مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست- محیط زیست

شبیه­ سازی کمی و کیفی جریان آب­های زیرزمینی دشت نیریز با بهره گیری از نرم­افزار GMS

اساتید راهنما

دکتر غلامرضا رخشنده رو

دکتر پرویز منجمی

 
 

 

بهمن ماه 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
 
شبیه­سازی کمی و کیفی جریان آب­های زیرزمینی دشت نیریز
با بهره گیری 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 می باشد. در مجموع 417 چاه برداشت در این محدوده مطالعاتی هست. حجم کل تخلیه سالانه از آبخوان آبرفتی این محدوده مطالعاتی 09/52 میلیون متر مکعب می باشد و برای مصارف کشاورزی، آشامیدن و بهداشت و صنعت مصرف می گردد. در این پژوهش مدل‌سازی کمی جریان آب زیرزمینی در این دشت شامل کالیبراسیون، واکاوی حساسیت و صحت‌سنجی با بهره گیری از برنامه کامپیوتری GMS انجام شده‌ می باشد. بیشترین اندازه خطای جذر متوسط مربعات محاسبه شده برای دوره های واسنجی و صحت سنجی، بترتیب 88/0 و 11/1 متر بدست آمده می باشد. در بخش مدل‌سازی کیفی کانتورهای آلودگی دشت برای پارامتر آلایندگیCl با بهره گیری از برنامه کامپیوتری MT3DMS، ترسیم و تحلیل شده می باشد. 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 می باشد. 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 در نظر داشتن 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 طریقه افزایشی دارد. این افزایش در سمت غرب دشت و منطقه صنعتی بیشتر نظاره می گردد بطوریکه پس از سه سال اندازه حداکثر یون کلر mg/l 150 پیش بینی شده می باشد. همچنین طریقه افزایش غلظت آلاینده در چاه آب شرب نزدیک به مرز دریاچه، نسبت به چاه آب نزدیک شهرک صنعتی بیشتر می باشد (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 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 پایان­نامه………………….. 9
 
فصل دوم: تئوری پژوهش
2-1- مقدمه……………………………. 11
2-2- منابع آلودگی آبهای زیرزمینی…………. 11
2-3- معضلات مرتبط با کیفیت آب در مصرف کشاورزی…. 13
2-3-1- شوری (Salinity)……………………. 14
2-3-2- نسبت نفوذ آب…………………… 15
2-3-3- فلزات سنگین(Heavy Metals)…………… 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
عنوان                                         صفحه
 
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)…………….. 32
2-6-4-4- روش ضمنی (Implicit)…………….. 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)……………….. 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 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 ………………………. 48
2-9-2- Visual MODFLOW…………………… 50
2-9-3- MIKESHE……………………….. 50
2-9-4- Finite Element Flow; FEFLOW…………….. 50
عنوان                                         صفحه
 
2-9-5- CTRAN/W……………………….. 51
2-9-6-(GMS) Groundwater Modeling System …………. 51
2-9-6-1 – Map Module………………….. 53
2-9-6-2- TIN Module…………………… 54
2-9-6-3- 2D scatter point Module…………….. 55
2-9-6-4- Solid module…………………… 56
2-9-6-5- 2D Mesh Module………………… 56
2-9-6-6- 2D grid Module…………………. 56
2-9-6- 7- 3D Mesh Module……………….. 56
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 پژوهش
3-1- پیشگفتار…………………………. 61
3-2- مروری بر کارهای انجام شده…………. 61
 
فصل چهارم: روش پژوهش
4-1- محدوده مطالعاتی…………………… 71
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 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
عنوان                                         صفحه
 
4-7-4- تعیین مقادیر تغذیه و تخلیه سلول­ها.. 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- واکاوی 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
عنوان                                         صفحه
 
5-3-2- واسنجی……………………….. 132
5-3-3- صحت سنجی……………………… 134
5-4- پیش­بینی گسترش آلاینده یون کلر در آبخوان و در چاه های منتخب
با بهره گیری 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- مقدمه…………………………… 142
6-2- نتیجه گیری………………………. 142
6-3- پیشنهادات……………………….. 144
 
فهرست منابع……………………………. 145
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
 
 
عنوان                                         صفحه
 
جدول 2-1- توصیه های FAO برای کیفیت آب مصرفی در آبیاری و کشاورزی 14
جدول 2-2- طبقه بندی آبهای مصرفی جهت کشاورزی بر اساس اندازه EC  15
جدول 2-3- حداکثر اندازه مجاز فلزات سنگین در آب مصرفی آبیاری   17
جدول 2-4- مقادیر مجاز فلزات سنگین در آب مصرفی آشامیدن   18
جدول 4- 1- مشخصات ایستگاه‌های هواشناسی واقع در محدوده مطالعاتی نیریز………………………………….. 79
جدول 4-2- آمار ماهانه هواشناسی محدوده مطالعاتی نیریز و ایستگاه‌های مبنا…………………………………… 80
به تفکیک دشت و ارتفاعات…………………. 90
جدول 4-3- بیلان آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز 91
جدول4-4- چگونگی محاسبه ورودی و خروجی آب‌های زیرزمینی آبخوان آبرفتی نیریز………………………………….. 93
جدول 4-5- اندازه مصارف آب به تفکیک ارتفاعات و دشت بر حسب مصارف
کشاورزی، شرب و صنعت در محدوده مطالعاتی نیریز 93
جدول 4-6- آمار تخلیه و برداشت از آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز………………………………….. 96
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 نظاره 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 نهایی…….. 120
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 دریا…… 128
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 زنده 16
شکل 2-2- نمونه ای از یک مدل فیزیکی برای شبیه‌سازی چگونگی ورود آب به دریاچه…………………………………. 18
شکل 2-3- نمونه‌ای از مدل آنالوگ در شبیه‌سازی جریان آب زیر­زمینی 19
شکل2-4- چگونگی تغییرات هد در ستون ماسه در آزمایش دارسی    23
شکل2-5- جریان ورودی و خروجی از المان حجمی…. 24
شکل 2-6- هیدروگراف برای سلول……………… 33
شکل 2-7-الف- فرآیند انتقال در حالت منبع پیوسته 37
شکل 2-7-ب- فرآیند انتقال در حالت منبع لحظه ای 37
شکل 2-8- فرآیند پخش در محیط متخلخل………… 39
شکل 2-9- المان حجمی محیط متخلخل…………… 44
شکل 4-1- محدوده مطالعاتی نیریز……………. 72
شکل 4-2- محل قرارگیری ایستگاه های هواشناسی… 75
شکل 4-3- منحنی‌های هم‌دمای محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
بهره گیری شده در رسم آنها در نقشه………….. 77
شکل 4-4- منحنی‌های هم‌باران محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
بهره گیری شده در رسم آنها…………………. 78
شکل 4-5- نمودار شماتیک رودخانه‌های محدوده مطالعاتی نیریز 81
 
عنوان                                         صفحه
 
شکل 4-6- منحنی‌های هم تبخیر محدوده مطالعاتی نیریز همراه با ایستگاه‌های
بهره گیری شده در رسم آنها…………………. 82
شکل 4-7- تراز آب‌های زیرزمینی در محدوده نیریز. 85
شکل4-8- هیدروگراف واحد آبخوان آبرفتی محدوده مطالعاتی نیریز و نمودار
بارندگی ایستگاه باران‌سنجی نیریز…………… 86
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- چگونگی 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 نظاره ای و محاسباتی برای ماه مهر سال 1390. 122
شکل 5-4- هد نظاره 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 نیریز.    127
شکل 5-7- کانتورهای آلاینده Cl در سال 1389…. 130
شکل 5-8- کانتورهای آلاینده Cl در سال 1390… 131
شکل 5-9- کانتورهای آلاینده Cl در سال 1391…. 131
عنوان                                         صفحه
 
شکل 5-10- نتایج واسنجی مدل کیفی سال 1391….. 133
شکل 5-11- وضعیت نقاط نظاره ای کیفی پس از واسنجی
مدل کیفی سال 1391………………………. 133
شکل 5-12- وضعیت نقاط نظاره ای کیفی پس از صحت سنجی
مدل کیفی سال 1392………………………. 134
شکل 5-13- نتایج صحت سنجی مدل کیفی سال 1392… 135
شکل 5-14- کانتورهای آلاینده Cl- در سال 1392…. 136
شکل 5-15- کانتورهای آلاینده Cl- در سال 1393…. 137
شکل 5-16- کانتورهای آلاینده Cl- در سال 1394…. 137
شکل 5-17- کانتورهای آلاینده Cl- در سال 1395…. 138
شکل 5-18- محل چاه های انتخابی در آبخوان نیریز. 139
شکل 5-19- مقدار غلظت یون کلر در چاه آب شرب جهاد سازندگی از سال 91 تا 95………………………………. 140
شکل 5-20- مقدار غلظت یون کلر در چاه آب شرب دولت آباد از سال 91 تا 95………………………………….. 140
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل اول

 
 
 
 
 

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد مهندسی عمران - برنامه ریزی حمل و نقل: انواع تأمین مالی پروژههای حمل و نقل و ارزیابی اقتصادی (تامین مالی پروژههای برقی کردن خطوط راهآهن از طریق ساختارهای غیردولتی)
 

 
 
 
 
 
 
مقدمه
 
 
1-1- اهمیت آب در عصر حاضر و در ایران
 
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 ‌می باشد [1]. بشر‌ها از آغاز در کنار منابع آب نظیر رودخانه‌ها تجمع می‌کردند و به فعالیت می‌پرداختند. می‌توان گفت آب از مهم‌ترین عامل توسعه در جهان بوده ‌می باشد. بیش از 97 درصد منابع آبی کره زمین غیر قابل بهره گیری 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 اختصار می­گردید، در عصر صنعتی و فراصنعتی، علاوه بر مصارف سنتی، این منبع به عنوان یک عامل زیربنایی در رشد دیگر صنایع نیز تأثیر روزافزون بازی میکند. امروزه پیشرفت ملتهای ساکن در مناطق با اقلیم خشک که در آن تولید غذا به شدت توسط مقدار و توزیع آب‌های زیر­زمینی و بارندگی کنترل میگردد، به اندازه کوشش این ملتها در زمینه مدیریت منابع محدود آب بستگی دارد. با این تبیین میتوان دریافت که در آینده نزدیک اندرکنش میان رشد شهرنشینی که پیشرفت تمدن بشری مدیون آن می باشد 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 ‌می باشد 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 می گردد‌‌ با متوسط بارندگی سالانه ایران که تقریباً رقمی معادل 240 میلی‌متر می باشد مقایسه کنیم، ملاحظه خواهد گردید که این مقدار حتی کمتر از یک سوم میانگین بارندگی در دنیا می باشد [3]. به علاوه توزیع نامناسب زمانی و مکانی این اندازه بارندگی در سطح با در نظر داشتن 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 ‌می باشد. از جهت دیگر با افزایش جمعیت، سرانه آب قابل تجدید، که معیاری برای پر آبی و کم آبی هر کشور به شمار می رود‌‌، به ازای هر نفر از 3263 مترمکعب در سال 1355 به 1779 مترمکعب در سال 1377 کاهش یافته ‌می باشد [4].
با گسترش سکونت در مناطقی که آب سطحی وجود ندارد یا کم می باشد، بهره گیری از منابع آب زیر­زمینی به عنوان جایگزینی مطمئن، مورد توجه قرار گرفت. به طوریکه در بعضی مناطق به عنوان تنها منبع تأمین آب به حساب می‌آید [4]. گسترش روز افزون بهره گیری از آب‌های زیرزمینی به خصوص در مناطق خشک که امکان بهره گیری تلفیقی از آب‌های سطحی و زیرزمینی مقدور نمی‌باشد، باعث افت شدید سطح آب زیرزمینی شده‌ می باشد. استان فارس یکی از مهم‌ترین استان‌های کشور در تولید محصولات کشاورزی می‌باشد و با توسعه کشاورزی در این استان و با در نظر داشتن نیاز هرچه بیشتر به آب، توجه‌ها به سمت منابع آب زیرزمینی جلب شده‌ می باشد. در سال‌های اخیر، برداشت غیراستاندارد از منابع آب زیرزمینی سبب شده‌ می باشد که وضعیت بسیاری از دشت‌های این استان بحرانی قلمداد گردد. 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 ‌می باشد.
 
در این سایت متن کامل پایان نامه ها برای دانلود ارائه میشود اما استثنائا این فایل فقط تا صفخه 28 موجود می باشد
 

قیمت : 14700 تومان
 
متن کامل این پایان نامه هم موجود می باشد:

پایان نامه ارشد رشته عمران-محیط زیست:شبیه‌سازی کمی و کیفی جریان آب‌های زیرزمینی دشت ایج با بهره گیری از نرم‌افزار GMS

***

—-

دسته‌ها: عمران