Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Reza Safavi
حمیدرضا صفوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
MARZIYEH KHAJEALI
مرضیه خواجه علی چالشتری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Investigation and Assessment of Management Scenarios for Groundwater Rehabilitation and Equilibrium to Reduction of Land Subsidence Case StudyDamaneh-Daran Aquifer
Population growth and consequently, the extension of water demands caused sharp increasing water use in the agricultural and industrial sectors. This increase in demands, which has been accompanied by an increase in the rate of groundwater extraction, caused irreparable damage. Land subsidence caused by groundwater exploitation is one of the most critical issues that many countries in the world now get involved as a big problem. For instance, in the past two decades, the Damane-Daaran aquifer in Gavkhoni river basin has been abandoned due to the land subsidence caused by the over-extraction of groundwater. The occurrence of subsidence is because of the drawdown due to the extraction of groundwater so that water from the pores of the soil will be evacuated because of the pressure of the upper layers. The subsidence will become more critical if the over-extraction of groundwater causes the aquifer to miss the elastic behavior, in which case the changes will become inelastic, and the possibility of the aquifer rehabilitation will be eliminated. In this research, groundwater rehabilitation to the reduction of land subsidence is presented, assessed, and analyzed. Therefore, a modeling tool has been used to understand the behavior of aquifer. First, a groundwater flow model was developed in ModelMuse software from 2011 to 2018 water year with the calibration, validation in steady-state and unsteady-state condition and the period of 2019 to 2024 for prediction. Subsequently, the SWT package was used in ModelMuse software to model land subsidence, and the calibration, validation, and prediction had done. For calibration and validation of land subsidence modeling, the process results of 52 Sentinel-1 satellite images were used. The high rate of land subsidence in the aquifer, especially in agricultural land, determines the necessity of management scenarios to reduce this phenomenon. Presented scenarios are; 1- continuation of an existing trend, 2-4- respectively 25%, 50% and 75% reduction in groundwater extraction from wells, 5- A 200% increase in recharge rates of critical areas. After the implementation of each scenario on land subsidence model, their effects on decreasing land subsidence rates are assessed and analyzed by comparing with scenario1 then compared with other scenarios to ranking them. The results show that the general trend of land subsidence complies with the process of changes in the water level, which is nonlinear and involves other factors such as thickness, storage properties, and the thickness of interbeds and so on. Therefore, it can be said that pumping reduction scenarios will have a significant effect on controlling land subsidence. The results show that if the current process of groundwater extraction continues, the maximum land subsidence will be 0.65m, while in the case of scenarios 2 to 4, this value will be 0.52, 0.41 and 0.31m respectively so that with the implementation of scenario 4, the subsidence rate is almost zero. Also, the average drawdown in the aquifer in scenario 1 is 11.5 m, and this value will be reduced under the scenarios 2-4 to 10, 7.5, and 4.15 m, respectively. These scenarios can be implemented by lowering the crop area or changing the crop pattern by planting the products with lesser water requirements. On the other hand, scenario 5 was only effective for the quantity rehabilitation of aquifer and not for reduction of land subsidence rate, so that under this scenario the maximum land subsidence reached 0.65 m, which is almost constant relative to scenario 1, and the average drawdown was 10.2 m that was 1.3 m lower than scenario 1. In this case, the quantity of groundwater rehabilitation is due to the moistening of the dry cells of the aquifer during the simulation period. Finally, the priority of scenarios to reduce land subsidence is, respectively, scenario 4, scenario 3, scenario 2, and scenario 5. Also, the results show that the areas with the high rate of land subsidence are largely in line with the agricultural land of the western and central aquifers, and emphasize to the corrective actions related to the type of crops grown, irrigation and the amount of water harvesting in these areas. It should be noted that the reported numbers are related to cumulative drawdown and land subsidence from 2011 to 2024. Key Words : Land Subsidence, ModelMuse, Rehabilitation of Aquifer, Groundwater Flow Simulation, Scenario Analysis, Damane-Daran
به دنبال افزایش جمعیت و افزایش نیازها، مصرف آب در بخش­های کشاورزی، صنعت و شرب به شدت افزایش یافته­است. این افزایش نیاز که در نواحی زیادی با نرخ صعودی برداشت از منابع آب زیرزمینی همراه بوده، آسیب­های جبران ناپذیری را به دنبال داشته­است. فرونشست­زمین ناشی از برداشت بی­رویه­ی آب­های زیرزمینی، یکی از مهم­ترین مسائلی است که در حال حاضر بسیاری از کشورهای دنیا به عنوان یک معضل با آن مواجه شده­اند. به عنوان نمونه در دو دهه­ی اخیر آبخوان دامنه و داران که در حوضه­ی آبریز گاوخونی قرار دارد در اثر برداشت بی­رویه­ی آب­های زیرزمینی درگیر فرونشست­زمین شده­است. رخداد این پدیده به این صورت است که افت سطح ایستابی در اثر برداشت آب­های زیرزمینی سبب شده که آب موجود در خلل و فرج خاک تخلیه شود و در اثر فشار طبقات فوقانی، فرونشست­زمین ایجاد گردد. فرونشست در صورتی بحرانی­تر می­شود که ازدیاد برداشت از منابع آب سبب گذر آبخوان از مرز الاستیک شودکه در این صورت تغییرات به صورت غیر الاستیک و دائمی خواهندشد و امکان احیای آبخوان در چنین شرایطی از بین می­رود. در این پایان نامه کوشش شد تا به ارائه و بررسی سناریوهای مدیریتی در راستای احیا و تعادل بخشی آبخوان دامنه و داران به منظور کاهش نرخ فرونشست زمین اقدام شود و بدین جهت از ابزار مدلسازی به منظور شناخت رفتار آبخوان استفاده شده­است. ابتدا مدل کمی آب­زیرزمینی در نرم­افزار ModelMuse و برای دوره­­ی آماری 1389 تا 1403 با طی مراحل واسنجی، اعتبار سنجی و پیش­بینی در دو حالت جریان ماندگار و ناماندگار تدوین­شد. پس از آن از بسته­ی SWT در نرم­افزار ModelMuse به منظور مدلسازی فرونشست­زمین استفاده شد و مراحل واسنجی، اعتبارسنجی و پیش­بینی مربوط به آن صورت­گرفت که در طی مرحله­ی واسنجی و اعتبارسنجی فرونشست از نتایج مربوط به پردازش سری زمانی 52 تصویر ماهواره­ی sentinel-1 استفاده شد. نرخ بالای فرونشست­زمین در آبخوان به خصوص در بخش زمین­های کشاورزی لزوم اجرای سناریوهای مدیریتی در راستای کاهش این پدیده را مشخص می­کند. سناریوهای تدوین شده عبارتند از: 1- استمرار روند فعلی 2- کاهش برداشت از چاه­ها به میزان 25 درصد 3- کاهش برداشت از چاه­ها به میزان 50 درصد 4- کاهش برداشت از چاه­ها به میزان 75 درصد 5- افزایش 200 درصدی نرخ تغذیه در نواحی بحرانی فرونشست. پس از اعمال هریک از سناریوهای مطرح شده بر مدل فرونشست به بررسی تاثیر آن­ها در راستای کاهش نرخ فرونشست توسط مقایسه با سناریوی مبنا (استمرار روند موجود) و سپس مقایسه­ی سناریوهای مختلف به منظور اولویت­بندی آن­ها پرداخته شد. نتایج نشان می­دهد که روند کلی فرونشست از روند تغییرات سطح آب­زیرزمینی تبعیت می­کند که این رابطه به صورت غیرخطی بوده و به عوامل متعددی غیر از سطح آب زیرزمینی هم­چون ضخامت آبرفت، خواص ذخیره­سازی­، ضخامت میان­لایه­های موجود در آبخوان و...­ بستگی دارد. به همین جهت می­توان گفت که به طور کلی سناریوهای کاهش پمپاژ نقش موثری در کنترل فرونشست خواهند­داشت. نتایج نشان می­دهد که در صورت استمرار روند کنونی برداشت از چاه­ها، مقدار فرونشست حداکثر در سطح آبخوان به مقدار 65/0 متر می­رسد حال آن که در صورت اجرای سناریوهای 2 تا 4 ، این مقدار به ترتیب به 52/0، 41/0 و 31/0 متر کاهش می­یابد، به طوری که با اجرای سناریوی کاهش 75 درصدی برداشت از چاه­ها ، نرخ فرونشست تقریبا به صفر می­رسد. هم­چنین مقدار متوسط افت در سطح آبخوان در سناریوی 1، 5/11 متر بوده که این مقدار تحت سناریوهای 2 تا 4 به ترتیب به مقادیر 10، 5/7، 15/4 متر تنزل ­می­یابد. سناریوهای مذکور با کاهش سطح زیرکشت یا تغییر الگوی کشت از طریق کاشت محصولات با نیاز آبی کم­تر قابل اجرا می­باشند. از طرفی سناریوی 5 تنها در راستای احیای کمی آبخوان موثر بوده و از نظر تعادل­بخشی فرونشست تاثیر قابل توجهی نداشته است به طوری که تحت این سناریو مقدار حداکثر فرونشست به 65/0 متر رسیده که نسبت به سناریوی 1 تقریبا ثابت بوده، حال آن که متوسط افت در سطح آبخوان به مقدار 2/10 متر رسیده که نسبت به سناریو 1 به مقدار 3/1 مترکاهش داشته­است. در این مورد باید گفت که احیای کمی در این سناریو عمدتا ناشی از تر شدن سلول­های خشک سطح آبخوان در طی دوره­ی شبیه­سازی بوده­است. در نهایت اولویت سناریوها در راستای کاهش فرونشست­زمین به ترتیب عبارت­اند از: سناریو4، سناریو3، سناریو2 و سناریو5. هم­چنین نتایج نشان می­دهد که نواحی از آبخوان با بیشترین نرخ فرونشست، عمدتا منطبق بر زمین­های کشاورزی بخش غربی و مرکزی آبخوان می­باشند و این مورد به لزوم اجرای اقدامات مدیریتی و اصلاحی مربوط به نوع محصولات کشت­شده، نحوه­ی آبیاری و میزان برداشت­آب در این مناطق تاکید می­کند. لازم به ذکر است که اعداد گزارش شده مربوط به افت و فرونشست تجمعی مربوط به ابتدای سال 1390 تا انتهای سال 1402 می­باشند. واژگان کلیدی: 1- فرونشست­زمین 2- دامنه و داران 3- احیا و تعادل بخشی آبخوان 4- نرم افزار ModelMuse 5- شبیه­سازی کمی آب زیرزمینی 6- تحلیل سناریو

ارتقاء امنیت وب با وف بومی