مدلسازی جریان و تغییرات کیفی (شوری) آب‌زیرزمینی در دشت نیشابور توسط کدهای MODFLOW و MT3DMS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد گروه علوم مهندسیی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

4 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

5 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این مطالعه، به منظور ارزیابی تغییرات کیفیت آب‌زیرزمینی در دشت نیشابور تحت سناریوهای مختلف از کدهایMODFLOW و MT3DMS استفاده شد. در مرحله شناخت آبخوان و تهیه مدل مفهومی، مشخص شد افزایش شوری آبخوان به دلیل وجود آبرفت ریزدانه و کانی‌های تبخیری در حاشیه دشت و آب برگشت کشاورزی می‌باشد. مدل جریان آب‌زیرزمینی در شرایط ناماندگار برای دوره 10 ساله مهرماه 1380 تا شهریورماه 1390 واسنجی و برای یک دوره 4 ساله (مهرماه 1390 تا شهریورماه 1394) صحت سنجی شد. خطای مدل جریان در دوره واسنجی و صحت‌سنجی (برحسب RMSE) به ترتیب 1.92 و 1.65 متر بود. همچنین خطای مدل انتقال جرم برای دوره 14 ساله شبیه‌سازی در حدود 2 میلی‌گرم در لیتر بود. در مرحله بعد، اثر دو سناریوی ادامه روند کنونی و شرایط 40 درصد کاهش برداشت از آبخوان تا سال 1404 پیش‌بینی شد. تحت سناریوی یک و ادامه روند کنونی تا افق 1404، هیدروگراف معرف آبخوان برای کل دشت افت 79/0 متر در سال نشان داد و شوری آب‌زیرزمینی بطور پیوسته افزایش می‌یابد. تحت سناریوی دوم که هدف آن کاهش برداشت از آبخوان به منظور رسیدن به وضعیت تعادلی در بیلان آب‌زیرزمینی بود، برداشت از همه چاه‌های آبخوان به اندازه 40 درصد کاهش یافت. نتایج نشان داد با اینکه میانگین سطح آب در آبخوان افت نمی‌کند، اما شوری آب‌زیرزمینی همچنان افزایشی است البته با نرخی به اندازه 50 درصد کمتر از سناریوی اول. این موضوع نشان دهنده این واقعیت است که کاهش برداشت از آبخوان با نرخ یکسان برای همه چاه‌های بهره‌برداری ممکن است اهداف مدیریت منابع آب را برآورده نکند و برای مدیریت آبخوان نیاز به اطلاعات توزیعی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling the groundwater quality (salinity) variations in Neyshabour plain using MODFLOW and MT3DMS

نویسندگان [English]

  • parisan taherian 1
  • Hossein Ansari 2
  • Kamran Davari 3
  • aliasghar beheshti 4
  • Ali Naghi Ziai 5
1 PhD Student of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
2 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
3 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
4 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
5 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this study, MODFLOW and MT3DMS codes were used to evaluate changes in groundwater quality in Neyshabour plain under different scenarios. During developing the conceptual model, it was found that the aquifer salinity increased due to the presence of fine alluvium and evaporite minerals in the margins of the plain and agricultural return flow. Groundwater models was calibrated under transient condition for 10 years from October 2001 to September 2011 and validated for a 4-year period (October 2011 to September 2015). Quantitative comparison of the head and Cl data in all the observation points indicated a reasonable match between the observed and the calculated values. The root mean squared error (RMSE) was 1.92 m and 1.65 m for the calibration and validation periods in the flow model, and the RMSE was 2 mg/l for the mass transport model in Neyshabour aquifer. The MODFLOW and MT3DMS models were used to simulate the effect of the two scenarios: (1) continue the current trend in groundwater withdrawals and (2) 40% reduction in groundwater withdrawals has been examined by the model. In the first scenario, the average groundwater level showed annual loss of 0.79 m and increasing in the groundwater salinity. Under the second scenario, which aimed to achieve equilibrium status in the groundwater balance, pumping rate for all wells were reduced by 40%. The results showed that although the average water level in the aquifer does not decrease, the groundwater salinity is still increasing, with a rate of 50% lower than in comparison to the first scenario. This reflects the fact that reduced groundwater withdrawals at the same rate for all wells may not meet water resource management goals and groundwater management requires distributed information about the aquifer

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mass Transport Modeling in Aquifer
  • Groundwater Salinity
  • MODFLOW
  • MT3DMS
  • Neyshabur Plain
ایزدی، ع. 1392. کاربرد و ارزیابی یک مدل توسعه­یافته تلفیقی آب‌زیرزمینی-آب سطحی در حوضه آبریز نیشابور. پایان نامه دوره دکتری، دانشگاه فروسی مشهد.
چیت سازان، م.، موسوی، ف.، میرزائی، ی. و رستگار­زاده، س. 1391. مدیریت کمی و کیفی آبخوان دشت رامهرمز با استفاده از مدل ریاضی در MODFLOW و MD3DMS. زمین شناسی کاربردی پیشرفته. 5 (2): 1-8.
زمزم ع. و رهنما م.ب. 1391. ارزیابی کیفیت آب‌زیرزمینی با مدل ریاضی MT3DMS (مطالعه موردی دشت رفسنجان). نشریه پژوهش آب ایران، دوره 6، شماره 10.
سبحان اردکانی، س. ۱۳۹۵. ارزیابی آلودگی آرسنیک، روی، سرب، کادمیوم، کروم، مس و منگنز در منابع آب‌زیرزمینی دشت رزن همدان توسط شاخص‌‌های کیفیت آب . مجله دانشکده علوم پزشکی نیشابور. 4 (4): 45-33.
شفیعی، م. 1388. مدل سازی هیدرولوژکی آب سطحی توسط مدل SWAT و GIS: مطالعه موردی حوضه آبریز نیشابور. پایان نامه دوره کارشناسی ارشد. دانشگاه فردوسی مشهد.
صابری مهر ص.، اصغری مقدم ا. و ندیری، ع. 1396. شبیه‌سازی جریان آب‌زیرزمینی و نفوذ آب‌شور در آبخوان ساحلی دشت شبستر با استفاده از نرم‌افزار .GMS فصلنامه کواترنری ایران. 3 (1):۴۱ -51.
طائی‌سمیرمی، س.، مرادی، ح. خداقلی، م. 1393. بررسی تغییرات جریان رودخانه بار نیشابور تحت سناریوهای مختلف تغییر اقلیم. فصلنامه انسان و محیط زیست، 29: 1-19.
فرزانه، م.، باقری، علی.، و رمضانی قوام آبادی، م. 1395. بنیان‌های نهادی بحران در مدیریت منابع آب‌زیرزمینی ایران.‎ فصلنامه پژوهش‌های اقتصادی، 64: 94-57.
قبادیان, ر., بهرامی, ز. 1395. بررسی عددی اعمال سناریوهای کمی و کیفی بر آبخوان دشت خزل استان همدان با مدل هایMODFLOW  و MT3DMS. مرتع و آبخیزداری،69 (4): 1062-1043.
مشهدی میقانی، ل. و باغوند، ا. ۱۳۸۹. بررسی و مدل­سازی آلودگی ناشی از زباله‌های محل دفن بر آب­های زیرزمینی (مطالعه موردی آبخوان امان­آباد). چهارمین همایش تخصصی مهندسی محیط­زیست، تهران، دانشگاه تهران، دانشکده محیط­زیست.
میبدی، ج. 1394. طرح تعادل بخشی آب­های زیرزمینی کشور، کارگـاه حقـوق آب ایران، پژوهشکده مهندسی آب دانشگاه تربیت مدرس.
نظری، ر. و جودوی، ع. 1393. مدل‌سازی کاربردی جریان و انتقال آلاینده در آبخوان. چاپ اول، نشر آفتاب عالمتاب، مشهد، 240 صفحه.
Ansarifar, M.M., Salarijazi, M., Ghorbani, K. and Kaboli A.R. 2019a. Simulation of groundwater level in a coastal aquifer, Marine Georesources & Geotechnology, DOI: 10.1080/1064119X.2019.1639226
Ansarifar, M.M., Salarijazi, M., Ghorbani, K. and Kaboli A.R. 2019b. Spatial estimation of aquifer’s hydraulic parameters by a combination of borehole data and inverse solution. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. DOI: 10.1007/s10064-019-01616-w
Baiwei, L. and Zhonghua, T. 2008. Investigation and Modeling of the Environment Impact of Landfill Leachate on Groundwater Quality at Jiaxing, Southern China, Journal of Environmental Technology and Engineering.
Chitrakar, P. and Sana, A. 2015. Groundwater Flow and Solute Transport Simulation in Eastern Al Batinah Coastal Plain, Oman: Case Study. Journal of Hydrologic Engineering.
Izady, A., Davary, K., Alizadeh, A., Ziaei, A. N., Alipoor, A., Joodavi A. and Brusseau, M.L. 2013. A framework toward developing a groundwater conceptual model. Arabian Journal of Geosciences.
Izady, A., Davary, K., Alizadeh, A., Ziaei, A.N., Akhavan, S., Alipoor, A., Joodavi, A. and Brusseau, M.L. 2015. Groundwater conceptualization and modeling using distributed SWAT-based recharge for the semi-arid agricultural Neishaboor plain, Iran. Hydrogeology Journal. 23.1: 47–68
Karimi, L., Motagh, M., Entezam, I. 2019. Modeling groundwater level fluctuations in Tehran aquifer: Results from a 3D unconfined aquifer model. Groundwater for Sustainable Development. 8:439-449. DOI: 10.1016/j.gsd.2019.01.003
Morán-Ramírez, J., Ledesma-Ruiz, R., Mahlknecht, J. and Ramos-Leal, J.A. 2016.  Rock–water interactions and pollution processes in the volcanic aquifer system of Guadalajara, Mexico, using inverse geochemical modeling. Applied geochemistry. 68: 79-94
Mukhopadhyay, A., Al-Sulaimi, J. and Marie Barrat, J. 1994. Numerical Modeling of Groundwater Resource Management Option in Kuwait, Journal of groundwater. 32(6).
Negm A.M. and Eltarabily M.G.A. 2016. Modeling of Fertilizer Transport Through Soil, Case Study: Nile Delta. In: Negm A. (eds) The Nile Delta. The Handbook of Environmental Chemistry, vol 55. Springer, Cham.
Yousefi, H., Zahedi, S., Niksokhan, M.H. et al. 2019. Ten-year prediction of groundwater level in Karaj plain (Iran) using MODFLOW2005-NWT in MATLAB. Environmental Earth Sciences. 78: 343. DOI: 10.1007/s12665-019-8340-y
دوره 15، شماره 1 - شماره پیاپی 85
فروردین و اردیبهشت 1400
صفحه 27-37
  • تاریخ دریافت: 08 آبان 1398
  • تاریخ بازنگری: 08 آذر 1398
  • تاریخ پذیرش: 08 فروردین 1399
  • تاریخ اولین انتشار: 02 اسفند 1399