مدل‌سازی جریان آبخوان دشت نیشابور به دو روش بدون شبکه المان تحلیلی و هم‌آیی نقطه‌ای

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران-آب، دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان

2 استادیار بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان

چکیده

در این تحقیق به کمک روش المان تحلیلی به بیان یک راهکار مؤثر برای مدل‌سازی دو بعدی جریان آب زیرزمینی یک منطقه با مقیاس وسیع در حالت دائمی پرداخته شده است. روش المان تحلیلی با استفاده از حل معادلات لاپلاس و معرفی توابع خطی، تأثیر ویژگی‌های هیدرولوژیکی را به طور مستقیم در مدل اعمال می‌کند. در الگوریتم ارائه شده، قبل از ترکیب المان‌ها، دبی پتانسیل ویژگی‌های هیدرولوژیکی به دست آمده و با استفاده از اصل برهم‌نهی با هم جمع شده و سپس به دبی پتانسیل کل آبخوان اضافه خواهد شد. برای مقایسه نتایج مدل المان تحلیلی، مدلسازی به روش هم‌آیی نقطه‌ای که از روش‌های بدون شبکه بر پایه روش المان محدود است، نیز انجام گرفته است. در این روش یک سری نقاط برای پوشش دامنه در نظر گرفته شده و برای حل معادلات حاکم از توابع شکل استفاده می‌شود. ارزیابی الگوریتم ارائه شده توسط داده‌های میدانی دشت نیشابور انجام شده است. واسنجی مدل‌ها توسط توسعه الگوریتم اجتماع ذرات انجام گرفته است و پیاده‌سازی مدل‌ها نیز توسط زبان برنامه نویسی شی‌گرا پایتون صورت گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد در روش المان تحلیلی، عدم نیاز به درونیابی و استفاده از اصل برهم‌نهی توابع خطی باعث کم شدن پیچیدگی و افزایش دقت مدل‌سازی جریان آب زیرزمینی در مقیاس بزرگ شده است.

کلیدواژه‌ها


بانک اطلاعات معاونت مطالعات پایه منابع آب (1381). "آمار کمّی منابع آب زیرزمینی (چاه، چشمه و قنات) محدوده مطالعاتی نیشابور با کد 4738"، شرکت سهامی آب منطقه‌ای خراسان رضوی، ایران.

خاشعی سیوکی ع.، قهرمان ب. و کوچک‌زاده م. (1390). "ارزیابی پتانسیل استحصال آب از آبخوان با روش فرایند تحلیلی سلسله مراتبی فازی (مطالعه موردی: دشت نیشابور)"، مجله پژوهش آب ایران، دوره 5، شماره 9، ص.ص. 171-180.

خاشعی سیوکی ع.، قهرمان ب. و کوچک زاده م. (1392). "مقایسه مدل‌های شبکه عصبی مصنوعی، ANFIS و رگرسیونی در برآورد سطح ایستابی آبخوان دشت نیشابور"، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، دوره، شماره 1، ص.ص. 10-22.

محمدی ا.، حسامی کرمانی م.ر. و قائینی حصاروئیه م. (1392). "مقایسه روش‌های بهینه‌سازی ترکیب‌شده با روش المان تحلیلی برای تصفیه آب‌های زیرزمینی"، مجموعه مقالات هفتمین کنگره ملی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

ولایتی س. و توسلی س. (1370). منابع و مسائل آب خراسان، انتشارات آستان قدس رضوی، مشهد.

Badv, K. and Deriszadeh, M. (2005). "Wellhead protection area delineation using the analytic element method", Water, Air, and Soil Pollution, 161 (1), pp. 39-54.

Bakker, M., Anderson, E., Olsthoorn, T. and Strack, O. D. L. (1999). "Regional groundwater modeling of the Yucca Mountain site using analytic elements", Journal of Hydrology, 226 (3), pp. 167-178.

Bakker, M. and Kelson, V. A. (2009). "Writing analytic element programs in Python", Ground Water, 47 (6), pp. 828-834.

Craig, J. R. (2004). "Reactive contaminant transport modeling using analytic element flow solutions", PhD Thesis, The State University of New York, Buffalo, USA.

Craig, J. and Rabideau, A. (2006). "Finite element transport modeling using analytic element flow solutions", Water Resources Research, 42 (10), W10420.

De Lange, W. (1996). "NAGROM, a model for national groundwater management and regional and local studies", European Water Management, 6 (5), pp. 63-67.

Fitts, C. R. (2012). Groundwater Science, 2nd Ed., Academic Press, Oxford.

Kansa, E. J. (1990). "Multiquadrics—A scattered data approximation scheme with applications to computational fluid-dynamics—II solutions to parabolic, hyperbolic and elliptic partial differential equations", Computers & Mathematics with Applications, 19 (8), pp. 147-161.

Kumar, R. P. and Dodagoudar, G. (2010) "Two-dimensional meshfree modelling of contaminant transport through saturated porous media using RPIM", Environmental Earth Sciences, 61 (2), pp. 341-353.

Li, J., Chen, Y. and Pepper, D. (2003). "Radial basis function method for 1-D and 2-D groundwater contaminant transport modeling", Computational Mechanics, 32, (1-2), pp. 10-15.

Liu, G.-R. and Gu, Y. T. (2005). An introduction to meshfree methods and their programming