مدلهای بیلان آب شناخته میشوند (هیلی۲۰۱۰). آنچه که مهم است در کلیه روشهای بیلان، در حجم کنترلی مورد نظر، کلیه اجزاء ورودی، خروجی، و ذخیره سیستم کنترلی بجز تغذیه برآورد یا اندازهگیری میشود، سپس بر اساس معادله بیلان میزان تغذیه بدست میآید. مهمترین اجزاء یک معادله بیلان عبارتاند از: بارش، تبخیروتعرق، تغییرات ذخیره و رواناب. ساده ترین شکل معادله بیلان که در اکثر مطالعات هیدرولوژی مورد استفاده قرار میگیرد، به شکل رابطه( ۱-۱) میباشد.
P= ET + ∆S + ROFF + D (1-1)
که:
P : بارش، ET : تبخیر و تعرق که شامل تبخیر از سطح زمین یا درون خاک و تعرق از پوشش گیاهی میباشد. ∆S: میزان تغییرات رطوبت در حجم کنترلی، ROFF رواناب سطحی است و D میزان آب زهکشی شده یا همان تغذیه از انتهای حجم کنترلی (معمولاً یک ستون خاک) می باشد. واحد کلیه اجزاء معادله فوق بر حسب واحد طول در زمان می باشند(مانند میلیمتر در روز). از آنجا که اکثر مدلهای هیدرولوژی به منظور تخمین تغذیه بر پایه معادله بیلان استوار میباشند، قبل از پرداختن به سایر روشها تخمین تغذیه، به منظور جلوگیری از گسستگی مطالب در این فصل به تشریح برخی از مدلهای هیدرولوژیکی که بر اساس معادله بیلان عمل میکنند میپردازیم.
در یک تقسیم بندی کلی مدلهای هیدرولوژی که بر پایه معادله بیلان میزان تغذیه را محاسبه میکنند، به سه گروه عمده: مدلهای بیلان آب در ناحیه غیر اشباع، مدلهای حوزه آبخیز و مدلهای آبهای زیرزمینی تقسیم میشوند.
۱-۹-۵-۱- مدلهای بیلان آب در ناحیه غیر اشباع
مدلهای بیلان آب در ناحیه غیر اشباع ابزار مناسبی به منظور تخمین میزان تغذیه غیر متمرکر میباشند. این مدلها از تنوع زیادی برخوردار هستند اما وجه مشترک همه آنها شبیه سازی حرکت عمودی آب در ناحیه غیر اشباع میباشد. این مدلها معمولاً معادله بیلان را در یک ستون خاک حل میکنند( حجم کنترلی). این مدلها به دو دسته مدلهای بیلان آب خاک و مدلهایی که بر پایه معادله ریچارد، استوار هستند، تقسیمبندی میشوند. گروه اول معادله بیلان را درناحیه ریشه حل میکنند، در حالی که گروه دوم معادله بیلان را در کل ناحیه غیر اشباع حل مینماید.
۱-۹-۵-۱-۱- مدلهای حل معادله بیلان در ناحیه ریشه
این گروه از مدلها حرکت آب تا زیر ناحیه ریشه (سطح- صفر جریان) را شیبه سازی میکنند و در واقع میزان نفوذ ناخالص یا زهکشی را بدست میآورند. حسن این مدلها علاوه بر محاسبات ساده، شبیه سازی کلیه فرایند هیدرولوژی ( تبخیر، تعرق، رشد گیاه، ذوب وتجمع برف، رواناب و…) در ناحیه زنده یا بیولوژیکی خاک(ناحیه ریشه) میباشد. عیب آنها عدم توانایی شبیه سازی حرکت آب در فاصله بین انتهای ناحیه ریشه تا سطح ایستابی میباشد. چنانچه زمان رسیدن آب به سفره آب زیر زمینی مهم نباشد، نتایج حاصل از این مدلها رضایت بخش میباشد. بنابراین این مدل ها به منظور شبیه سازی میزان تغذیه در دراز مدت میتوانند مناسب باشند. معادله کلی این مدلها به صورت رابطه( (۱-۳) می باشد.
D= P- ETU2 – ∆SU2 – ROFF (1-3 )
که:
P: میزان بارش بعلاوه آب آبیاری
ETU2: تبخیر و تعرق در ناحیه ریشه
∆SU2: میزان تغییر ات رطوبت(در ناحیه ریشه)
ROFF: میزان رواناب
این روشها معمولا تغذیه را در مقیاس روزانه تخمین می زنند. اما در مقیاسهای ماهانه ، فصلی، سالانه و … نتایج آنها معتبر میباشد. یکی از معروفترین این مدلها ، مدل HELP61 نسخه سه (شرودر۶۲ و همکاران، ۱۹۹۴) میباشد که امروزه بصورت وسیعی به منظور بهینه سازی محل دفن زبالهها۶۳ و اثر تغییر اقلیم برمیزان تغدیه آبهای زیر زمینی از آن استفاده میشود.
۱-۹-۵-۱-۲- مدلها حل معادله بیلان بر اساس معادله ریچارد
این مدلها که معروفترین آنها: TVS2DI (هسی۶۴ و همکاران، ۱۹۹۹)، UNSAT-H (فایر۶۵، ۲۰۰) و HYDRUS (سیمونیک۶۶ و همکاران، ۱۹۹۹) میباشند. حرکت آب در ناحیه غیر اشباع را براساس قوانین فیزکی شبیه سازی میکنند و زمان رسیدن آب از ناحیه غیر اشباع تا رسیدن به آبهای زیرزمینی را تخمین میزنند. بطورکلی عملکرد کلیه این این مدلها بر پایه معادله ریچارد استوار است. علاو برمحاسن مدل های ناحیه ریشه تخمین زمان رسیدن آب به سفره آب زیر زمینی از دیگر محاسن این مدلها است. عیب آنها نیاز به دادههاِیِی در ناحیه غیر اشباع است که که دسترسی به آنها معمولا با محدودیت روبرو است. شکل کلی معادله این مدلها بصورت رابطه(۱-۴) است.
∂θ/∂t = ∂k_S k_r (h) ∂H/(∂Z^2 ) + Q (1-4)
:θ‍ میزان آب خاک(حجمی)
:ks هدایت هیدرولِیکِی خاک اشباع در جهت عمودی
:kr نسبت هدایت هیدرولیکی
h: فشار هیدرولیکی
H : کل بار فشار
:Qتفاوت میزان تغذیه و تخلیه
T: زمان
Z: عمق
۱-۹-۵-۲- مدلهای حوزه آبخیز
این مدلها عموماً جهت ارزیابی اثرات تغییر اقلیم یا کاربری اراضی در مقیاس حوزههای آبخیز توسعه یافتهاند و فرآیندهای اصلی هیدرولوژی( تبخیر و تعرق، آبهای سطحی، زیرسطحی، میزان تغذیه آبهای زیرزمینی، دبیآب و..) را شبیه سازی میکنند. این مدلها عموماً به منظور بررسی جریانهای رودخانهای و سیلاب کاربرد دارند. ولی درصورت دسترسی به دادههای موردنیاز معادله بیلان را در یک حوزه آبخیز مورد تجزیه و تحلیل قرار میدهند و براساس آن میزان تغذیه را محاسبه میکنند. از معروفترین این مدلها می توان به مدل PRMS (لیویسلی۶۷و همکاران، ۱۹۸۳)، SWAT (آرنولد۶۸ و همکاران، ۲۰۰۶) و MIKE (گراهام۶۹ و همکاران، ۲۰۰۶) اشاره نمود.
۱-۹-۵-۳- مدلهای آبهای زیرزمینی
گروه سوم از مدلهای بیلان آب، مدلهای آبهای زیرزمینی میباشند که عموماً به منظور شبیه سازی تغییرات سطح آب و جریان های ورودی و خروجی به آبخوان مورد استفاده قرار میگیرند. این مدلها بر اساس رابطه پیوستگی و معادله دارسی قادر به شبیه سازی تغییرات سطح آب، حرکت آب، و خطوط جریان در یک آبخوان میباشند. اما اگر اطلاعات دقیقی از تغییرات سطح آب، میزان برداشت از آبخوان میزان تغذیه از طریق رودخانه ها و… در دسترس باشد بطور غیر مستقیم امکان برآورد میزان تغذیه را دارند. از مهمترین این مدلها می توان به مدل Modflow (هاربوگ۷۰، ۲۰۰۵) اشاره کرد. لازم به ذکر است مدلهای حوزههای آبخیز و آبها زیر زمینی بطور غیر مستقیم و در صورت وجود آمار کافی در مقیاس بزرگ قادر به برآورد میزان تغذیه هستند در صورتیکه مدلهای ناحیه غیر اشباع در مقیاس نقطه ای تغذیه را شبیه سازی میکنند.
۱-۹-۵-۴- اندازه گیری مستقیم میزان تغذیه
در این روشها به جای حل معادله بیلان بطور مستقیم میزان تغذیه اندازهگیری میشود. بعنوان مثال در پایین ناحیه ریشه با اندازه گیری مستقیم آب خروجی در یک مقطع زمانِی خاص میزان تغذیه را بطور مستقیم اندازه گیری میکنند. از معایب اصلی این روشها می توان به هزینه بالای آنها و خطا در تعمیم اطلاعات یک نقطه به یک آبخوان اشاره نمود. این روشها متنوع هستند اما یکی از رایج ترین آنها استفاده از لایسیمترها است. که بطور مستقیم، آب زهکشی شده را اندازه گیری میکنند.
۱-۹-۵-۵- استفاده از ردیاب های شیمیایی در تخمیین تغذیه
یکی دیگر از راههای تخمین تغذیه استفاده از ردیابهای شیمیایی میباشد. این مواد شیمیایی اطلاعات مفیدِی در خصوص سرعت، زمان و مسیر حرکت آب ارائه میکنند. این مواد شامل یونها، ایزوتوپها و مواد گازی هستند که همراه با آب در درون خاک حرکت میکنند. در هنگام استفاده از این مواد به منظور ردیابی و تخمین تغذیه باید به نکاتی از قبیل عدم وجود مواد بصورت طبیعی در منطقه، هزینه های مورد نیاز، اثرات منفی روی محیط زیست و امکان اندازه گیری دقیق آنها دقت نمود. بطور کلی نمیتوان یک ردیاب شیمیایی خاص را برای همه موارد معرفی نمود. از نظر تئوری هر ردیابی میتواند مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان مثال تریتیم(H3 )بدلیل این که خودش بخشی از ملکول آب میباشد یک ردیاب مناسب طبیعی محسوب میشود. همچنین کلرید(CL36 ) یکی دیگر از ردیابهای طبیعی است که اغلب به منظور تخمین تغذیه مورد استفاده واقع میشود. روش کار برای تخمین میزان تغذیه بدین صورت است که مقداری از ردیاب را در نقطه مشخصی از سطح زمین قرار داده و سپس در زمانهای و مقاطع عمودی مختلف میزان ماده مورد نظر را اندازهگیری میکنند، بر حسب اینکه چه مقدار از ماده مورد نظر توسط جریان آب به پایین ناحیه ریشه حرکت کرده است می توان میزان تغذیه را محاسبه نمود.
۱-۹-۵-۶- استفاده از ردیاب گرمایی
استفاده از ردیاب گرمایی یکی دیگر از روشهای اندازه گیری میزان تغذیه است با این تفاوت که بجای ماده شیمیایی از درجه حرارت استفاده میگردد. جریان گرما در درون زمین شباهت زیادی به حرکت آبّ در درون زمین دارد. سابقه استفاده از ردیابهای گرمایی به منطور بررسی آبهای زیر زمینی به بیش از ۱۰۰سال بر میگردد (آندرسون، ۲۰۰۵). براساس بررسی روند تغییرات مکانی و زمانی ردیاب گرمایی بین سطح زمین و اعماق آن میتوان به وضعیت حرکت آب و درنتیجه تخمین میزان تغذیه پی برد.
فصل دوم
سابقه تحقیق
۲- سابقه تحقیق
علیرغم تحقیقات نسبتا گستردهای که در سطح جهان در خصوص اثر تغییر اقلیم روی منابع آب زیرزمینی در سال های اخیر انجام شده است، متاسفانه در کشور ایران به این موضوع کمتر توجه شده است و اکثر تحقیقات محدود میشود به بررسی تغییر متغیرهای اقلیمی مانند دما، بارش و تشعشات خورشیدی و در پارهای موارد اثر این پدیده روی رواناب سطحی مورد ارزیابی قرار گرفته است. اگرچه این متغیرهای روی منابع آب زیر زمینی اثر قابل ملاحظهای دارند . اما تحقیقات اندکی در مورد اثر سناریورهای تغییر اقلیم بطور مستقیم روی منابع آب زیر زمینی خصوصا روی تغذیه صورت گرفته است. که یکی از انگیزه های این تحقیق هم همین موضوع میباشد.
دراین فصل تحقیقات انجام شده به دو بخش: تحقیقات انجام شده درخصوص ریز مقیاسنمایی مدلهای جهانی به منظور شبیه سازی متغیر اقلیمی خصوصا دما

Categories:No category
Published on :Posted on

Post your comment

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *