دانلود پایان نامه با موضوع شهرک صنعتی، مدل ریاضی، شبیه‌سازی

پایان مرحله واسنجی شرایط ناپایدار ……………………..109
شکل 4- 9- نمودار پراکندگی براي سطح آب زیرزمینی مشاهده اي و شبیه سازي شده در شرایط ناپایدار ………………………………………………………………………………………………………………………..110
شکل 4-10- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار(آبان 86) …………………………………………………………………………………………………………………….110
شکل 4-11- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار(بهمن 86) ………………………………………………………………………………………………………………….111
شکل 4-12- نقشه سطح آب مشاهده اي و محاسبه اي در پایان دوره واسنجی در شرایط ناپایدار (اردیبهشت 87) …………………………………………………………………………………………………………111

شکل4- 13- سطح آب مشاهده اي و محاسبه شده توسط مدل براي دوره واسنجی ….116
شکل 4-14- موقعیت نقاط نمونه برداري شده توسط شاکری در محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز ……………………………………………………………………………………………………………………………117
شکل -4-15- نقشه پهنه‌بندي نیترات ( شهریور ماه 86) ………………………………………………….118
شکل -4-16- نقشه‌ پهنه‌بندي نیترات ( آبان ماه 86) ……………………………………………………….118
شکل -4-17- نقشه پهنه‌بندي نیترات (بهمن ماه 86) ………………………………………………………119
شکل -4-18- نقشه پهنه بندي نیترات اردیبهشت ( ماه 87) …………………………………………..119
شکل 4-19- غلظت مشاهده‌اي نيترات- (بهمن86) ……………………………………………………………122
شکل 4-20- غلظت مشاهده اي نيترات- (ارديبهشت87) …………………………………………………..122
شکل 4-21- غلظت محاسبه اي نيترات- (ارديبهشت 87) …………………………………………………123
شکل -4-22- نقشه پهنه بندي نیتریت( آبان ماه 86) ………………………………………………………124
شکل -4-23- نقشه پهنه بندي نیتریت ( بهمن ماه 86) …………………………………………………..124
شکل4-24- غلظت مشاهده اي نيتريت- (آبان86) ……………………………………………………………..125
شکل4-25- غلظت مشاهده اي نيتريت- (بهمن86) ……………………………………………………………125
شکل4-26- غلظت محاسبه اي نيتريت- (بهمن86) ……………………………………………………………126
شکل5-1-نمودار تغییرات غلظت نیترات و نیتریت و تقدم پاکسازی طبیعی برای نیتریت …………………………………………………………………………………………………………………………………………………129

فصل اول

مقدمه

1-1- کلیات تحقیق

منابع آب یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های قرن حاضر بشریت است. محدودیت ذاتی منابع آب آب شیرین می‌باشند.
روند رو به رشد افزایش جمعیت مصرف آب در بخش‌های مختلف کشاورزی، شرب و صنعت را به مقدار زیادی افزایش داده است بعلاوه به علت بهره‌وری و استفاده بی‌رویه و ورود پساب‌ها، منابع آب همواره در معرض خطر آلودگی و زوال کیفیت قرار دارند.
متوسط سرانه‌ی آب در دسترس جهانی،89/3 برابر سرانه آب در ایران است، در صورتی که این نسبت از مرز 4/5 برابر بگذرد، در تقسیم‌بندی جهانی از نظر دسترسی به آب در رده‌ی بسیار کم قرار می‌گیریم. طبق آمارهای موجود‌، زمانی که جمعیت کشورمان به بیش از 75 میلیون نفر برسد، شرایط فوق مهیاست. افزون بر آن‌، پراکنش نابرابر زمانی و مکانی منابع و ذخایر تامین کننده‌ی آب در سطح کشور نیز، بر بحران پیش رو دامن می‌زند.
60 % آب‌های زیرزمینی در ایران از آب‌های شیرین قابل استفاده می‌باشد ( محمدنیا و کوثر، 2003 ) . با توجه به محدود بودن منابع آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک ، حفاظت و استفاده‌ی بهینه از آنها اهمیت بیشتری دارد. خاطر نشان می‌کنیم که آلودگی نیترات یکی از راه‌های هدررفت و محدودکننده‌ی منابع آب شرب بویژه در مناطق روستایی است.
نظر به اینکه سرعت آب زیرزمینی کم است و نیزبا در نظر گرفتن واکنش آلاینده‌ها با محیط متخلخل، بایستی توجه زیادی به آب‌های زیرزمینی مبذول داشت، چرا که هرچند به نظر می رسد که آب‌های زیرزمینی نسبت به آب‌های سطحی در مقابل آلوده شدن کمتر مستعدند ولی در صورت آلوده شدن، پاکسازی آنها کاری بس مشکل و طولانی مدت و همراه با هزینه بسیار بالاست .(Todd and Mays; 2005)
میزان آلودگی آب به مقدار و نوع استفاده ( جنگلداری، کشاورزی، دامداری صنعتی) بستگی دارد. بعلاوه اینها، فاکتورهای خاک‌شناسی، هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی نیز آلودگی را کنترل می‌کنند (محمدنیا‌، مهرداد ، حسینی مرندی‌، حمید‌، روستا ، محمد جواد؛ 1388).

1-2-ضرورت و هدف تحقیق

نظر به اینکه در صورت عدم رعایت ملاحظات زیست‌محیطی از جمله عدم مدیریت صحیح پسماند و پساب صنایع، منابع آب زیرزمینی و کارستی منطقه مذکور و همچنین آب دریاچه مهارلو، طی زمان طولانی بشدت در خطر زوال کیفیت قرارمی‌گیرند و این منجر به صدماتی جبران نشدنی در رابطه با محیط‌زیست خواهد شد؛ بر این اساس لازم است که اعمال صحیح مدیریتی برای در رابطه با پسماند صنایع مستقر در شهرک صنعتی بزرگ شیرازصورت گرفته و نیزاز پیشروي آلاینده‌ها به سمت منابع کارستی ممانعت به عمل آید؛ نتیجه امر علاوه بر کاهش آلودگی، حفاظت از منابع منطقه و توسعه پایدار است.
هدف کلی از انجام این مطالعه بررسی پتانسیل انتقال نیترات در منابع آب زیر زمینی محدوده شهرك صنعتی بزرگ شیراز با استفاده از مدلسازي ریاضی می‌باشد.
اهداف تحقیق عبارتند از:
1- تدوین مدل مفهومی آبخوان با دقت بیشتر در مقایسه با مدل اجرا شده‌ی قبلی برای این منطقه
2-بررسی منابع آلاینده نیتراتی و نیز نیتریتی آبخوان آبرفتی شهرک صنعتی بزرگ شیراز
3- بررسی توزیع مکانی و زمانی نیترات در آبخوان شهرک صنعتی
4- نحوه جریان آب و انتقال نیترات در آبخوان شهرک صنعتی به ترتیب با استفاده از کدهاي رایانه ای MODFLOW و MT3D-MS

1-3-پیشینه تحقیقات

1-3-1-مروری بر تحقیقات انجام شده توسط مدل ریاضی

در سال 1935 معادله Thies پنجره‌ای نو بر مطالعات هیدرولوژی آب‌های زیرزمینی باز نمود. جهت حل مسائل جریان به چاه‌ها روابطی توسط Hantush وJacob در دهه‌های 40 و 50 ارائه شد که تحولات عظیمی را ایجاد کرد. استفاده از فن‌آوری رایانه‌ای آنالوگ در مطالعه یک سیستم آبخوان کامل طی دهه 1950 میلادی توسط Bob Bennett و Herbskivitz در سازمان زمین‌شناسی ایالت متحده صورت گرفت که بر‌ اساس روش تفاضل محدود و با استفاده از شبیه‌سازی الکتریکی شامل مجموعه‌ای از مقاومت‌ها و خازن‌ها، آبخوان را مدلسازی کردند.
سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده آمریکا (USGS) در اواخر دهه 1950 میلادی یک آزمایشگاه شبیه‌سازی رایانه‌ای در فونیکس ایالت آریزونا تاسیس نمود. در حدود سال‌های 1950 در صنعت نفت استفاده از تکنیک‍‌های عددی در حل معادلات جریان به توسط ریاضیدانان و مهندسین مخازن نفت مورد آزمایش قرار گرفت که روش نیز به مجموعه مدل‌ها پیوست؛ اما هنوز مدل‌های آنالوگ برای حل جریان یک سیال منفرد مناسب‌ترین بودند.
در دهه 1960 با ظهور رایانه‌های شخصی، استفاده از مدل‌های ریاضی با راه حل عددی به یکی از روش‌های قابل اطمینان در مطالعه آب زیرزمینی تبدیل شد که این حل عددی شامل دو روش تفاضل‌ محدود و عناصر محدود می‌باشد.
در سال 1956 Stallman برای اولین بار در حل مسائل آب زیرزمینی روش‌های عددی را به کار برد. نیاز به تحلیل ناحیه‌ای آبخوان علتی شد که وی روشی برای محاسبه توزیع نفوذپذیری آبخوان با استفاده از تغییرات سطح آب زیرزمینی ارائه نماید که در این روش از حل تفاضل‌های محدود برای حل معادلات دو بعدی ناپایدار در آبخوان‌های غیر همگن استفاده شده است.
در 1348 برای اولین بار در ایران از مدلسازی ریاضی برای تهیه مدل دشت ورامین استفاده شد. مطالعات مربوط به شبیه‌سازی این مدل توسط سازمان خواربار و کشاورزی جهانی ( FAO) صورت گرفته است.
تا سال 1360 در مجموع حدود 200 آبخوان با مساحتی حدود 5500000 کیلومتر مربع در مرحله شناخت و حدود 80 آبخوان با مساحتی در حدود 250000 کیلومتر مربع در مرحله نیمه تفصیلی بررسی شدند. در این مطالعات بیشتر از روش تفاضل‌های محدود و چند مورد از روش برنامه نویسی پویا استفاده شده است.
McDonald و Harbaugh در سال 1988 مدل سه بعدی تفاضل محدود جریان آب‌های زیرزمینی را ارائه نمودند. بعدها این مدل که MODFLOWنام گرفت، با بسته‌های نرم افزاری مختلف تکمیل و به صورت یک مدل استاندارد که بسیار قابل اعتماد و تأیید شده است، در آمد.
این مدل در ایران نیز در مطالعات متعددی استفاده شده است. برای مثال درسال 1381 پیش‌بینی تأثیر زهکش هاي طراحی شده در پایین انداختن سطح آب زیرزمینی توسط فاطمه مهدي‌پور در بخش جنوب و جنوب شرقی دشت شیراز با استفاده از مدل ریاضیMODFLOW انجام شد. در سال 1388 امکان به تعادل رساندن آب زیرزمینی دشت فیض آباد در استان خراسان رضوی با استفاده از این مدل ریاضی توسط عطاءاله جودوی انجام شد. دشت زرقان در استان فارس در سال 1387 با استفاده از این مدل مورد ارزیابی قرار گرفت و آسیب پذیري این دشت از طریق آلودگی هاي صنعتی – شیمیایی، بررسی شد.
مدیریت بهره‌برداری به منظور بهبود نسبی شوری آبخوان جنوب شرقی دریاچه مهارلو توسط زهره حیدری در سال 1388مورد بررسی قرار گرفت. طاهره آذری نیز در سال 1389 به بررسی توزیع مکانی و زمانی آلاینده‌های نفتی در آب زیرزمینی دشت ساری-نکا پرداخت. همچنین مدیریت مصرف آب در دشت خانمیرزا (استان چهارمحال و بختیاری) با استفاده از مدل آب زیرزمینی توسط پریسا عسکری در سال 1390 انجام شد و اخیرا نیز بررسی پتانسیل انتقال آلاینده‌ها در منابع آب زیر زمینی با استفاده از مدلسازي کمی وکیفی آبخوان شهرك صنعتی بزرگ شیراز توسط مریم گودرزی(1390) انجام شد که آغازی در بررسی انتقال آلاینده‌ها با استفاده از مدل می‌باشد .

1-3-2-مطالعات انجام شده بر روی آلودگی آب‌های زیرزمینی به واسطه‌ی نیترات

بررسی آلودگی نیترات در آب‌های زیرزمینی توسط پژوهش‌گران و سازمان‌های آب و محیط‌زیست و ارگان‌های تابعه، در سراسر دنیا انجام شده است. مثال‌هایی از این مطالعات در زیر عنوان شده است؛
-Mike lowe and JanaeWallache منابع زمین‌شناسی احتمالی آلودگی نیترات را در آب‌های زیرزمینی دردره سدار ( Cedar Valley)، شهر آیرون (Iron County ) ، یوتا Utah) ) بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که منابع احتمالی زمین‌شناسی نیترات در دره سدار شامل :
الف. رگه‌های زغالسنگ و لایه‌های سیلتستون غنی از مواد آلی در واحدهای ماسه سنگی کرتاسه شامل کومه‌های باطله معدنکاری و نشت از این کومه‌هاست.
ب. سنگ‌های رسوبی ژیپس‌دار تریاس
پ. سنگ‌های هوازده ی هیدروترمالی مرتبط با گسل
ت.سنگ‌های آتشفشانی ترشیری
ث.رسوبات عهد حاضر شامل نهشته‌های پلایا و رسوبات رودخانه‌ای

– مهرداد محمدنیا به همراه حمید حسین مرندی و محمدجواد روستا