Evaluation of artificial recharge project efficiency for groundwater recovery with mathematical modeling (A case study on Firuraq of Khoy Plain in West Azerbaijan province)

Document Type : Research paper

Authors

1 M.Sc. of Hydraulic Structures, Department of Water Engineering, Urmia University, West Azarbaijan, Iran.

2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Lake Urmia Research Institute, Urmia University, West Azarbaijan, Iran.

3 Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Urmia University, West Azarbaijan, Iran.

4 Ph.D. of Water Resources Engineering, East Azerbaijan Regional Water Company, East Azarbaijan, Iran.

10.22034/hydro.2023.54236.1277

Abstract

The insufficiency of surface water, over-draft from groundwater, and decreasing rainfall have brought about the water table of aquifers’ drop. The largest artificial recharge project (large percolation basins) in the northwest of the country was implemented in the Firuraq region in Khoy Plain. For simulating the effects of this project on the restoration of Khoy plain the MODFLOW code in the GMS software package is used. Calibration of the model in the stable and the transient state was done in September and October 2011 to September 2012, respectively, and validated during the 2012-2013 water year. The results showed that the number of coefficients of determination(R2) and normalized root mean square (NRMS) were 0.99 and 0.83%, for the verification period respectively; these figures indicate a good performance of the model. The sensitivity analysis of the simulated model showed that the most sensitive of the model was related to hydraulic conductivity and the aquifer's specific yield parameters. In order to show the effects of changes in water management of the region 5 scenarios of changing the amount of water withdrawal and increasing the extraction from exploitation wells of the studied area were tested. The results of the scenarios illustrated that artificial recharge had positive effects on the downstream recharging area in the Firuraq aquifer. Moreover, the lack of artificial recharge and increase in exploitation led groundwater level to decline by 1.67-3.13 meters, as the volume of withdrawal increased the groundwater level rose 0.5-1.03 m.

Keywords

Main Subjects

References

برزنونی، س.، اکبرپور، ا.، دهقانی، ا.ا.، اعتباری، ب.، 1390. بهینه‌سازی و واسنجی پارامترهای هیدرودینامیکی مدل آب‌های زیرزمینی با استفاده از الگوریتم ژنتیک، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه بیرجند.
جعفرزاده، ا، خاشعی سیوکی، ع.، پوررضا بیلندی، م.، 1399. ارزیابی عملکرد روشهای عددی در شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی )مطالعه موردی: آبخوان بیرجند(، هیدروژئولوژی، 7(2): 75-61.
چیت‌سازان، م.، ساعت‌ساز، م.، 1393. کاربرد مدل ریاضی در پیش‌بینی وضعیت آبخوان دشت ابهر در شرایط اقلیمی مختلف، دومین همایش منطقه‌ای تغییر اقلیم و گرمایش زمین، 21 آبان ماه 1393، زنجان.
زنگانه، م.، معراجی، س.ح.، 1396. مدل‌سازی عددی آبکشی محل اجرای حوضچه پمپاژ در روش آبگیری باز از دریاها با استفاده از نرم­افزار MODFLOW. تحقیقات آب و خاک ایران، 48(2): 417-428.
شهابی‌فرد، ف.، لشکری پور، غ.، زارع، م.، زارع، م.ر.، 1383. اثرات برداشت آب از آبخوان ایرانشهر بر روی دبی پایه رودخانه بمپور با استفاده از مدل ریاضی MODFLOW. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایران.
شهسواری، ع، و خدایی، ک.، 1384. تهیه مدل جریان آب زیرزمینی آبخوان دشت بهبهان با استفاده از GIS. نهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران، دانشگاه تربیت معلم تهران.
صمدی، ج.، 1395. مدل‌سازی مکان‌یابی تغذیه مصنوعی آبخوان کاشان با استفاده از روش‌ها آماری، AHP و ملاحظات محیط زیستی آب‌های زیرزمینی، تحقیقات منابع آب ایران، 12(1):84-94.
قدرتی، م.، برزگری، ف.، 1395. مدل‌های ریاضی آب‌های زیرزمینی (آموزش کاربردی GMS 7.1)، سیمایی دانش، ایران. ص 270.
قوردویی میلان، س.، جوادی، س.، آریاآذر، ن.، رازدار، ب.، 1398. شبیه­سازی تراز سطح آب زیرزمینی با استفاده از مدل حداقل مربعات ماشین بردار پشتیبان و مقایسه آن با شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون خطی چند متغیره. هیدروژئولوژی، 5(1): 134-118.
قوردویی میلان،م.،کرمی،غ.، 1392. ارزیابی اثرات کمی طرح تغذیه مصنوعی خوی. هشتمین همایش انجمن زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران، 17 و 18 شهریور 1392، دانشگاه فردوسی مشهد.
قمرنیا، ه.، عنایتی‌حسینی، س.، امینی، ع.، 1401. شبیه‌سازی عددی آبخوان دشت بیجار دیواندره با استفاده از کدMODFLOW  و بررسی تأثیرات خشک‌سالی بر تغییرات کمی آن. محیط‌زیست و مهندسی آب، 8(1): 59-73.
نخعی، م.، محبی تفرشی، ا.، محبی تفرشی، غ.، 1398. مدل‌سازی و پیش­نگری تغییرات غلظت TDS در آبخوان ورامین با استفاده از نرم‌افزار GMS، زمین‌شناسی کاربردی پیشرفته، (31): 25-37.
یاری، ر.ا.، درزی نفت‌چالی، ع.، 1396. پیش‌بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی تحت سناریوهای مختلف مدیریتی با استفاده از مدل MODFLOW. مهندسی آبیاری و آب ایران، 8(2): 103-115.
Abareshi, F., Meftah Halghi, M., Dehghani, A.A., Kaboli A.R., Rahimian, M., 2015. Management of aquifer of Zarringol plain in Golestan province by using ground water model. Water and Soil Conservation, 21(6): 281-291.
Al-Hassoun, S. A., Mohammad, T.A., 2011. Prediction of water table in an alluvial aquifer using Modflow. Pertanika Journal of Sciences and Technology, 19(1), 45-55.
Asadi, N., Kaki, M., Jamoor, R., 2016. Groundwater level decline and compensating withdrawal plan in Aleshtar plain, Lorestan province, Iran. Natural environmental hazards, 5(9), 107-126.
Bekhit, H.M., 2015. Sustainable groundwater management in coastal aquifer of Sinai using evolutionary algorithms. Procedia Environmental Sciences, 25: 19-27.
Bhattacharjya, R.K., Barma, S.D., 2009. Modeling the effect of stream flow on groundwater flow fields using GMS. The Association of Hydrologists of India (AHI), 22:1-8.
Bize, J., Bourguet, L., Lemoine, J., 1972. Artificial recharge of groundwater. PARIS MASSON ET CIE. 199p.
Bohidar, A.K., Ahmad, I., 2021. Development of conceptual model and groundwater flow modeling using GMS software: A case study for Dharsiwa Block, Chhattisgarh, India. In Groundwater Resources Development and Planning in the Semi-Arid Region, 151-164. Cham: Springer International Publishing.
Gallardo, A. H., Reyes-Borja, W., Tase, N., 2005. Flow and patterns of nitrate pollution in groundwater: a case study of an agricultural area in Tsukuba City. Japan. Environmental geology, 48(7): 908-919.
Hill, M.C., Tiedeman, C.R., 2007. Effective Groundwater Model Calibration: With Analysis of Data, Sensitivities, Predictions, and Uncertainty, John Wiley & Sons, 480.
Janobi, R., Rezaverdinajad, V., Bahmanesh, J., Abbaspour, K., 2018. Investigation of quantitative changes of groundwater in Miandoab plain affected by management of surface and underground water resources utilization using the MODFLOW-NWT mathematical model. Iranian Journal of Water and Soil Research, 49(2): 467-481.
Karimi, H., Naderi, F., Nikseresht, L., 2014. Management of groundwater resources in Mehran plain in Ilam by determining its volume and rate of exploitation. Two quarterly Journal of Urban Ecology Research, 4(7): 97-106.
Mandal, N.C. Singh, V.S., 2004. A new approach to delineate the groundwater recharge zone in hard rock terrain. Current Science, 87(5): 658-662.
McDonald, M.G., Harbaugh, A.W., 1988. A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model. US Geological Survey.
Palma, H., Bentley, L.R., 2007. A regional-scale groundwater flow model for the Leon-Chinandega aquifer, Nicaragua. Hydrogeology Journal, 15, 1457-1472.
Parhizkar, S., Ajdary, Kh., Kazemi, Gh.A., Emamgholizadeh, S., 2015. Predicting water level drawdown and assessment of land subsidence in Damghan aquifer by combining GMS and GEP models, Geopersia, 5 (1):63-80.
Pourseyadi, A., Kashkuli, H.A., 2012. Studying of groundwater conditions in Jiroft basin with modflow. Scientific journal of agriculture, Irrigation Sciences and Engineering, 35(2): 51-63.
Rezaei, M., Jom’e Nia, J., Khodaie, K., 2011. Proper locating for artificial nutrition implementation at Hesarouyeh Plain Aquifer Using Mathematical Model and GIS. Advanced applied geology, 1(1): 67-79.
Taheri Tizro, A., Kamali, M., 2017. Groundwater modeling by MODFLOW model in Toyserkan aquifer and evaluation of hydrogeological state under present and future conditions. Water Resources Engineering, 31(9): 45-60.
Genetti Jr, A.J., CORPS OF ENGINEERS WASHINGTON DC., 1999. Groundwater Hydrology. No. USACE-EM-1110-2-1421), Corps of Engineers Washington DC.
Yilmaz, M., 2003. Control of ground water by underground dams, M. Sc thesis, Dept of Civil Engineering, Middle east technical university, Ankara-Turkey, 80 p.
Zhao, X., Wang, D., Xu, H., Ding, Z., Shi, Y., Lu, Z., & Cheng, Z., 2021. Simulation and prediction of groundwater pollution based on GMS: a case study in Beijing, China. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 826 (1):012014.
Hydrogeology
Volume 8, Issue 1
Publisher
September 2023
Pages 170-186

Files

Share

How to cite

Statistics