وبلاگ

الف) عملکرد سریع و مدل‌سازی آسان با MODAEM، عنصر آنالیتیکی مدل که با GMS کامل می‌شود‌‌.
ب) شبیه‌سازی نشت از سد و دیواره‌‌های آب بند با مدل SEEP2D.
۲- مدل جریان سه بعدی^[۳۰] که موارد زیر را در بر می‌گیرد:
الف) مدل سه بعدی عناصر محدود محیط اشباع با MODFLOW.
ب) مدل سه بعدی عناصر محدود محیط اشباع و غیر اشباع با FEMWATER.
۳- مدل انتقال جرم حل شده^[۳۱] شامل:
الف) شبیه‌سازی ساده انتقال تحلیلی^[۳۲] با ART3D.
ب) شبیه‌سازی ساده انتقال سه بعدی با MT3D، MODPATH و FEMWATER.
ج) مدل انتقال فعال سه بعدی با RT3D یا SEAM3D.
د) مدل انتقال فعال چند فازی با UTCHEM.
۴- جریان و انتقال در محیط غیر اشباع^[۳۳] شامل:
مدل جریان و انتقال کامل سه بعدی در محیط اشباع و غیر اشباع با FEMWATER و UTCHEM.
GMS نرم افزاری تحت ویندوز می‌باشد که کار کردن با آن را بسیار ساده می‌سازد. موتور محاسباتی آن Modflow می‌باشد که معادلات جریان را به عنوان یک مدل شبیه‌سازی جریان یک، دو و سه بعدی مدولار در آبخوان­‌های محصور، نیمه محصور و آزاد در حالت پایدار و گذرا می‌سازد. معادلات حاکم در این مدل در دستگاه مختصات دکارتی نوشته شده و به روش تفاضل محدود حل می‌شوند (افتخاری، ۱۳۸۹). این نرم افزار یک مدل قابل دسترس برای عموم به طور رایگان است که به راحتی می‌توان از طریق شبکه اینترنت به آن دسترسی پیدا کرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در این قسمت به منظور آشنایی با نرم افزار و شناخت ویژگی‌هایی که آن را از سایر نرم افزارهای مدل‌سازی کمی و کیفی متمایز ساخته است، به اختصار به معرفی نرم افزار و ابزار‌های موجود در آن پرداخته می‌شود‌‌.
GMS شامل ده مدول می‌باشد که در ذیل به طور خلاصه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:
۲-۳-۸-۱- Map Module
مدول ترسیمی ابزار‌های مناسبی برای استفاده از انواع مختلف اجزای ساده GIS (نقطه، خط و چند ضلعی) را برای تهیه مدل عددی فراهم می‌آورد. مدول ترسیمی چهار پدیده را که شامل feature objects, drawing objects, digital image و فایل‌‌های DFX می باشند، پشتیبانی می کند. صرفه جویی در زمان و دقت بالا از خصوصیات مهم GMS می‌باشد.
وجود مدول ترسیمی و گرافیکی، GMS را با دیگر نرم افزار‌ها و کد‌های تهیه مدل (جریان و انتقال) کاملاً متمایز ساخته ‌است. مدول ترسیمی با ارائه یک سری ابزار‌های GIS در کلیه مراحل تهیه مدل به خصوص تهیه مدل مفهومی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
وارد کردن داده‌‌ها با فرمت‌های گوناگون از نرم افزار‌‌های مختلف به خصوص از پایگاه اطلاعاتی GIS از دیگر خصوصیات بارز GMS می‌باشد. با گذشت زمان و جمع آوری داده‌‌های هیدروژئولوژیکی، هیدرولوژی و چینه نگاری جدید و شناخت بیشتر آبخوان و با بهره گرفتن از ابزار‌‌های موجود در مدول ترسیمی به راحتی می‌توان مدل تفهیمی جدید را با صرف زمان بسیار کم تهیه کرد و پس از تبدیل مدل مفهومی به مدل MODFLOW آن را دوباره اجرا کرد. وجود ابزار‌های GIS نظیر انتخاب و تهیه نقطه، خط و پلیگون و جدول اسنادی برای هر یک از پدیده‌‌های فوق، امکان ساخت مدل‌‌های تفهیمی در مناطقی با پدیده‌‌های زیاد هیدرولوژیکی (نظیر چاه، چشمه، رودخانه، زهکش، آب‌های سطحی و….) را به سادگی امکان پذیر می‌سازد.
هر یک از پدیده‌‌های هیدرولوژیکی یاد شده دارای چندین خصوصیات هیدرولیکی می‌باشند. به عنوان مثال هریک از چاه‌‌های بهره برداری علاوه بر موقعیت جغرافیایی آن‌ها دارای خصوصیات نوع چاه، نرخ پمپاژ و … می‌باشند که می‌توان در صفحه گسترده‌‌ها با انتخاب فرمت قابل قبول برای GMS، تهیه و وارد مدل کرد و از آن پس به عنوان یک پوشش در پنجره Data tree و در مدول ترسیمی قرار داد. البته در حال حاضر در کشور ما اغلب ویژگی‌‌های فوق از چاه‌‌های بهره برداری به صورت مدون موجود نیست ولی در صورت وجود وجود پایگاه اطلاعاتی GIS و یا حداقل فایل کامپیوتری آن‌ها (به صورت اکسل و غیره) وارد کردن آن‌ها به سادگی و با صرف زمانی اندک صورت می‌گیرد.
صرفه جویی در زمان وقتی از اهمیت فوق العاده زیادی برخوردار خواهد بود که تعداد چاه‌‌های بهره برداری زیاد باشند و به خصوص آماده کردن آن‌ها برای ورود به مدل آب زیرزمینی در شرایط ناپایدار نیاز باشد که هرچه دوره‌‌های تنش بیشتر باشد به همان اندازه داده‌‌های مورد نیاز چند برابر شده و نیاز به مدیریت داده‌‌ها از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود. نرم افزار GMS به خوبی تمامی مطالب فوق را بر آورده می‌کند که از معیار‌های مهم در انتخاب آن برای تهیه مدل جریان آب زیر زمینی آبخوان دشت ایج نیز می‌باشد.
۲-۳-۸-۲- TIN^[34] Module
مدول شبکه مثلثی بی قاعده، در مدل کردن سطوح به کار می‌‌رود. این شبکه‌ها‌‌ برای نشان دادن سطوح یک واحد زمین‌شناسی یا سطحی که توسط یک تابع ریاضی تعریف شده، به کار می‌رود. مقادیر هریک از لبه‌‌های سطوح تشکیل شده مثلثی TIN به صورت خطی تغییر می یابد. در GMS می‌توان به طور همزمان چندین TIN را مدل کرد و با فعال کردن یکی از آن‌ها و غیر فعال کردن بقیه عملیات مختلفی از جمله نمایش سه بعدی درون‌یابی و … را بر روی TIN فعال انجام داد. با بهره گرفتن از ابزار‌های موجود در مدول TIN می‌توان آن‌ها را ویرایش کرد و همچنین به انواع دیگر داده‌‌های GMS تبدیل نمود.
۲-۳-۸-۳- ۲D Scatter Point Module
مدول نقاط پخش شده دو بعدی برای درون‌یابی و تعمیم داده‌‌های نقطه‌ای پراکنده که در سطوح توزیع شده‌اند به کار برده می‌شوند که برای این کار از چهار تابع خطی و غیر خطی درون‌یابی از جمله کریجینگ^[۳۵] استفاده می‌کند. یکی از مهمترین مدول موجود در GMS، مدول نقاط پخش شده دو بعدی است. در GMS از این مدول، استفاده گسترده ای صورت می‌گیرد. درون‌یابی نقاط، تبدیل آن‌ها به دیگر داده‌‌های GMS نظیر TIN، نقاط مشاهده‌ای، گره‌‌های شبکه و آزمون و آنالیز داده‌‌های نقاط با بهره گرفتن از توابع آماری مختلف از مزیت‌‌های مدول نقاط پخش شده می‌باشد. داده‌‌ها با فرمت‌‌های مختلف را می‌توان به هنگام وارد کردن به GMS به نقاط پخش شده دو بعدی تبدیل کرد. این فرمت‌‌ها عبارتند ازText، dbf، shp.
مدول گمانه‌‌ها در مدیریت داده‌‌های گمانه‌ای و حفاری‌‌ها به کار برده می‌شود‌‌. تهیه مقاطع در طول گمانه‌‌های مختلف از جنبه‌‌های مهم آن است. داده‌‌های گمانه شامل داده‌‌های نمونه و داده‌‌های چینه نگاری یا هر دو می‌باشد. داده‌‌های چینه نگاری برای نمایش لایه‌‌های خاک موجود در لاگ‌‌های حفاری به کار می‌رود. لایه‌‌های خاک با بهره گرفتن از بخش‌‌ها و مرز‌‌های مجاورتی نمایش داده می‌شود‌‌. یک بخش، یک لایه خاک و مرز مجاورتی، اینترفاز بین دو بخش می‌باشند و در ساخت و تهیه TIN، Solid و شبکه سه بعدی با المان محدود به کار می‌روند. داده‌‌های نمونه، داده‌‌های حاصل از نمونه‌برداری پیوسته در طول چاه را نشان می‌دهند. داده‌‌های نفوذسنج مخروطی و داده‌‌های ژئوفیزیکی چاه مثال‌‌هایی از داده‌‌های نمونه هستند. داده‌‌های نمونه‌ای در یک سری داده‌‌هایی که می‌توان آن‌ها را دستکاری کرد ذخیره می‌شوند. از داده‌‌های نمونه‌ای می‌توان در تفسیر چینه نگاری خاک استفاده کرد.
۲-۳-۸-۴- Solid Module
مدول حجمی یا سه بعدی GMS در تهیه مدل‌‌های سه بعدی چینه نگاری به کار برده می‌شود‌‌. پس از تهیه این مدل می‌توان از مکان‌‌های مختلف آن برش تهیه کرد. در واقع از این مدول برای شناسایی بهتر منطقه مورد مطالعه استفاده می‌شود‌‌. همچنین با بهره گرفتن از آن می‌توان داده‌‌های ارتفاعی لایه‌‌های مختلف آبخوان را برای مدل Modflow مستقیماً استخراج کرد.
از مدول حجمی GMS با بهره گرفتن از لاگ‌‌های حفاری، مدل سه بعدی استراتیگرافی^[۳۶] منطقه مورد مطالعه تهیه می‌شود. پس از تهیه مدل سه بعدی می‌توان از هر منطقه مدل، مقطع عرضی تهیه کرد. همچنین از آن در محاسبه حجم مدل سه بعدی و تعریف داده‌‌های ارتفاعی مدل عددی (تراز سنگ کف، توپوگرافی، تراز لایه‌‌های محبوس کننده) Modflow استفاده می‌شود.
۲-۳-۸-۵- ۳D Scatter Point Module
این مدول برای درون‌یابی از یک سری نقاط سه بعدی به شبکه‌‌ها یا TIN به کار می‌رود. علاوه بر موارد گفته شده در بالا در GMS با بهره گرفتن از بسته نرم افزاری T-progress، مدل‌‌های چندگانه احتمالی هتروژنیتی آبخوان تهیه می‌گردد که در تهیه مدل به روش تصادفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسته نرم افزاری T-progress با بهره گرفتن از داده‌‌های چاه‌‌های حفاری (لاگ حفاری)، چگونگی توزیع لاگ‌‌ها در دشت، وضعیت قرارگیری لایه‌‌های زمین‌شناسی تشکیل شده از مواد مختلف، نسبت فراوانی این مواد به یکدیگر و نیز با بهره گرفتن از توابع آماری نظیر زنجیره مارکف سری‌‌های مواد زمین‌شناسی چند گانه‌ای را در بسته نرم افزاری ^[۳۷] LPFبه وجود می‌آورد. استفاده از بسته نرم افزاری T-progress برای مناطقی که هتروژنیتی پیچیده‌ای دارند و انطباق کافی بین لاگ‌‌های حفاری برای تهیه مقاطع عرضی از آن‌ها نیست، مناسب می‌باشند.
۲-۳-۸-۶- Modflow
یک مدل سه بعدی به زبان فورترن موجود در GMS می‌باشد که قابلیت تهیه شبکه با هر دو روش مرکزبلوکی و مرکزشبکه‌ای را دارد. GMS به عنوان یک پیش و پس پردازشگر، Modflow را پشتیبانی می‌کند. داده‌‌های ورودی برای Modflow توسط GMS تهیه و در فایل‌‌هایی ذخیره می‌شوند که این فایل‌‌ها توسط Modflow به هنگام راه اندازی از GMS فراخوانی می‌شوند. منظور از مدولار^[۳۸] بودن برنامه این است که برنامه از قسمت‌‌های مجزا و مستقل تشکیل شده‌ است که وظیفه خاصی را به عهده دارند. ساختار مدولار آن شامل یک برنامه اصلی و یک سری از برنامه‌‌های فرعی کاملاً مستقل می‌باشد که مدول نامیده می شود.
مدول‌‌ها به صورت بسته‌‌هایی گروه بندی شده‌اند که هر بسته در ارتباط با قسمتی از سیستم هیدرولوژیکی که بایستی شبیه‌سازی شود، می‌باشد. از آن جمله می‌توان به جریان آب به سمت زهکش‌ها، ارتباط هیدرولیکی با رودخانه یا حتی حل معادلات خطی اشاره کرد. طراحی مدولار برنامه این توانایی را به کاربر می‌دهد که بتواند شرایط هیدروژئولوژیکی متفاوت را به صورت جداگانه در داخل مدل مورد آزمایش قرار دهد. مزیت دیگر این طراحی در این است که مدول‌‌های جدید را بدون تغییر نسخه موجود می‌توان مورد استفاده قرار داد. انواع آبخوان‌‌ها که می‌توانند مورد شبیه‌سازی واقع شوند تحت فشار، آزاد یا ترکیبی از این دو می‌باشند. تنش‌‌های خارجی از قبیل چاه‌‌ها، تغذیه ناحیه‌ای، تبخیر و تعرق زهکش‌‌ها و رودخانه‌‌ها نیز می‌تواند شبیه‌سازی شود.
۲-۴- مبانی فیزیکی و معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی
معادلات حاکم بر جریان آب زیرزمینی مانند معادلات در یک محیط متخلخل است. این جریان به خصوصیات ماده متخلخل، خصوصیات جریان و پارامترهای جریان بخصوص گرادیان هیدرولیکی بستگی دارد. رابطه دینامیک میان این پارامترها با در نظر گرفتن دامنه جریان توسط معادلات جزئی بیان می‌شود‌‌. با ترکیب قانون دارسی و معادله پیوستگی معادلات جزئی آب زیرزمینی به دست می‌آید. اگر ابعاد آبخوان، شرایط مرزی، شرایط اولیه و خصوصیات هیدورلیکی مشخص باشند این معادلات را می‌توان حل کرد و هد هیدرولیکی در نقاط مختلف را پیدا کرد.
۲-۴-۱- قانون دارسی
هنری دارسی در سال ۱۸۵۶ آزمایشی ترتیب داد تا به وسیله آن فاکتورهای موثر بر جریان آب در یک فیلتر شنی را تعیین کند. شکل ۲-۲، نمایشگر نمونه‌ای از آزمایش دارسی است. برای این کار، با اندازه گیری زمان پر شدن یک ظرف به حجم یک متر مکعب که در انتهای استوانه ماسه‌ای قرار داشت دبی را اندازه گرفت و همچنین افت هد در طول ستون را با انجام آزمایشات متعدد اندازه گیری کرد.
دارسی تعیین کرد که برای یک نوع ماسه، نرخ حجمی تخلیه Q به ­طور مستقیم با افت هد و با سطح مقطع جریان A و به ­طور معکوس با طول ستون ماسه ارتباط دارد. ثابتی که برای تبدیل این تناسب به تساوی به کار برده می‌شود‌‌، ثابت K یا هدایت هیدرولیکی است. با این شرایط قانون دارسی به صورت زیر تعریف می‌شود‌‌:
(۲-۱)
علامت منفی نشان دهنده این است که جهت جریان به سمت هد کمتر است.
شکل (۲-۲): نحوه تغییرات هد در ستون ماسه در آزمایش دارسی (محمدی، ۱۳۸۶)
اگر ما در اینجا تخلیه ویژه را به صورت V=Q/A تعریف کنیم هنگامی که در حالت حدی افت در یک فاصله کوتاه اتفاق می­افتد، می‌توان رابطه دارسی را به فرم دیفرانسیلی زیر نوشت:
(۲-۲)
واحد تخلیه ویژه، همان واحد سرعت است و به عنوان سرعت دارسی شناخته می‌شود‌‌. بایستی توجه شود سرعت دارسی یک سرعت مصنوعی است. سرعت متوسط آب از تقسیم سرعت دارسی بر تخلخل ویژه، به دست می‌آید.
(۲-۳)
با تعمیم قانون دارسی برای سه بعد در جهت z, y, x خواهیم داشت:
(۲-۴)

(۲-۵)