شبیه سازی بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل تلفیقی و جامع آب سطحی و زیرزمینی SWAT-MODFLOW-NWT (مطالعه موردی: دشت مهاباد)

آبهای سطحی و زیرزمینی در مقیاسهای مختلف مکانی یا زمانی باهم در ارتباط میباشند. از طرفی منابع آب سطحی و زیرزمینی به صورت تلفیقی در کشاورزی استفاده میشود؛ بنابراین مولفههای بیلان آب زیرزمینی و سطحی باید با دقت مناسبی تعیین گردند. در این مطالعه، تاثیر مقادیر تغذیه حاصل از مدل SWAT بهعنوان یکی از مهمترین مولفههای ورودی مدلهای آب زیرزمینی در شبیهسازی تراز سطح ایستابی و مولفه های بیلان آب زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW-NWT بهعنوان یک مدل جامع و یکپارچه منابع آب سطحی و زیرزمینی در دشت مهاباد بررسی شد. با استفاده از مقادیر یکنواخت تغذیه و بهصورت درصدی از بارندگی و کل آب آبیاری در سطح آبخوان بدون توجه به تاثیر تفاوت برداشت و نفوذ عمقی در سطح کاربری اراضی در موقعیتهای مختلف نمیتوان بهدرستی نوسانات سطح آب زیرزمینی در سطح آبخوان را شبیهسازی کرد؛ لذا یکی از مراحل مهم، تعیین مقادیر آبیاری با توجه به تفاوت کاربری اراضی و تغذیه ناشی از نفوذ عمقی بارندگی و آب آبیاری از منابع آب سطحی و زیرزمینی بود. این مهم توسط مدل SWAT انجام و بهعنوان شرایط مرزی به مدل MODFLOW-NWT تعریف شد. واسنجی و اعتبارسنجی مدل آب زیرزمینی نیز به روشهای سعی و خطا و روش خودکار PEST انجام شد. دوره شبیهسازی به مدت ۱۰ سال از سال آبی ۸۹-۱۳۸۸ تا ۹۸-۱۳۹۷ انجام شد که به ترتیب ۶ و ۴ سال آبی از ۸۹-۱۳۸۸ تا ۹۴-۱۳۹۳ و ۹۵-۱۳۹۴ تا ۹۸-۱۳۹۷ بهعنوان دوره واسنجی و اعتبارسنجی در نظر گرفته شدند. با توجه به این که الگوی تشکیل مولفه های بیلان آب زیرزمینی برای سالهای آبی مختلف متفاوت است؛ لذا مولفه های بیلان آب زیرزمینی برای سه سال معرف خشک سالی، ترسالی و نرمال نیز بررسی شد. هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره آبخوان پارامترهای ورودی و واسنجی در مدل MODFLOW-NWT بودند. نتایج واسنجی نشان داد بیشترین میزان هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه در نواحی جنوبی، مرکزی و شمال شرقی دشت است و در حاشیه شمالی و در نزدیکی خروجی دشت به کمترین میزان خود میرسد. پس از فرآیند واسنجی، نتایج نشان داد به طور متوسط حدود ۹ درصد از آب بارندگی و ۳۶ درصد از مصارف آب در بخش کشاورزی به آبخوان نفوذ میکند. نتایج حاکی از برآورد رضایتبخش و قابل قبول تراز سطح ایستابی مدل برای هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی بود. به طوری که نتایج معیار RMSE برای تراز سطح ایستابی در دورههای واسنجی و اعتبارسنجی به ترتیب مقدار خطای ۳۵/۰ و ۳۴/۰ متر به دست آمد. همچنین، نتایج معیارهای R۲ و NSE نیز برای دوره واسنجی ۹۴/۰ و ۹۱/۰ و برای دوره اعتبارسنجی ۹۳/۰ و ۸۹/۰ برآورد شد که موید آن است که مدل به خوبی واسنجی شده و قادر بوده نوسانات سطح آب زیرزمینی را با دقت مناسبی شبیهسازی کند. بررسی نتایج اجزای اصلی بیلان آب زیرزمینی برای سه سال آبی ۹۶-۱۳۹۵ (سال خشک)، ۹۷-۱۳۹۶ (سال نرمال) و ۹۸-۱۳۹۷ (سال تر) نشان داد میزان تغذیه ناشی از نفوذ آب بارندگی و جریانات برگشتی آب کشاورزی در هر سه سال متفاوت است. همچنین، فعل وانفعالات بین منابع آب سطحی و زیرزمینی بین سالهای آبی از حدود ۳۰ تا ۵۰ میلیون متر مکعب متغیر است که نشاندهنده اندرکنش قابل توجه بین این منابع است. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان میدهد اعمال تغذیه تخمینی مدل SWAT همراه با واسنجی هدایت هیدرولیکی و آبدهی ویژه میتواند در بهبود برآورد نوسانات سطح آب زیرزمینی توسط MODFLOW-NWT کمک شایانی نماید. نهایتا از مدل تلفیقی میتوان بهعنوان یک ابزار کاربردی در تبیین الگوی بهره برداری مناسب از منابع آب تلفیقی سطحی و زیرزمینی تحت تاثیر سناریوهای مختلف مدیریتی استفاده کرد.

Keywords:

تراز سطح ایستابی , دشت مهاباد , مولفه تغذیه , SWAT , MODFLOW-NWT