مدل¬سازی اثرات کف¬شکنی چاه¬های بهره¬برداری بر آبخوان باد-خالد¬آباد، جنوب کاشان
محورهای موضوعی :فاطمه شیرخانی 1 , حمیدرضا ناصری 2 * , فرشاد علیجانی 3 , زهره نجات جهرمی 4
1 - گروه زمینشناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران،
2 - گروه زمینشناسی معدنی و آب ، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران
3 - دانشگاه شهید بهشتی
4 - شرکت مدیریت منابع آب ایران، تهران، ایران
کلید واژه: کف¬شکني چاه, مدل¬سازی آبخوان, MODFLOW, دشت باد-خالدآباد.,
چکیده مقاله :
آب زیرزمینی مهمترین منبع تأمین نیاز آبی در منطقه باد-خالدآباد شهرستان کاشان به شمار میرود. با افزایش برداشت از آبخوان باد-خالدآباد فراتر از ظرفیت تجدیدپذیر، پتانسيل برداشت از این آبخوان کاهش‌یافته است و نیاز به کفشکنی چاهها احساس میشود. این پژوهش به بررسی تأثیر افزایش برداشت از چاهها و کفشکنی آنها بر پتانسیل بهرهبرداری از آبخوان با استفاده از مدل پرداخته است. بدین منظور، ابتدا عوامل کمی و کیفی هیدروژئولوژیک مؤثر بر کفشکنی شناسایی شدند، سپس با تعیین وزن لایه¬ها به روش فرآیند تحلیلی سلسله مراتبی (AHP)، در محیط GIS با یکدیگر تلفیق و پنج منطقه با شرایط بهینه برای پیشنهاد کفشکنی چاه¬ها مشخص شد. پس از آن مدلسازی عددی شامل مراحل واسنجی، صحتسنجی و پیشبینی با استفاده از نرمافزار MODFLOW انجام شد. با استفاده از مدل ایجاد شده، اثرات افزایش برداشت 20 درصدی چاههای بهرهبرداری با اجرای طرح کفشکنی در پنج منطقه پیشنهادی به‌صورت مرحله¬ای با بررسی تغییرات سطح ایستابی آبخوان در 10 سال آینده پیشبینی گردید. نتایج مدل¬سازی به ترتیب افت متوسط 12 و 13 متر در بخش¬های جنوبی و شرقی آبخوان را نشان می¬دهد. در این آبخوان، کف¬شکنی بیش از 9 متر، کیفیت و کمیت ذخیره آبخوان را به خطر می¬اندازد.
Groundwater is the most important source of water in the Bad-Khaled Abad area of Kashan. With the increase of extraction from the Bad-Khaled Abad aquifer beyond the renewable capacity the extraction potential of this aquifer has decreased, and the optimization of the depth of the wells is necessary. Using the model, this research has investigated the effect of optimized extraction from wells and their depth on the potential of aquifer exploitation. First, quantitative and qualitative hydrogeological factors affecting the increase in the depth of the wells were identified, and then, through utilizing the Analytical Hierarchy Process (AHP) method, the weight of the layers was determined. Next, they were combined in the GIS environment and five regions with optimal conditions were proposed for well depth optimization. Afterwards, the numerical modeling including calibration, validation, and prediction steps was done using MODFLOW software. Using the created model, and implementing the optimizing depth of the wells plan in the five proposed areas in a phased manner, the effects of a 20% increase in extraction of exploitation wells were predicted by examining the changes in the aquifer water level in the next 10 years. The modeling results show an average drop of 12 and 13 meters in the southern and eastern parts of the aquifer, respectively. In this aquifer, increasing depth by more than 9 meters endangers the quality and quantity of the aquifer storage
آقانباتي، علی.، 1383. زمين¬شناسي ايران. نشر سازمان زمين¬شناسي و اكتشافات معدني كشور، 586.
بیژنی، م.، مریدی، ع. و مجدزاده طباطبایی، م.، 1395. بررسی تاثیرات کفشکنی چاهها بر پتانسیل برداشت آبخوان با استفاده از مدل ریاضی. پژوهشات منابع آب ایران، 12(4)، 83-92.
پاکدل، م.، قره محمودلو، م.، جندقی، ن.، فتح آبادی، آ. و نیک قوجق، ی.،1401. تاثیر برداشت از چاه¬های عمیق و نیمه عمیق بر روی افت سطح ایستابی و پارامترهای کیفی آب ¬زیرزمینی در دشت گرگان. فصلنامه زمینشناسی ایران، 16(64)، 65-84.
رضایی، الف.، زینال¬زاده، ک. و نابغی، ج.، 1398. تعیین حداکثر عمق کفشکنی چاههای کشاورزی با تلفیق مدل‌های ریاضی. اولین کنگره بین‌المللی و چهارمین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران.
سازمان زمینشناسی کشور، 1371. نقشه زمینشناسی کاشان در مقیاس 1:250000.
شرکت آب منطقه¬ای استان اصفهان، 1399. گزارش اندازه¬گیری منابع آب زیرزمینی محدوده مطالعاتی باد-خالدآباد (4803). معاونت حفاظت و بهره¬برداری شرکت آب منطقه¬ای استان اصفهان.
قره محمودلو، م.، جندقی، ن. و صیادی، م.، 1398. تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود. فصلنامه زمینشناسی ایران، 14(55)، 129-145.
نبی¬زاده چمازکتی، ن. و جعفری، ه.، 1398. تخمین تغذیه به آبخوان مرزی سرخس با استفاده از مدل عددی. فصلنامه زمینشناسی ایران، 15(57)، 15-27.
Alizadeh, M.R., Nikoo, M.R. and Rakhshandehroo, G.R., 2017. Hydro-environmental management of groundwater resources: a fuzzy-based multi-objective compromise approach. Journal of Hydrology, 551, 540-554.
Asimi, M.A., 1998. Effects of Liquid Waste on Surface and Underground Water in Ipata and Baboko Slaughtering Slab. Doctoral dissertation, B. Sc. Dissertation: Unpublished, Department of Agric Engineering, University of Ilorin, Nigeria.
Brewer, K., Fogle, T., Stieve, A. and Barr, C., 2003. Uncertainty analysis with site-specific groundwater models: experiences and observations. US Department of Energy, Office of Scientific and Technical Information, P.O. Box 62, Oak Ridge, TN: 37831-0062.
Ekrami, M., Ekhtesasi, M.R. and Malekinezhad, H., 2013. The Effects and Consequences of Climatic Drought on Time Delay and the Change in Water Discharge of Springs and Qanats (Case study: Yazd–Ardakan Plain). Iran-Water Resources Research, 9(2), 19-26.
Ifabiyi, I.P., 2008. Depth of hand dug wells and water chemistry: Example from ibadan northeast local government area (L. G. A.), oyo-state, Nigeria. Journal of Social Sciences, 17(3), 261–266.
Izbicki, J.A., Christensen, A.H., Newhouse, M.W., Smith, G.A. and Hanson, R.T., 2005. Temporal changes in the vertical distribution of flow and chloride in deep wells. Groundwater, 43(4), 531–544.
Kianoush, P., Mahvi, M.R., Khah, N.K.F., Kadkhodaie, A., Shokri, B.J. and Varkouhi, S., 2024. Hydrogeological studies of the Sepidan basin to supply required water from exploiting water wells of the Chadormalu mine utilizing reverse osmosis (RO) method. Results in Earth Sciences, 2, 100012.
Kim, J., Park, S., Kang, M., Choo, C.O. and Jeong, G., 2007. Analysis on Statistical Relationship between Groundwater Quality and Geology. Journal of engineering geology, 17(3), 445-453.
Mahadeven, A. and Krishaswamy, S., 1984. Impact of Different Surface Sources of pollution on the Quality of Groundwater. Applied Geography, 15(3), 21-25.
Nair, A.S. and Indu, J., 2021. Assessment of groundwater sustainability and identifying factors inducing¬ groundwater depletion in India. Geophysical Research Letters, 48(3), p.e2020GL087255.
Panda, D.K. and Wahr, J., 2016. Spatiotemporal evolution of water storage changes in I ndia from the updated GRACE‐derived gravity records. Water Resources Research, 52(1), 135-149.
Perlinutter, N.M., Lieber, M. and Frawenthal, H.L., 1964. Contamination of Groundwater by Detergents in a Suburban Environment, South Farmingdale. Area, Long Island New York. U.S. Geological Survey Prof. Paper, 501C: 170-175.
Ronny, A., Erlani, N. and Jasman, N.H., 2019. Level of correlation in the depth of groundwater wells: Iron and chloride. Indian Journal of Environmental Protection, 39(8), 746-751.
Vorosmarty, C.J., McIntyre, P.B., Gessner, M.O., Dudgeon, D., Prusevich, A., Green, P. and Davies, P., 2010. Global threats to human water security and river biodiversity. nature, 467 (7315), 555-561.
مدلسازی اثرات کفشکنی چاههای بهرهبرداری بر آبخوان باد-خالدآباد، جنوب کاشان
فاطمه شیرخانی1، حمیدرضا ناصری(2و1)، فرشاد علیجانی3 و زهره نجات جهرمی4
1. دانشجوی دکتری، گروه زمینشناسی معدنی و آب، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران
2. استاد، گروه زمینشناسی معدنی و آب ، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران
3. استادیار، گروه زمینشناسی معدنی و آب ، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران
4. دانش‌آموخته دکتری، شرکت مدیریت منابع آب ایران، تهران، ایران
چکیده
آب زیرزمینی مهمترین منبع تأمین نیاز آبی در منطقه باد-خالدآباد شهرستان کاشان به شمار میرود. با افزایش برداشت از آبخوان باد-خالدآباد فراتر از ظرفیت تجدیدپذیر، پتانسيل برداشت از این آبخوان کاهش‌یافته است و نیاز به کفشکنی چاهها احساس میشود. این پژوهش به بررسی تأثیر افزایش برداشت از چاهها و کفشکنی آنها بر پتانسیل بهرهبرداری از آبخوان با استفاده از مدل پرداخته است. بدین منظور، ابتدا عوامل کمی و کیفی هیدروژئولوژیک مؤثر بر کفشکنی شناسایی شدند، سپس با تعیین وزن لایهها به روش فرآیند تحلیلی سلسله مراتبی (AHP)، در محیط GIS با یکدیگر تلفیق و پنج منطقه با شرایط بهینه برای پیشنهاد کفشکنی چاهها مشخص شد. پس از آن مدلسازی عددی شامل مراحل واسنجی، صحتسنجی و پیشبینی با استفاده از نرمافزار MODFLOW انجام شد. با استفاده از مدل ایجاد شده، اثرات افزایش برداشت 20 درصدی چاههای بهرهبرداری با اجرای طرح کفشکنی در پنج منطقه پیشنهادی به‌صورت مرحلهای با بررسی تغییرات سطح ایستابی آبخوان در 10 سال آینده پیشبینی گردید. نتایج مدلسازی به ترتیب افت متوسط 12 و 13 متر در بخشهای جنوبی و شرقی آبخوان را نشان میدهد. در این آبخوان، کفشکنی بیش از 9 متر، کیفیت و کمیت ذخیره آبخوان را به خطر میاندازد.
واژه‌های کلیدی: کفشکني چاه، مدلسازی آبخوان، MODFLOW، دشت باد-خالدآباد.
مقدمه
در سالهای اخیر افزايش برداشت از آبخوانها براي تامين نيازهاي روزافزون انسانی منجر به كاهش قابل توجه منابع آب زيرزميني در مناطق جمعيتي و كشاورزي شده است. اين برداشت بيرويه باعث افت کمی و کیفی آبهای زیرزمینی در نقاط مختلف جهان شده است. در ایران، بیش از نیمی از دشت‌ها به وضعیت ممنوعه و بحرانی در زمینه منابع آب زیرزمینی رسیده‌اند (شرکت آب منطقهای استان اصفهان، 1399). افزایش جمعیت و توسعه صنعت و کشاورزی، به همراه تغییرات اقلیمی، منجر به عدم تعادل در منابع و مصرف آب شده است (Vorosmarty et al., 2010). کشور ایران نیز با دارا بودن مناطق خشک و نیمهخشک نیز از این قاعده مستثنا نیست. در این راستا، یکی از چالش‌های اصلی در مدیریت منابع آب زیرزمینی، کاهش راندمان چاهها به دلیل برداشت‌های بی‌رویه و تأثیر آن بر کیفیت آب زیرزمینی است. وزارت نیرو در سال 1394 اقدام به اجرای طرح احیا و تعادل‌بخشی آبخوان‌های کشور کرده است که یکی از اهداف آن محدود کردن کفشکنی چاههای کشاورزی برای حفاظت از منابع آب زیرزمینی میباشد.
با توجه به اهميت منابع آب زيرزميني و تامين آب از طريق حفر چاههای عميق، ضرورت بهرهبرداری از چاهها و رعايت اصول علمي و فني در مراحل مختلف بهرهبرداری و نگهداری آنها بسيار زياد است. اکرامی و همکاران (Ekrami et al., 2013) در پژوهشی تأثير خشکسالي اقليمي بر منابع آب زيرزميني دشت اردکان را بررسی کردند. نتايج این پژوهش نشان داد، علاوه بر برداشت بيرويه از آبخوان، رخداد خشکسالي نيز بر کاهش آبدهي چاهها، قناتها و چشمههای دشت يزد-اردکان تاثير داشته و زمان تاثير آن دو سال پس از وقوع خشکسالي بوده است. بیژنی و همکاران (1395) عمق کفشکنی چاهها در آبخوان علیآباد (قم) را با استفاده از مدل ریاضی تعیین کردند. در این پژوهش از کد GMS به علت پشتیبانی از نرمافزار ArcGIS استفاده شد. نتایج نشان داد در بخشهای جنوب‌غربی و جنوب‌شرقی آبخوان علیآباد احتمال خشک شدن چاهها بیشتر است. حداکثر عمق کفشکنی در بخش جنوبی آبخوان به مقدار 80 متر تخمین زده شد. رضایی و همکاران (1398) عمق کفشکنی چاههای کشاورزی در آبخوان مهاباد را با استفاده از مدل عددی GMS تعیین کردند. در این پژوهش، عمق بحرانی کفشکنی در کل منطقه 111 متر برآورد شد.
تاکنون پژوهشها در مورد ارتباط کفشکنی و عمق چاه با کیفیت آب نتایج متفاوت و گاهی متناقضی را نشان داده است. بعضی مطالعات همبستگی بین عمق چاه و برخی از پارامترهای شیمیایی را نشان دادهاند (Mahadeven and Krishaswamy, 1984; Perlinutter et al., 1964; Asimi,1998). در منطقه Pleasant Valleyدر جنوب کالیفرنیا معمولا بخشهای عمیقتر آبخوان، حاوی آب شیرین و مناسب برای استخراج است، این در حالی است که گاهی برخلاف این دیدگاه، آب برخی از چاهها برای مصرف کشاورزی یا شهری مناسب نبوده و کیفیت آن با گذشت زمان کاهش یافته است ((Izbicki et al., 2005. در شمال شرقی عبادان (نیجریه)، تعداد کلیفرم، pH، سختی و غلظت برخی یونها با افزایش عمق چاه آب افزایش یافته است، درحالی‌که نیترات و بیکربنات کاهش یافته‌اند (Ifabiyi, 2008). با این حال، مطالعات دیگری وجود دارند که ارتباط معنی‌داری بین عمق چاه و کیفیت آب پیدا نکرده‌اند. در استان گیونگ سانگ جنوبی (کره جنوبی)، هیچ همبستگی قابل توجهی بین عمق چاه و شیمی آب مشاهده نشده است، که احتمالاً به دلیل سیستم‌های هیدروژئولوژیک پیچیده است (Kim et al., 2007). همچنین، پژوهشهای متعدد دیگری در مناطق شهری و روستایی اندونزی هیچ ارتباط معنی‌داری بین عمق چاه و غلظت آهن یا کلر را نشان نداده‌اند (Ronny et al., 2019). این یافته‌های متناقض نشان می‌دهند که تأثیر عمق چاه بر شیمی آب ممکن است بسته به عوامل زمینشناسی و محیطی محلی متفاوت باشد و باید بر اساس شرایط هیدروژئولوژیک محلی تعیین شود.
در منطقه باد-خالدآباد به دلیل بارش كم و توزیع زمانی نامناسب و كاهش و یا فقدان رواناب در فصل‌های مصرف، كشاورزان بهطور عمده آب مورد نیاز خود را از آبهای زیرزمینی تامین میکنند. برداشت بی‌رویه از چاههای این منطقه باعث افت تراز آب زیرزمینی و کاهش دبی چاهها شده است. شاید با حفاری و کفشکنی چاهها بتوان به دبی اولیه چاهها دست پیدا کرد. چون کفشکنی بالاتر از حد مجاز ممکن است باعث فرونشست و کاهش ذخیره آب زیرزمینی شود، لذا تعیین عمق مناسب برای کفشکنی چاههای کشاورزی، برای افزایش دبی، بسیار مهم میباشد. به همین منظور در این پژوهش، عمق بهینه کفشکنی چاههای کشاورزی در آبخوان باد-خالدآباد با مدلسازی جریان آب زیرزمینی تعیین شده است.
مواد و روشها
موقعیت جغرافیایی
آبخوان باد-خالدآباد با مساحت 360 کیلومترمربع در گستره شهرستان نطنز، در استان اصفهان واقع شده است (شکل1). این آبخوان از جنوب به گستره طرق-ابیازن، از شمال به نطنز و از شرق به گستره دق سرخ محدود شده است (شرکت آب منطقهای استان اصفهان، 1399). ارتفاعات این گستره بهطور عمده از سنگ‌های آذرین با مورفولوژی صخره‌ساز، واحدهای شیلی-ماسه‌سنگی ژوراسیک، ماسه‌سنگ‌های لالون و واحدهای آذرآواری و کربناته کرتاسه تشکیل شده‌اند (شکل1). آبخوان آبرفتی باد-خالدآباد با نهشتههای آبرفتی کواترنری، عمدتاً از درههای بزرگ هنجن، ابیانه و اوره در بخش جنوبی تغذیه میشود. همچنین مخروط افکنههای وسیع موجود در دامنه ارتفاعات جنوب غربی در تغذیه آبخوان مؤثر میباشند.
شکل1. موقعیت جغرافیایی و نقشه سنگشناسی آبخوان باد-خالدآباد (سازمان زمینشناسی کشور، 1371)
حداکثر ارتفاع توپوگرافی در این گستره 1071 متر از سطح آبهای آزاد در بخش شرقی و حداقل آن 992 متر در جنوب گستره است. متوسط ارتفاع دشت در این گستره 1032 متر میباشد. متوسط دمای سالانه در این گستره 19 درجه سانتیگراد و میانگین بارش سالانه برای دوره 40 ساله (1360 تا 1399)، 256 میلیمتر است. متوسط تبخیر سالانه در گستره آبخوان 1295 میلیمتر میباشد (شرکت آب منطقهای استان اصفهان، 1399). گستره مطالعاتی باد-خالدآباد رودخانه دایمی ندارد. واحدهای آبرفتی با نفوذپذیری نسبی زیاد در گستره مورد مطالعه شامل رسوبات آبرفتی بستر رودخانهها و مسیلها و رسوبات بادرفتی ماسه‌‌ای، مخروط افکنه‌ای و پادگانه‌ای میباشند که بافت درشت‍‌دانه و تخلخل مفید بالایی دارند. این واحدها در تغذیه آبخوان منطقه تاثیر مثبتی دارند. آبخوان آبرفتی باد-خالدآباد ادامه آبخوان آبرفتی اردستان است، که در بخش غربی آن قرار دارد. (شرکت آب منطقهای استان اصفهان، 1399).
جمعآوری دادهها
دادههای هیدروشیمی گستره مطالعاتی باد-خالدآباد در دوره 22 ساله از سال 1377 تا سال 1399 جمعآوری شده است. در گستره آبخوان باد-خالدآباد 9 حلقه چاه مشاهدهای و 173 حلقه چاه بهرهبرداری برای کشاورزی، شرب و صنعت موجود است. دادههای سطح آب چاههای مشاهدهای، دادهبرداری سراسری مراحل سه گانه، پارامترهای هیدرودینامیک، ضخامت آبخوان و بارش از شرکت آب منطقهای استان اصفهان دریافت شد. همچنین دقت و صحت آنها بررسی گردید و در مواردی بازسازی و تصحیح دادهها انجام شد.
روششناسی
بررسی اولیه منطقه مورد مطالعه از دیدگاه هیدروژئولوژی و هیدروشیمی به‌منظور شناسایی مناطق مناسب برای پیشنهاد کفشکنی و افزایش برداشت چاههای آب انجام شد. پژوهش زیادی در ارتباط با عوامل موثر بر کاهش سطح ایستابی و عواقب ناشــی از آن در ایران و دیگر نقاط دنیا انجام شده‌اســت (پاکدل و همکاران، 1401). نقشههای همتراز و هم عمق آب زیرزمینی تهیه و هیدروگراف چاههای مشاهدهای مورد تحلیل قرار گرفت. در بررسی اولیه کیفیت آب زیرزمینی، نمودارهای پایپر برای دوره نمونهبرداری سالهای آبی 1377 و 1399 در گستره مورد مطالعه آبخوان باد-خالدآباد با استفاده از نرمافزار AqQA رسم شد. با استفاده از این نمودارها، کیفیت آبهای نمونهبرداری شده در این گستره مورد ارزیابی قرار گرفت. در ادامه با استفاده از دادههای EC و یون کلراید(Cl-) در سالهای 1377 و 1399 که درونیابی آنها به روش Kriging انجام شد، اختلاف تغییرات زمانی و مکانی این دو پارامتر در دوره طولانی مدت بررسی شد.
با توجه به آنکه تاکنون روش دقیق و مشخصی برای شناسایی مناطق مستعد کفشکنی ارایه نشده است، با شناسایی معیارهای مهم و وزن دهی و تلفیق آنها، نقشه پهنهبندی مناطق مناسب برای اجرای کفشکنی در آبخوان باد-خالدآباد تهیه شد. معیارهای افت آبخوان، قابلیت انتقال آبخوان، عمق چاههای بهرهبرداری، دبی، ضخامت آبرفت، شیب هیدرولیکی، غلظت کلراید، و هدایت الکتریکی از جمله مهمترین عوامل تاثیرگذار به‌منظور تعیین چاههای بهرهبرداری کشاورزی برای کفشکنی شناسایی شدند. هر کدام از این معیارها اهمیت متفاوتی بر روی انتخاب مناطق بهینه کفشکنی چاههای آب دارند.
· میزان افت آبخوان: معمولا چاههای بهرهبرداری که در محدودة افت شدید تراز سطح ایستابی قرار دارند، مستعد کفشکنی میباشند.
· قابلیت انتقال آبخوان: مناطقی از آبخوان که قابلیت انتقال بالاتری دارند، مستعد بهرهبرداری بیشتر میباشند.
· عمق چاههای بهرهبرداری: چاههای با عمق بیش از 80 متر که چاههای عمیق محسوب میشوند، برای کفشکنی انتخاب شدند.
· دبی: چاههای بهرهبرداری در مناطقی که دبی زیاد است، برای کفشکنی انتخاب شدند.
· ضخامت آبرفت یا عمق برخورد به سنگ بستر: چاههای بهرهبرداری که در مناطقی با ضخامت آبرفت بیشتر قرار دارند، انتخاب شدند.
· شیب هیدرولیکی: شیب هیدرولیکی و افت تراز سطح ایستابی با یکدیگر رابطه مستقیم دارند.
· کلر و هدایت الکتریکی: میزان کلر و هدایت الکتریکی با مناطق مستعد کفشکنی رابطه معکوس دارند. در بخشهایی که مقدار این دو پارامتر زیاد است، کیفیت مناسبی از آب زیرزمینی وجود ندارد و برای کفشکنی مناسب نمیباشد.
نقشههای پهنهبندی هر یک از پارامترهای موثر در کفشکنی در محیط ArcGIS و Surfer به روش درونیابی Kriging تهیه شد. سپس لایهها بر اساس اهمیت آنها بر کفشکنی چاههای آب نرخ بندی شدند. روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) که بر مقایسه زوجی معیارها استوار است، برای تعیین وزن لایههای معیار استفاده شد. پس از وزندهی با استفاده از روش AHP لایهها با یکدیگر به روش همپوشانی شاخص (Index overlay) تلفیق شدند. در روشAHP مبنای کار بر اساس محاسبات ماتریسی است. این روش کمک‌کننده برای مطالعه سلسله مراتبی مساِئل پیچیده میباشد. در این روش نسبت ارجحیت هر یک از عوامل بر یکدیگر نسبت به هدف اصلی محاسبه میشود (شکل2). در نهایت پس از تعیین وزن لایهها، بر اساس رابطه1 تلفیق در محیط GIS انجام شد.
(1) WD index= (Q*32.8)+(B*22.9)+(T*19.3)+(E*10.3)+(D*6.1)+(EC*3.9)+(Cl*2.7)+(G*2.0)
که index WD شاخص پتانسیل مناطق مستعد کفشکنی، Q دبی چاه، B ضخامت آبخوان، T قابلیت انتقال، E افت سطح آب زیرزمینی، D عمق چاهها، EC هدایت الکتریکی، Cl کلر، و G شیب هیدرولیکی میباشند. در نهایت نقشه پهنهبندی قابلیت کفشکنی چاههای آب در آبخوان باد-خالدآباد تهیه و پنج منطقه برای کفشکنی مرحلهای در آبخوان پیشنهاد شد.
شکل2. تقدم، الف) ماتریس تصمیم، ب) نتایج وزندهی، پ) لایههای معیار موثر بر کفشکنی چاههای آب دشت باد-خالدآباد به روش AHP
در اين پژوهش برای مدلسازی جريان آب زیرزمینی از کدMODFLOW استفاده شده است. کدهای متعددی برای مدلسازی جریان آبهای زیرزمینی تهیه و ارایه شده‌اند که در این بین، کد GMS به دلیل کارایی زیاد و دقت قابل قبول مورد توجه ویژه قرار گرفتهاست. این کد با استفاده از روش تفاضل محدود اقدام به مدلسازی کمی و کیفی سیستم آبهای زیرزمینی در محیط‌های دو بعدی و سه بعدی و همچنین تجزیه و تحلیل در شرایط ماندگار و غیرماندگار میکند. یکی از مهمترین مزایای آن، قابلیت ترکیب با نرمافزار ArcGIS به‌منظور مدیریت دادهها در تمامی مراحل ورود و پردازش اطلاعات و خروجی‌های مورد نیاز است. خروجی‌های این کد شامل بار آبی (Head) در گام‌های زمانی، منحنیهای تراز سطح ایستابی آبخوان، بیلان آبی در گستره مورد مطالعه و دبی جریان تخصیص یافته به هر سلول است. در کد GMS به دو روش مبتنی بر شبکه و مدل مفهومی میتوان به مدلسازی آب زیرزمینی با استفاده از کد MODFLOW پرداخت. استفاده از روش مدل مفهومی به علت دقت زیاد در مدلسازی آبخوانها توصیه میشود (Brewer et al., 2003). در این پژوهش از روش مدل مفهومی استفاده شد.
برای گسترة مطالعاتی آبخوان باد-خالدآباد به مساحت 2/360 کیلومتر مربع، شبکهای با سلول‌هایی به ابعاد 250×250 متر در 88 ستون و 114 ردیف و به‌صورت یک لایهای تعریف شد. برای توسعه مدل مفهومي با استفاده از مدول GIS و ديگر ابزارهای موجود در نرمافزار GMS، هندسه آبخوان، مرز گستره مدلسازی، ميزان تخليه چاههای بهرهبرداری، مشخصات چاههای مشاهدهای، ضرايب هيدروديناميکي آبخوان، توپوگرافي سطحي و سنگ کف، تغذيه آبخوان و شرايط مرزی گستره ايجاد شد و ویژگی همه عوارض مشخص و در مدل تبيين گردید. ابتدا مدل در حالت پایدار اجرا و واسنجی شد. پس از آن در ابتدا دوره پیشبینی مدل، یک بازه پنج ساله در نظر گرفته شد و در این بازه، دو سناریو مطرح شد. در سناریوی اول، 20 متر کفشکنی و افزایش 10 درصد دبی بهرهبرداری و در سناریوی دوم، 40 متر کفشکنی و افزایش 20 درصد دبی بهرهبرداری در نظر گرفته شد. طبق نتایج، اجرای سناریوی دوم نسبت به سناریو اول تاثیر بیشتری بر افت سطح ایستابی آبخوان دارد. با توجه به شرایط آبخوان و افت سطح آب زیرزمینی در گسترة مورد مطالعه، شرایط بحرانی برای آبخوان دشت باد-خالدآباد وجود دارد. به علت کامل و جامع نبودن دو سناریوی قبلی از نظر عوامل موثر بر کفشکنی، سناریوی دیگری تعریف شد که عوامل موثر بر کیفیت آب زیرزمینی را در نظر گیرد. در بخشهایی که بیشترین پتانسیل برای کفشکنی را دارند، پنج پهنه مشخص شد. بنا بر احتیاط سناریویی پلکانی برای مدل طراحی شد که در پنج سال اول، در سال اول در مجموع چاههای پهنه1، 20 درصد افزایش بهرهبرداری و در سال دوم، پهنه2 هم به مرحله قبلی اضافه میشود. به همین ترتیب تا سال پنجم و پهنه پنجم ادامه پیدا میکند. سپس پنج سال دوم به‌صورت گسترده در مجموع چاه بهرهبرداری با افزایش 20 درصد دبی اعمال شد. همچنین سناریویی بدون تغییرات و با ادامه روند فعلی برای بازه زمانی 10 ساله پیشبینی شد.
بحث
کمیت و کیفیت آبهای زیرزمینی
با توجه به هیدروگراف معرف آبخوان باد-خالد آباد (شکل3)، در بازه سالهای آبی 1397 تا 1399 تراز سطح آب زیرزمینی به‌طورکلی روند کاهشی دارد، اما در بعضی ماهها به علت رخدادهای بارش، تراز سطح ایستابی به‌صورت مقطعی افزایش یافته است. سطح آب زیرزمینی دشت باد-خالدآباد در دوره دو ساله مذکور 8/1متر (سالانه 9/0 متر) افت نشان میدهد. هرچند تغذیههای موضعی از بارش بهطور موقت با افزایش سطح آب زیرزمینی همراه بوده است. این افت حدود 9/0 متری سالانه بیانگر آن است که میزان بهرهبرداری در شرایط هیدرولوژیک فعلی نسبت به تغذیه آبخوان بیشتر است. افت سطح آب زیرزمینی با کاهش آبدهی چاههای دشت همراه شده است و نیاز به کفشکنی و افزایش عمق چاهها را مشخص ساخته است.
شکل3. هیدروگراف معرف آبخوان باد-خالدآباد در سالهای 1397 تا 1399
کیفیت منابع آبی توسط املاح موجود در آن تعیین میشود. با توجه به مقادیر و تغییرات غلظت آنها میتوان به مواردی همچون ساختارهای زمینشناسی، شرایط اقلیمی، نفوذ و اختلاط آبهای مختلف پی برد (قره محمودلو و همکاران، 1398). یکی از روشهای متداول در تعیین تیپ و رخساره هیدروشیمی آب استفاده از نمودار پایپر است. تحليلهای هيدروشيمي براساس نتايج سنجش شيميایي 13 و 10 حلقه چاه انتخابي بهرهبرداری به ترتیب برای سالهای 1377 و 1399 انجام شد. به‌طورکلی روند خطی مشاهده شده در نمودارهای پایپر مربوط به سالهای 1377 و 1399، بیانگر تکامل هیدروژئوشیمی ناکامل از بیکربناته به سولفاته (کلروره) در آبخوان باد-خالدآباد است (شکل4). هرچند ناهنجارهایی به‌واسطه اختلاط به علت تغذیه از گسل‌های متعدد و انحلال نمکها در منطقه بر روی آبخوان رخ داده است. توزیع پراکنده نمونهها در نمودار پایپر سال 1377 (شکل4-ب) نشان میدهد که تمامی نمونههای آب از نظر کیفی از بیکربناته-منیزیک تا سولفاته (کلروره)- منیزیک متغیر میباشند و اغلب دارای تیپ و رخساره مشخصی نیستند که بیانگر اختلاط آبها با منشاهای متفاوت است. در نمودار پایپر سال 1399(شکل4-الف) تیپ و رخساره آب زیرزمینی به‌صورت غالب، سولفاته-سدیک میباشد ولی در بعضی بخشها دارای تیپ و رخساره سولفاته (کلروره)- سدیک است.
بررسی روند تغییرات پارامترهای کیفی برای تعیین عمق بهینه کفشکنی موثر است. برای تعیین روند توزیع مکانی یونها، نقشههای همهدایت الکتریکی و همکلر برای گستره آبخوان باد-خالدآباد در بازه زمانی سال 1377 تا سال 1399 تهیه شدند (شکل5). توزیع مکانی میزان هدایت الکتریکی و کلر نشان میدهد، بیشترین میزان تغییرات هدایت الکتریکی در گستره شمالی و شرقی آبخوان در حدود 750 میکروزیمنس بر سانتیمتر میباشد. همچنین میزان تغییرات کلر در بخش شرقی آبخوان در حدود 9 میلیگرم بر لیتر است. به‌طورکلی، ناهنجاریهای موجود در مرکز گستره در سال 1399 (انتهایی بازه مطالعاتی) جای خود را به افزایش تدریجی غلظت پارامترها از غرب به شرق گستره میدهد. املاح محلول افزایش یافته و از کیفیت آب کاسته شده است.
شکل4. نمودار پایپر برای تعیین تیپ و رخساره آب زیرزمینی گستره مطالعاتی باد-خالدآباد در سال، الف) 1399، ب) 1377
|
|
شکل5. مقدار تغییرات پارامترهای کلر، الف) هدایت الکتریکی، ب) نمونههای آب زیرزمینی گستره مطالعاتی باد-خالدآباد
در بازه زمانی 1377 تا 1399
هیدروگراف معرف و کموگراف هدایت الکتریکی آبخوان در بازه 22 ساله (1399-1377) به‌منظور بررسی روند تغییرات و اثرات متقابل تغییرات کمی و کیفی آبخوان مورد استفاده قرار گرفت (شکل6). روند افزایشی و کاهشی هیدروگراف، بهطور متناوب در تمامی سالهای آبی (بدون اعمال تنش و روند تغییر شیب ناگهانی ناشی از آن) تکرار شده است. در بازه زمانی مورد مطالعه، تراز سطح ایستابی آبخوان باد-خالدآباد حدود 17 متر افت داشته است. در این بازه زمانی، بیشترین مقدار EC در سال 1393 بوده که به بیش از 2000 میکروموهس بر سانتیمتر رسیده است. هر چند انتظار میرود کاهش تراز سطح ایستابی، همراه با افزایش مقدار EC باشد، اما تغییرات EC در برابر تغییرات افت آب زیرزمینی، نامحسوس است و روندی تناوبی را دنبال میکند.
شکل6. نمودار تغییرات EC (برحسب میکروزیمنس بر سانتیمتر) و تغییرات افت سطح تراز چاههای مشاهدهای (برحسب متر) در گستره مطالعاتی باد-خالدآباد در بازه زمانی 1377 تا 1399
مدلسازی جریان آب زیرزمینی
مدل جریان آب زیرزمینی آبخوان باد-خالدآباد در محیط GMS با استفاده از بسته MODFLOW با اعمال شرایط مرزی، پارامترهای هیدرودینامیک اولیه و مولفههای تغذیه و تخلیه برای دوره ماندگار یک ماهه و دوره ناماندگار 15 ماهه طراحی و اجرا شد. در اولین اجرای مدل در حالت پایدار، انطباق خوبی بین منحنیهای همتراز مشاهدهای و محاسبهای وجود نداشت (شکل7الف). علت این مساله می‌تواند عدم دقت در دادههای هدایت هیدرولیکی و عدم قطعیت در شرایط مرزی و میزان تغذیه باشد. برای بررسی روند تغییرات آب زیرزمینی در مدت یک سال و سه ماه آماری و بررسی تاثیر بهرهبرداری از چاههای کشاورزی بر آبخوان دشت باد-خالدآباد، پارامترهای مربوط به شرایط ناپایدار برای آذر 1397 تا اسفند 1398 به مدل وارد و واسنجی شد (شکل 7ب). صحتسنجی مدل، با استفاده از دادههای تراز سطح آب چاههای مشاهدهای در بازه زمانی فروردین 1399 تا شهریور 1399 انجام شد.
انطباق مقادیر تراز آبزیرزمینی محاسبهای و مشاهدهای مهمترین نتایج واسنجی است (نبیزاده چمازکتی، 1398). پس از واسنجی مدل در شرایط پایدار، مقدار هدایت هیدرولیکی ثابت در نظر گرفته شد و واسنجی براساس شرایط مرزی و آبدهی ویژه تعیین شد. مقدار آبدهی ویژه بین یک تا سه درصد به دست آمد. نقشههای همهدایت هیدرولیکی و همآبدهی ویژه آبخوان پس از واسنجی مدل نشان میدهد که هر دو پارامتر از یک الگو پیروی میکنند و در بخش جنوبی به کمترین مقدار خود میرسند (شکل8). مقدار هدایت هیدرولیکی قبل از واسنجی مدل بین یک تا پنج متر بر روز در نظر گرفته شد ولی پس از واسنجی، مقدار هدایت هیدرولیکی واسنجی شده بین 9/1 تا 4/4 متر بر روز و آبدهی ویژه بین 019/0 تا 032/0 متغیر میباشد.
شکل7. نتایج تراز سطح ایستابی محاسبهای در مقابل مشاهدهای برای دوره پایدار، الف) مهر 1397، ب)در پایان دوره ناپایدار فروردین 1399
شکل8. نقشههای همهدایت هیدرولیکی، الف) همآبدهی ویژه، ب) در پایان دوره واسنجی
نتایج حاصل از واسنجی مدل نشان میدهد که خطای میانگین (ME) برای شرایط ناپایدار بین 15/0 تا 2/0 متر است. خطای میانگین از آنجایی که اختلاف میانگین‌های مثبت و منفی را با هم جمع جبری میکند و باعث میشود تا تأثیر آنها خنثی شوند، معیار مناسبی برای ارزیابی مدل نیست. بنابراین، مقدار کم ME به‌صورت قطعی نشاندهنده واسنجی خوب نیست. میانگین خطای مطلق (MAE) در مدل مورد مطالعه، بین 3/0 تا 35/0 متر و جذر میانگین مربعات خطاها (RMSE) بین 5/0 تا 55/0 متر به دست آمد (شکل9).
شکل9. مقادیر خطا برحسب شاخص RMSE
پهنهبندی مناطق مناسب برای کفشکنی چاههای آب
نقشههای معیار برای تهیه مدل پهنهبندی کفشکنی چاههای آب در آبخوان باد خالد-آباد شامل تغییرات سطح ایستابی یا همافت و خیز آبخوان، قابلیت انتقال، عمق چاههای بهرهبرداری، دبی چاه، ضخامت آبرفت، و شیب هیدرولیکی، به‌عنوان مهمترین عوامل تاثیرگذار به‌منظور تعیین چاههای بهرهبرداری کشاورزی، تهیه شده است (شکل10).
پیشبینی اثرات اجرای کفشکنی چاههای آب با استفاده از مدل جریان آب زیرزمینی
به‌منظور ارزیابی روند افت سطح آب زیرزمینی و تعیین عمق بهینه کفشکنی در دوره پیشبینی 10 ساله، دو سناریو مطرح شد. در سناریو اول در طی دوره 10 ساله به‌صورت پلکانی پیشبینی انجام شد که در پنج سال اول در پهنههای نمایش داده شده (شکل11) به‌صورت پلکانی افزایش 20 درصدی دبی چاههای بهرهبرداری و در پنج سال دوم برای تمامی چاههای آبخوان باد-خالدآباد، افزایش 20 درصدی دبی در نظر گرفته شد. در سناریو دوم روند کنونی آبخوان در نظر گرفته شد.
نتایج مدلسازی نشان میدهد که در سناریو اول، در پنج سال اول افت سطح آب زیرزمینی بیشتر از پنج سال دوم است. به‌طورکلی در این سناریو، افت سطح آب زیرزمینی بیشتری نسبت به سناریو دوم مشاهده شد (شکل12). سناریو اول، در ابتدای پنج سال اول در پهنههای 1 و 3 افت سطح آب بیشتری را دارد. همچنین در انتهای دوره ده ساله، کاهش بیشتری در بخشهای شمالی آبخوان و پهنههای 2 و 5 به ثبت رسیده است.
شکل10. نقشههای لایههای معیار برای پهنهبندی مناطق مناسب کفشکنی چاههای آب شامل افت تراز سطح ایستابی،الف) قابلیت انتقال آبخوان، ب)، دبی، پ) ضخامت آبرفت، ت) شیب هیدرولیکی، ث) در آبخوان باد-خالد آباد
شکل11. نقشه نهایی پهنهبندی پتانسیل مکانهای مستعد کفشکنی چاههای آب در آبخوان باد-خالدآباد
شکل12. نتایج سناریوهای اعمال شده در دوره 10 ساله
برای نمایش بهتر نتایج مدلسازی جدول1 تهیه شد. در این جدول، میزان تغییرات برداشت از چاههای بهرهبرداری بر اساس پهنههای مشخص شده نمایش داده شد. پهنه 5 بهطور میانگین با افزایش سه میلیون متر مکعب میزان تخلیه چاهها در دوره 10 ساله، بیشترین افزایش دبی چاهها را دارد. همچنین در پهنه یک کمترین تغییرات تخلیه آب چاهها در حدود 6/0 میلیون متر مکعب نشان داده شد.
جدول1. مقایسه میزان افزایش تخلیه از چاههای بهرهبرداری مناطق کفشکنی در هر دو سناریو پیشنهادی
(برحسب میلیون متر مکعب در سال)
پهنه پیشنهادی برای کفشکنی | ||||
| بعد از پنج سال مشابه روند کنونی | پنج سال بعد از اجرای سناریو افزایش پلکانی | بعد از 10 سال مشابه روند کنونی | 10 سال بعد از اجرای سناریو افزایش پلکانی |
1 | 1.30 | 1.55 | 1.63 | 1.95 |
2 | 1.39 | 1.52 | 1.59 | 1.91 |
3 | 2.38 | 2.86 | 3 | 3.60 |
4 | 2.36 | 2.83 | 2.97 | 3.56 |
5 | 6.02 | 7.22 | 7.78 | 9.34 |
به‌منظور مقایسه افت سطح آب زیرزمینی تحت سناریوها، هیدروگراف براساس میانگین تراز سطح آب چاهها در دوره 10 ساله پیشبینی برای آبخوان باد-خالدآباد رسم شد (شکل13). افت سطح آب زیرزمینی تحت سناریو 1 نسبت به سناریو ادامه روند کنونی حدود سه متر بیشتر است.
شکل13. میزان افت سطح آب زیرزمینی تحت سناریوهای اعمال شده در دوره 10 ساله
پژوهشها در مورد ارتباط عمق چاههای بهرهبرداری و هیدروژئوشیمی نتایج متفاوتی را نشان دادهاند. بعضی همبستگی بین عمق چاهها و برخی از پارامترهای شیمیایی را نشان دادهاند (Nair and Indu, 2021; Panda and Wahr, 2016; Kianoush et al., 2024; Alizadeh et al., 2017 ). با توجه به نتایج این پژوهش، برای تعیین عمق بهینه کفشکنی باید عوامل کیفی نیز در کنار عوامل کمی بررسی شوند. در گستره آبخوان باد-خالدآباد، افزایش عمق چاهها ارتباط مستقیم با کیفیت آب آنها دارد.
نتیجهگیری
در اين پژوهش، مدل عددی آب زيرزميني آبخوان دشت باد-خالدآباد در بازه سالهای1397 تا 1399 تهیه شد. در مناطقی که بیشترین پتانسیل برای کفشکنی را دارند، پنج پهنه مشخص شد. بنا بر احتیاط سناریویی پلکانی برای پنج سال اول طراحی شد. در سال اول در مجموع چاههای پهنه1، 20 درصد افزایش بهرهبرداری و در سال دوم، پهنه2 هم به مرحله قبلی اضافه میشود. به همین ترتیب تا سال پنجم و پهنه پنجم ادامه پیدا میکند. سپس پنج سال دوم به‌صورت گسترده در مجموع چاه بهرهبرداری با افزایش 20 درصد دبی اعمال میشود. طبق نتایج، تا عمق 9 متر کفشکنی مجاز است. عمق کفشکنی بیش از 9 متر، افت شدید تراز سطح آب را به همراه خواهد داشت. بیشترین افت در ناحیه شرقی آبخوان است. بررسی کمی و زمانی Cl و EC نشاندهنده تغییرات کیفیت و افزایش EC در بخش شمالی آبخوان است. با توجه به این‌که جريان آب زيرزميني از طرفين به مرکز دشت ميباشد و در اين بخش تراکم چاههای عميق زیاد است، با فاصله گرفتن از مناطق تغذيه و حرکت به سمت بخشهای تخليه انتظار ميرود کيفيت آب در اين مناطق نامناسب باشد. این موضوع با نقشه موقعیت چاههای مستعد کفشکنی همخوانی دارد. افزایش عمق چاههای بهرهبرداری نیز باعث کاهش کیفیت و شوری آب میشود.
منابع
آقانباتي، علی.، 1383. زمينشناسي ايران. نشر سازمان زمينشناسي و اكتشافات معدني كشور، 586. ##بیژنی، م.، مریدی، ع. و مجدزاده طباطبایی، م.، 1395. بررسی تاثیرات کفشکنی چاهها بر پتانسیل برداشت آبخوان با استفاده از مدل ریاضی. پژوهشات منابع آب ایران، 12(4)، 83-92. ##پاکدل، م.، قره محمودلو، م.، جندقی، ن.، فتح آبادی، آ. و نیک قوجق، ی.،1401. تاثیر برداشت از چاههای عمیق و نیمه عمیق بر روی افت سطح ایستابی و پارامترهای کیفی آب زیرزمینی در دشت گرگان. فصلنامه زمینشناسی ایران، 16(64)، 65-84. ##رضایی، الف.، زینالزاده، ک. و نابغی، ج.، 1398. تعیین حداکثر عمق کفشکنی چاههای کشاورزی با تلفیق مدل‌های ریاضی. اولین کنگره بین‌المللی و چهارمین کنگره ملی آبیاری و زهکشی ایران. ##سازمان زمینشناسی کشور، 1371. نقشه زمینشناسی کاشان در مقیاس 1:250000. ##شرکت آب منطقهای استان اصفهان، 1399. گزارش اندازهگیری منابع آب زیرزمینی محدوده مطالعاتی باد-خالدآباد (4803). معاونت حفاظت و بهرهبرداری شرکت آب منطقهای استان اصفهان. ##قره محمودلو، م.، جندقی، ن. و صیادی، م.، 1398. تکامل هیدروشیمیایی و کاهش کیفیت آب رودخانه گرگانرود. فصلنامه زمینشناسی ایران، 14(55)، 129-145. ##نبیزاده چمازکتی، ن. و جعفری، ه.، 1398. تخمین تغذیه به آبخوان مرزی سرخس با استفاده از مدل عددی. فصلنامه زمینشناسی ایران، 15(57)، 15-27. ##Alizadeh, M.R., Nikoo, M.R. and Rakhshandehroo, G.R., 2017. Hydro-environmental management of groundwater resources: a fuzzy-based multi-objective compromise approach. Journal of Hydrology, 551, 540-554. ##Asimi, M.A., 1998. Effects of Liquid Waste on Surface and Underground Water in Ipata and Baboko Slaughtering Slab. Doctoral dissertation, B. Sc. Dissertation: Unpublished, Department of Agric Engineering, University of Ilorin, Nigeria. ##Brewer, K., Fogle, T., Stieve, A. and Barr, C., 2003. Uncertainty analysis with site-specific groundwater models: experiences and observations. US Department of Energy, Office of Scientific and Technical Information, P.O. Box 62, Oak Ridge, TN: 37831-0062. ##Ekrami, M., Ekhtesasi, M.R. and Malekinezhad, H., 2013. The Effects and Consequences of Climatic Drought on Time Delay and the Change in Water Discharge of Springs and Qanats (Case study: Yazd–Ardakan Plain). Iran-Water Resources Research, 9(2), 19-26. ##Ifabiyi, I.P., 2008. Depth of hand dug wells and water chemistry: Example from ibadan northeast local government area (L. G. A.), oyo-state, Nigeria. Journal of Social Sciences, 17(3), 261–266. ##Izbicki, J.A., Christensen, A.H., Newhouse, M.W., Smith, G.A. and Hanson, R.T., 2005. Temporal changes in the vertical distribution of flow and chloride in deep wells. Groundwater, 43(4), 531–544. ##Kianoush, P., Mahvi, M.R., Khah, N.K.F., Kadkhodaie, A., Shokri, B.J. and Varkouhi, S., 2024. Hydrogeological studies of the Sepidan basin to supply required water from exploiting water wells of the Chadormalu mine utilizing reverse osmosis (RO) method. Results in Earth Sciences, 2, 100012. ##Kim, J., Park, S., Kang, M., Choo, C.O. and Jeong, G., 2007. Analysis on Statistical Relationship between Groundwater Quality and Geology. Journal of engineering geology, 17(3), 445-453. ##Mahadeven, A. and Krishaswamy, S., 1984. Impact of Different Surface Sources of pollution on the Quality of Groundwater. Applied Geography, 15(3), 21-25. ##Nair, A.S. and Indu, J., 2021. Assessment of groundwater sustainability and identifying factors inducing groundwater depletion in India. Geophysical Research Letters, 48(3), p.e2020GL087255. ##Panda, D.K. and Wahr, J., 2016. Spatiotemporal evolution of water storage changes in I ndia from the updated GRACE‐derived gravity records. Water Resources Research, 52(1), 135-149. ##Perlinutter, N.M., Lieber, M. and Frawenthal, H.L., 1964. Contamination of Groundwater by Detergents in a Suburban Environment, South Farmingdale. Area, Long Island New York. U.S. Geological Survey Prof. Paper, 501C: 170-175. ##Ronny, A., Erlani, N. and Jasman, N.H., 2019. Level of correlation in the depth of groundwater wells: Iron and chloride. Indian Journal of Environmental Protection, 39(8), 746-751. ##Vorosmarty, C.J., McIntyre, P.B., Gessner, M.O., Dudgeon, D., Prusevich, A., Green, P. and Davies, P., 2010. Global threats to human water security and river biodiversity. nature, 467 (7315), 555-561.##
Modeling the effects of the Optimizing the well depth in exploitation wells of Bad-Khaled Abad plain, south of Kashan
Fateme Shirkhani1, Hamid Reza Nassery2*, Farshad Alijani 3
1PhD student in Hydrogeology, Department of Faculty of Earth Science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Professor of Hydrogeology, Faculty of Earth Science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Assisstant Professor of Hydrogeology, Faculty of Earth Science, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 PhD in Hydrogeology, Iran Water Resources Management Company
Abstract:
Groundwater is the most important source of water in the Bad-Khaled Abad area of Kashan. With the increase of extraction from the Bad-Khaled Abad aquifer beyond the renewable capacity the extraction potential of this aquifer has decreased, and the optimization of the depth of the wells is needed. Using the model, this research has investigated the effect of optimized extraction from wells and their depth on the potential of aquifer exploitation. First, quantitative and qualitative hydrogeological factors affecting the increase in the depth of the wells were identified, and then, through utilizing the Analytical Hierarchy Process (AHP) method, the weight of the layers was determined. Next, They were combined in the GIS environment and five regions with optimal conditions were proposed for well depth optimization. After that, the numerical modeling including calibration, validation, and prediction steps was done using MODFLOW software. Using the created model, and implementing the optimizing depth of the wells plan in the five proposed areas in a phased manner, the effects of a 20% increase in extraction of exploitation wells were predicted by examining the changes in the aquifer water level in the next 10 years. The modeling results show an average drop of 12 and 13 meters in the southern and eastern parts of the aquifer, respectively. In this aquifer, increasing depth by more than 9 meters endangers the quality and quantity of the aquifer storage
Keywords: Optimizing the well depth, Aquifer modeling, MODFLOW, Bad-Khald Abad plain
[1] * نویسنده مرتبط: h-nassery@sbu.ac.ir