به طور معمول هنگامی که MODFLOW را از GMS اجرا می کنید، GMS نسخه MODFLOW را که در کادر محاوره MODFLOW Global / Basic Package (در زیر نشان داده شده است) اجرا می کند. نسخه های MODFLOW موجود در این گفتگو همان مواردی هستند که با نصب ساختاری GMS حمل می شوند.

برآورد پارامتر با استفاده از PEST می تواند در تفسیر داده ها، کالیبراسیون مدل و تجزیه و تحلیل پیش بینی کمک کند. PEST می تواند کارهای زیادی برای پروژه شما انجام دهد. از آنجا که مبانی کاربرد PEST بسیار زیاد است، برای اولین بار ما آموزش ها و مقالاتی ما ارائه می دهیم تا راهنمایی شما در استفاده از PEST با GMS باشد.

این پست علاوه بر منابع موجود در آموزش ها و ویکی، برخی از راهنمایی های مفید را برای برخی از کاربران ارائه می کند.

ماژول Gempy به عنوان کتاب منبع باز پایتون برای تولید مدل های زمین شناسی ساختاری کامل 3D است. این کتابخانه کامل برای ایجاد مدل های زمین شناختی از interfaces، گسل ها و جهت گیری های لایه است، همچنین توالی لایه های زمین شناسی را برای نشان دادن نفوذ و خطاهای سنگ انجام می دهد.

الگوریتم برای مدل سازی زمین شناسی مبتنی بر واسنجی cokriging جهانی با حمایت از کتابخانه های ریاضی Python تحت عناوین Numpy، PyMC3 و Theano است.

آبخوان ها می توانند متخلخل، شکسته یا کارستی باشد. با توجه به تنظیمات زمین شناسی و فرآیندهای مربوط به تشکیل رسانه متخلخل، این مورد می تواند درجه بالایی ناهمگونی را نشان دهد که بر الگوهای آب های زیرزمینی و انتقال و توزیع آلاینده تأثیر می گذارد.

آلاینده ها برای منابع puntual / aerial با ناهمگونی ها و ناهنجاری های آبخوان روبرو می شوند. شناخت و مفهوم سازی توزیع واحدهای هیدروژئولوژیکی مختلف و خواص آنها در زیر زمین یک چالش برای هیدروژئولوژیست، مدلسازان عددی و متخصصان اصلاح است.

ساخت مدل های هیدروژئولوژیکی می تواند وقت زیادی برای ساخت و ساز، تجسم نتایج و کالیبراسیون را استفاده کند. مهم است که از ابزارهایی استفاده کنید که می توانند این کارها را بهینه سازی کنند و در زمان صرفه جویی کرده و در تجزیه و تحلیل سیستم آن را به کار گیرید.

در این فرصت ما Flopy را برای تکرار یک مدل حمل و نقل 2D از یک پست قبلی استفاده خواهیم کرد  با مجموعه ای متنوع از اسکریپت های پایتون است که می تواند برای اجرای MODFLOW و MT3D، از جمله برنامه های زیرزمینی مرتبط با MODFLOW، به روش ساده و کارآمد مورد استفاده قرار گیرد.

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.

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:

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

مقدمه

GMS (سیستم مدل سازی آب های زیرزمینی) یک برنامه کامل برای ساخت و شبیه سازی مدل های آب زیرزمینی است. از ویژگی های آن ساختار 2D و 3D زمین آمار، مدل سازی چینه شناسی و رویکرد مدل مفهومی منحصر به فرد و قدرتمند است. مدل های حال حاضر پشتیبانی شده عبارتند از MODFLOW، MODPATH، MT3DMS، RT3D، FEMWATER، SEEP2D و UTEXAS.

از نسخه 6 معرفی شده به بعد استفاده از فرمت XMDF (گسترش مدل فرمت داده) مقدور شده است، که یک فرمت سازگار از HDF5 می باشد. هدف از این قابلیت این است که اجازه ذخیره سازی داخلی و مدیریت داده ها در یک فایل HDF واحد را می دهد، که در واقع به جای استفاده از بسیاری از فایل های Flat می باشد.

هدایت هیدرولیکی رسوبات و لایه های زمین شناسی

خصوصیات هیدرودینامیکی لایه ها شامل هدایت آبی، ضریب انتقال، ضریب ذخیره یا آب دهی ویژه می شوند. خصوصیات هیدرودینامیکی لای هها که پارامترهای هیدرولیکی آبخوان نیز نامیده می شوند، بیانگر چگونگی جریان آب زیرزمینی در لایه ها و هم چنین تغییرات سطح ایستابی و سطح پیزومتری به ترتیب در آبخوان های آزاد و محبوس م یباشند. در حقیقت این پارامترها مهم ترین ویژگ یهای آبخوا نها هستند که برآورد دقیق آنها در حل مسایل مختلف هیدروژئولوژیکی بسیار حائز اهمیت می باشد. روش های مختلفی برای برآورد این ضرایب وجود دارد که از جمله می توان به استفاده از فرمول ها، روش های آزمایشگاهی، روش ردیابی، روش چاهک آزمایش، و روش آزمایش پمپاژ می باشد. دقیق ترین و رایج ترین روش تعیین خصوصیات هیدرودینامیکی آبخوان ها استفاده از روش آزمایش پمپاژ است.

چگونگی تهیه نقشه هم پتانسیل آب زیرزمینی را با استفاده از ارتفاع سطح آب زیرزمینی در سه پیزومتر

اندازه گیری های مربوط به ارتفاع سطح آب در پیزومترها به عنوان اساس تعیین جهت جریان آب زیرزمینی مورد استفاده قرار می گیرند. برای این منظور باید نقشه های هم پتانسیل یا ایزوپیز تهیه شود. برای تهیه نقشه های هم پتانسیل آب زیرزمینی تعدادی پیزومتر در آبخوان حفر می شود که باید توزیع نسبتا یکنواختی در منطقه مورد نظر داشته باشند. با داشتن حداقل سه پیزومتر در هر منطقه می توان خطوط تراز آب زیرزمینی را ترسیم نمود. به منظور تهیه نقشه هم پتانسیل، محل پیزومترها بر روی نقش های با مقیاس مناسب ترسیم می شود (برای مثال در دشت ها مقیاس مناسب اغلب یک به 50000 می باشد).

در آب های زیرزمینی کالیفرنیا که برای عرضه عمومی و تأمین آب مورد استفاده است؛ آلاینده های طبیعی رایج تر از آلاینده های بشری هستند. در نتیجه گیری از یافته های یک مطالعه ده ساله توسط دانشمندان زمین شناسی ایالات متحده این امر ثابت گردیده است. در این مطالعه، کیفیت تقریبا تمام آب های زیرزمینی که برای تامین عمومی در کالیفرنیا استفاده می گردد، مورد بررسی واقع شده و این ارزیابی جامعی از آب های زیرزمینی نسبت به هر کشور دیگری تا به امروز است. آب های زیرزمینی در حدود یک سوم از آب آشامیدنی کالیفرنیا در یک سال نرمال را شامل می شود، اما بیشتر در شرایط خشکسالی از آن بهره برداری می شود.

بر خلاف دیگر ارزیابی های منطقه ای، USGS مساحت و سکنه را به نوعی در شاخص کیفیت آب زیرزمینی گنجانیده است، به این ترتیب در این رویکرد تصویر دقیق تری از منطقه بدست داده که در مقیاس های متعدد قابل اجرا است. اندازه گیری آلاینده ها با توجه به جمعیت بسته به آب های زیرزمینی، و به اندازه منطقه آسیب دیده وزن شده اند. در این مطالعه از داده های بیش از 11000 چاه تامین عمومی در کالیفرنیا استفاده شد، از جمله 2400 نمونه توسط USGS، به منظور ارزیابی نزدیک به 200 آلاینده طبیعی و ساخته دست بشر در آب های زیرزمینی که درمان نشده است.

سه روش برای تولید مدل سازی تصادفی در GMS  با استفاده از MODFLOW در ورژن  2000 یا 2005 وجود دارد. اول، پهنه بندی پارامتر با استفاده از هر یک از روش نمونه گیری تصادفی، نمونه برداری مکعب لاتین، و یا زمینه گاوسی برای تولید نتایج مختلف می باشد. روش دوم استفاده از شبیه سازی شاخص های تولید شده توسط ابزار T-PROGS می باشد. سوم، روش فضایی تهی مونت کارلو (NSMC) است؛ که به تولید مدل های متعدد با مجموعه های مختلف از پارامترها اقدام می کند (در GMS 9.0 و ورژن های بعد از آن).

پس از تولید نتایج شبیه سازی تصادفی، کاربر می تواند این نتایج را با استفاده از جستجوگر پروژه بررسی کرده و ببینید. کاربر همچنین می تواند نتایج را با استفاده از Wizard و یا ابزار تجزیه و تحلیل آماری به منظور بررسی ریسک راه حل های تصادفی اصلاح نماید.

داده های اولیه و توسعه مدل آبخوان

به منظور توسعه و آماده سازی سامانه های پیچیده جریان به داده های با وضوح بالا نیاز است.

در سال 1988، شرکت DuPont با تکمیل تحقیقات آب های زیرزمینی در دوپانت بل در غرب ویرجینیا، تشخیص داد که به منظور اقناع سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده در حفاظت از منابع و قانون بهبود (RCRA) به مجوز اقدامات اصلاحی و  تسهیلات ویژه ای نیاز است. تمرکز تحقیقات بر تعدادی از واحد های مدیریت مواد زائد جامد با سابقه مورد استفاده، در منطقه کوهستانی 600 هکتاری در مجاورت یک کارخانه بود. این کار توسط شرکت DuPont و بخش گروه بازسازی شرکت (DCRG) و مشاوران URS انجام شد.

پس از نصب تعدادی از چاه مانیتورینگ سنتی در سایت، این موضوع برای دانشمندان پروژه مشخص شد که به داده های بیشتر و بهتری برای به درستی توصیف کردن سیستم جریان آب زیرزمینی پیچیده نیاز است.

گرچه طراحی شبکه مدل به ظاهر ساده به نظر می رسد، ولی به دلیل این که یکی از حساس ترین مراحل مدل سازی، شبکه بندی منطقه مطالعاتی است، در زیر نکات اساسی و کاربردی در تعیین اندازه شبکه ذکر شده است:

- حتی الامکان شبکه ها طوری طراحی شوند که تمام محدوده مطالعاتی را در بر گیرند. معمولا هرچقدر وسعت منطقه مدل بزرگ تر باشد فواصل شبکه بندی بزرگ و هرچه دقت بیش تر مورد نیاز باشد، شبک هها کوچک انتخاب م یشوند.

- هرچه اطلاعات و آمار ورودی مدل از نظر توزیع مکانی در دسترس باشد و کیفیت این آمار نیز در حد قابل قبول باشد، در این صورت برای اخذ نتایج بهتر، می توان ابعاد شبکه ها را کوچک تر انتخاب کرد.

سابقه‌ی مدلسازی

سابقه‌ی مدلسازی بسته به تعریفی که از مدل می‌توان ارائه نمود متفاوت بوده، اما عمده مدلسازی به مفهوم امروزی مربوط به سالهای دهه 1950 به بعد می‌باشد. که از روش‌های عددی خصوصاً تفاضل و المان‌های محدود برای حل معادلات جریان و انتقال به کرات استفاده شده و برنامه‌های کامپیوتری متعددی برای حل این معادلات نوشته شده است. همزمان با توسعه علم کامپیوتر، برنامه‌های مذکور هم از نظر روش‌های حل دستگاه معادلات جبری حاصله، هم از جهت قدرت اعمال شرایط مرزی گوناگون، هم از نظر ساده تر کردن مراحل اعمال ورودی‌ها و دریافت خروجی‌ها وغیره به حد بسیار مناسبی ارتقاء یافته‌اند. 

با در نظر گرفتن مدل مفهومی آبخوان، تعیین روش حل معادلات، انتخاب نرم افزار مناسب و ورود داده ها، مدل راه اندازی می شود که اگر معادله پایه جریان آب زیرزمینی را در نظر بگیریم.

حوادث و سوانح انسان ساخت

انواع حوادث و سوانح غیرطبیعی یا انسان ساخت نیز براساس فعالیت های متنوع انسانی از تنوع بسیاری برخوردار  می باشند. این موارد شامل؛ ریزش ساختمان، انفجارات شیمیایی، ریزش یا نشست معدن، آلودگی جوی، سوانح هوایی، سوانح دریایی، سوانح زمینی، سوانح خانگی، آتش سوزی، انفجارات و آزمایشات اتمی، جنگ، آلودگی نفتی، سوانح تکنولوژی-صنعتی، آلودگی های شیمیایی و پسماندهای خطرناک می باشد.براساس آمار موجود در بانک بین المللی اطلاعات سوانح (www.em-dat.net)، لودگی آب های سطحی و زیرزمینی، آلودگی هوا، فرسایش خاک و بیابان زایی از جمله آسیب هایی است که جامعه صنعتی در محیط زیست وارد می سازد. فعالیت هاى انسانى تاثیر عمیق و عمده اى بر روى منابع آبى دارند. همراه با افزایش جمعیت، اقتصاد نیز توسعه مى یابد، هرچند که رشد اقتصادى مى تواند همراه و همگام با حفاظت و بازسازى محیط زیست باشد اما سبب تغییر دو پارامتر عمده یعنى آب و زمین مى شود. دراین بخش از بین فعالیت های انسانی که منجر به آلودگی منابع آب می شوند، حوادث حمل و نقل مواد، خرابی تاسیسات و تجهیزات و دفن و انتشار مواد زاید خطرناک مورد بررسی قرار می گیرند.

مسایل بهره برداری از منابع آب جهان فقط به مصرف نادرست آن برنمی گردد. گاهی انسان با کارهای نادرستش ماهیت آب را تغییر می دهد که به آن آلودگی آَب می گویند. آلودگی آب، تغییرات فیزیکی، شیمیایی و زیستی (میکروبی) را شامل می شود. آلودگی آب ها یکی از عمده ترین معضلات جوامع بشری امروز محسوب می شود. این مساله علاوه بر این که در سلامت انسان ها تاثیر مستقیم دارد، اکوسیستم محیط های آبی را برهم می زند. برای دستیابی به یک فهرست مشخص از انواع آلاینده های ناشی از حوادث، شناخت یک حادثه دارای اهمیت می باشد.

براساس یک تعریف، از نگاه کلی، حوادث آلودگی محتمل در منابع آب کلا به دو دستۀ سوانح طبیعی و حوادث ناشی از فعالیت های انسانی تقسیم می شوند در جدول زیر فهرست انواع سوانح آلودگی منابع آب آورده شده است:

این نرم افزارها و مواد مرتبط (داده ها و اسناد و مدارک) توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) جهت منافع عمومی و پیشرفت علم استفاده کنندگان در دسترس قرار گرفته است. شما ممکن است، بدون هیچ گونه هزینه یا با پرداخت هزینه از این ابزارها استفاده، کپی برداری، اصلاح، یا توزیع توسط یک نرم افزار و هر آثار مشتق شده از آن، و اسناد آن نمایید. این موضوع را با توجه به حقوق نرم افزاری USGS کاربران، باید بررسی کنید.

شما می توانید دیگر نسخه های الکترونیکی و یا چاپی گزارش USGS و اسناد و مدارکی که در توزیع نرم افزار گنجانده شده است از اینجا دریافت کنید.

GMS (سیستم مدل سازی آب های زیرزمینی) یک برنامه کامل برای ساخت و شبیه سازی مدل های آب زیرزمینی است. از ویژگی های آن ساختار 2D و 3D زمین آمار، مدل سازی چینه شناسی و رویکرد مدل مفهومی منحصر به فرد و قدرتمند است. مدل های حال حاضر پشتیبانی شده عبارتند از MODFLOW، MODPATH، MT3DMS، RT3D، FEMWATER، SEEP2D و UTEXAS.

از نسخه 6 معرفی شده به بعد استفاده از فرمت XMDF (گسترش مدل فرمت داده) مقدور شده است، که یک فرمت سازگار از HDF5 می باشد. هدف از این قابلیت این است که اجازه ذخیره سازی داخلی و مدیریت داده ها در یک فایل HDF واحد را می دهد، که در واقع به جای استفاده از بسیاری از فایل های Flat می باشد.