برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

پايان‌نامه کارشناسي ارشد در رشته

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 مطالعاتي نیریز با مساحت 1019 كيلومتر مربع در جنوب‌شرقی حوزه آبريز درياچه‌هاي طشك- بختگان و مهارلو واقع شده می باشد. در مجموع 417 چاه برداشت در اين محدوده مطالعاتي هست. حجم كل تخليه سالانه از آبخوان آبرفتي اين محدوده مطالعاتي 09/52 ميليون متر مكعب می باشد و براي مصارف كشاورزي، آشاميدن و بهداشت و صنعت مصرف مي‌گردد. در این پژوهش مدل‌سازي کمي جريان آب زيرزميني در اين دشت شامل كاليبراسيون، واکاوی حساسیت و صحت‌سنجي با بهره گیری از برنامه کامپيوتري GMS انجام شده‌ می باشد. بیشترین میزان 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 مدل‌سازي کيفي کانتورهای آلودگی دشت برای پارامتر آلایندگیCl با بهره گیری از برنامه کامپيوتري MT3DMS، ترسیم و تحلیل شده می باشد. گسترش آلودگی یون کلر در آبخوان به کمک نرم­افزار MT3DMS که يك برنامه سه بعدي مدولار براي شبيه­سازي پخش، انتقال، انتشار مولکولی، واكنش­هاي شيميايي و جذب محلول در آب زيرزميني مي­باشد، 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 میزان 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 ايران و مسائل مربوط به آن.. 4

1-3- ضرورت به کارگيري مدل‌ها در مطالعه آب‌هاي زيرزميني  6

1-4- هدف……………………………… 8

1-5- ساختار پایان­نامه………………….. 9

 

فصل دوم: تئوری پژوهش

2-1- مقدمه……………………………. 11

2-2- منابع آلودگي آبهاي زيرزميني…………. 11

2-3- مشكلات مرتبط با كيفيت آب در مصرف كشاورزي…. 13

2-3-1- شوري (Salinity)……………………. 14

2-3-2- نسبت نفوذ آب…………………… 15

2-3-3- فلزات سنگين(Heavy Metals)…………… 15

2-4- انواع مدل‌هاي آب‌هاي زيرزميني………… 18

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

2-4-1- تفاوت مدل‌هاي تحليلي و مدل‌هاي عددي آب‌هاي زيرزميني  21

2-5- معادلات پايه جريان در آب زيرزميني…… 22

2-5-1- قانون دارسي…………………… 22

عنوان                                         صفحه

 

2-5-2- معادله پيوستگي………………… 24

2-6- حل معادلات حاكم بر جريان در آبهاي زيرزميني    28

2-6-1- روش عناصر محدود……………….. 28

2-6-2- روش تفاضلات محدود………………. 29

2-6-3- مزاياي روش تفاضلات محدود………… 30

2-6-4- روش‌هاي حل معادلات جريان در روش تفاضلات محدود   30

2-6-4-1- روش مستقيم………………… 31

2-6-4-2- روش تكرار…………………. 31

2-6-4-3- روش صريح (Explicit)…………….. 32

2-6-4-4- روش ضمني (Implicit)…………….. 33

2-6-5- شبيه‌سازي حالت ماندگار………….. 35

2-6-6- خطاها در مدل‌سازي آبهاي زيرزميني…. 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- نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي جريان و پخش و انتقال آلودگي در آب‌هاي زيرزميني……………………………… 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- هواشناسي ………………………… 73

4-2-1- ايستگاه‌هاي هواشناسي …………… 74

عنوان                                         صفحه

 

4-2-2- دما …………………………. 74

4-2-3- باران ……………………….. 76

4-2-4- تبخير ……………………….. 79

4-3- آب‌هاي سطحي……………………….. 80

4-3-1- ايستگاه‌هاي هيدرومتري محدوده مطالعاتي نیریز   81

4-4- آب‌هاي زيرزميني …………………… 83

4-5- بيلان آب………………………….. 87

4-5-1- بيلان آب زيرزميني آبخوان آبرفتي….. 88

4-5-1-1- جريان زيرزميني ورودي و خروجي… 88

4-5-1-2- نفوذ از بارندگي به آبخوان…… 89

4-5-1-3- تبادل آب رودخانه‌ها و آبخوان آبرفتي   91

4-5-1-4- مصارف آب و نفوذ از آنها به آبخوان 92

4-5-1-5- تخليه و برداشت از آبخوان آبرفتي آب زيرزميني   92

4-5-1-6- تبخير از آب زيرزميني……….. 93

4-5-1-7- نوسانات سطح آب زيرزميني…….. 94

4-5-1-8- تغييرات ذخيره……………… 94

4-6- بيلان عمومي آب در محدوده مطالعاتي 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

 

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

 

 

عنوان                                         صفحه

 

جدول 2-1- توصيه هاي FAO برای كيفيت آب مصرفي در آبياري و كشاورزي 14

جدول 2-2- طبقه بندی آبهای مصرفی جهت کشاورزی بر اساس ميزان EC  15

جدول 2-3- حداکثر ميزان مجاز فلزات سنگين در آب مصرفی آبياری   17

جدول 2-4- مقادير مجاز فلزات سنگين در آب مصرفی آشاميدن   18

جدول 4- 1- مشخصات ايستگاه‌هاي هواشناسي واقع در محدوده مطالعاتي نیریز………………………………….. 79

جدول 4-2- آمار ماهانه هواشناسي محدوده مطالعاتي نیریز و ايستگاه‌هاي مبنا…………………………………… 80

به تفكيك دشت و ارتفاعات…………………. 90

جدول 4-3- بيلان آبخوان آبرفتي محدوده مطالعاتي نیریز 91

جدول4-4- نحوه محاسبه ورودي و خروجي آب‌هاي زيرزميني آبخوان آبرفتي نیریز………………………………….. 93

جدول 4-5- ميزان مصارف آب به تفكيك ارتفاعات و دشت بر حسب مصارف

كشاورزي، شرب و صنعت در محدوده مطالعاتي نیریز 93

جدول 4-6- آمار تخليه و برداشت از آبخوان آبرفتي محدوده مطالعاتي نیریز………………………………….. 96

جدول 4-7- بيلان عمومی آب در محدوده مطالعاتي 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 سنگين با تغيير غلظت بر سلولهاي زنده 16

شکل 2-2- نمونه اي از يک مدل فيزيکي براي شبيه‌سازي نحوه ورود آب به درياچه…………………………………. 18

شکل 2-3- نمونه‌اي از مدل آنالوگ در شبيه‌سازي جريان آب زير­زميني 19

شکل2-4- نحوه تغييرات هد در ستون ماسه در آزمايش دارسي    23

شکل2-5- جريان ورودي و خروجي از المان حجمي…. 24

شكل 2-6- هيدروگراف براي 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- منحني‌هاي هم‌دماي محدوده مطالعاتي نیریز همراه با ايستگاه‌هاي

بهره گیری شده در رسم آنها در نقشه………….. 77

شکل 4-4- منحني‌هاي هم‌باران محدوده مطالعاتي نیریز همراه با ايستگاه‌هاي

بهره گیری شده در رسم آنها…………………. 78

شكل 4-5- نمودار شماتيك رودخانه‌هاي محدوده مطالعاتي نیریز 81

 

عنوان                                         صفحه

 

شکل 4-6- منحني‌هاي هم تبخیر محدوده مطالعاتي نیریز همراه با ايستگاه‌هاي

بهره گیری شده در رسم آنها…………………. 82

شکل 4-7- تراز آب‌هاي زيرزميني در محدوده نیریز. 85

شكل4-8- هيدروگراف واحد آبخوان آبرفتي محدوده مطالعاتي نیریز و نمودار

بارندگي ايستگاه باران‌سنجي 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- 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 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

 

 

1-1- اهمیت آب در عصر حاضر و در ایران

 

در طول تاريخ زندگي بشر آب همواره به عنوان يک عامل اساسي مورد توجه بوده و با افزايش جمعيت و پيشرفت در کشاورزي و صنايع، اهميت آن افزايش يافته ‌می باشد [1]. بشر‌ها از آغاز در کنار منابع آب نظير رودخانه‌ها تجمع مي‌کردند و به فعاليت مي‌پرداختند. مي‌توان گفت آب از مهم‌ترين عامل توسعه در جهان بوده ‌می باشد. بيش از 97 درصد منابع آبي کره زمين غير قابل بهره گیری براي کشاورزي بوده (آب اقيانوس‌ها و درياها)، حدود 2 درصد آن به صورت يخ در قطب‌ها بوده و تنها حدود يک درصد آن قابل دسترس مي‌باشد.

اگر اهميت آب در عصر کشاورزي تنها در زمينههاي شرب و آبياري اختصار مي­گردید، در عصر صنعتي و فراصنعتي، علاوه بر مصارف سنتي، اين منبع به عنوان يک عامل زيربنايي در رشد ديگر صنايع نيز تأثیر روزافزون بازي ميکند. امروزه پيشرفت ملتهاي ساکن در مناطق با اقليم خشک که در آن توليد غذا به شدت توسط مقدار و توزيع آب‌هاي زير­زميني و بارندگي کنترل ميگردد، به ميزان کوشش اين ملتها در زمينه مديريت منابع محدود آب بستگي دارد. با اين توضيح ميتوان دريافت که در آينده نزديك اندرکنش ميان رشد شهرنشيني که پيشرفت تمدن بشري مديون آن می باشد و اعمال يک روش مديريتي کارآمد براي حفظ منابع آب همچنان ادامه خواهد داشت [2].

ايران جزء کشورهاي با اقليم خشک تا نيمه خشک مي‌باشد و اين سبب شده ‌می باشد تا کشورمان تاريخ ديرينه‌اي در مديريت بهره‌برداري از منابع آبي داشته باشد.

اگر ميانگين بارندگي سالانه در سطح زمين را که حدود 860 ميلي‌متر تخمين زده مي‌گردد‌‌ با متوسط بارندگي سالانه ايران که تقريباً رقمي معادل 240 ميلي‌متر می باشد مقايسه کنيم، ملاحظه خواهد گردید كه اين مقدار حتي كمتر از يک سوم ميانگين بارندگي در دنيا می باشد [3]. علاوه بر اين توزيع نامناسب زماني و مکاني اين ميزان بارندگي در سطح با در نظر داشتن نياز در مصرف کشاورزي که بيشترين مصرف آب، در حدود 94% کل مصارف آب در کشور را به خود اختصاص مي‌دهد و عدم وجود رودخانه‌هاي دايمي در بيشتر مناطق، کشور را با کمبود منابع آب روبرو کرده ‌می باشد. از جهت ديگر با افزايش جمعيت، سرانه آب قابل تجديد، که معياري براي پر آبي و کم آبي هر کشور محسوب مي‌گردد‌‌، به ازاي هر نفر از 3263 مترمکعب در سال 1355 به 1779 مترمکعب در سال 1377 کاهش يافته ‌می باشد [4].

با گسترش سکونت در مناطقي كه آب سطحي وجود ندارد يا كم می باشد، بهره گیری از منابع آب زير­زميني به عنوان جايگزيني مطمئن، مورد توجه قرار گرفت. به طوريکه در برخي مناطق به عنوان تنها منبع تأمين آب به حساب مي‌آيد [4]. گسترش روز افزون بهره گیری از آب‌هاي زيرزميني به خصوص در مناطق خشك كه امكان بهره گیری تلفيقي از آب‌هاي سطحي و زيرزميني مقدور نمي‌باشد، باعث افت شديد سطح آب زيرزميني شده‌ می باشد. استان فارس يکي از مهم‌ترين استان‌هاي کشور در توليد محصولات کشاورزي مي‌باشد و با توسعه کشاورزي در اين استان و با در نظر داشتن نياز هرچه بيشتر به آب، توجه‌ها به سمت منابع آب زيرزميني جلب شده‌ می باشد. در سال‌هاي اخير، برداشت غيراستاندارد از منابع آب زيرزميني سبب شده‌ می باشد که وضعيت بسياري از دشت‌هاي اين استان بحراني قلمداد گردد. و بهره‌برداري مازاد سبب افت سطح آب زيرزميني، نشست زمين و متراکم شدن و کاهش ظرفيت ذخيره‌سازي خاک، افزايش هزينه‌هاي استحصال و کاهش دبي 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 : چهارده هزار و هفتصد تومان