ارزيابي عملكرد روش‌هاي عددي در شبيه‌سازي جريان آب زيرزميني (مطالعه موردي: آبخوان بيرجند)

داشتن دانش و اطلاع دقيق از وضعيت منابع آب زيرزميني جهت برنامه‌ريزي و توسعه پايدار در مناطق خشك و نيمه‌خشك اهميت دوچنداني دارد. از طرفي به‌دليل اين‌كه مدل‌سازي آب زيرزميني در مطالعات ميداني داراي مشخصاتي نظير مرزهاي نامنظم، ناهمگني و ناهمسانگردي و همچنين شرايط مرزي و مدل مفهومي پيچيده است، دشواري‌هاي زيادي در فرايند شبيه‌سازي وجود دارد. به‌دليل قابليت‌هاي مناسب و عملكرد قابل‌قبول روش‌هاي عددي، اين پژوهش در نظر دارد تا يك چارچوب مناسب جهت شبيه‌سازي آب زيرزميني در مناطق خشك را كه مبتني بر روش‌هاي تفاضل محدود (FD)، اجزاي محدود (FE) و بدون شبكه (Mfree) است، ارائه كند. معادله جريان آب زيرزميني براساس روش‌هاي FD، FE و Mfree گسسته شد و عملكرد آن‌ها در يك آبخوان فرضي و يك مطالعه ميداني مورد ارزيابي قرار گرفت. ارزيابي نتايج عددي به‌دست‌آمده در آبخوان فرضي و مقايسه با جواب تحليلي، حاكي از آن است كه عملكرد هر سه مدل‌ عددي قابل‌قبول است. به‌طوري‌كه مقدار شاخص RMSE براي روش‌هاي Mfree، FE و FD به‌ترتيب 0.005، 0.016 و 0.018 متر به دست آمد. لكن با افزايش پيچيدگي‌هاي شبيه‌سازي در مطالعه ميداني، از دقت روش‌هاي عددي مبتني بر مش (شبكه‌بندي) نظير FD و FE كاسته شد. ارزيابي عملكرد روش FD نشان داد كه اين روش در مسائل با هندسه‌هاي منظم و شرايط مرزي ساده از عملكرد خوبي برخوردار است، لكن در مسائل واقعي و شرايط واقعي با هندسه‌هاي نامنظم كه با ناهمسانگردي و ناهمگني مواجه هستند از دقت آن به‌شدت كاسته مي‌شود. به‌طوري‌كه مقدار شاخص RMSE براي روش FD در آبخوان واقعي، حدود 1.77 متر به دست آمد. نتيجه فوق البته با شدت كمتر براي روش FE نيز صادق است (مقدار RMSE براي FE و در آبخوان واقعي حدود 0.36 به دست آمد). همچنين نتايج اين مطالعه در خصوص روش Mfree ثابت كرد كه اين روش ضمن داشتن دقت بالاتر نسبت به روش‌هاي FD و FE از انعطاف‌پذيري بسيار بالايي در مواجه با هندسه‌هاي نامنظم و موضوعات ناهمسانگردي و ناهمگني برخوردار است. مقدار شاخص RMSE براي روش Mfree در مطالعه ميداني، 0.26 متر به دست آمد.