شبیه سازی عددی تغذیه آب زیرزمینی از طریق چاه تزریق با روش بدون‌ شبکه محلی پتروو-گالرکین

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشگاه بیرجند

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 دانشگاه بیرجند،گروه عمران و نقشه برداری، بیرجند

4 دانشگاه سیستان و بلوچستان، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، گروه عمران، زاهدان ، ایران

چکیده

آب به عنوان یکی از اساسی‌ترین نیازهای بشری از دیرباز مورد توجه و استفاده انسان بوده است. مصارف گوناگون آب همچون استفاده از آن در صنعت، کشاورزی و مصرف خانگی از یک سو و کمبود آن از سوی دیگر سبب بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی شده است. برداشت بی‌رویه از آبخوان‌ها در شرایط رخداد خشکسالی در دهه‌های اخیر سبب شده است تا منابع آب زیرزمینی با افت شدیدی روبه‌رو شود. تغذیه آبخوان‌ها از طریق تزریق چاه یکی از روش‌ها برای احیای منابع آب زیرزمینی قلمداد می‌شود. هدف اصلی در این مطالعه بررسی تاثیر چاه تزریق در تغذیه آبخوان آزاد با استفاده از روش عددی بدون شبکه پتروو-گالرکین محلی است. تابع تقریب و تابع وزن استفاده شده در این مطالعه تابع حداقل مربعات متحرک و کیوبیک اسپلاین می‌باشد. سطح آب زیرزمینی در حالت بهره‌برداری در شرایط غیرماندگار مدل‌سازی گردید. و نتایج حاصل از آن با روش تفاضل محدود، المان محدود و حل تحلیلی مقایسه شد. خطای کم روش بدون‌شبکه حاکی از دقت مطلوب این روش می‌باشد. سپس آبخوان در حالت تغذیه مدل‌سازی گردید و ارتفاع آب بالا آمده ناشی از آن مشخص شد. نهایتا تحلیل حساسیت بر روی پارامتر‌های ضریب انتقال، آبدهی ویژه و نرخ دبی برداشت صورت گرفت. سطح آب بالا آمده وابستگی بیشتری به پارامترهای ضریب انتقال و نرخ دبی نسبت به ضریب آبدهی ویژه دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Groundwater Recharge by Injection Wells with Using Meshless Local Petrov-Galerkin

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Doulabi 1
  • Abolfazl Akbarpour 2
  • Mohammad Akbari 3
  • Ali Mohtashami 4
1 M.Sc Student of Civil Engineering, Water Resources Management, University of Birjand. Birjand.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Birjand., Birjand., Iran
3 Assistant Professor of Civil Engineering Department, University of Birjand. Birjand.
4 University of Sistan and Baluchestan, Faculty of Engineering, Civil Engineering Department, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Water is one of the most fundamentals demands of human society. Water consumption in industry, agriculture and household consumption, and also the lack of this source result in more extraction from groundwater sources. Irregular extraction from aquifers in dry condition of recent decades lead to significant drawdown in this sources. Recharging of the aquifer by injection wells is one of the solution for revival of the aquifers. The main purpose of this study is to investigate the effect of the injection well in recharging of the unconfined aquifer by using meshless local Petrov-Galerkin. The approximation and weight functions are moving least squares and cubic spline functions respectively. The groundwater table in unsteady extraction mode simulated. The achieved results compared with finite difference, finite element and analytical method. Small amount of error of meshless method indicated the suitable accuracy of this method. Then the aquifer simulated in recharge mode. The height of water rise in the aquifer because of injection well, computed. Finally sensitivity analysis carry out on transmission coefficient, specific yield and rate of flow parameters. The height of water has more dependency to transmission coefficient and rate of flow than specific yield.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Meshfree Method
  • Recharge of aquifer
  • unconfined aquifer

قبادیان، ر. بهرامی، ز. "بررسی عددی اعمال سناریوهای کمی و کیفی بر آبخوان دشت خزل استان همدان با مدلهای MODFLOW و MT3DMS  مرتع و آبخیزداری (منابع طبیعی ایران)، 1395،(4)69، ص­ص.1043-1062.

محتشمی, ع.، هاشمی منفرد, آ., عزیزیان, غ. و اکبرپور، ا. 1398. تعیین حریم کمّی چاه‌ها به کمک مدل عددی بدون شبکۀ محلی پتروو-گالرکین در آبخوان محصور و آزاد در شرایط غیر ماندگار (مطالعۀ موردی: دشت بیرجند). مجله اکوهیدرولوژی, 6(1), 239-255.‎

صادقی طبس، ص., اکبرپور، ا., پوررضا بیلندی. م و صمدی، ز. 1394. کاربرد الگوریتم فاخته در واسنجی پارامترهای هیدرودینامیکی آبخوان با استفاده از مدل ریاضی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 9(2). 345-356.

Akbari A, Bagri R, A, Bordas S. P. A and Rabczuk T. 2010. "Analysis of ThermoelasticWaves in a Two-Dimensional Functionally Graded Materials Domain by the Meshless Local Petrov-Galerkin (MLPG) Method," Computer Modeling in Engineering and Sciences, vol. 65, no. 1, pp. 27-74.

Atluri S. N.and Zhu T. A. 1998. "A new MEshless method (MLPG) approach in computational mechanics," computaional mechanics, vol. 22, no. 2, pp. 117-127.

Belytschko T, Lu Y. Y and Gu L. 1994. "Elements free Galerkin methods," International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol. 30, no. 2, pp. 229-256.

Ghazaw Y, Ghumman, M, Al-Salamah A. R and Khan Q. U. 2014. "Investigations of impact of recharge wells on groundwater in Buraydah by numerical modeling", Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 39(2), pp. 713-724.

Kovarik K and Muzik J. 2013. "A meshless solution of two dimensional density-driven groundwater flow," Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 37, pp. 187-196.

Kulkarni N. H, "Numerical simulation of groundwater recharge from an injection well. 2015." International Journal of Water Resources and Environmental Engineering, vol. 7, no. 5, pp. 75-83.

Liu G, Mesh Free Methods: Moving Beyond the Finite Element Method, Boca Raton: CRC press. 2002.

Liu G. R and Gu Y T, An introduction to Meshfree Methods and Their Programming, Singapore: Springer. 2005.

Mategaonkar M  and Eldho T. I. 2011. "Simulation of groundwater flow in unconfined aquifer using meshfree point collocation method," Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 35, pp. 700-707.

Mohtashami, A, Akbarpour A. and Mollazadeh M. 2017a. "Development of two dimensional groundwater flow simulation model using meshless method based on MLS approximation function in unconfined aquifer in transient state," Journal of Hydroinformatics , vol. 19, no. 5, pp. 640-652.

Mohtashami, A, Akbarpour A. and Mollazadeh M. 2017b. "Modeling of groundwater flow in unconfined aquifer in steady state with meshless local Petrov-Galerkin," Modares Mechanical Engineering, vol. 17, no. 2, pp. 393-403.

Swathi, B., and Eldho, T. I. 2013. Groundwater flow simulation in confined aquifers using meshless Local Petrov-Galerkin. ISH Journal of Hydraulic engineering.19.335-348.

Swathi, B., and Eldho, T. I. 2014. Groundwater flow simulation in unconfined aquifers using meshless local Petrov-Galerkin method. Engineering Analysis with Boundary Elements. 48.43-52