دانلود مقاله فارسی - پژوهش

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید 1-3- اهداف تحقیق……………………………………………………………………………………………………………..4
1-4- نوآوری پایان نامه………………………………………………………………………………………………………. 5 1-5- ساختار پایان نامه……………………………………………………………………………………………………….5
فصل دوم: مبانی نظری تحقیق و مدل‌های شبیه‌سازی کمی و کیفی جریان آب‌های زیرزمینی
2-1- تعریف مدل آب زیرزمینی………………………………………………………………………………………….7
2-2- انواع مدل‌‌ها…………………………………………………………………………………………………………………8
2-2-1- مدل‌های فیزیکی………………………………………………………………………………………………9
2-2-2- مدل‌‌های آنالوگ………………………………………………………………………………………………..9
2-2-3- مدل‌های ریاضی………………………………………………………………………………………………10
2-2-3-1- مدل‌های تجربی…………………………………………………………………………………11
2-2-3-2- مدل‌های احتمالاتی…………………………………………………………………………..12
2-2-3-3- مدل‌‌های علت ومعلولی……………………………………………………………………..12
2-3- نرم افزارهای مدل‌سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آب‌های زیرزمینی…..15
عنوانصفحه
2-3-1- MODFLOW………………………………………………………………………………………15
2-3-2- Visual MODFLOW………………………………………………………………………..16
2-3-3- MIKE SHE…………………………………………………………………………………………17
2-3-4- FEFLOW…………………………………………………………………………………………….17
2-3-5- CTRAN/W…………………………………………………………………………………………18
2-3-6- MT3D………………………………………………………………………………………………….18
2-3-7- MODPATH………………………………………………………………………………………. 19
2-3-8- Groundwater Modeling Sys–; GMS……………………………………….20
2-3-8-1- Map Module………………………………………………………………………..22
2-3-8-2- TIN Module…………………………………………………………………………23
2-3-8-3- 2D Scatter Point Module………………………………………………….24
2-3-8-4- Solid Module………………………………………………………………………25
2-3-8-5- 3D Scatter Point Module ……………………………………………….. 25
2-3-8-6- Modflow……………………………………………………………………………….26
2-4- مبانی فیزیکی و معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی……………………………………….27
2-4-1- قانون دارسی…………………………………………………………………………………………………..27
2-4-2- معادله پیوستگی…………………………………………………………………………………………….29
2-4-3- حل معادلات حاکم بر جریان در آب‌های زیرزمینی……………………………………..33
2-4-3-1- روش عناصر محدود…………………………………………………………………………34
2-4-3-2- روش تفاضلات محدود……………………………………………………………………..34
2-5- آلودگی آب‌های زیرزمینی………………………………………………………………………………………41
2-5-1- منابع آلودگی آب‌های زیرزمینی……………………………………………………………………41
عنوانصفحه
2-5-2- حرکت آلودگی در آبهای زیرزمینی……………………………………………………………….43
2-5-2-1- حرکت همراه با جریان……………………………………………………………………..44
2-5-2-2- انتشار هیدرودینامیکی……………………………………………………………………..44
2-5-2-3- تأخیر…………………………………………………………………………………………………46
2-5-2-4- واکنش شیمیایی……………………………………………………………………………….47
فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده
3-1- مروری بر مطالعات گذشته‌‌……………………………………………………………………………………..49
فصل چهارم: روش تحقیق
4-1- محدوده مطالعاتی……………………………………………………………………………………………………61
4-1-1- هواشناسی……………………………………………………………………………………………………….62
4-1-2- ایستگاه‌های هواشناسی…………………………………………………………………………………..63
4-1-3- دما……………………………………………………………………………………………………………………66
4-1-4- باران…………………………………………………………………………………………………………………68
4-1-5- تبخیر……………………………………………………………………………………………………………….69
4-2- زمین‌شناسی منطقه…………………………………………………………………………………………………71
4-3- مراحل ساخت و آماده سازی مدل منطقه مورد مطالعه………………………………………….74
4-3-1- مدل مورد استفاده در این مطالعه…………………………………………………………………..74
4-3-2- تهیه مدل مفهومی…………………………………………………………………………………………..76
4-3-3- شبکه بندی مدل…………………………………………………………………………………………….77
4-3-4- اعمال توپوگرافی سطح و کف آبخوان به محدوده مدل………………………………….78
4-3-5- اعمال شرایط مرزی به محدوده مدل……………………………………………………………..80
عنوانصفحه
4-3-6- اعمال سطح آب مشاهدهای…………………………………………………………………………….82
4-3-7- هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه آبخوان………………………………………………………84
4-3-8- برآورد میزان تغذیه سطحی…………………………………………………………………………….87
4-3-9- ایجاد لایه اطلاعاتی مربوط به پیزومترها………………………………………………………..87
4-4- اجرا و واسنجی مدل………………………………………………………………………………………………..87
4-5- آنالیز حساسیت………………………………………………………………………………………………………..92
4-6- مدل کیفی……………………………………………………………………………………………………………….92
4-6-1- تعیین ناحیه گیرش چاه‌های با اهمیت…………………………………………………………..93
4-6-2- اثر احداث یک لندفیل فرضی…………………………………………………………………………94
فصل پنجم: نتایج وبحث
5-1- نتایج واسنجی مدل در شرایط پایدار………………………………………………………………………98
5-1-1- مقادیر محاسباتی جهت پارامتر هدایت هیدرولیکی………………………………………98
5-1-2- مقادیر محاسباتی جهت پارامتر تغذیه سطحی ……………………………………………..99
5-1-3- توزیع سطح ایستابی و جهت جریان…………………………………………………………….100
5-1-4- مقادیر محاسباتی و مشاهداتی سطح آب زیرزمینی…………………………………….101
5-2- نتایج واسنجی مدل در شرایط ناپایدار…………………………………………………………………103
5-2-1- مقادیر محاسباتی جهت پارامتر هدایت هیدرولیکی…………………………………..103
5-2-2- مقادیر محاسباتی جهت پارامتر آبدهی ویژه………………………………………………104
5-2-3- مقادیر محاسباتی و مشاهداتی سطح آب زیرزمینی…………………………………..105
5-2-4- مقادیر خطا در شرایط ناپایدار…………………………………………………………………….108
5-2-5- بیلان……………………………………………………………………………………………………………108
5-3- آنالیز حساسیت……………………………………………………………………………………………………..110
عنوانصفحه
5-3-1- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر هدایت هیدرولیکی………………….. 110
5-3-2- حساسیت مدل نسبت به پارامتر آبدهی ویژه…………………………………………….. 110
5-3-3- حساسیت مدل نسبت به پارامتر تغذیه سطحی………………………………………… 111
5-4- صحت سنجی……………………………………………………………………………………………………….. 112
5-5- نتایج مدل‌سازی کیفی…………………………………………………………………………………………. 115
5-5-1- تعیین ناحیه‌ گیرش چاه‌های حائز اهمیت…………………………………………………. 115
5-5-1-1- نتایج بررسی چند چاه…………………………………………………………………… 116
5-5-2- نتایج شبیه‌سازی لندفیل فرضی…………………………………………………………………. 119
5-5-2-1- مکان‌یابی حرکت ذرات شیرابه در آب زیرزمینی…………………………. 119
5-5-2-2- روند پخش و انتقال آلودگی ………………………………………………………….120
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات
6-2- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………….. 139
6-3- پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………. 140
فهرست منابع……………………………………………………………………………………………………………..141
چکیده به زبان انگلیسی
فهرست جدول‌ها
عنوان و شماره صفحه
جدول 4-1: موقعیت ایستگاه‌های هواشناسی منطقه مورد مطالعه………………………………………….63
جدول 4-2: معادلات گرادیان‌های ما‌هانه حرارتی محدوده……………………………………………………..67
جدول 4-3: متوسط دمای ما‌هانه محدوده به تفکیک دشت و ارتفاعات محدوده ایج (درجه سانتیگراد)………………………………………………………………………………………………………………………67
جدول 4-4: متوسط بارش ما‌هانه و سالانه در ایستگاه معرف، دشت و ارتفاعات محدوده ایج (میلیمتر)…………………………………………………………………………………………………………………………………. 69
جدول 4-5: متوسط تبخیر ما‌هانه محدوده به تفکیک دشت و ارتفاعات محدوده مطالعاتی ایج (میلیمتر)…………………………………………………………………………………………………………………………………..71
جدول 4-6: مقدار هدایت هیدرولیکی تشکیلات مختلف………………………………………………………. 85
جدول 4-7: مقدار آبدهی ویژه تشکیلات مختلف…………………………………………………………………….86
جدول 5-1: مقادیر بیلان جریان آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه در طول دوره واسنجی شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388)………………………………………………………………………. 109
جدول 5-2: طول کمینه، متوسط و بیشینه محدوده‌ی گیرش مهمترین چاه آب شرب شهر ایج …………………………………………………………………………………………………………………………………………………117
جدول 5-3: طول کمینه، بیشینه، متوسط و مساحت محدوده‌ی گیرش چاه شماره یک…….118
جدول 5-4: طول کمینه، بیشینه، متوسط و مساحت محدوده‌ی گیرش چاه شماره دو………118
فهرست شکل‌ها
عنوانصفحه
شکل 2-1- تقسیم بندی مدل‌های آب زیرزمینی …………………………………………………………………… 8
شکل 2-2- نحوه تغییرات هد در ستون ماسه در آزمایش دارسی ……………………………………….. 28
شکل 2-3- جریان ورودی و خروجی از المان حجمی …………………………………………………………. 30
شکل 2-4- هیدروگراف برای سلول i, j, k …………………………………………………………………………… 39
شکل 4-1- موقعیت دشت ایج فارس …………………………………………………………………………………… 62
شکل 4-2- موقعیت چاه‌های بهره برداری و مشاهداتی منطقه مورد مطالعه ………………………..77
شکل 4-3- شبکه بندی منطقه مورد مطالعه ………………………………………………………………………. 78
شکل 4-4- نقشه DEM توپوگرافی سطح زمین منطقه مورد مطالعه ………………………………… 79
شکل 4-5- نقشه DEM رقوم ارتفاعی سنگ بستر منطقه مورد مطالعه ……………………………. 80
شکل 4-6- هیدروگراف واحد دشت ایج طی سال‌های 1375-1391 ……………………………….. 83
شکل 4-7- نقشه سطح آب (متر) مهرماه 1388 دشت مورد مطالعه ………………………………… 83
شکل 4-8- میله رنگی نمایانگر خطای واسنجی …………………………………………………………………. 90
شکل 4-9- محل دفن زباله فرضی برای منطقه مورد مطالعه …………………………………………… 94
شکل 5-1- نقشه زون‌بندی و مقادیر به دست آمده برای پارامتر هدایت هیدرولیکی (متر بر روز) طی کالیبراسیون مدل در شرایط پایدار (مهرماه 1388) …………………………………………….. 98
شکل 5-2- نقشه زون ‌بندی و مقادیر به دست آمده برای پارامتر تغذیه سطحی (متر بر ماه) طی کالیبراسیون مدل در شرایط پایدار (مهرماه 1388) ……………………………………………………… 99
شکل 5-3- نقشه توزیع سطح ایستابی به دست آمده طی کالیبراسیون مدل در شرایط پایدار (مهرماه 1388) ……………………………………………………………………………………………………………………. 100
شکل 5-4- جهت حرکت جریان آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه …………………………… 101
شکل 5-5- مقادیر محاسباتی و مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه‌های مشاهداتی مختلف محدوده مطالعاتی در دوره واسنجی شرایط پایدار (مهرماه 1388) ……………………………………. 102
شکل 5-6- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در دوره واسنجی شرایط پایدار (مهرماه 1388) ……………………………………………………………………………………………… 102
شکل 5-7- مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در مقابل مقادیر باقی‌مانده (تفاوت مقادیر محاسباتی و مشاهداتی) در دوره واسنجی شرایط پایدار (مهرماه 1388) …………………………. 103
شکل 5-8- نقشه زون‌بندی و مقادیر به دست آمده برای پارامتر هدایت هیدرولیکی (متر بر روز) طی کالیبراسیون مدل در شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) …………………. 104
شکل 5-9- نقشه زون ‌بندی و مقادیر به دست آمده برای پارامتر آبدهی ویژه طی کالیبراسیون مدل در شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) ……………………………………………………… 105
شکل 5-10- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره یک در طول دوره واسنجی شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) …………….. 106
شکل 5-11- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره دو در طول دوره واسنجی شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) ………………. 106
شکل 5-12- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره سه در طول دوره واسنجی شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) …………….. 107
شکل 5-13- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره چهار در طول دوره واسنجی شرایط ناپایدار (سال‌های آبی 1390-1388) ………….. 107
شکل 5-14- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر هدایت هیدرولیکی …………………… 110
شکل 5-15- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر آبدهی ویژه ……………………………… 111
شکل 5-16- حساسیت مدل نسبت به تغییرات پارامتر تغذیه سطحی …………………………… 112
شکل 5-17- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره یک در طول دوره صحت سنجی (سال آبی 1391-1390) …………………………………. 113
شکل 5-18- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره دو در طول دوره صحت سنجی (سال آبی 1391-1390) ……………………………………. 113
شکل 5-19- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره سه در طول دوره صحت سنجی (سال آبی 1391-1390) …………………………………… 114
شکل 5-20- مقادیر محاسباتی در مقابل مقادیر مشاهداتی بار هیدرولیکی در چاه مشاهده‌ای شماره چهار در طول دوره صحت سنجی (سال آبی 1391-1390) …………………………………. 114
شکل 5-21- محدوده گیرش چاه‌های با اهمیت منطقه مورد مطالعه پس از گذشت بیست سال ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..116
شکل 5-22- ناحیه گیرش چاه آب شرب شهر ایج پس از گذشت ده سال ………………………. 117
شکل 5-23- ناحیه گیرش دو چاه نمونه در دشت ایج ……………………………………………………… 118
شکل 5-24- مکان‌یابی حرکت ذرات شیرابه در آب زیرزمینی ناشی از وجود لندفیل ……… 119
شکل 5-25- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از یک سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار) …………………………………………………………………………………………………………………………………. 121
شکل 5-26- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از پنج سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار) …………………………………………………………………………………………………………………………………. 122
شکل 5-27- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از پانزده سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار) ………………………………………………………………………………………………………………………………… 122
شکل 5-28- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از بیست و هشت سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار) ……………………………………………………………………………………………………………. 123
شکل 5-29- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از یک سال، مکانیسم انتقال جرم پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………………………………. 123
شکل STYLEREF 1 \s ‏05-30- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از پنج سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………………………………. 124
شکل 5-31- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از پانزده سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………………………………. 124
شکل 5-32- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ زیاد (مدت زمان: پس از بیست و هشت سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………….. 125
شکل 5-33- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از یک سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش و انتشار) ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 125
شکل 5-34- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از پنج سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش و انتشار) ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 126
شکل 5-35- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از پانزده سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش و انتشار) ………………………………………………………………………………………………………………………………. 126
شکل 5-36- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از بیست و هشت سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش و انتشار) …………………………………………………………………………………………………………… 127
شکل 5-37- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از یک سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) …………………………………………………………………………………………………………………… 127
شکل 5-38- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از پنج سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) …………………………………………………………………………………………………………………….. 128
شکل 5-39- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از پانزده سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………………………………. 128
شکل 5-40- چگونگی توزیع ابر آلودگی ناشی از شیرابه آلاینده محل دفن زباله فرضی در آب زیرزمینی در شرایط نرخ نفوذ کم (مدت زمان: پس از بیست و هشت سال، مکانیسم انتقال جرم: پخش، انتشار و تأخیر) ……………………………………………………………………………………………….. 129
شکل 5-41- توزیع ابر آلودگی پس از گذشت بیست و هشت سال در شرایط نرخ نفوذ زیاد و مکانیسم انتقال پخش و انتشار به همراه موقعیت چاه شماره شش ……………………………………. 130
شکل شماره 5-42- موقعیت سلول‌های دلخواه مورد نظر جهت بررسی جزئی تر نتایج تغییر غلظت شیرابه در طول زمان ………………………………………………………………………………………………… 131
شکل 5-43- نمودار غلظت-زمان سلول شماره یک در شرایط نفوذ بالا، غلظت اولیه آلودگی 20000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 132
شکل 5-44- نمودار غلظت-زمان سلول شماره دو در شرایط نفوذ بالا، غلظت اولیه آلودگی 20000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 133
شکل 5-45- نمودار غلظت-زمان سلول شماره یک در شرایط نفوذ کم، غلظت اولیه آلودگی 20000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 134
شکل 5-46- نمودار غلظت-زمان سلول شماره دو در شرایط نفوذ کم، غلظت اولیه آلودگی 20000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 134
شکل 5-47- نمودار غلظت-زمان سلول شماره یک در شرایط نفوذ بالا، غلظت اولیه آلودگی 30000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 135
شکل 5-48- نمودار غلظت-زمان سلول شماره دو در شرایط نفوذ بالا، غلظت اولیه آلودگی 30000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 136
شکل 5-49- نمودار غلظت-زمان سلول شماره یک در شرایط نفوذ کم، غلظت اولیه آلودگی 30000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی …………………………………………………………………. 136
شکل 5-50- نمودار غلظت-زمان سلول شماره دو در شرایط نفوذ کم، غلظت اولیه آلودگی 30000ppm و دو نوع مکانیسم انتقال آلودگی ………………………………………………………………… 137
2219960205613000
فصل اول
مقدمه
1805940214693500
1-1-پیشگفتار
آب مایه حیات و فراوان‌ترین ماده مرکب برروی سطح کره زمین و بستر اولیه حیات به شکلی که امروزه می‌شناسیم، می‌باشد. بیش از ۷۰٪ سطح کره زمین را آب پوشانده است (نزدیک به ۳۶۰ میلیون از ۵۱۰ میلیون کیلومتر مربع)؛ با وجود این حجم عظیم آب، تنها 2% از آب‌های کره زمین شیرین و قابل شرب است و باقی آن به علت محلول بودن انواع نمک‌ها خصوصاً نمک طعام غیر قابل استفاده است. از همین 2% آب شیرین، بیش از ۹۰% به صورت منجمد در دو قطب زمین و دور از دسترس بشر واقع شده‌ است (Davie, 2002). به علاوه، منابع آب شیرین به طور یکنواخت در سطح زمین پراکنده نشده‌اند. در حال حاضر، 60% کل منابع آب شیرین در 9 کشور جهان وجود دارد؛ در مقابل حدود 80 کشور با کمبود آب مواجه‌اند که برخی از آن‌ها تقریباً به هیچ منبع آب شیرین قابل توجهی دسترسی ندارند (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%A8#cite_note-autogenerated4-9). طبق آمار برنامه عمران سازمان ملل متحد در سال 2006:
1/1 میلیارد نفر به آب آشامیدنی دسترسی ندارند؛
6/2 میلیارد نفر به آب کافی برای بهداشت دسترسی ندارند؛
--------------------------------------------------- نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نمایش داده می شود ولی در سایت می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : elmyar.net --------------------------------------------------- 700 میلیون نفر در 43 کشور با مشکل کمبود پیوسته‌ی آب مواجه‌اند؛
بنابراین، نحوه و چگونگی استفاده از منابع آب موجود در اکوسیستم طبیعی در سال‌های اخیر موضوع بحث و بررسی علوم مختلف بوده است. امروزه مدیریت منابع آب با در نظر گرفتن آنالیز همزمان سیستم‌های آبی، اعم از سطحی و زیرزمینی و بررسی اثرات متقابل این منابع بر یکدیگر که از آن با نام مدیریت تلفیقی منابع یاد می‌شود، به عنوان روش مناسب کارآمد مدیریتی در زمینه شناخت و برنامه ریزی هیدروسیستم‌ها مطرح می‌شود.
1-2- اهمیت موضوع
براساس آمار آژانس اطلاعات مرکزی (CIA) در سال 2011 میلادی، کشور ایران با مساحت 1648195 کیلومتر مربع در رتبه‌ی هجدهم در لیست وسیع‌ترین کشورهای دنیا قرار دارد. براساس این آمار 3/0% خشکی‌های کره‌ی زمین در محدوده‌ی مرزهای ایران است. این در حالی است که تنها 03/0% آب‌های موجود به ایران تعلق دارد. اهمیت این موضوع هنگامی بیشتر می‌شود که بدانیم 09/1% جمعیت جهان در ایران قرار دارد. از طرفی در آمار منتشر شده بین سال‌های 1930 تا 1960 میلادی، کشور ما با 230 میلیمتر میانگین بارندگی سالانه در رتبه هشتاد و چهارم در میان کل کشورها است. دردناک‌تر اینکه میانگین بارندگی سالانه در میان کل کشورها 963 میلیمتر است (CIA, 2011).
متأسفانه در سال‌های اخیر برداشت‌های بیش از ظرفیت از منابع آب‌های زیرزمینی باعث ایجاد حالت بحرانی در اکثر دشت‌های کشور ایران شده ‌است. از طرف دیگر همزمانی آن با دوره‌های خشکسالی که دوره‌های تناوب آن بتدریج کوتاه شده ‌است، مشکلاتی را برای توسعه بخش‌های کشاورزی، اقتصادی و حتی تامین آب شرب به وجود آورده‌ است. بدین ترتیب سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و خشکیدن قنوات و چشمه‌ها، کاهش آبدهی چاه‌ها، فرونشست زمین، توسعه بیابان و در نهایت از دست رفتن سرمایه گذاری‌های انجام شده در بخش کشاورزی، صنعت و مهاجرت را به‌ همراه خواهد داشت (اکبرپور و همکاران، 1389).
با نگاهی به مطالب ذکر شده به نظر می‌رسد اگر شرایط به همین روند ادامه یابد و مدیریت صحیح در زمان مناسب اعمال نشود، سرانجام به جایی خواهد رسید که آب مناسبی برای استخراج وجود نخواهد داشت و کشور با بحران شدید منابع آبی در قسمت‌های مختلف روبرو خواهد شد.
همچنین افزایش برداشت از آب زیرزمینی، ورود انواع پساب‌های صنعتی، آب برگشتی کشاورزی آلوده به کودهای فسفاته و نیتراته، نشت از مخازن و خطوط فراورده‌های نفتی و … سبب شده است که کیفیت این منابع رو به نامناسب شدن پیش رود. اگر روند آلودگی، پخش و انتشار آن در آب‌های زیرزمینی که سهم عمده‌ای در مصارف شرب و کشاورزی دارد مدیریت و کنترل نشود مخاطرات جبران ناپذیری برای سلامت بشر و محیط زیست خواهد داشت.
در این تحقیق دشت ایج فارس که یکی از دشت‌های شهرستان استهبان می‌باشد مورد بررسی قرار گرفته‌ است. ایج از جمله دشت‌هایی است که زمین‌های حاصلخیز متعددی را در بر گرفته و به لحاظ کشاورزی اهمیت فراوانی دارد. متأسفانه در چند سال اخیر به دلیل حفر چاه‌های برداشت آب متعدد و نیز بارندگی کم، تراز آب زیرزمینی در دشت پایین افتاده و بیلان آبی آن منفی شده است. بنابراین آگاهی از حجم و تراز آب زیرزمینی، روند حرکت و جهت آن، پیش بینی تغییرات سطح آب زیرزمینی در دوره آتی و امکان برنامه ریزی و مدیریت منابع آب برای بهبود شرایط آبخوان در آینده لزوم پیدا می‌کند که این امر تنها با شبیه‌سازی مناسب دشت بر اساس اطلاعات موجود امکان پذیر خواهد بود. از طرف دیگر به دلیل مسکونی بودن قسمتی از این دشت و تأمین بخشی از آب شرب این منطقه توسط آب چاه اهمیت بررسی کیفی آب چاه‌های پر اهمیت این دشت و نیز روند پخش و انتقال آلودگی احتمالی در نقاط مختلف آن ضرورت می‌یابد.
در این تحقیق تلاش شده است که بر اساس آمار و اطلاعات موجود، جریان آب زیرزمینی و هیدرولیک دشت در سال‌های 1388 تا 1391 با کمک نرم افزار GMS شبیه‌سازی شود. همچنین در ادامه، روند پخش و انتقال آلودگی ناشی از لندفیل فرضی بر جریان آب زیرزمینی با استفاده از کد MT3DMS و تأثیر احتمالی آن بر چاه‌های شرب و کشاورزی منطقه بررسی شود.
اهداف تحقیق
در تحقیق پیش رو اهداف زیر دنبال شده است:
الف- شبیه‌سازی کمی جریان آب‌های زیرزمینی دشت ایج و تعیین مسیر و سرعت حرکت آب در درون دشت و مبادلات آبی با دشت‌های مجاور.
ب- تعیین ناحیه گیرش چاه‌های آب منطقه مورد مطالعه.
ج- شبیه‌سازی کیفی و تعیین روند پخش و انتشار آلودگی ناشی از وجود لندفیل فرضی در شمال دشت.
نوآوری پایان نامه
دراین نوشتار برای اولین بار دشت ایج که اهمیت آن پیش تر ذکر شد، توسط نرم افزار GMS مدل‌سازی کمی و به وسیله کد MT3D شبیه‌سازی کیفی گردید.
1-5- ساختار پایان نامه
این پایان نامه از شش فصل تشکیل شده‌ است. فصل اول شامل مقدمه و اهمیت موضوع می‌باشد. در فصل دوم مفاهیم اولیه و مبانی نظری مرتبط با موضوع بیان شده است. در فصل سوم پیشینه علمی موضوع و تحقیقات قبلی انجام شده در این زمینه ارائه می‌گردد. در فصل چهارم مشروحی بر مراحل و روش انجام کار آمده است. در فصل پنجم به ارائه و آنالیز نتایج به دست آمده پرداخته و در نهایت در فصل ششم نتیجه گیری و پیشنهادات در مورد تحقیق انجام شده ارائه می‌شود.

فصل دوم
مبانی نظری تحقیق و مدل‌های شبیه‌سازی کمی و کیفی جریان آب‌های زیرزمینی
1901825299021500
2-1-تعریف مدل آب زیرزمینی
به هر سیستمی که بتواند عکس العمل ذخیره‌ی آب زیرزمینی را در مقابل استرس‌های وارده (تخلیه و تغذیه) نشان دهد مدل آب زیرزمینی گفته میشود. به کار بردن مدل و کنترل نتایج حاصل از آن اصطلاحاً شبیه‌سازی گفته میشود (Prickett, 1975).
علاوه بر این، مدل وسیله‌ای جهت ارائه بیان تفهیمی یا ترسیمی از سیستم‌های فیزیکی با استفاده از معادلات ریاضی می‌باشد. به عبارت کلی تر مدل وسیله‌ای جهت توجیه حقیقت است که با بیان ساده و تفسیر ساده طراحی میشود. به همین ترتیب مدل‌های آب زیرزمینی نیز توجیهی از حقیقت میباشند و اگر به نحو مطلوبی تنظیم و ساخته شوند، میتوانند جهت پیش بینی‌های لازم به ‌منظور مدیریت بهره برداری از منابع آب مورد استفاده قرار گیرند (Brewer et al, 2003).
در واقع عبارت مدل‌سازی اشاره به تهیه مدل‌های مفهومی و اعمال نرم افزار شبیهساز (کدکامپیوتری) برای نمایش یک سیستم آب زیرزمینی در مکانی خاص دارد که نتایج به دست آمده تحت عنوان یک مدل یا کاربرد مدل مورد استفاده قرار می‌گیرد. صحت یک مدل وابسته به ‌میزان شناخت از سیستمی است که مدل در مورد آن اعمال می‌گردد.
میزان سودمندی و قابل استفاده بودن هر مدل بستگی به آن دارد که معادلات ریاضی تا چه انداز‌ه‌ای توانسته باشند تقریب درستی از سیستم فیزیکی مد نظر را ارائه نماید یا به عبارتی، تا چه اندازه توانسته باشد واقعیت‌های موجود در طبیعت را شبیهسازی نماید. به ‌منظور ارزیابی قابل استفاده بودن و سودمندی یک مدل، درک کامل از سیستم فیزیکی و فرضیات به کار رفته در ارائه معادلات ریاضی ضروری است.
2-2-انواع مدل‌‌هامدل‌های متعددی جهت مطالعه سیستم‌‌های جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. مجموعه مدل‌های آب زیرزمینی را می‌توان در سه گروه کلی تقسیم‌ بندی کرد که شامل مدل فیزیکی، مدل آنالوگ و مدل‌های ریاضی می‌باشند که هر کدام از این مدل‌ها خود دربرگیرنده مدل‌های دیگر هستند (شکل 2-1).
هر یک از این مدل‌ها خواص مکانی و زمانی یک سیستم یا بخش‌هایی از آن را به صورت فیزیکی و یا ریاضی شبیهسازی می‌کند .(Kresic, 1997)
-187325267970
شکل (2 SEQ شکل \* ARABIC \s 1 1): تقسیم بندی مدل‌های آب زیرزمینی (افتخاری، 1389)
2-2-1- مدل‌های فیزیکیمدل‌های فیزیکی یا مدل‌های محیط متخلخل، شرایط ساده شد‌ه‌ای از طبیعت را با استفاده از عناصر موجود در آبخوان (آب و ذرات تشکیل دهنده آبخوان) در آزمایشگاه شبیه‌سازی می‌کنند. به طور مثال میتوان به مدل ماسه‌ای اشاره کرد که برای اولین بار توسط فورش‌هایمر در سال 1897 ساخته شد (Kresic, 1997).
هر دو نوع آبخوان آزاد و تحت فشار را می‌توان توسط مدل‌های ماسه‌ای شبیهسازی کرد. به این صورت که اگر سطح آن آزاد باشد، آبخوان آزاد و در صورتی که به وسیله یک کرانه نفوذ ناپذیر فوقانی محدود شده و آب تحتفشار باشد، آبخوان تحت فشار شبیهسازی می‌شود.
2-2-2- مدل‌‌های آنالوگیک سیستم آب زیرزمینی را می‌توان با استفاده از قیاس بین جریان آب زیرزمینی و برخی فرآیند‌های فیزیکی آنالوگ، نظیر عبور جریان‌های الکتریکی از‌‌ هادی‌ها شبیهسازی کرد. مدل‌‌های مذکور، آنالوگ (قیاس) نامیده می‌شوند و پیش از توسعه سریع مدل‌های رایانه‌ای عددی به طور گسترده در کار‌های عملی هیدروژئولوژیک، مورد استفاده قرار می‌گرفتند .(Kresic, 1997)
در مدل‌های آنالوگ، بر خلاف مدل‌های فیزیکی از موادی غیر از مواد آبخوان برای شبیه‌سازی استفاده می‌شود. این مواد رفتاری شبیه به آبخوان دارند و با وارد کردن تنش به آن‌ها واکنشی شبیه واکنش آبخوان نسبت به آن تنش خاص ایجاد میگردد (مظفری زاده، 1385).
از انواع مدل‌های آنالوگ می‌توان به مدل‌های آنالوگ الکتریکی اشاره کرد که از شباهت ریاضی بین قانون دارسی (قانون جریان آب زیرزمینی) و قانون اهم (قانون جریان الکتریسیته ) استنتاج گردیده است. در این مدل‌ها، تغییرات ولتاژ در یک مدل آنالوگ الکتریکی نظیر تغییر بار هیدرولیکی در جریان آب زیرزمینی (dh) و گرادیان ولتاژ () نیز آنالوگ گرادیان هیدرولیکی () در نظر گرفته می شود.
از مدل‌های آنالوگ دیگر، مدل‌های آنالوگ سیالات لزج میباشد که از عبور سیال لزج تر از آب مانند روغن از بین صفحات عمودی و یا افقی با فواصل کم استفاده می‌شود و به این وسیله حرکت آب در آبخوان شبیهسازی می‌شود. از انواع این مدل‌ها می‌توان به مدل آنالوگ سیالات لزج هلشاو و یا صفحات موازی اشاره کرد.
مدل‌های آنالوگ حرارتی نیز بر اساس تشابه بین قانون فوریه و رابطه دارسی ساخته میشوند، که در آن q مقدار حرارت عبور یافته از واحد سطح در واحد زمان،T درجه حرارت،L فاصله پیمایش و K هدایت حرارتی است. گرادیان حرارتی () در معادله فوریه آنالوگ گرادیان هیدرولیکی () در رابطه دارسی است (Kresic, 1997).
2-2-3- مدل‌های ریاضیمدل‌هایی که در آن‌ها جریان آب زیرزمینی با استفاده از معادلات ریاضی توصیف میشود، مدل ریاضی نامیده می‌شوند.
در مدل‌های ریاضی میتوان از رابطه ساده دارسی یا از معادله لاپلاس استفاده نمود. اگرچه فرمول دارسی و یا معادله لاپلاس را میتوان به صورت ریاضی حل نمود ولی روش‌های حل این گونه محدود به شرایط خاصی میباشند که در زیر آمده است :
محیط باید از وضعیت هندسی ساد‌ه‌ای برخوردار باشد.محیط باید همگن باشد.
محیط باید همسان باشد.
به دلیل اینکه توانایی مدل‌های ریاضی نسبت به مدل‌های فیزیکی بیشتر میباشد، استفاده از این مدل‌ها در سال‌های اخیر به دلائل زیر افزایش چشم گیری یافته است:
مدل‌های فیزیکی پیچیده ترند.
تغییر ابعاد و تهیه مدل فیزیکی برای یک منطقه خاص مشکل است.
مدل‌های ریاضی نیازی به کنترل تجهیزات آزمایشگاهی ندارند.
مدل‌های ریاضی توانایی حل مسائل گستردهتری را دارند.
کاربرد مدل‌های ریاضی آسان تر از مدل‌های فیزیکی است.
هزینه مدل‌های ریاضی نسبت به مدل‌های فیزیکی بسیار کمتر است.
بر اساس روش حل معادلات ریاضی، این مدل‌ها به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
2-2-3-1-مدل‌های تجربیاین مدل‌ها تنها بر اساس تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی خروجی و ورودی داده‌های تجربی میباشند که بر نوعی معادله ریاضی برازش داده میشوند. در این مدل یافتن رابطه‌ای بین علت و معلول از اهمیت ویژ‌ه‌ای برخوردار است. از این رو مرحله تبدیل ورودی به خروجی مدل و چگونگی فرآیند‌ها در این مرحله در نظر گرفته نمیشود. به عنوان مثال یک مقدار بارش مشخص در حوضه‌ای موجب به وجود آمدن یک دبی در خروجی حوضه میگردد و پارامتر‌های هیدرولوژی دیگر نظیر تبخیر، نفوذ و… مورد توجه قرار نمیگیرند.
اگرچه مدل‌های تجربی قلمرو محدودی دارند و در محل و یا در مورد مشکل خاصی مورد استفاده قرار میگیرند، ولی میتوانند بخش مهمی از یک مدل پیچیده عددی را تشکیل دهند. برای مثال، نحوه عملکرد یک ماده آلوده کننده خاص در محیط متخلخل را می‌توان در آزمایشگاه یا در قطعات آزمایشی کنترل شده روی زمین، مطالعه کرد و پارامتر‌هایی را به دست آورد که در آینده بتوان از آن‌ها در مدل‌های عددی کیفیت آب زیرزمینی استفاده نمود.
2-2-3-2- مدل‌های احتمالاتیمدل‌های احتمالی بر اساس قوانین احتمالی و آماری میباشند. مدل‌های مذکور میتوانند دارای شکل‌ها و پیچیدگی‌های گوناگونی باشند که از توزیع احتمالی ساده یک خاصیت هیدروژئولوژیک مورد نظر شروع و به مدل‌های پیچیده تصادفی وابسته به زمان ختم میشوند (Kresic, 1997).
ویژگی‌‌های این نوع مدل‌‌ها عبارتند از:
مدل‌های احتمالاتی دارای چندین مولفه تصادفی میباشند.
در این نوع مدل‌ها رابطه بین علت و معلول، از یک رابطه فیزیکی تبعیت نمیکند و شناخته شده نیست، مثل وقوع بارش که بخشی از آن تصادفی و بخشی فیزیکی است.
همچنین از این مدل‌ها نمیتوان در پیش بینی اثر فعالیت‌های هیدرولوژیکی نظیر اثر پمپاژ بر تراز آب زیرزمینی آبخوان استفاده کرد.
این مدل‌‌ها به مجموعه داده‌های زیادی نیاز دارند.
2-2-3-3- مدل‌‌های علت و معلولیدر مدل‌های علت و معلولی فرض بر آن است که واکنش‌های آتی آبخوان مورد مطالعه را می توان با استفاده از قوانین فیزیکی حاکم بر جریان آب‌های زیرزمینی تعیین نمود. برای مثال جریان آب زیرزمینی به طرف چاهی که بطور کامل در آبخوان محصور حفر گردیده است توسط معادله تایس توصیف می‌شود. اغلب مسائل در هیدروژئولوژی معمول با استفاده از مدل‌‌های معین ساده مانند معادله تایس، یا مدل‌های معین پیچیده، مانند جریان چند فازه عبوری از یک سیستم چند لایه‌ی غیر همگن و ناهمسان حل می‌شوند.
مدل‌های علت و معلولی، بر اساس معادله ریاضی به دو گروه تقسیم بندی می‌شوند:
الف- مدل‌‌های تحلیلیدر مدل‌های تحلیلی در واقع حل دقیق مسئله مورد نظر که معادله‌ای هیدرولیکی با جریان یک یا دو بعدی است، ارائه میشود. برای حل این معادلات ساده سازی‌های زیادی نظیر همگن بودن آبخوان، بدون در نظر گرفتن تغییرات زمانی و مکانی در آن‌ها صورت میگیرد. در این روش سیستم مورد نظر (آبخوان)، باید شکل هندسی خاصی داشته و از نظر شرایط مرزی و شرایط اولیه پیچیدگی نداشته باشد. مدل‌های تحلیلی را میتوان به صورت دستی نیز حل کرد. این مدل‌ها علی رغم اینکه نسبتاً راحت هستند و زیاد مورد استفاده قرار میگیرند ولی دارای محدودیت مکانی میباشند، یعنی از آن‌ها برای محدوده مکانی خاصی میتوان استفاده کرد و نمیتوان آن را به تمام آبخوان یا حتی بخش دیگری از آن تعمیم داد. از انواع این مدل‌ها می‌توان به معادله تایس و آزمایشات پمپاژ اشاره کرد. مدل‌های تحلیلی بهتر است برای موارد زیر مورد استفاده قرار گیرند:
فرضیات اولیه‌ای که نیاز به دقت بالایی جهت محاسبه ندارند.
قبل از شروع به فعالیت‌های صحرایی جهت کمک به طراحی مجموعه داده‌ها.
جهت کنترل نتایج حاصل از شبیهسازی‌های مدل‌های عددی.

پاسخ دهید