سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران

بهداشت محیط،آب وفاضلاب، مواد زائد ، بهداشت مواد غذایی،استخدامی بهداشت محیط
سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران

بهداشت محیط،آب وفاضلاب، مواد زائد ، بهداشت مواد غذایی،استخدامی بهداشت محیط

نرم افزارهای رایج شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی

امروزه نرم افزارهای متعددی برای شبیه سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آبهای زیرزمینی ارائه شده است که برای دستیابی به یک برنامه موثر و کارآمد مدیریت منابع آب زیرزمینی می توان از آنها استفاده کرد. تعدد این نرم افزارها به گونه ای است که انتخاب نرم افزار مناسب که قابلیت های مورد نیاز را داشته باشد مستلزم صرف وقت و ارزیابی های طولانی است. مشکل دیگر ان است که در اغلب راهنماهای نرم افزارهای تجارتی به محدودیت های انها پرداخته نمی شود. در این نوشته با بررسی نرم افزارهای رایج شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی از جمله نرم افزارهای MODFLOW ، CRTANW، MT3D، MIKESHE، PMWIN، FEFLOW، SEAWAT و GMS قابلیت ها و محدودیت های هر کدام از جنبه های مختلف ارزیابی می گردد.

MODFLOW

یک مدل شبیه سازی جریان یک، دو و سه بعدی در آبخوان های محصور، نیمه محصور و آزاد در حالت پایدار و گذرا است که در ابتدا توسط آقایان Madonald و Harbaugh در موسسه زمین شناسی آمریکا در سال ۱۹۸۸ میلادی به زبان فرترن تهیه شد و از آن زمان تاکنون اصلاحیه ها و ویرایش های متعددی برای آن ارائه شده است. این مدل همچنین به عنوان هسته اصلی در خیلی از نرم افزارهای تجارتی و عمومی دیگر استفاده می شود. معادلات حاکم در این مدل در دستگاه مختصات دکارتی نوشته شده و به روش تفاضل محدود حل می شوند. این نرم افزار یک مدل قابل دسترس برای عموم به طور رایگان است که به راحتی می توان از طریق این آدرس به آن دسترسی پیدا کرد.

از این مدل می توان برای شبیه سازی آبخوان های لایه ای با هندسه نامنظم و خصوصیات هیدرولیکی غیرهمگن و غیرهمسان و همچنین شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی استفاده کرد و منابع تغذیه خارجی مثل بارندگی، خروجی و ورودی به رودخانه، برداشت از چاه ها و … را می توان شبیه سازی نمود. هدایت هیدرولیکی و شریب ذخیره در درون لایه ها و در لایه های مختلف می تواند تغییر کند. شرایط مرزی می تواند هد ثابت، جریان ثابت یا جریان متغییر وابسته به هد باشد. جریان ورودی از مرزها وابسته به تفاوت هد میان گره سلول مرزی و محیط خارج در هر بازه زمانی می باشد.

از محدودیت های نرم افزار آن است که تحت داس بوده و لذا وارد کردن دیتاهای لازم به آن یک عملیات وقت گیر است. برای رفع این مشکل می توان از برنامه های پیش پردازنده مانند SURFER استفاده کرده و اطلاعات ورودی را برای نرم افزار تهیه نمود. خروجیهای نرم افزار را نیز می توان به این برنامه منتقل کرد و از خصوصیات جالب گرافیکی آن برای مشاهده نتایج استفاده کرد . این ن رم افزار صرفا هیدرولیک جریان در آبخوانها را مدل می کند و لیکن می تواند با برنامه هایی نظیر مدلهای پخش و انتقال آلودگی و مدلهای تخمین پارامتر (مانند UCODE و PEST) تبادل اطلاعات داشته باشد.

ازجمله نرم افزارهایی که برای برطرف کردن محدودیت های MODFLOW ارائه شده است، MODFLOWwin32 را می توان نام برد که در موسسه Environmental Simulations توسط آقایان Rumbaugh تهیه شده و تحت ویندوز است. PMWIN برنامه دیگری است که با استفاده از پایه برنامه MODFLOW نه تنها امکان شبیه سازی جریان بلکه پخش و انتقال آلودگی در سیستم آب زیرزمینی را نیز فراهم می سازد. این نرم افزار نیز یک برنامه با قابلیت گرافیکی تحت ویندوز است که در حقیقت ترکیبی از برنامه های PMPATH, UCODE MODFLOW، MT3D و PEST می باشد. برای دسترسی به این برنامه می توان به این آدرس مراجعه نمود.

Visual MODFLOW

این مدل را آقایان Guiguer و Franz در سال ۱۹۹۶ در موسسه واترلو این برنامه را تهیه کردند. این برنامه ترکیبی از برنامه های PMPATH و MODPATH و MT3D همراه با قابلیت های گرافیکی بالا و کاربری آسان می باشد. این برنامه تجارتی جریان هیدرولیکی و پخش و انتقال آلودگی را شبیه سازی کرده و برای استفاده، بایستی آن را خریداری نمود.

MT3D

یک برنامه سه بعدی برای شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی ، پخش، انتقال،انتشار مولکولی واکنش های شیمیایی آلودگی های محلول در آب زیرزمینی می باشد که در سال ۱۹۹۰ توسط آقای Zheng نوشته شد. این برنامه قادر است انواع واکنش های شیمیایی، جذب و تجزیه را در آبخوان های محصور، نیمه محصور و آزاد مدل کند. همچنین می توان شرایط مرزی با غلظت ثابت و یا فلاکس ثابت را اعمال کرد. این نرم افزار یک روش اولر-لاگرانژ را برای حل معادلات سه بعدی حاکم بر انتقال آلودگی بکار می برد. این روشها و ترکیب آنها این امکان را فراهم می آورد که بهترین روش را برای حل انواع مشکلات انتقال آلودگی با کارایی و دقت زیادی بکار ببریم . این برنامه به گونه ای طراحی شده که قادر است با انواع برنامه های تفاضل محدود مرکز شبکه ای از جمله MODFLOW متصل شود. فایلهای ورودی مربوط به خصوصیات هیدرولیکی و جریان آبخوان و خروجی این برنامه شامل کانتورهای غلظت را می توان در محیط SURFER یا دیگر بسته های گرافیکی مشاهده نمود.

MIKESHE

این نرم افزار ابتدا در موسسه هیدرولیکی دانمارک Danish Hydraulic Institute در سال ۱۹۸۲ تحت عنوان System Hydrologic European به منظور مدیریت منابع آب بوجود آمد. این برنامه حاوی مدولهای جریان و کیفیت آب است . مدول جریان با تاکید بر مولفه های هیدرولوژیکی شامل : جریان آب در خاک، جریان آبهای سطحی و جریانهای زیرزمینی است و مدول کیفیت شامل انتقال و پخش، ردیابی ذرات، جذب و تجزیه بیولوژیکی می باشد. به دلیل قابلیت این برنامه در شبیه سازی فرآیندهای مختلف چرخه هیدرولوژیک، استفاده از مدل نیازمند داشتن تخصص در زمینه های مختلف هیدرولیکی و هیدرولوژیکی می باشد. از خصوصیات این برنامه قابلیت تبادل اطلاعات با GIS می باشد. همچنین قابلیت گرافیکی بالا در نرم افزار این امکان را فراهم می سازد که اطلاعات خروجی و ورودی را به راحتی مشاهده کرد. این مدل محدودیتی برای اندازه و ابعاد هندسی دشت مورد نظر ندارد.

(Finite Element Flow) FEFLOW

یکی از کامل ترین و پیچیده ترین نرم افزارهای اجزای محدود برای شبیه سازی جریان آب زیرزمینی و پروسه های انتقال آلودگی در محیط متخلخل در شرایط اشباع و غیر اشباع می باشد که در سال ۱۹۷۹ در آلمان بوجود آمده است. از خصوصیات این برنامه قابلیت شبیه سازی جریان سیال با دانسیته های مختلف و انتقال گرما می باشد . این برنامه قابلیت تبادل دیتا با GIS را دارد و ورودیها و خروجیهای مدل را می توان به آسانی بصورت گرافیکی مشاهده کرد.

CTRAN/W

یک نرم افزار اجزای محدود است که زیر مجموعه ای از مجموعه نرم افزار های GEO-SLOPE بوده و برای شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی و انتقال آلودگی در محیط متخلخل استفاده می شود. این برنامه قادر است انتقال آلودگی از ردیایی ساده ذرات تا پروسه های پیچیده شامل، انتقال، پخش، انتشار مولکولی، جذب، تجزیه رادیواکتیو و جریان با دانستیه مختلف را شبیه سازی کند. CTRAN اطلاعات لازم در مورد جریان آب را از برنامه SEEP/W که خود نیز زیر مجموعه GEO-SLOPE است، دریافت می کند تا بتواند حرکت مواد محلول در آب را پیش بینی کند. این برنامه تحت ویندوز بوده و کاربرد آن آسان است و محدودیتی در زمینه سایز مدل و تعداد گره ها و المانها و بازه های زمانی ندارد اما تنها قادر است پخش و انتقال آلودگی را در دو بعد شبیه سازی کند . در این برنامه پخش و انتقال آلودگی در محدوده اشباع و غیر اشباع را می توان پیش بینی کرد.

SEAWAT

این نرم افزار بر اساس MODFLOW و MT3D برای شبیه سازی جریانهای سه بعدی، تفاضل محدود با دانسیته متغیر است که آقایان Guo و Bennett در سال ۱۹۸۸ برای اولین بار از آن استفاده کردند. کد این برنامه برای شبیه سازی جریان وابسته به دانسیته بوده و در ماتریس معادلات به جای استفاده از حجم سیال از پارامتر جرم بر اساس دانسیته استفاده می کند. دانسیته تنها وابسته به غلظت مواد محلول در آن می باشد و اثرت دما روی آن در نظر گرفته نمی شود. این برنامه به طور رایگان در اختیار استفاده کنندگان قرار می گیرد. برای دسترسی به این برنامه می توان به این آدرسمراجعه کرد.

جمع بندی

همانطور که مطرح شد، انتخاب یک نرم افزار مناسب برای شبیه سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آب زیر زمینی به عوامل متعددی بستگی دارد. این عوامل را می توان به سه دسته شامل، قابلیتهای شبیه سازی جریان، قابلیتهای شبیه سازی پخش و انتقال آلودگی و قابلیتهای عمومی تقسیم بندی کرد.
















جهت اطلاع از مطالب به روز سایت به کانالهای ما در شبکه های اجتماعی بپیوندید.



   

(جهت دسترسی به مطالب به روز به سمت چپ سایت بخش آخرین مطالب مراجعه کنید)