کاربرد و ارزیابی یک مدل توسعه یافته تلفیقی آب زیرزمینی ـ آب سطحی در حوضه آبریز نیشابور

در این مطالعه دو کد swat و modflow برای شبیه سازی جریان آب های سطحی و زیرزمینی در حوضه آبریز نیشابور از طریق واسنجی توام آن ها بکار گرفته شده اند. ابتدا مدل های مفهومی آب سطحی و آب زیرزمینی با استفاده از تمامی داده ها و اطلاعات تهیه گردیدند. تهیه مدل مفهومی از مهم ترین مراحل توسعه مدل جریان آب زیرزمینی می باشد. آمار و اطلاعات محدود و سازمان دهی نشده، تهیه مدل مفهومی آب زیرزمینی را بویژه در کشورهای جهان سوم با مشکل مواجه می سازد. در این پژوهش یک دستورالعمل جامع و نوین بمنظور تهیه ی مدل مفهومی آب زیرزمینی برای آبخوان آزاد تدوین گردید. روش پیشنهادی شامل یک روش گام به گام شش مرحله ای است. هدف از مرحله ی مقدماتی، جمع آوری داده ها و اطلاعات کمی و توصیفی می باشد. مرحله ی یک با انتخاب "مشاهدات کنترل کننده"، ابزاری برای کنترل سایر مراحل فراهم می کند. داده های پایه برای این امر شامل سطح آب در پیزومترها، دبی چاه های بهره برداری و اطلاعات هیدرومتری می باشند. به دلیل اهمیت زیاد این مرحله در کنترل سایر مراحل، داده های پایه که دارای هر گونه تعارض آشکار باشند از بانک داده ها/اطلاعات حذف می گردند. خروجی این مرحله «مدل مفهومی نسخه صفر» می باشد. مرحله ی دو به تبیین هندسه ی آبخوان می پردازد که شامل مرز های آبخوان، توپوگرافی زمین، و موقعیت سنگ کف می باشد. خروجی این مرحله «مدل مفهومی نسخه یک» می باشد. در این مرحله قبل از ورود به مرحله ی بعدی، ارزیابی همنوایی (consistency evaluation) بر پایه مشاهدات کنترلی (مرحله ی یک) صورت می گیرد. خروجی مرحله سوم "ضرایب هیدرودینامیک آبخوان" و «مدل مفهومی نسخه دو» می باشد. مجددا بایستی ارزیابی همنوایی با در نظر گرفتن توام مشاهدات کنترلی و نتایج مرحله دو صورت گیرد. مرحله ی چهار بررسی برهم کنش آب های سطحی و زیرزمینی است. در این مرحله نیز ارزیابی همنوایی لازم است. خروجی این مرحله «مدل مفهومی نسخه سه» می باشد. پنجمین مرحله، تلفیق نتایج مراحل قبلی به منظور تدوین «نسخه نهایی مدل مفهومی» است. در این مرحله، براساس دقت/کفایتِ داده ها و اطلاعات دردسترس، سطح دقت مدل مفهومی نیز تعیین می گردد. این کار بطور جداگانه برای هر پارامتر، از طریق امتیازدهیِ به قطعیت داده ها در مدل مفهومی بر اساس وجود داده اندازه گیری شده، تراکم مکانی، قدرت برآورد داده، و نیز تعارضات صورت می گیرد. بعد از تهیه مدل های مفهومی آب سطحی و زیرزمینی، مدل های swat و modflow بمنظور برآورد توزیع زمانی و مکانی مولفه های هیدرولوژیکی، می بایستی اجرا شوند. واسنجی و صحت سنجی پارامترهای مدل تلفیقی swat-modflow بصورت رفت و برگشتی و بر اساس داده های دبی رودخانه، عملکرد گندم، برداشت از آبخوان و تراز آب زیرزمینی به ترتیب در یک دوره ی 10 ساله (مهر 1379 تا شهریور 1389) و 2 ساله (مهر 1389 تا شهریور 1391) صورت پذیرفت. به دلیل ارتباط مستقیم تبخیر-تعرق واقعی با عملکرد گیاه و برداشت از آبخوان، واسنجی مدل های هیدرولوژیکی بزرگ مقیاس با استفاده از دبی رودخانه، عملکرد گیاه و برداشت از آبخوان، دارای سطح اعتماد بیشتری در رابطه با تفکیک آب موجود در خاک به ذخیره ی خاک، تبخیر-تعرق واقعی و تغذیه ی آبخوان می باشد. نتایج نشان داد کارایی مدل تلفیقی برای پیش بینی جریان رودخانه و عملکرد گیاه کاملاً رضایت بخش بود. معیارهای ارزیابی کارایی مدل در ایستگاه هیدرومتری حسین آباد جنگل به عنوان خروجی حوضه در دوره واسنجی (r2 = 0.77, ns=0.74) و دوره اعتبارسنجی (r2 = 0.51, ns=0.61) بیانگر این موضوع می باشند. همچنین مقادیر rmse برای پیش بینی عملکرد گندم آبی و برداشت از آبخوان به ترتیب 0/152 تن بر هکتار و 32/2 میلی متر بدست آمد. حداقل، متوسط و حداکثر تغذیه ی آب-زیرزمینی در دوره واسنجب به ترتیب صفر، 176 و 960 میلی متر برآورد شد که دارای همخوانی زیادی با مقدار برآوردی تغذیه ی سالانه از مطالعه ی پیشین می باشد. برای دشت نیشابور که متحمل افت متوسط سالانه 0/85 متر می باشد مقدار rmse نرمال شده ی 15/7 درصدی نتیجه ای کاملاً رضایت بخش و مناسب است. محاسبات بیلان آب زیرزمینی نشان داد که متوسط کسری بیلان آب زیرزمینی به دلیل تخلیه شدید آب زیرزمینی برای مصارف کشاورزی 201 میلیون متر مکعب در سال می باشد. با ادامه روند کنونی و درنظرنگرفتن افزایش برداشت در آینده، دشت نیشابور در کمتر از 120 سال آینده کاملا تهی خواهد گردید. بدیهی است که بسیار پیش تر از زمان مذکور، بدلیل شورشدن آب، کیفیت آب زیرزمینی تا سطح غیرقابل قبولی کاهش یافته و دیگر قابل استفاده نخواهد بود. با توجه به مشکلات عدیده موجود در دشت نیشابور، مدل تلفیقی توسعه یافته برای بررسی سناریوهای مختلف جهت مدیریت پایدار آب زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفت. تحت سناریوی یک و ادامه روند کنونی تا افق 1404، هیدروگراف واحد آبخوان برای کل دشت افتی معادل 10/3 متر (افت سالانه ی 0/79 متر) نشان داد. تحت سناریوی دوم که هدف کاهش برداشت از آبخوان بمنظور نیل به وضعیت تعادل در بیلان آب زیرزمینی می باشد، نتایج نشان داد که برداشت از آبخوان بایستی به میزان تقریبا 40 درصد کاهش یابد تا بتوان به شرایط تعادلی دست یافت. همچنین بر اساس هیدروگراف واحد آبخوان، تراز آب زیرزمینی حداکثر تا 0/68 متر در انتهای دوره ی (شهریور 1404) افزایش نشان داد.