتر ناصر طالب بیدختی که با زحمات و راهنمایی ایشان این تحقیق به سرانجام رسید.
ای خدای بزرگ آن قدر به ما عظمت روح وتقوا عطا کن که همه وجود خود را با عشق و رغبت قربانی حق کنیم .خدایا آن چنان تار وپود وجود ما را به عشق وجود خود عجین کن که در وجودت محو شویم. خدایا ما را از وجود گرداب خودخواهی و از گردباد هوا و هوس نجات ده و به ما قدرت ایثار عطا کن. خدایا در لحظات سخت امتحان نور ایمان را بر قلب ما بتابان و ما را از لغزش نگاه دار .خدایا ما را قدرت ده که طاغوت خودپرستی را به زیر پا افکنیم و حق حقیقت را فدای منفعتهای شخصی نکنیم.
چکیده
شبیهسازی کمی و کیفی جریان آبهای زیرزمینی دشت نیریز
با استفاده از نرمافزار GMS
به کوشش
محمد علی افتخار
محدوده مطالعاتی نیریز با مساحت 1019 کیلومتر مربع در جنوب‌شرقی حوزه آبریز دریاچه‌های طشک- بختگان و مهارلو واقع شده است. در مجموع 417 چاه برداشت در این محدوده مطالعاتی وجود دارد. حجم کل تخلیه سالانه از آبخوان آبرفتی این محدوده مطالعاتی 09/52 میلیون متر مکعب است و برای مصارف کشاورزی، آشامیدن و بهداشت و صنعت مصرف می‌شود. در این تحقیق مدل‌سازی کمی جریان آب زیرزمینی در این دشت شامل کالیبراسیون، آنالیز حساسیت و صحت‌سنجی با استفاده از برنامه کامپیوتری GMS انجام شده‌ است. بیشترین میزان خطای جذر متوسط مربعات محاسبه شده برای دوره های واسنجی و صحت سنجی، بترتیب 88/0 و 11/1 متر بدست آمده است. در بخش مدل‌سازی کیفی کانتورهای آلودگی دشت برای پارامتر آلایندگیCl- با استفاده از برنامه کامپیوتری MT3DMS، ترسیم و تحلیل شده است. گسترش آلودگی یون کلر در آبخوان به کمک نرمافزار MT3DMS که یک برنامه سه بعدی مدولار برای شبیهسازی پخش، انتقال، انتشار مولکولی، واکنشهای شیمیایی و جذب محلول در آب زیرزمینی میباشد، در طول سه سال پیشبینی گردیده است. سپس با انتخاب چاه آب شرب جهاد سازندگی، در نزدیکی شهرک صنعتی (شهرک سنگ) و چاه آب شرب دولت آباد، واقع در شمال غرب محدوده مدل سازی، مقدار یون کلر در این دو چاه برای سه سال آینده پیش بینی گردید. با توجه به مدل کیفی تهیه شده، نتایج نشان داد که مقدار پارامتر یون کلر در آب زیرزمینی در کل دشت چه در گذشته و چه در آینده روند افزایشی دارد. این افزایش در سمت غرب دشت و منطقه صنعتی بیشتر مشاهده می شود بطوریکه پس از سه سال میزان حداکثر یون کلر mg/l 150 پیش بینی شده است. همچنین روند افزایش غلظت آلاینده در چاه آب شرب نزدیک به مرز دریاچه، نسبت به چاه آب نزدیک شهرک صنعتی بیشتر است (mg/l 15 افزایش، در مقایسه با mg/l 7 افزایش طی سه سال).

کلید واژه: آبهای زیر زمینی، مدلسازی، دشت نیریز، GMS.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- اهمیت آب در عصر حاضر و در ایران2
1-2- منابع آب در ایران و مسائل مربوط به آن4
1-3- ضرورت به کارگیری مدل‌ها در مطالعه آب‌های زیرزمینی6
1-4- هدف8
1-5- ساختار پایاننامه9
فصل دوم: تئوری تحقیق
2-1- مقدمه11
2-2- منابع آلودگی آبهای زیرزمینی11
2-3- مشکلات مرتبط با کیفیت آب در مصرف کشاورزی13
2-3-1- شوری (Salinity)14
2-3-2- نسبت نفوذ آب15
2-3-3- فلزات سنگین(Heavy Metals)15
2-4- انواع مدل‌های آب‌های زیرزمینی18
2-4-1- تفاوت مدل‌های تحلیلی و مدل‌های عددی آب‌های زیرزمینی21
2-5- معادلات پایه جریان در آب زیرزمینی22
2-5-1- قانون دارسی22
عنوان صفحه
2-5-2- معادله پیوستگی24
2-6- حل معادلات حاکم بر جریان در آبهای زیرزمینی28
2-6-1- روش عناصر محدود28
2-6-2- روش تفاضلات محدود29
2-6-3- مزایای روش تفاضلات محدود30
2-6-4- روش‌های حل معادلات جریان در روش تفاضلات محدود30
2-6-4-1- روش مستقیم31
2-6-4-2- روش تکرار31
2-6-4-3- روش صریح (Explicit)32
2-6-4-4- روش ضمنی (Implicit)33
2-6-5- شبیه‌سازی حالت ماندگار35
2-6-6- خطاها در مدل‌سازی آبهای زیرزمینی35
2-7- تئوری های مربوط به انتشار آلودگی در محیط های متخلخل36
2-7-1- انتقال (Advection)36
2-7-2- پخش مکانیکی (Mechanical Dispersion) 38
2-7-3- انتشار ملکولی (Molecular Diffusion)40
2-7-4- جذب (Sorption)41
2-7-5- معادلات حاکم بر پخش و انتقال آلودگی42
2-8 – روش های حل معادله انتقال ماده در محیط متخلخل46
2-9- نرم‌افزارهای شبیه‌سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آب‌های زیرزمینی48
2-9-1-MODFLOW 48
2-9-2- Visual MODFLOW50
2-9-3- MIKESHE50
2-9-4- Finite Element Flow; FEFLOW50
عنوان صفحه
2-9-5- CTRAN/W51
2-9-6-(GMS) Groundwater Modeling Sys– 51
2-9-6-1 – Map Module53
2-9-6-2- TIN Module54
2-9-6-3- 2D scatter point Module55
2-9-6-4- Solid module56
2-9-6-5- 2D Mesh Module56
2-9-6-6- 2D grid Module56
2-9-6- 7- 3D Mesh Module56
2-9-6- 8 2D grid Module-56
2-9-6-9-3D scatter point Module 57
2-9-6-10- Modflow 57
2-9-6-11- برنامه MT3D 58
2-9-6-12- برنامه MODPATH 59
فصل سوم: پیشینه تحقیق
3-1- پیشگفتار61
3-2- مروری بر کارهای انجام شده61
فصل چهارم: روش تحقیق
4-1- محدوده مطالعاتی71
4-2- هواشناسی 73
4-2-1- ایستگاه‌های هواشناسی 74
عنوان صفحه
4-2-2- دما 74
4-2-3- باران 76
4-2-4- تبخیر 79
4-3- آب‌های سطحی80
4-3-1- ایستگاه‌های هیدرومتری محدوده مطالعاتی نیریز81
4-4- آب‌های زیرزمینی 83
4-5- بیلان آب87
4-5-1- بیلان آب زیرزمینی آبخوان آبرفتی88
4-5-1-1- جریان زیرزمینی ورودی و خروجی88
4-5-1-2- نفوذ از بارندگی به آبخوان89
4-5-1-3- تبادل آب رودخانه‌ها و آبخوان آبرفتی91
4-5-1-4- مصارف آب و نفوذ از آنها به آبخوان92
4-5-1-5- تخلیه و برداشت از آبخوان آبرفتی آب زیرزمینی92
4-5-1-6- تبخیر از آب زیرزمینی93
4-5-1-7- نوسانات سطح آب زیرزمینی94
4-5-1-8- تغییرات ذخیره94
4-6- بیلان عمومی آب در محدوده مطالعاتی نیریز95
4-7- مراحل مدلسازی و ارائه مدل شبیه ساز حوضه97
4-7-1- طرح مفهومی97
4-7-2- طرح هندسی مدل98
4-7-2-1- شبکه بندی آبخوان98
4-7-2-2- تعیین نوع آبخوان99
4-7-2-3- تعیین ارتفاع توپوگرافی و رقوم سنگ کف99
4-7-3- تعیین شرایط اولیه و انتخاب گام های زمانی101
عنوان صفحه
4-7-4- تعیین مقادیر تغذیه و تخلیه سلولها102
4-7-4-1- چاه های بهره برداری، چشمه و قنات102
4-7-4-2- تغذیه سطحی103
4-7-4-3- تبخیر103
4-7-4-4- رودخانه103
4-7-5- تعیین مقادیر ضرایب هیدرودینامیکی105
4-7-6- تعیین نوسانات سطح آبخوان106
4-7-7- تعیین شرایط مرزی آبخوان107
4-8- مراحل مدلسازی مدل کیفی108
4-8-1- مراحل مدلسازی و ارائه مدل شبیه ساز حوضه108
4-8-2- ایجاد مدل مفهومی کیفی109
4-8-2-1- تعیین خواص آبخوان109
4-8-2-2- نقاط پایش کیفی110
4-8-2-3- تعیین شرایط مرزی111
فصل پنجم: نتایج
5-1- مقدمه113
5-2- نتایج حاصل از مدل در حالت ماندگار114
5-2-1- واسنجی114
5-2-2- آنالیز حساسیت 120
5-2-3- صحت سنجی122
5-3– نتایج حاصل از مدل کیفی در حالت ماندگار126
5-3-1- کانتورهای آلودگی دشت126
عنوان صفحه
5-3-2- واسنجی132
5-3-3- صحت سنجی134
5-4- پیشبینی گسترش آلاینده یون کلر در آبخوان و در چاه های منتخب
با استفاده از نرم افزار MT3DMS.136
5-4-1- پیش بینی تغییرات غلظت یون کلر در آبخوان نیریز از سال 1392
تا 1395.136
5-4-2- پیش بینی تغییرات غلظت یون کلر در چاه های منتخب.138
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادها
6-1- مقدمه142
6-2- نتیجه گیری142
6-3- پیشنهادات144
فهرست منابع145
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 2-1- توصیه های FAO برای کیفیت آب مصرفی در آبیاری و کشاورزی14
جدول 2-2- طبقه بندی آبهای مصرفی جهت کشاورزی بر اساس میزان EC15
جدول 2-3- حداکثر میزان مجاز فلزات سنگین در آب مصرفی آبیاری17
جدول 2-4- مقادیر مجاز فلزات سنگین در آب مصرفی آشامیدن18
جدول 4- 1- مشخصات ایستگاه‌های هواشناسی واقع در محدوده مطالعاتی نیریز79
جدول 4-2- آمار ماهانه هواشناسی محدوده مطالعاتی نیریز و ایستگاه‌های مبنا80
به تفکیک دشت و ارتفاعات.90
جدول 4-3- بیلان آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز 91
جدول4-4- نحوه محاسبه ورودی و خروجی آب‌های زیرزمینی آبخوان آبرفتی نیریز93
جدول 4-5- میزان مصارف آب به تفکیک ارتفاعات و دشت بر حسب مصارف
کشاورزی، شرب و صنعت در محدوده مطالعاتی نیریز93
جدول 4-6- آمار تخلیه و برداشت از آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز96
جدول 4-7- بیلان عمومی آب در محدوده مطالعاتی نیریز .102
جدول 4-8- مقادیر تغذیه سطحی اعمال شده.104
جدول 4-9- موقعیت چاه های مشاهده ای.106
جدول 5-1- ضرایب هدایت هیدرولیکی (Kx=Ky) بدست آمده از واسنجی
در دوره های مختلف یک ماهه.114
عنوان صفحه
جدول 5-2- نتایج مرحله واسنجی در ماه مهر سال 1387.116
جدول 5-3- نتایج مرحله واسنجی دراردیبهشت سال 1388.117
جدول 5-4- نتایج مرحله واسنجی درمهر سال 1388.118
جدول 5-5- نتایج مرحله واسنجی اردیبهشت سال 1389.119
جدول 5-6- ضرایب هدایت هیدرولیکی نهایی120
جدول 5-7- نتایج مرحله صحت سنجی در مهر 1390.123
جدول 5-8- نتایج مرحله صحت سنجی در مهر 1391.124
جدول 5-9- املاح نمک های محلول در آب دریا128
جدول (5-10) طبقه بندی شوری بر حسب کلر موجود در آب 129
جدول 5-11- مقادیر تخلخل و ضریب پخش طولی.132
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 2-1- اثرات فلزات سنگین با تغییر غلظت بر سلولهای زنده16
شکل 2-2- نمونه ای از یک مدل فیزیکی برای شبیه‌سازی نحوه ورود آب به دریاچه18
شکل 2-3- نمونه‌ای از مدل آنالوگ در شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی19
شکل2-4- نحوه تغییرات هد در ستون ماسه در آزمایش دارسی23
شکل2-5- جریان ورودی و خروجی از المان حجمی24
شکل 2-6- هیدروگراف برای سلول.33
شکل 2-7-الف- فرآیند انتقال در حالت منبع پیوسته37
شکل 2-7-ب- فرآیند انتقال در حالت منبع لحظه ای37
شکل 2-8- فرآیند پخش در محیط متخلخل39
شکل 2-9- المان حجمی محیط متخلخل44
شکل 4-1- محدوده مطالعاتی نیریز72
شکل 4-2- محل قرارگیری ایستگاه های هواشناسی75
شکل 4-3- منحنی‌های هم‌دمای محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
استفاده شده در رسم آنها در نقشه77
شکل 4-4- منحنی‌های هم‌باران محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
استفاده شده در رسم آنها78
شکل 4-5- نمودار شماتیک رودخانه‌های محدوده مطالعاتی نیریز81
عنوان صفحه
شکل 4-6- منحنی‌های هم تبخیر محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
استفاده شده در رسم آنها.82
شکل 4-7- تراز آب‌های زیرزمینی در محدوده نیریز85
شکل4-8- هیدروگراف واحد آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز و نمودار
بارندگی ایستگاه باران‌سنجی نیریز86
شکل 4-9- وضعیت شبکه بندی سلول های فعال.99
شکل 4-10- توپوگرافی محدوده مدل سازی شده در نرم افزار. 100
شکل 4-11- ارتفاع سنگ کف محدوده مدل سازی شده در نرم افزار.100
شکل 4-12- موقعت چاهها در مدلسازی.102
شکل4-13- نحوه ی تقسیم بندی Recharge منطقه.104
شکل 4-14- محدوده های ضریب هدایت هیدرولیکی.105
شکل 4-15- شرایط مرزی منطقه نیریزدر سال 1386.108
شکل 4-16- محدوده های تقسیم بندی ضریب پخش و تخلخل.109
شکل 4-17- محل نقاط پایش کیفی در آبخوان نیریز.110
شکل 4-18- شرایط مرز Specified concentrationدر منطقه.111
شکل 5-1- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر هدایت هیدرولیکی.121
شکل 5-2- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر تغذیه سطحی.121
شکل 5-3- هد مشاهده ای و محاسباتی برای ماه مهر سال 1390.122
شکل 5-4- هد مشاهده ای و محاسباتی برای ماه مهر سال 1391.122
شکل 5-5- هد هیدرولیکی منطقه نیریز.125
شکل 5-6- موقعیت قرارگیری چاههای پایش کیفی آبخوان

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *