آبخوان - GMS :: بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

ابزار وبمستر

Bootstrap Example

عضويت در خبرنامه ايـميـل پايگاه بيسيــن - عضويت پس از کليک بر روي لينک فعال سازي که براي شما ارسال خواهد شد تکميل مي شود

پشتيباني شده با بيسين

مدل سازی فرو نشست زمین با مدل MODFLOW

کادر بسته Package MODFLOW نشان دادن گزینه گزینه.


بسته  MODFLOW Subidence) SUB) ابزاری برای شبیه سازی فرونشست آبخوان و تخریب زمین است. بسته SUB شامل توانایی شبیه سازی تراکم در هر دو شرایط الاستیک (قابل انعطاف) و غیر قابل الاستیک (غی قابل انعطاف) را داراست. این همچنین شامل توانایی شبیه سازی interbeds است که در آن زهکشی از interbed فوری (بدون تأخیر) یا با تأخیر است. بسته MOD MODEFLOW SUB می تواند یک پروژه جابجایی عمودی باینری ایجاد کند که توسط GMS خوانده شده و به عنوان یک مجموعه داده در موتور حل MODFLOW در Project Explorer نمایش داده شود. شرح مفصلی ورودی SUB در وب سایت USGS موجود است.


تخمین تغذیه بارش روزانه آبخوان با MODFLOW UZF و پایتون


فرایندهای چرخه آب سطحی و زیرزمینی مربوط به بارش (شکل و شدت) و پویایی رطوبت خاک است. این پویایی رطوبت خاک توسط نوع خاک و منطقه ریشه در یک مقیاس زمانی در هر روز یا حتی ساعتی تعیین می شود. این پدیده ها در کتاب های متنی هیدروژئولوژی متداول مورد توجه و بررسی قرار نگرفته اند، شاید به دلیل استفاده شدید از ابزارهای مدل سازی و مفهوم سازی و اعتبارسنجی پیچیده.

مطالعه آب های زیرزمینی مطالعه عدم قطعیت است. این معضل چیزی است که شما در حال تحصیل نمی بینید و فقط با مشاهدات خاصی در پیزومترها یا جریان پایه درک می کنید. تا زمانی که بعضی از ابزارهای جدیدی ایجاد شود که به ما اجازه می دهد که آب های زیرزمینی را درون صورت های متخلخل ببینیم، یک رزونانس مغناطیسی را خواهیم داشت، باید تلاش های تحلیلی قوی را برای درک منابع آب زیرزمینی انجام دهیم.


دانلود کامل تمام لایه های مکانی دشت های ایران - Shapefile GIS

 

مقدمه

مجموعه سفره های اشباع و غیر اشباع در یک منطقه واحد، دشت (به انگلیسی: Plain) نامیده می شود. دشت ها دارای بخش های کوچکتری به نام آبخوان ها می باشند. آبخوان ها در دو نوع اشباع و غیر اشباع قرار دارند. در واقع آبخوان قسمتی از پوستهٔ زمین است که سوراخ‌ها یا خلل و فرج سنگ‌های آن از آب مملو و اشباع شده باشد. معمولاً منافذ و سوراخ‌های سنگ‌ها بر اثر بارندگی‌های ممتد از آب پر شده و با رسیدن به سطح غیرقابل تراوشی مانند سنگ‌های رسی در همان‌ جا متوقف می‌گردد و به شکل چشمه‌سارهای مختلفی در سطح زمین آشکار می‌شود. بدیهی است متناسب با خارج شدن آب از این چشمه‌ها سطح آب‌های زیرزمینی افت کرده و پائین می‌رود. قاعدتاً سطح آب‌های زیرزمینی در فصل‌های مرطوب بالا آمده و برعکس در فصل‌های خشک پائین می‌رود ولی هیچگاه از سطح معینی بالاتر یا پائین‌تر نخواهد رفت. پائین‌ترین سطح آب زیرزمینی هر منطقه را سطح آب دائمی آن منطقه می‌نامند.


دانلود کامل تمام لایه های مکانی آبخوان های ایران - Shapefile GIS

 

مقدمه

سفره آب یا آبخوان (به انگلیسی: Aquifer) قسمتی از پوستهٔ زمین است که سوراخ‌ها یا خلل و فرج سنگ‌های آن از آب مملو و اشباع شده باشد. معمولاً منافذ و سوراخ‌های سنگ‌ها بر اثر بارندگی‌های ممتد از آب پر شده و با رسیدن به سطح غیرقابل تراوشی مانند سنگ‌های رسی در همان‌ جا متوقف می‌گردد و به شکل چشمه‌سارهای مختلفی در سطح زمین آشکار می‌شود. بدیهی است متناسب با خارج شدن آب از این چشمه‌ها سطح آب‌های زیرزمینی افت کرده و پائین می‌رود. قاعدتاً سطح آب‌های زیرزمینی در فصل‌های مرطوب بالا آمده و برعکس در فصل‌های خشک پائین می‌رود ولی هیچگاه از سطح معینی بالاتر یا پائین‌تر نخواهد رفت. پائین‌ترین سطح آب زیرزمینی هر منطقه را سطح آب دائمی آن منطقه می‌نامند.


دانلود مطالعه-بررسی خالی‌شدن سفره‌های آب زیرزمینی


آب زیرزمینی - بزرگترین منبع آب شیرین در جهان- برای کشاورزی آبی و بنابراین امنیت غذا اهمیت حیاتی دارد. با این همه، خالی‌شدن سفره‌های آب زیرزمینی در سطح گسترده، هم در مناطق نیمه‌خشک و هم مرطوب جهان رخ داده است. برداشت بیش از اندازه آب زیرزمینی برای آبیاری در مناطقی که آب زیرزمینی به کُندی تجدید می‌شود، علت اصلی خالی‌شدن آبخوان‌ها به شمار می‌آید و تغییر اقلیم می‌‌تواند این مشکل را در برخی مناطق تشدید نماید. خالی‌شدن سفره‌های آب زیرزمینی، در بالاآمدن تراز دریا تأثیر داشته و به طور محسوسی از میانه قرن بیستم شتاب گرفته است. ولی اثرات برداشت بی‌رویه در مناطق مهم کشاورزی آشکارتر است. تولید غذا در این مناطق تنها در صورتی در بلندمدت پایدار خواهد ماند که ترازهای آب زیرزمینی تثبیت شود. بدین منظور، تغییر اساسی در نحوه‌ای که سیستم‌های آب زیرزمینی


روش تخمین ضرایب هیدرولیکی آبخوان


آزمایش های آبخوان (آزمایش های پمپاژ، آزمایش های اسلاگ و آزمون های سطح-ثابت) برای تخمین مقادیر مشخصه مکان برای خواص هیدرولیک آبخوان ها و آکیتاردها انجام می شود. با این حال، در شرایط خاص، اطلاعات مربوط به ویژگی های هیدرولیکی یک مکان ممکن است در صورت لزوم در دسترس نباشد. به عنوان مثال، مطالعات شناسایی یا محاسبات محدوده ممکن است نیاز به ارزش های هیدرولیکی قبل از تحقیق در محل داشته باشد.

در بخش های زیر ارزش های مقادیر موجود ضرایب هیدرولیکی برای هدایت هیدرولیکی افقی و عمودی، ضریب نگهداری، آبدهی ویژه و تخلخل ارائه شده است. اگر این اطلاعات مربوط به مکان مطالعه شما در دسترس نیست یا برای بررسی نتایج آزمایشات آزمایشگاهی به چنین اطلاعاتی نیازمند هستید، به این مقادیر در جداول زیر مراجعه کنید.


استفاده از مدل های WFLOW


ساختار دایرکتوری: موارد و اجرا

یک پرونده حاوی تمام اطلاعات مورد نیاز برای اجرای مدل است. موارد متعدد ممکن است در کنار یکدیگر در دایرکتوری های جداگانه وجود داشته باشد. این مدل تنها با یک مورد در یک زمان کار خواهد کرد. اگر هنگام شروع مدل هیچ موردی مشخص نشده باشد، پیش فرض (default_sbm یا default_hbv) در نظر گرفته می شود. در یک مورد خروجی مدل (نتایج) در یک پوشه جداگانه ذخیره می شود. این پوشه run نامیده می شود، که نشان داده شده با runId است. این ساختار در شکل بالا مشخص شده است. اگر میخواهید نتایج را ذخیره کنید و نتایج را از یک اجرا قبلی بازنویسی نکنید، runId جدید باید مشخص شود.


فرمولاسیون جریان XT3D و توانایی های MODFLOW-6


فرمولاسیون جریان XT3D

فرمول جدید جریان آب زیرزمینی به طور خاص برای مدل GWF در MODFLOW 6 طراحی شده است. این فرمول جدید جریان، گزینه XT3D نامیده می شود. گزینه XT3D توانایی های MODFLOW را گسترش می دهد و امکان شبیه سازی بی نهایت کامل سه بعدی را در شبکه های منظم یا نامنظم فراهم می کند به طوری که به درستی تانسور هدایت هیدرولیکی کامل سه بعدی در نظر گرفته شود. همچنین می تواند دقت شبیه سازی جریان آب زیرزمینی را در مواردی که شبکه مدل نقض الزامات خاص هندسی را نقض می کند، بهبود دهد. بنابراین، گزینه XT3D جایگزینی برای (Packet Correction Ghost-Node Correction (GNC است که برای MODFLOW-USG طراحی شده است.


کد MODFLOW-6 منتشر شد


این شکل یک شبکه مثلثی (مش) را نشان می دهد که در آن اندازه های سلول های مثلثی در مناطقی با شیب هیدرولیکی نسبتا بزرگ مانند اطراف خط ساحلی دریاچه، چاه های پمپاژ و در امتداد یک جریان کاهش می یابد. این نوع شبکه لایه ای را می توان با استفاده از Discretization by Vertices Package در MODFLOW 6. ارائه کرد.


MODFLOW یک مدل جریان آب زیرزمینی منبع باز است که توسط سازمان تحقیقات زمین شناسی ایالات متحده توزیع شده است. برای بیش از 30 سال، برنامه MODFLOW به طور گسترده ای توسط دانشگاهیان، مشاوران خصوصی و دانشمندان دولتی به طور دقیق، قابل اعتماد و موثر برای شبیه سازی جریان آب های زیرزمینی استفاده شده است. با توجه به رشد روزافزون در تعاملات سطحی و آبهای زیرزمینی، پالایش محلی با شبکه های غوطه ور و غیر ساختاری، جریان آبهای زیرزمینی کارست، حمل و نقل محلول و نفوذ آب شور، منجر به توسعه نسخه های متعدد MODFLOW شده است. اگر چه این نسخه های MODFLOW اغلب بر اساس نسخه اصلی MODFLOW (که قبلا MODFLOW-2005) بود، اغلب ناسازگاری هایی است که استفاده آنها را با سایر نسخه های MODFLOW محدود می کند. در بسیاری از موارد، توسعه این نسخه های MODFLOW جایگزین با توجه به ساختار برنامه پایه، برای شبیه سازی یک مدل جریان جریان آب زیرزمینی با استفاده از یک شبکه منظم MODFLOW که شامل لایه ها، ردیف ها و ستون ها بود، به چالش کشیده شد.


خطای Floating Overflow یا Error 72 مدل MODFLOW


گاها در هنگام مدل سازی و در مرحله واسنجی (نوعی بهینه سازی)، با خطای Floating Overflow برخورد می کنید. علت اصلی این خطا در نرم افزارها، تلفیق ارقام نامعقول پارامتری برای معادلات و در اینجا ماتریس های تفاضل محدود و یا الان محدود است. به این معنی که در توسعه مدل مفهومی، ارقام وارد شده ابتدایی برای پارامترهای آبخوان به شدت ناهمساز و نامرتبط بوده اند. 


پس پردازش نتایج مدل مادفلو در Python

پس پردازش نتایج

یک بار دیگر، می توانیم از فایل خروجی باینری MODFLOW، با استفاده از ماژول flopy.utils.binaryfile، سطوح آب را بخوانیم. همراه با Object HeadFile چندین روش وجود دارد که ما در اینجا استفاده خواهیم کرد: get_times لیستی از بارهای موجود در فایل head file را بازگرداند. get_data آرایه سطح سه بعدی را برای زمان مشخص بازگرداند. get_ts آرایه سری زمانی [ntimes، headval] برای سلول مشخص شده را برمیگرداند.

با استفاده از این روش، می توانیم نتایج حاصل از مدل ها، نمونه های سطح آب و هیدروگراف را ایجاد کنیم:


تئوری‌های مربوط به منشأ آب‌های زیرزمینی


برای منشأ آب‌های زیرزمینی تئوری‌های متعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است. قسمت بزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می‌رسد در زمین نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ‌ها و طبقات غیرقابل نفوذ مخازن آب‌های زیرزمینی را می‌سازند. این تئوری را نخستین بار فیزیکدانی فرانسوی به نام ماریوت، در قرن ۱۸ میلادی بیان گردید و پس از چندی لومونوسوف آن را تأیید کرد. با این توصیف که ترکیب شیمیایی این آب‌ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماند و بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می‌یابد. تئوری فوق مدتی مورد پذیش بود ولی در مورد آب‌هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند 


توسعه شرایط مرزی مدل MODFLOW با کد برنامه نویسی پایتون


تعریف دوره های تنش

برای ایجاد مدل با دوره های تنش های مختلف، ما نیاز به تعریف nper، perlen، nstp و steady داریم. این کار در بلوک زیر انجام می شود به طوری که به ما اجازه می دهد این متغیر را مستقیما به شیء تقسیم بندی منتقل کنیم:


کد پایتون مدل سازی مدل جریان گذرا آبخوان آزاد


در این مثال، ما مدل آموزش های قبلی را به یک مدل جریان غیرقابل کنترل و مداوم با مرزهای زمانی متفاوت تبدیل خواهیم کرد. به جای استفاده از سطح آب های ثابت برای مرزهای چپ و راست (با تنظیم ibound to -1)، ما از مرزهای سطح آب کلی استفاده خواهیم کرد. ما در این مدل باید شرایط زیر را در نظر داشته باشید:


شرایط اولیه - سطح آب 10.0 در همه جا یکسان است.

دوره 1 (1 روز) - حالت پایدار با مرحله چپ و راست GHB = 10.

دوره 2 (100 روز) - GHB سمت چپ با مرحله = 10، راست GHB با مرحله تعیین شده به 0.


اجرای مدل سازی MODFLOW با برنامه نویسی متن باز


اجرای مدل سازی

Flopy همچنین می تواند برای اجرای مدل مورد استفاده قرار گیرد. شی مدل (mf در این مثال) یک روش متصل دارد که مدل را اجرا می کند. برای این کار، برنامه MODFLOW باید در جایی در مسیر سیستم یا در داخل دایرکتوری کار قرار بگیرد. در این مثال، ما مشخص کرده ایم که نام برنامه اجرایی 'mf2005' است. برای اجرای این مدل زیر را امتحان کنید:


مدل سازی آبخوان با کد اسکریپت پایتون


بسته پایه

در گام بعد ما می توانیم جسم FloPy را ایجاد کنیم که MODFLOW Basic Pack را نشان می دهد. جزئیات در کلاس BAS فلاپی در: flopy.modflow.mfbas موجود است. برای این مدل ساده، مقادیر سطح پایه 10 و 0 به ترتیب به ستون اول و آخر مدل (در همه لایه ها) اختصاص داده می شود. کد پایتون برای انجام این کار:


ایجاد مدل MODFLOW با کد پایتون

ایجاد مدل MODFLOW

یکی از موارد مفید در مورد ایجاد مدل در پایتون این است که فرآیندی بسیار آسان داشته که با تغییر یک یا دو جزء، به طور کلی شبکه برای مدل شما را تغییر می دهد. بنابراین در این مثال، ما اسکریپت پایتون را طراحی می کنیم تا تعداد لایه ها، ستون ها و ردیف ها به راحتی تغییر کند.

ما می توانیم مدل MODFLOW بسیار ساده ای را تهیه کنیم که یک بسته پایه (BAS)، دیسک ورودی دیسکاوری (DIS)، بسته LPF یا package property، کنترل خروجی (OC) و حل کننده موتور گرادیان (PCG) را ایجاد کند. هر یک از این موارد فایل ورودی خود را دارد، که به صورت خودکار بوسیله FloPy ایجاد می شود.


راهنمای MODFLOW - مدل جریان ثابت حالت ماندگار


این مجموعه آموزشی در سایت بیسین نشان خواهد داد که استفاده از FloPy برای توسعه مدل MODFLOW ساده است. توجه داشته باشید که می توانید این اسکریپت آموزش داده شده در پایتون را از اینجا دریافت کنید.


شروع آموزش: مقدمه و نحوه فعال سازی

اگر FloPy به درستی نصب شده باشد، می توان آن را به صورت زیر وارد کرد:


کدنویسی مدل آب زیرزمینی MODFLOW با پایتون


FloPy چیست؟

بسته FloPy شامل مجموعه ای از اسکریپت های پایتون برای اجرای MODFLOW، MT3D، SEAWAT و دیگر برنامه های آب زیرزمینی مرتبط با MODFLOW است. FloPy شما را قادر می سازد تمام این برنامه ها را با اسکریپت های پایتون اجرا کنید. پروژه FloPy در سال 2009 آغاز شده و به یک مجموعه کامل از اسکریپت ها با پایگاه کاربری رو به رشد افزوده است. FloPy3 در دسامبر 2014 با چند پیشرفت عالی که FloPy3 را به مدل سازی پسرو سازگار می کند، منتشر شد. اولین تغییر قابل توجه این است که FloPy3 از همه جا در فهرست صفر استفاده می کند، بدین معنا که تمام لایه ها، ردیف ها، ستون ها و دوره های استرس شروع به صفر شدن می کنند. این تغییر برای سازگاری صورت گرفته بود، چون همه شاخصه های آرایه قبلا صفر بود (همانطور که همه آرایه ها در پایتون) بود. این ممکن است نسبتا به مقدار کمی به کار گرفته شده و استفاده شود، اما امیدوارم از آشفتگی در آتی جلوگیری شود. دومین تقویت قابل توجه در مورد توانایی های این کد، مشخص کردن شرایط مرزی متفاوت و متغیر است


درباره بهترين هاي بيسيـــن بدانيد...

Bird

يکي از مهمترين اهداف اين سايت تهيه آموزش هاي روان از ابزارهاي کاربردي علوم آب است.

اهميت مطالعات محيطي با ابزارهاي نوين در چيست؟

امروز با فارغ التحصيلي جمع کثير دانشجويان سالهاي گذشته و حال، با گذر از کمي گرايي ديگر صرف وجود مدارک دانشگاهي حرف اول را در بازار کار نمي زند؛ بلکه سنجش ديگري ملاک؛ و شايسته سالاري به ناچار! باب خواهد شد. يکي از مهم ترين لوازم توسعه علمي در هر کشور و ارائه موضوعات ابتکاري، بهره گيري از ابزار نوين است، بيسين با همکاري مخاطبان مي تواند در حيطه علوم آب به معرفي اين مهم بپردازد.

جستجو در بيسين


ابزارهاي نوين

بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

بیسین جهت ارائه مطالب و خدمات تخصصی در حیطه نرم افزارها و مدل های شبیه سازی مهندسی آب با رویکرد پژوهشی-آموزشی ایجاد شده است که توسعه خود را در گرو همکاری مخاطبان می بیند.

اطلاعات سايت

  • www.Basin.ir@gmail.com
  • بهزاد سرهادي
  • تاريخ امروز:
  • شناسه تلگرام: SubBasin
  • شماره تماس: 09190622992-098