نمونه هایی واقعی در زمینه چگونگی پاسخ سیستم آبهای زیر زمینی به تغییر در تقاضای پمپاژ

لانگ آیلند از شمال به مناطقی معروف به همان ناحیه آیلند، از شرق و جنوب به اقیانوس اطلس و از غرب به خلیج نیویورک و رودخانه شرق محدود شده است. لانگ آیلند به چهار شهرستان تقسیم شده است. دو شهرستان های غربی، تحت عنوان Kings و Queens، بخشی از شهر نیویورک است.

بارشی که منجر به ارتشاح و نفوذ آب می شود تنها منبع طبیعی لانگ آیلند برای آب شیرین است. زیرا سیستم آب زیرزمینی در قسمت پایین توسط سنگ بستر نسبتا نفوذ ناپذیر و در دو طرف توسط آب شور یا خلیج و اقیانوس (شکل زیر) محدود شده است. حدود نیمی از بارش منجر به تغذیه آب در سیستم آب زیرزمینی می شود. بقیه جریان نیز به عنوان رواناب سطحی به شکل مستقیم به رودخانه ها وارد شده و یا از طریق تبخیر و تعرق از دست داده می شود (کوهن و همکاران، 1968). بسیاری از بارش هایی که به آبخوان در بالاترین بخش محصور نشده  می رید به سمت جانبی حرکت کرده و در نهایت به رودخانه ها و اطراف بخش های آب شور تخلیه می گردد؛ باقی مانده تراوش به سمت پایین سبب تغذیه سفره های آب عمیق تر است.

مثال فرضی از چگونگی پاسخ سیستم آبهای زیر زمینی به تغییرات تقاضای پمپاژ

یک سیستم آب زیرزمینی که در آن تنها منبع طبیعی از جریان تغذیه بارش وجود دارد را در نظر بگیرید. مقدار جریان را نسبتا ثابت شده و پایدار می باشد. همچنین تصور کنید که منبع اصلی هر آب پمپ شده از این سیستم آب زیرزمینی از ذخیره حذف گردیده، کاهش تخلیه به جریان های سطحی وجود دارد، و آب که توسط گیاهان ریشه دار در نزدیکی سطح آب زیرزمینی تعرق می کند کاهش یافته است.

اگر سیستم آب های زیر زمینی شرح داده شده در بالا توانست به تعادل جدید پس از یک دوره از بین بردن آب ذخیره برسد، مقدار آب مصرف شده توسط آب کمتری از جریان اجزاء آب سطحی به تعادل رسیده است؛ و شاید، آب کمتری برای تعرق در دسترس پوشش گیاهی به عنوان عامل کاهش سطح آب خواهد بود. اگر استفاده مصرفی آب آنقدر بزرگ است که یک تعادل جدید نمی تواند حاصل شود، آب همچنان از ذخیره حذف خواهند شد. در هر صورت، آب کمتری برای کاربران آب سطحی در دسترس خواهد بود و منابع زیست محیطی وابسته به رودخانه ها است.

یک سیستم آب زیرزمینی متشکل از توده ای از جریانات آبی است که از طریق منافذ و یا ترک ها در زیر سطح زمین به وجود آمده است. این توده آب دائما در حرکت است. آب به طور مداوم توسط تغذیه از بارش به سیستم اضافه شده، و بعلاوه به طور مداوم به عنوان تخلیه به آب های سطحی و تبخیر و تعرق از آن سامانه خارج می شود. هر یک از سیستم های آب زیرزمینی منحصر به فرد است که در آن منابعی از مقدار جریان آب و از طریقی به مانند نرخ بارش، محل رودخانه ها و سایر نهادهای آب سطحی، و نرخ تبخیر و تعرق وابسته به عوامل خارجی مرتبط با آن وجود دارد. یک عامل مشترک برای تمام سیستم های آب های زیر زمینی با این حال، این است که مقدار کل ورودی آب و خروجی آب، که در سیستم ذخیره می شود باید حفظ شود. بررسی همه جریانات، خروجی، و تغییرات در ذخیره سازی این سامانه را بیلان آبی می نامند.

فعالیت های انسانی، مانند برداشت آبهای زیر زمینی و آبیاری، تغییر الگوی جریان طبیعی، و به طورکلی این تغییرات باید برای محاسبه بیلان آب لحاظ شوند. از آنجا که هر آبی که استفاده می شود باید از جایی آمده باشد، فعالیت های انسانی بر میزان و سرعت حرکت آب در سیستم، ورود به سیستم، و خروج از سیستم تأثیر مشخص خواهد داشت.

در راستای چاره‌اندیشی برای کنترل افت و کسری مخزن حادث شده در آبخوان‌ها، وزارت نیرو با تعریف طرح تعادل بخشی، تغذیه مصنوعی و پخش سیلاب در سال 84 برنامه‌های خود درزمینه بهبود وضعیت منابع آب زیرزمینی را آغاز کرد ولی با توجه به عدم حمایت دستگاه‌های دیگر که همکاری آنها در این زمینه الزامی است و همچنین نبود عزم جدی میان مقامات عالی کشور در سال های قبل و عدم تأمین اعتبار کافی، نتایج مطلوبی از طرح حاصل نشد.

مجدداً با فعال شدن شورای عالی آب در دولت یازدهم، وزارت نیرو برنامه‌های خود را در جلسه هشتم شورای عالی آب در سال 92 ارائه و ابتدا مصوبه‌ای تحت عنوان برخورد قانونی با برداشت‌های غیر مجاز و نهایتا تبدیل به طرحی شد تحت عنوان طرح احیا و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی کشور مشتمل بر 15 پروژه که در جلسه پانزدهم شورای عالی آب کشور در تاریخ 25 شهریور 93 تصویب شد و در کنار این طرح تکالیفی نیز برای برای وزارت خانه‌های نیرو، جهاد کشاورزی، صنعت، معدن، تجارت و کشور مشخص شد.

مدیریت چاه های مشاهده ای و پیزومترها عبارت است از سیاست گذاری و ارائه روش های صحیح و اصولی و نیز کنترل صحت انجام اندازه گیری ها و نظارت بر طراحی ، بهره برداری و نگهداری از شبکه چاه های مذکور.

• نظارت بر طراحی و اجرای شبکه.
• نظارت بر جمع آوری آمار و اطلاعات آب زیرزمینی.
• نظارت بر تهیه نقشه موقعیت چاه های مشاهده ای موجود.
• نظارت بر انتخاب چاه های مشاهده ای موجود (چاه های مشاهده ای ممکن است به صورت موقت انتخاب شوند).
• نظارت بر اعمال ضوابط طراحی شبکه چاه های مشاهده ای و پیزومترها.
• نظارت بر اجرای صحیح حفاری چاه های مشاهده ای و پیزومترها.
• نظارت بر ترازیابی چاه های مشاهده ای و پیزومترها و کنترل صحت آن ها.
• نظارت بر تجهیز چاه های مشاهده ای و پیزومترها و کنترل صحت آن ها شامل: لوله جدار، مهار چاه و درپوش مناسب به شکلی که اندازه گیری سطح آب، لایروبی و پمپاژ آن ها ممکن باشد.
• نظارت بر رعایت حریم چاه های مشاهده ای و پیزومترها در ارتباط با حفر چاه های بهره برداری.

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.

سیستم آنلاین توسعه و مدیریت داده های منابع آب و محیطی

HydroManager یک سیستم توسعه منابع آب مبتنی بر وب و داده هایی مدیریتی که دسترسی متمرکز و امنی را به تولیدات آب و داده های نظارتی از طریق اینترنت ایجاد می نماید، است. HydroManager با ترکیب پایگاه داده های سطحی و زیرزمینی با ابزارهای تخصصی تحلیلی، سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری و ساده در استفاده و همچنین رابط کاربری وب آنلاین، برای سازمان های آب، آب و برق، سازمان های دولتی، مدیران معدن، و پروژه های نفت و گاز نامتعارف، یک سیستم قابل اعتماد و موثر و کارآمد مدیریتی منابع آب را فراهم می کند.

دسته بندی کلی انواع عدم قطعیت.

کلیات عدم قطعیت در منابع آب

پیامد ها یا پدیده هایی که پیش بینی دقیق آن ها ممکن نیست، وقایع ریسکی یا وقایع غیر قطعی نامیده می  شوند. عبارت ریسک اغلب برای توصیف شرایطی به کار می  رود که برای تعریف درست نمایی پدیده  ها یا پیامد  های مختلف، مقدار احتمالات در دسترس باشند. اگر احتمالا پدیده ها یا پیامد های مختلف قابل کمی  کردن نباشند یا پدیده  های پیش بینی پذیر نباشند، به آن ها غیر قطعی می  گویند. عدم قطعیت در اطلاعات، امری ذاتی در فعالیت  های برنامه ریزی مربوط به آینده است. این امر از اطلاعات ناکافی و فرضیه  های نادرست و همچنین از تغییر پذیری فرآیند های طبیعی طی زمان و مکان ناشی می  شود. مدیران آب اغلب نیاز دارند عدم قطعیت و تغییرات در مقادیر شاخص کارایی سامانه را به دلیل هر تغییری در داده های ورودی و مقادیر پارامتر های ممکن که پیش بینی شده اند، تعیین کنند. آن ها باید این سطح عدم قطعیت را برای توسعه کاربردی طرح  های مهندسی تعدیل کنند.

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. 

نرم افزار Visual HELP، یک ابزار استاندارد بین المللی برای مدل سازی هیدرولوژی محل های دفن زباله و برآورد نرخ تغذیه آب های زیرزمینی است. در واقع نرم افزاری برای بهینه سازی هیدرولوژیک محل دفن طراحی - بر اساس برنامه HELP است.

می توان گفت نرم افزار Visual HELP پیشرفته ترین محیط مدل سازی هیدرولوژیکی در دسترس برای طراحی محل های دفن زباله، پیش بینی mounding شیرابه و ارزیابی نشت شیرابه بالقوه به سطوح آب های زیرزمینی است. * توجه داشته باشید: مجوز شبکه برای این کالا در سایت شرکت سازنده موجود نمی باشند.

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.

کلیات

آب منبعی تجدید شوند است که به طور طبیعی از چرخه هیدرولوژیک پیروی می کند. چرخه هیدرولوژیک اساس فرآیندی پیوسته و بدون آغاز و پایان است که می توان آن را یک سامانه نامید. به عبارت دیگر، یک سامانه، مجموعه عوامل و اجزایی است که هر کدام به طور مستقل عمل می کند، ولی نتایج ناشی از عمل هر جزء به طور متقابل بر جزء دیگر اثر می گذارد. هر سامانه با ویژگی -های ذیل تعریف می گردد:

• مرز سامانه   که اجزای مرتبط با آن سامانه را از سایر اجزای متعلق به محیط اطراف جدا می -کند.
• نحوه ارتباط متقابل اجزای یک سامانه با ورودی ها و خروجی های آن.
• بازخورد سامانه   که نحوه تعامل ورودی و خروجی های سامانه با محیط اطراف را نشان می دهد.

تعریف شبکه توزیع

شبکه توزیع عبارت است از مجموعه تاسیساتی که در کنار هم امکان توزیع و هدایت آب را از محل ذخیره یا تولید به طرف مصرف کنندگان (مشترکین) به مقدار لازم و با حداقل فشار مورد نیاز فراهم می سازد و آب را به محل مشترکین توزیع می کند. به طور کلی اجزای یک شبکه توزیع شامل خطوط یا خط لوله کلیدی خروجی از مخزن یا مخازن مختلف، لوله ه ای اصلی تشکیل دهنده ساختار اصلی شبکه و نیز خطوط لوله فرعی که آب را به نقاط مصرف توزیع کرده و در انتهای آن انشعابات مشترکین می باشد که آب را از خطوط لوله فرعی در اختیار مصرف کننده قرار می دهد. معمولا با توجه به وسعت و اهمیت شبکه و تراکم جمعیت و تعداد مشترکین، لوله های اصلی و فرعی از هم تفکیک می شوند. در کنار خطوط لوله مختلف، تجهیزات دیگری از جمله: تلمبه ها، شیرآلات مختلف، اتصالات و حوضچه های مختلف زیرزمینی نیز وجود دارند که نقش حفاظت و کنترل فشار و جریان آب را در شبکه توزیع به عهده دارند. این تجهیزات، عملیات راهبری، نگهداری و تعمیرات را به خصوص در زمان بروز حوادث تسهیل می کنند. در این بخش ضوابط طراحی شبکه توزیع و نکات و اصولی که باید مدنظر قرار گیرد به شرح زیر ارائه می شود.

یکی از مهم ترین منابع آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی، انتشار تصادفی آلاینده ها به منابع آب می باشد که به کرات در نقاط مختلف دنیا و هم چنین در ایران در خلال سال های گذشته رخ داده است. یکی از مهم ترین ارکان مدیریت ریسک منابع آب، شناسایی نوع و ماهیت آلاینده ها و رفتار آن ها در محیط های آبی است تا براساس آن ها بتوان راهکارهای مشخصی برای رویاروی با شرایط بحرانی اتخاذ کرد. البته باید متذکر شد نمی توان بین آلاینده های ناشی از حوادث و آلاینده های متعارف منابع آب تمایز مشخصی قایل شد، زیرا دامنه بروز این گونه حوادث بسیار گسترده بوده و می تواند در یک باز زمانی کوتاه یا طی یک فرایند زمانی طولانی باعث آلودگی منابع آب گردد. به همین دلیل نیز در این قسمت تلاش شده تا حتی المقدور آن دسته از آلاینده ها را که احتمال می رود دارای منشاء حوادث باشند را شناسایی و طبقه بندی کرد.

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:

کلمه فرسایش که در انگلیسی و فرانسه به آن اروژن و اروزیون می گویند از ریشه لاتین ارودری به معنی ساییدگی است و عبارت است از ساییده شدن سطح زمین. به طور کلی فرسایش به فرآیندی گفته می شود که طی آن ذرات از بستر اصلی خود جداشده و به کمک یک عامل انتقال دهنده به مکانی دیگر حمل می شود. در صورت یکه عامل جدا کننده ذرات از بستر و انتقال آنها آب باشد به آن فرسایش آبی گفته می شود.

عوامل موثر در فرسایش آبی

عوامل اقلیمی

در بین عوامل اقلیمی باران، تگرگ، برف، یخبندان، دما و باد می توانند از عوامل موثر در ظهور فرسایش آبی باشند.

روش مونت کارلو یک روش مرسوم برای آنالیز عدم قطعیت در مدل های عددی پیچیده است. این روش یک روش استوکستیک است و به کار گیری آن منوط به داشتن اطلاعات کافی در مورد دانش متغیرهای تصادفی و روش استوکستیک می باشد. در این روش فرض می شود که هر پارامتر ورودی در مشاهدات و اندازه گیری ها یک متغیر تصادفی است که دارای یک تابع توزیع احتمال و یک تابع تجمعی احتمال می باشد (شکل را مشاهده کنید) الگوریتم روش مونت کارلو در شکل زیر نشان داده شده است.

لزوم ارزیابی عدم قطعیت

هدف اصلی اجرای مدل های آب های زیرزمینی پیش بینی وضعیت سامانه در آینده می باشد. این پیش بینی معمولا با عدم قطعیت های ذاتی همراه است، زیرا الگوریتمی که برای مدل سازی انتخاب می شود با آنچه در طبیعت اتفاق می افتد دقیقا یکی نیست و به علاوه در تبدیل الگوریتم به یک نرم افزار فرضیاتی وجود دارد. حتی در مدل های خیلی پیچیده با واسنجی خوب، در اطلاعات و ورودی هایی که برای مدل سازی استفاده می شود، عدم قطعی تهایی وجود دارد. به عنوان مثال در شرایط مرزی اعمال شده به مدل و همچنین پیش بینی رژیم آب و هوایی و تغییرات در تناوب آبیاری عدم قطعیت هایی وجود دارد. با توجه به آنچه ذکر شد، ارائه عدم قطعیت در پیش بینی نتایج هر مدل با توجه به اهداف خاص آن الزامی است.

توقف روند مصرف و برداشت بی‌رویه آب؛ راهکار جلوگیری از فرونشست دشت‌های کشور

با شیوه‌هایی که برای احیا و تعادل بخشی آبخوان‌ها به‌کار می‌بریم، بایستی نخست، برداشت‌ها کنترل شود تا در سطح تجدیدشوندگی بتوانیم با تغذیه مصنوعی، منابع آبی زیرزمینی را تجدید و احیا کنیم.

کارشناس بخش برنامه‌ریزی کلان آب و آبفای وزارت نیرو گفت: راهکار متوقف کردن فرونشست در دشت‌های کشور توقف روند رو به رشد مصرف و برداشت آب و دادن فرصت تجدیدشوندگی برای احیای آب‌خوان است.

مهندس "بهیه جعفری بی‌بالان" رئیس گروه دفتر برنامه‌ریزی کلان آب و آبفای وزارت نیرو در گفت‌و‌گو با پایگاه اطلاع‌رسانی وزارت نیرو (پاون) در خصوص راه‌های مقابله با فرو نشست دشت‌های کشور گفت: طرز قرار گرفتن خاک دانه‌ها با خلل و فرجی که دارند باعث ایجاد آبخوان‌ها و جریان آب در آن‌ها می‌شود و استفاده بیش از حد از منابع آب زیرزمینی باعث خواهد شد، طرز قرار گرفتن خاک‌دانه‌ها بهم بخورد، در نتیجه خاکدانه‌ها به‌هم فشرده می‌شوند.