Numerical Simulation of Chromium Changes Trend in Aquifer of Birjand plain

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Water enginearing, University of Birjand

2 Department of Water Engineering, University of Birjand

3 Department of Engineering, University of Birjand

Abstract

Numerical quality and quantity simulation of groundwater, is an important tool for managing groundwater resources. According to the measurements taken from the density of chromium in drinking water wells of urban water in distribution network of Birjand, the chromium content is higher than permissible limit (Density of more than 0.05 mg/lit). Therefore, the purpose of this research is quantitative and qualitative simulation of groundwater in unconfined aquifer of Birjand using mathematical model and change trend of chrome density. To do this, numerical codes of MODFLOW and MT3D which is in groundwater modeling software (GMS), were used. At first, needed statistics and information for preparing a conceptual model of plain was collected. Then the simulation was done in the software and the model was ran. Then the calibration of qualitative and quantitative mathematical model in Birjand aquifer was donein transient conditions. Hydraulic conductivity and specific yield values for the quantitative model and longitudinal diffusivity coefficient values and prosity was calibrated for qualitative model. Finally, the simulation was performed for a one-year period. The forecast was done for 6 years after the simulation with 30% reduction and increase of harvest. In the quantitative model, the highest water level was estimated in the eastern part of the aquifer is 1296 m and the lowest water level is 1263 m close to the groundwater drainage in the southwest aquifer region. Qualitative model output indicated the highest density of chromium in the middle of the aquifer. Also the gradual movement curve of the maximum chromium aquifer density was from the central zones toward the east and west of the aquifer. For evaluating the calibration, features of GMS software such as Mean Error, Mean Absolute Error and Root Mean Square Error was used that the values of these statistical parameters were 0.09, 0.944 and 1.071 m for quantitative model and 0.003, 0.004 and 0.008 mg/lit for quantitative model. The results of qualitative and quantitative modeling of Birjand aquifer shows that the density of chromium in the central areas of Birjand groundwater is more than 0.05 mg/lit, which is more than WHO standards for drinking water. this density increases during simulation and chromium Density and reaches 0.09 mg/lit. Also the density variation of this contaminant depends on fluctuations in groundwater levels and by increasing the water level, chromium levels can be reduced in the aquifer. As well as during recent years, chromium density in the aquifer always have increasing trend. By applying the reduction scenario of harvest from the aquifer, the area of the critical zone has decrease and increasing scenario of harvest, in comparison with harvest reduction, shows less changes in density and area of the critical zone.

Keywords


اکبرپور،ا.، عزیزی،م و شیرازی،م. 1389. مدیریت بهره­برداری آب­های زیرزمینی دشت مختاران با استفاده از مدل ریاضی تفاضلات محدود در محیط . GMS نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران.
اکبرپور،ا.، قوچانیان حق­وردی،ا و اعتباری،ب. 1391. مدیریت آب­های زیرزمینی با استفاده از تلفیق مدل­های WEAPو Modflow. سومین همایش ملی مدیریت جامع منابع آب. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری.
خوش­نامی،م. ١٣٧٢. کاربرد روش شبیه­­سازی در مدیریت منابع آب دشت خفر با تاکید بر بهر­ برداری تلفیقی، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.
ابارشی،ف.، مفتاح هلقی،م.، دهقانی،ا.، کابلی،ع و رحیمیان،م. 1393. مدیریت آبخوان دشت زرین­گل در استان گلستان با استفاده از مدل آب زیرزمینی. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 21. 6: 281-292
پارساصدر،ح.، محمدزاده،ح و ناصری،ح. 1395. شبیه­سازی عددی آبخوان دشت روداب سبزوار و بررسی اثرات احداث سد روداب بر آن. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 23. 1: 135-119
سعیدی،ح.، اکبرپور،ا.، باغ­وند،ا.، نیک­سخن،م و صادقی طبس،ص.، 1394. ارایه مدل شبیه­ساز- بهینه­ساز کمی و کیفی بهره­برداری از آبخوان به منظور تعدیل غلظت آلاینده­ها با استفاده از الگوریتم فاخته. مجله پژوهشی حفاظت آب و خاک گرگان. 23 :5. 87-103
سعیدی،ح.، باغ­وند،ا.، نیک­سخن،م.، اکبرپور،ا و صادقی طبس،ص. ،1394. پیش­بینی روند یک­ساله تغییرات سطح آب زیرزمینی با استفاده از کد منبع باز، مطالعه موردی: دشت بیرجند، استان خراسان­جنوبی. فصل­نامه بین­المللی پژوهشی تحلیلی منابع آب و توسعه.3 .2 :10-1
شهریاری،ط.، معاشری،ب.، شریف­زاده،غ. 1389. غلظت کروم در آب­های زیرزمینی و شبکه توزیع آب آشامیدنی بیرجند در سال 1389-1388 . مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند. 18. 1: 67-62
کتیبه،ه و حافظی،س. 1383. بکارگیری مدل Modflow و مدیریت بهره­برداری از آب­های زیرزمینی و ارزیابی عملکرد طرح تغذیه مصنوعی دشت آب باریک بم. مجله آب و فاضلاب. 50 . 1 :58-45
محتشم،م.، دهقانی،ا.، اکبرپور،ا.، مفتاح هلقی،م و اعتباری،ب. 1390. پیش­بینی سطح ایستابی در آبخوان با بکارگیری نرم­افزار GMS (مطالعه موردی: آبخوان بیرجند). چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران. دانشگاه صنعتی امیرکبیر. تهران.
همراز،ب.، اکبرپور،ا و پوررضا بیلندی،م. 1392. تحلیل عدم قطعیت در شبیه­سازی مدل آب زیرزمینی. اولین همایش ملی بهینه­سازی مصرف آب. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
Anderson,M and Woessner,W. 1992 .Applied groundwater modeling Academic press. 381. 22
Bougherira,N., Hani,A., Djabri,L., Toumi,F., Chaffai,H., Haied,N., Nechem,D and Sedrati,N. 2014. Impact of the urban and industrial waste water on surface and groundwater, in the region of Annaba, (Algeria). Energy Procedia 50 :692-701   
Hamraz,B., Akbarpour,A. , Pourreza Bilondi,M and Sadeghi Tabas,S. 2015. On the assessment of ground water parameter uncertainty over an arid aquifer. Arabian Journal of Geosciences. In press   
Levankumar,L., Muthukumaran,V and Gobinath,M.B. 2009. Batch adsorption and kinetics of chromium (VI) removal from aqueous solutions by Ocimum americanu, seed pods. Journal of Hazardous Materials. 161. 20 : 709-13.
Regli,C, Rauber,M and Huggenberger,P. 2003. Analysis of aquifer heterogeneity within a well capture zone, comparison of model data with field experiments: a case study from the river.
Selvi,K., Pattabhi,S and Kadirvelu,K. 2001. Removal of Cr (VI) from Aqueous Solution by Adsorption onto Activated Carbon. Bioresource Technology. 80 .1 : 87-89.
Sun,N and Yeh,W.W. 1987. A Proposed Upstream Weight Numerical Method for Simulating  Pollutant Transport in Groundwater. Water Resource Research. 19 .1 : 1489-1500.
Yakirevich,A., Weisbrod,N., Kuznetsov,M., Riveria Villarreyes,C,A., Benavent,I., Chavez,A,M., Ferrando,D. 2013. Modeling the impact of solute recycling on groundwater salinization under irrigated lands: A study of the Aloto Piura aquifer, Peru. Journal of Hydrology. 482.16:25-3