آبهای زیرزمینی منبع مهم آب شیرین برای تامین آب خانگی و آبیاری کشاورزی است. آبهای زیرزمینی حدود 38 تا 50 درصد از نیاز آبی جهانی آبیاری را تشکیل می دهند و تا حدی نیازهای داخلی یک سوم تا نیمی از جمعیت جهان را برآورده می کند. آبهای زیرزمینی همچنین به عنوان یک بافر مهم برای ارضای نیازهای انسانی و کشاورزی در طول خشکسالی عمل می کند. با این حال، پمپاژ شدید منجر به کاهش قابل توجه سطح آبهای زیرزمینی در چندین منطقه، اغلب نیمه خشک تا خشک، در جهان شده است. نمونه هایی از این مناطق شامل بخش هایی از استرالیا، دره مرکزی کالیفرنیا، شمال شرقی چین، شمال غربی و شمال شرقی هند، خاورمیانه و فلات تبتی است به این کاهش منابع آب زیرزمینی، همراه با خشکسالی های متوسط ​​تا شدید، خطرات قابل توجهی برای امنیت آب و غذا به همراه دارد. علاوه بر این، ماهیت ناپایدار آن می تواند منجر به تأثیرات گسترده ای از جمله درگیری بر سر منابع آب شود. پیامدهای زیست محیطی شامل نفوذ آب دریا، فرونشست سطح زمین، کاهش جریان آب، افت کیفیت آب، از دست رفتن چشمه ها و تالاب ها و تخریب زیست محیطی است.

تعاملات انسان و محیط زیست در گسترش خشکسالی

مثالهای ذکر شده در بالا نشان می دهد که خطر خشکسالی، فعالیتهای انسانی، مدیریت خشکسالی و اثرات خشکسالی به شدت در هم تنیده شده اند و خشکسالی ها را نمی توان خطرات کاملاً طبیعی تلقی کرد. به عنوان مثال، کمبود آب زمانی رخ می دهد که تقاضای آب بیشتر از میزان دسترسی به آب باشد - وضعیتی که می تواند در صورت کمبود آب (خشکسالی) یا زمانی که تقاضای زیادی وجود دارد (به عنوان مثال در موج گرما) ایجاد شود. علاوه بر این، یکی از اهداف مدیریت آب از نظر تاریخی کاهش خشکسالی با تمرکز بر ذخیره آب برای غلبه بر دوره های خشک و تأمین آن در مناطق خشک بوده است. با این حال، پیامدهای ناخواسته ای از فعالیت های انسانی بر خشکسالی وجود دارد، به عنوان مثال، اثرات تغییر کاربری زمین و برداشت بیش از حد آب. سیستم های اقتصادی اجتماعی تحت تأثیر خشکسالی قرار دارند و همچنین محرک خشکسالی هستند. بخش 1.3 در زیر این تأثیرات را مورد بحث قرار می دهد. درک و افزایش آگاهی از نقش جامعه به عنوان محرک خشکسالی و تعاملات پیچیده بین جامعه و خشکسالی برای کاهش اثرات خشکسالی بسیار مهم است.

MODFLOW یک نرم افزار محبوب مدل منبع آب زیرزمینی محبوب است که توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده تهیه و پشتیبانی و نگهداری می شود. برنامه MODFLOW که اولین بار بیش از 35 سال پیش منتشر شد، به مجموعه نرم افزاری غنی برای شبیه سازی جریان آب زیرزمینی، انتقال املاح و طیف وسیعی از سایر فرآیندهای مربوط به آبهای زیرزمینی تبدیل شده است.

2. مدل سازی

CLSM با استفاده از سه متغیر حالت، تغییرات ذخیره آب زیرسطحی ناشی از فعل و انفعالات زمین و جو (بارش و ET) را شبیه سازی می کند: مازاد سطح و مازاد منطقه ریشه، که نشان دهنده رطوبت بیش از حد خاک نسبت به حالت تعادل در لایه سطحی (0-2 سانتی متر است) زیر سطح و منطقه ریشه (0-100 سانتی متر) به ترتیب و کسری حوضه آبریز که نشان دهنده مقدار آب مورد نیاز برای رساندن پروفیل به اشباع است (Koster و همکاران، 2000). CLSM همچنین تغییرات برف فصلی را در سه لایه برفی شبیه سازی می کند. CLSM تغییرات سطح آب را مدل نمی کند. در عوض، ذخیره آب زیرزمینی با کم کردن آب ذخیره شده در منطقه ریشه از آن ذخیره شده در پروفیل (که می تواند از کسری حوضه آبریز و سایر پارامترهای مدل محاسبه شود)، که ظرفیت آن توسط پارامتر عمق بستر CLSM تعیین می شود، حاصل می گردد. عمق بستر به دنیال مطالعات Houborg و همکاران (2012) به طور یکنواخت 2 متر افزایش یافت. که نشان داد با استفاده از عمق سنگ بستر اصلی، TWS شبیه سازی شده CLSM اغلب در جنوب غربی ایالات متحده به یک حد پایین تر نزدیک می شود، به طوری که قادر به نشان دادن شرایط شدید خشکسالی نیست. به غیر از این، مدل برای این مطالعه اصلاح یا کالیبره نشده است. از آنجایی که CLSM از عمق سطح آب واقعی یا ضخامت های آبخوان به عنوان پارامترهای ورودی استفاده نمی کند، ذخیره آب زیرزمینی شبیه سازی شده آن (نه مانند مدل پویا) منعکس کننده پارامترهای مدل (از جمله عمق بستر) است. بنابراین، فقط ناهنجاری های ذخیره آب زیرزمینی، نه مقدار کل ذخیره آب زیرزمینی یا عمق سطح آب، با اندازه گیری های محلی قابل مقایسه است.

آیا شما در پروژه آبهای زیرزمینی GMS خود مکانی دارید که شما را ملزم به بزرگنمایی و کاهش مکان خاصی کند؟ گاهی اوقات ممکن است مجبور شوید که همان منطقه را در پروژه قرار دهید و آن قسمت را با استفاده از ابزار بزرگنمایی به صورت دستی بزرگنمایی کنید، خسته کننده است. ابزارهای حاشیه نویسی راهی برای سهولت این روند ارائه می دهند.

آژانس بین المللی انرژی هسته ای آموزش و پشتیبانی را به آزمایشگاه هایی که آبهای زیرزمینی را کنترل می کنند ارائه می دهد. تشخیص سن آبهای زیرزمینی مدرن (تا 60 سال) با استفاده از تریتیوم در نقشه برداری از ذخایر سفره های زیرزمینی و آسیب پذیری آنها در برابر آلودگی های سطحی مهم است، اما در حال حاضر تنها نیمی از 78 آزمایشگاه بین المللی که چنین کارهایی را انجام می دهند، معیارهای آزمایش تحلیلی مورد نیاز را دارند.

خلاصه

داده های تغییر دامنه، به دست آمده از ماهواره های رادار دیافراگم مصنوعی، مبنای برآورد تغییر حجم آبخوان در دره مرکزی کالیفرنیا را تشکیل می دهند. الگوریتم برآورد شامل یک عملکرد اصلاح کننده تغییرات دور از مکان های شناخته شده چاه است، که تغییرات حجم آبخوان را به پمپاژ کشاورزی، صنعتی و شهری در حوضه تولار پیوند می دهد. ما نشان می دهیم که تغییرات دامنه با این فرضیه سازگار است که منبع تغییرات حجم آبخوان تغییرات فشار موثر در اطراف چاه های مستند است. به طور خاص، درج جریمه فاصله چاه مناسب برای مشاهدات را کاهش نمی دهد، وارونگی با و بدون آن هر دو باعث کاهش واریانس 99.6 می شود. الگوهای تغییر حجم آبخوان از سال خشکسالی، بین اکتبر 2015 و اکتبر 2016، به یک سال مرطوب در سال 2017، و تا 2018، یک سال با تقریبا متوسط ​​بارندگی، به طور قابل توجهی متفاوت است. 2.3 میلیون هکتار فوت کاهش حجم تخمین زده شده، که مقدار کمتری از آب استخراج شده از حوضه بین اکتبر 2015 و 2016 است، با برآوردهای مستقل 1.8 و 2.3 میلیون هکتار فوت موافق است. کاهش حجم آبخوان همچنین با از دست دادن 3.1 کیلومتر مکعب (2.5 میلیون هکتار فوت) در حجم آب زیرزمینی حاصل از داده های ماهواره بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) سازگار است.

تغییرات گرانش مورد مطالعه توسط GRACE برای تعیین ذخیره آب زیرزمینی در توده های زمین استفاده می شود. با مقایسه داده های اخیر با میانگین در طول زمان، دانشمندان می توانند یک نقشه ناهنجاری تولید کنند تا ببینند ذخیره آب زیرزمینی در کجا تخلیه یا افزایش یافته است. نواحی رنگی زرد مناطقی را نشان می دهد که آبهای زیرزمینی کاهش یافته است و مناطقی که رنگ آبی دارند سطح آبهای زیرزمینی افزایش یافته است. توجه داشته باشید که کاهش قابل توجهی در ذخیره آب زیرزمینی در بیشتر مناطق کالیفرنیا و تا سواحل آمریکای شمالی به آلاسکا وجود دارد.

توسعه نرم افزار منبع باز ابزارهای شگفت انگیز جدیدی را در همه زمینه ها به ارمغان می آورد. در هیدروژئولوژی و مدل سازی آبهای زیرزمینی تعداد روزافزونی از بسته های نرم افزاری و نرم افزاری خاص منبع باز وجود دارد. ما می خواستیم جدیدترین کتابخانه های مربوط به پایتون مربوط به هیدروژئولوژی را جمع آوری کنیم، از مراجع درخواست کردیم و از طریق وب تحقیق کردیم تا لیست زیر را به شما ارائه دهیم.

مرکز مدل سازی یکپارچه آب های زیرزمینی

مرکز مدل سازی یکپارچه آب های زیرزمینی (IGWMC) مرکز اطلاعات، آموزش و تحقیقات بین المللی بررسی برای مدل سازی آبهای زیرزمینی است. IGWMC تشریح می کند مسائل مربوط به مدل سازی آب های زیرزمینی، نرم افزار مدل سازی زیرزمینی را توزیع کرده و توسعه می دهد، دوره های کوتاه، کارگاه ها و کنفرانس ها را سازماندهی کرده و تحقیقات در زمینه های عملی و کاربردی هیدرولوژی و مدل سازی زیرزمینی را منجر می شود. محققان و همکاران آنها در زمینه مسائل مربوط به مدل سازی آبهای زیرزمینی، به ارائه محتوای فنی در حوضه آبریزش، و آموزش در آب های زیرزمینی در جامعه، کمک فنی می کنند. این مرکز به عنوان نقطه کانونی برای متخصصان آبهای زیرزمینی، مرکز پشتیبانی و پیشرفت در استفاده از مدل های مطمئن کیفیت در حفاظت و مدیریت منابع آب زیرزمینی است.