شبیه‌سازی عددی آب زیرزمینی با استفاده از مدل ریاضی (مطالعه موردی: آبخوان کهورستان، استان هرمزگان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.

2 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.

3 محقق، دانشکده مهندسی عمران و منابع، دانشگاه دالهوزی - پردیس سکستون، هالیفاکس، نوا اسکوشیا، کانادا.

10.22034/hydro.2026.67840.1334

چکیده

محدودیت منابع آب سطحی و بهره‌برداری بیش از حد منابع آب زیرزمینی در نواحی خشک، مدیریت و برنامه‌ریزی صحیح برای بهره‌برداری پایدار از این منابع را الزام‌آور می‌سازد. شبیه‌سازی آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌های ریاضی این امکان را فراهم می‌سازد تا رفتار آبخوان در پاسخ به شرایط مختلف هیدرولوژیکی، اقلیمی و مدیریتی مورد بررسی قرار گیرد. ازاین‌رو این مطالعه باهدف واسنجی، حساسیت‌سنجی، اعتبار‌سنجی و بهینه نمودن ضرایب آبگذری اشباع و آبدهی ویژه آبخوان کهورستان، واقع شده در غرب استان هرمزگان، با مدل هیدرولوژیکی محبوب MODFLOW تحت رابط کاربری GMS انجام گردید. اختلاف بین تراز آب زیرزمینی اندازه‌گیری‌‌شده و شبیه‌سازی‌شده در مراحل واسنجی مدل با معیار ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) ارزیابی شد. میزان RMSE در واسنجی حالت پایدار، واسنجی حالت ناپایدار و صحت‌سنجی به ترتیب برابر با 093/0، 03/1 و 998/0 توسط مدل محاسبه گردید که بیان‌کننده دقت مناسب مدل ساخته شده است. نتایج حاصل از واسنجی مدل در دو حالت پایدار و ناپایدار، نشان داد که مناطق شمال غربی آبخوان دارای بیشترین مقادیر ضریب نفوذپذیری هستند که از 25 تا 35 متر در روز متغیر است. بااین‌حال، در مناطق جنوب شرقی، ضریب نفوذپذیری به‌شدت کاهش می‌یابد. تجمع رسوبات دانه‌درشت و دانه‌ریز منجر به افزایش و کاهش قابل‌توجه ضریب نفوذپذیری در بالادست و پایین‌دست آبخوان شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Groundwater Using Mathematical Model (Case Study: Kahorestan Aquifer, Hormozgan Province, Southern Iran)

نویسندگان [English]

  • Sepideh khara 1
  • Adnan Sadeghi-Lari 2
  • Saeideh ُSamani 3
1 M.Sc. Alumnus, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
2 Associate Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran.
3 Researcher, Department of Civil and Resource Engineering, Dalhousie University‑Sexton Campus, Halifax, NS, Canada.
چکیده [English]

The proper management and planning for the sustainable exploitation of groundwater resources is essential due to the limitation of surface water resources and groundwater overexploitation in the dry region. Groundwater simulation using mathematical models allows the aquifer behavior to be investigated in response to different hydrological, climatic, and management conditions. Therefore, this study was conducted with the aim of calibration, sensitivity analysis, validation, and optimization of the saturated permeability and specific yield coefficients of the Kohourestan aquifer, located in the west of Hormozgan province, using the popular hydrological model MODFLOW under the GMS user interface. The difference between the measured and simulated groundwater levels in the model calibration stages was evaluated using the root mean square error (RMSE) criterion. The RMSE values in the calibration steady state, unsteady state calibration, and validation were calculated by the model to be 0.093, 1.03, and 0.998, respectively, which indicates the appropriate accuracy of the model. The results of model calibration in two steady and unsteady states showed that the northwestern areas of the aquifer have the highest values ​​of the permeability coefficient, which vary from 25 to 35 m/day. However, in the southeastern areas, the permeability coefficient is sharply reduced. The accumulation of coarse-grained and fine-grained sediments has led to a significant increase and decrease in the permeability coefficient in the upstream and downstream of the aquifer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aquifer
  • Calibration
  • GMS
  • MODFLOW
ریحانی، ا.، یوسفی، ح.، میرزاوند، م. و ساداتی نژاد، ج.، 1402. مدل‌سازی اثر سناریوی مدیریتی روی آبخوان کاشان با مدل ریاضی Modflow و Seawat. مجله اکوهیدرولوژی،10(1).
سلطانی، ف.، جوادی، س.، روزبهانی، ع.، مساح بوانی، ع. و لطفی, س.، 1401. شبیه ‏سازی تبادلات آب‏ سطحی و زیرزمینی با استفاده از مدل MODFLOW-OWHM (منطقۀ مورد مطالعه: دشت شازند). مجله اکوهیدرولوژی، 9(1), 199-210.
صباح نیا، د. و صادقی لاری، ع.، 1403. مدل‌سازی کمی آب زیرزمینی با استفاده از GMS-MODFLOW (مطالعه موردی: آبخوان شمیل در استان هرمزگان). هیدروژئولوژی،9(1), 71-85.
صادقی لاری، ع.، کاظمی، م.، رجبی، ف.، 1403. بررسی اثر ویژگی‌های اقلیمی و سطح زمین بر کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های گوگل ارت انجین (GEE) (مطالعه موردی: دشت کهورستان، هرمزگان). مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران، ۱۸ (۶۶) :۵۹-۷۲.
میرزائی، ا.، مجدم، ی., سهیلا و چیت سازان، م.، 1403. مدل‌‎‌سازی اثرات تغییر اقلیم بر منابع آب‌زیرزمینی دشت گلگیر خوزستان، جنوب‌غرب ایران، با استفاده از مدل GMS. زمین شناسی کاربردی پیشرفته، 14(3).
نخعی, م.، حسنی، ع.، مقیمی، ه.، و نوین پور، ن.، 1400. پیش‌بینی اثرات ناشی از بهره‌برداری بی‌رویه بر آبخوان دشت زرندیه (استان مرکزی) با استفاده از نرم‌افزار GMS. هیدروژئولوژی، 6(2).
Anderson, M.P., Woessner, W.W., 1992. The role of the postaudit in model validation. Adv Water Resour 15, 167–173.
Azadegan, B., Hanafi, H., Varavi pour, M., Kardan moghaddam, hamid, 2024. Numerical simulation of Taybad plain aquifer using MODFLOW and prediction of management scenarios. Water and Irrigation Management 14, 343–355.
Chepkemoi, A.K., Home, P.G., Raude, J.M., Kiptum, C.K., 2023. Modeling of groundwater potential in Kericho County, Kenya, using GMS_MODFLOW. Sci Afr 19, e01492.
Janardhanan, S., Islam, M.M., Islam, Md Tohidul, Peña-Arancibia, J., Hodgson, G., Karim, F., Mainuddin, M., Islam, Md Tarikul, Rahman, M.A., Kirby, J.M., 2023. Groundwater balance and long-term storage trends in the regional Indo-Gangetic aquifer in northwest Bangladesh. J Hydrol Reg Stud 49, 101500.
Kashef Abdel-Aziz I., 1986. Groundwater Engineering. New York: McGraw-Hill.
Khaledi Alamdari, M., Majnooni Heris, A., Fakheri Fard, a., 2022. Estimation of Hydraulic conductivity and Specific storage of Shabestar Plain Aquifer Using Numerical model. Hydrogeology 7, 42–52. [In Persion]  
Lyazidi, R., Hessane, M.A., Moutei, J.F., Bahir, M., 2020a. Developing a methodology for estimating the groundwater levels of coastal aquifers in the Gareb-Bourag plains, Morocco embedding the visual MODFLOW techniques in groundwater modeling system. Groundw Sustain Dev 11, 100471.
Lyazidi, R., Hessane, M.A., Moutei, J.F., Bahir, M., 2020b. Developing a methodology for estimating the groundwater levels of coastal aquifers in the Gareb-Bourag plains, Morocco embedding the visual MODFLOW techniques in groundwater modeling system. Groundw Sustain Dev 11, 100471.
Lyazidi, R., Hessane, M.A., Moutei, J.F., Bahir, M., 2020c. Developing a methodology for estimating the groundwater levels of coastal aquifers in the Gareb-Bourag plains, Morocco embedding the visual MODFLOW techniques in groundwater modeling system. Groundw Sustain Dev 11, 100471.
McDonald, M.G., Harbaugh, A.W., 1984. A modular three-dimensional finite-difference ground-water flow model, Open-File Report.
Mirzaee Arjenaki, S.Y., mojadam, soheila, Chitsazan, M., 2024. Modeling the effects of climate change on the groundwater resources of Golgir Plain, Khuzestan, southwest Iran, using the GMS model. Advanced Applied Geology 14, 694–712. [In Persion]
nakhaei, mohammad, hasani, ali, Moghimi, H., Abbasnovinpour, E., 2022. Predicting the effects of overuse on Zarandieh plain aquifer (Markazi province, Iran) using GMS software. Hydrogeology 6, 13–29. [In Persion]
Reyhani, E., Yousefi, H., Mirzavand, M., Sadatinejad, S.J., 2023. Modeling the Impact Of Manangement Scenario On the Kashan Aquifer Using Mathematical Model of Modflow and Seawat. Iranian journal of Ecohydrology 10, 17–32. [In Persion]  
Sabah Nia, D., Sadeghi-Lari, A., 2024. Quantitative Modeling of Groundwater Using GMS-MODFLOW (Case Study: Shamil Aquifer in the Hormozgan Province). Hydrogeology 9, 71–85. [In Persion]
Sadeghi-Lari, A., Bahrami, M., Dastandaz, T., 2024. Temporal and spatial variations of groundwater quantity and quality for drinking and irrigation purposes in the arid and hot weather of Southern Iran. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 134, 103582.
Sadeghi lari, A., Kazemi, M., Rajabi, F., 2024. Investigating the Impact of Climatic and Land Surface Characteristics on Groundwater Quality Using Google Earth Engine (GEE) Data (Case Study: Kahorestan Plain, Hormozgan). ijwmse 18, 59–72. [In Persion]
Soltani, F., Javadi, S., Roozbahani, A., Massah Bavani, A.R., Lotfi, S., 2022. Simulation of surface water-groundwater interaction using MODFLOW-OWHM (case study: Shazand plain). Journal of Ecohydrology 9, 199–210. [In Persion]
Yekom Consulting Engineering, 2012. Hdrogeology study of Kahorestan area.
Yoon, G.-L., Kim, B.-T., Kim, B.-O., Han, S.-H. J W.M., 2003. Chemical–mechanical characteristics of crushed oyster-shell 23, 825–834.