ارزيابي اثرات اعمال سياست هاي مختلف مديريتي بر روي آبخوان با استفاده از شبيه سازي عددي (مطالعه موردي: آبخوان نمدان، استان فارس، ايران)

Impact assessment of different management strategies implementation on the aquifer using numerical simulation (Case study: Namdan aquifer, Fars province, Iran)

سابقه و هدف: امروزه علاوه بر رشد جمعيت و افزايش نياز به منابع آب، كمبود بارندگي و جريانات سطحي در مناطق خشك و نيمه‌خشك جهان باعث افزايش بهره‌برداري از منابع آب‌ زيرزميني و درنتيجه بروز مشكلات متعددي در اين منابع تجديد ناپذير و ارزشمند شده است. از اين رو، بررسي، پايش و پيش‌بيني وضعيت منابع آب‌ زيرزميني حائز اهميت است. در اين تحقيق از يك مدل توسعه داده شده شبيه‌سازي عددي تفاضل محدود با استفاده از كدنويسي در محيط متلب، جهت بررسي تغييرات تراز سطح آب‌ زيرزميني در يك محدوده مطالعاتي واقعي استفاده شد. مواد و روش‌ها: منطقه مورد مطالعه، آبخوان نمدان واقع در حوضه آبريز طشك - بختگان، استان فارس، ايران است. جهت بررسي تغييرات تراز آبخوان، مدل غيرماندگار تفاضل محدود، توسعه داده شد. جهت پياده‌سازي مدل، محدوده با توجه به معيارهاي مختلف، سلول‌بندي شد و تعداد 50 سلول چهارضلعي حاصل گرديد. علاوه بر تبادل جريان زيرزميني بين سلول‌ها در محدوده، تبادل بين سلول‌هاي مرزي و جريانات ورودي و خروجي از مرزها به اين سلول‌ها نيز در مدل‌سازي لحاظ شد. پارامترهاي تغذيه به روش سعي و خطا و ضرايب هدايت هيدروليكي با استفاده از يك مسئله بهينه‌سازي با هدف كمينه‌سازي مجموع مربعات خطاهاي محاسبات تراز آب محاسباتي و مشاهده‌اي (دوره 7 ساله) با ابزار بهينه‌سازي فراكاوشي جامعه مورچه‌ها واسنجي شدند و ضريب تبيين 0/93 حاصل شد. همچنين مدل واسنجي شده در يك دوره 3 ساله صحت‌سنجي گرديد. يافته‌ها: وضعيت آبخوان محدوده مطالعاتي، در شرايط غيرماندگار در دوره شبيه‌سازي 30 ساله، تحت 7 سناريو مختلف تدوين شده بر اساس شاخص‌هاي اقليمي، برداشت، الگوي كشت و طرح ملي احياء و تعادل‌بخشي منابع آب زيرزميني در ايران، مورد بررسي قرار گرفت. با كاهش 10 درصدي بارش سالانه و افزايش 20 درصدي برداشت، تراز سطح آب زيرزميني تا پايان دوره شبيه‌سازي نسبت به ادامه وضع موجود، به ترتيب 0/9 و 6/1 متر افت پيدا مي‌كند. تغيير الگوي كشت با تغيير نوع محصول از گندم به محصولي كم‌آب‌بر مانند جو باعث مي‌شود تا تراز سطح آب تا پايان دوره شبيه‌سازي، 4/4 متر افزايش پيدا كند. در سناريو حذف چاه‌هاي بدون پروانه بهره‌برداري در كل محدوده، به طور ميانگين در هر سال، تراز سطح آب‌ زيرزميني 0/45 متر افزايش مي‌يابد. نتيجه‌گيري: تحت سناريوي انسداد كامل چاه‌هاي غيرمجاز در كل منطقه، تراز آب زيرزميني بيشترين تغييرات را در بين سناريوها داشته و تا پايان دوره شبيه‌سازي، 19/6 متر افزايش پيش‌بيني مي‌شود. اين امر لزوم توجه به تعيين تكليف‌ چاه‌هاي غيرمجاز در طرح ملي احياء و تعادل‌بخشي منابع آب زيرزميني در ايران را بيش از پيش نمايان مي‌كند.

Background and Objectives: Nowadays, in addition to increase in the population growth, decrease in precipitation and surface flows in arid and semi-arid regions of the world, has caused to increase the extraction of groundwater resources and therefore many problems in this valuable and non-renewable resources. In this regard, assessing, monitoring and prediction of the groundwater resources behavior is significant. In this study, a developed numerical simulation model with finite difference solution using MATLAB was applied to evaluate the groundwater elevation changes in a real case. Materials and Methods: The study area is the Namdan aquifer located in the Tashk- Bakhtegan basin, Fars province, Iran. The transient finite difference model was developed to assess the groundwater elevation changes. For setting up the model, the study area zoned manually considering the various factors and finally 50 cells were considered. In addition to the groundwater flow interactions between cells, the interactions between boundary cells and inflows and outflows boundaries took account into the modeling. The recharge parameters were calibrated using try and error method while the hydraulic conductivities were calibrated using an optimization problem with an objective function of minimizing the residual sum of squares of water table prediction and observation (a period of 7 years) using an evolutionary ant colony optimization tool and "R" ^2 "=0.93" obtained. Furthermore, the calibrated model verified for a period of 3 years. Results: The aquifers condition was assessed in transient condition for a period of 30 years, under 7 various scenarios which have been compiled from climate, utilization, crop pattern and the aquifer restoration plan of Iran indexes. By a decrease of 10% in the precipitation and an increase of 20% in the extractions, the groundwater elevation will drop by 0.9 meter and 6.1 meter, respectively. Changing the crop pattern from wheat to barley which consumes less water, causes 4.4 meters rising in the groundwater elevation. In the removing unlicensed wells scenario, the annual water level rising will be 0.45 meter in average. Conclusion: The groundwater elevation has been faced with the most changes in the scenario of removing unlicensed wells in all over the study area compared to other scenarios and at the end of simulation period, it would be predicted that the groundwater elevation will increase about 19.6 m. This shows the necessity of paying attention to determining unlicensed wells condition in the aquifer restoration plan more than ever.