هنگام ساخت شبکه ای برای مدل آب زیرزمینی خود، مطمئناً ساخت یک شبکه واقعاً تصفیه شده می تواند وسوسه انگیز باشد. در حالی که این وسوسه قابل درک است، مشکلات خاصی وجود دارد که می تواند ناشی از داشتن شبکه ای باشد که بیش از حد اصلاح شده است. این پست به برخی از دلایل جلوگیری از اصلاح بیش از حد شبکه خود در GMS اشاره می کند. البته دلایل موجهی برای اصلاح بخش هایی از شبکه شما وجود دارد. بخش هایی از شبکه که مناطق کلیدی هستند باید اصلاح شوند. این باید فقط در مناطق اطراف چاه ها یا سایر سازه هایی که برای مدل مهم هستند انجام شود. با اصلاح نواحی کلیدی، مناطق مهم شبکه در طول اجرای مدل مورد توجه بیشتری قرار خواهند گرفت. با این حال، پالایش بیش از حد شبکه شما می تواند باعث ایجاد برخی مشکلات شود، از جمله برخی از موارد زیر که در اینجا ذکر شده است.

4.1. مفهوم جعبه سفید

اگر ساختار داخلی سیستم شناخته شده باشد، می توان روابطی را منعکس کننده تحولات پی در پی متغیرهای ورودی در داخل سیستم ایجاد کرد که درنهایت به متغیرهای خروجی منتهی می شوند. مانند مورد سیستم های جعبه سیاه، متغیرهای ورودی و خروجی با مقادیر عددی مشخص می شوند.

3.1 مفهوم جعبه سیاه

برای توصیف عمومی ترین روش یک سیستم، مهم نیست ماهیت آن چیست، از مفهوم جعبه سیاه استفاده می شود. این روش زمانی اعمال می شود که فقط ورودی و خروجی مشخص باشد. سیستم به عنوان یک کل نشان داده می شود، فرایندهای داخلی آن را نادیده می گیرد. این مفهوم که توسط N. Wiener فرموله شده است، براساس همبستگی بین مقادیر ورودی و خروجی است: در نتیجه استفاده از یک سیگنال شناخته شده در ورودی سیستم، یک سیگنال قابل اندازه گیری (یا یک محاسبه) در خروجی بدست می آید، بدون اینکه لازم باشد ساختار داخلی جعبه سیاه را بدانید.

در بسیاری از پروژه های MODFLOW، داشتن محل قرارگیری و تنظیمات صحیح چاه ها برای گرفتن نتایج صحیح مهم است. GMS با اجازه دادن به وارد کردن مستقیم داده های چاه به مدل مفهومی، اجرای چاه ها را تسهیل می کند. این مقاله به طور خلاصه از وارد کردن داده های چاه به طور مستقیم به مدل مفهومی همراه با نکاتی اشاره می کند. واردات مستقیم چاهها به مدل مفهومی ابتدا مستلزم این است که چاهها در یک پرونده با قالب صحیح قرار بگیرند. به طور معمول این یک فایل متنی است. لطفاً برای قالب صحیحی که GMS از آن استفاده می کند به مقاله ویکی مادفلو مراجعه کنید.

آیا مدل MODFLOW ایجاد کرده اید و مایل به ترکیب ویژگی های زمین شناسی بین لایه های MODFLOW هستید؟

اولین قدم برای ایجاد یک ساختار جامد زمین شناسی است که باید استفاده شود. در GMS، ساختار جامد زمین شناسی نمایانگر چینه شناسی است که برای توصیف و تجسم سایت مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار جامد زمین شناسی را می توان در هر یک از سه راه ایجاد کرد:

SEAWAT یک مدل توسعه یافته توسط USGS برای شبیه سازی چگالی جریان آب زیرزمینی سه بعدی با انتقال شوری و گرما است. این نرم افزار بر اساس MODFLOW-2000 و MT3DMS است و در آخرین نسخه آن می تواند تغییرات ویسکوزیته را شبیه سازی کند و زمان اجرای سریع تر را فراهم کند. SEAWAT در Flopy، کتابخانه پایتون برای ساخت، اجرا و نمایش مدل MODFLOW اجرا می شود. این آموزش دارای جریان کاری کامل برای ایجاد و ارائه مثال پایه ای از ابزار سالین با SEAWAT و Flopy در یک نوت بوک Jupyter است.

کادر بسته Package MODFLOW نشان دادن گزینه گزینه.

بسته MODFLOW Subidence) SUB) ابزاری برای شبیه سازی فرونشست آبخوان و تخریب زمین است. بسته SUB شامل توانایی شبیه سازی تراکم در هر دو شرایط الاستیک (قابل انعطاف) و غیر قابل الاستیک (غی قابل انعطاف) را داراست. این همچنین شامل توانایی شبیه سازی interbeds است که در آن زهکشی از interbed فوری (بدون تأخیر) یا با تأخیر است. بسته MOD MODEFLOW SUB می تواند یک پروژه جابجایی عمودی باینری ایجاد کند که توسط GMS خوانده شده و به عنوان یک مجموعه داده در موتور حل MODFLOW در Project Explorer نمایش داده شود. شرح مفصلی ورودی SUB در وب سایت USGS موجود است.

فرایندهای چرخه آب سطحی و زیرزمینی مربوط به بارش (شکل و شدت) و پویایی رطوبت خاک است. این پویایی رطوبت خاک توسط نوع خاک و منطقه ریشه در یک مقیاس زمانی در هر روز یا حتی ساعتی تعیین می شود. این پدیده ها در کتاب های متنی هیدروژئولوژی متداول مورد توجه و بررسی قرار نگرفته اند، شاید به دلیل استفاده شدید از ابزارهای مدل سازی و مفهوم سازی و اعتبارسنجی پیچیده.

مطالعه آب های زیرزمینی مطالعه عدم قطعیت است. این معضل چیزی است که شما در حال تحصیل نمی بینید و فقط با مشاهدات خاصی در پیزومترها یا جریان پایه درک می کنید. تا زمانی که بعضی از ابزارهای جدیدی ایجاد شود که به ما اجازه می دهد که آب های زیرزمینی را درون صورت های متخلخل ببینیم، یک رزونانس مغناطیسی را خواهیم داشت، باید تلاش های تحلیلی قوی را برای درک منابع آب زیرزمینی انجام دهیم.

گاها در هنگام مدل سازی و در مرحله واسنجی (نوعی بهینه سازی)، با خطای Floating Overflow برخورد می کنید. علت اصلی این خطا در نرم افزارها، تلفیق ارقام نامعقول پارامتری برای معادلات و در اینجا ماتریس های تفاضل محدود و یا الان محدود است. به این معنی که در توسعه مدل مفهومی، ارقام وارد شده ابتدایی برای پارامترهای آبخوان به شدت ناهمساز و نامرتبط بوده اند. 

تعریف دوره های تنش

برای ایجاد مدل با دوره های تنش های مختلف، ما نیاز به تعریف nper، perlen، nstp و steady داریم. این کار در بلوک زیر انجام می شود به طوری که به ما اجازه می دهد این متغیر را مستقیما به شیء تقسیم بندی منتقل کنیم:

در این مثال، ما مدل آموزش های قبلی را به یک مدل جریان غیرقابل کنترل و مداوم با مرزهای زمانی متفاوت تبدیل خواهیم کرد. به جای استفاده از سطح آب های ثابت برای مرزهای چپ و راست (با تنظیم ibound to -1)، ما از مرزهای سطح آب کلی استفاده خواهیم کرد. ما در این مدل باید شرایط زیر را در نظر داشته باشید:

شرایط اولیه - سطح آب 10.0 در همه جا یکسان است.

دوره 1 (1 روز) - حالت پایدار با مرحله چپ و راست GHB = 10.

دوره 2 (100 روز) - GHB سمت چپ با مرحله = 10، راست GHB با مرحله تعیین شده به 0.

بسته پایه

در گام بعد ما می توانیم جسم FloPy را ایجاد کنیم که MODFLOW Basic Pack را نشان می دهد. جزئیات در کلاس BAS فلاپی در: flopy.modflow.mfbas موجود است. برای این مدل ساده، مقادیر سطح پایه 10 و 0 به ترتیب به ستون اول و آخر مدل (در همه لایه ها) اختصاص داده می شود. کد پایتون برای انجام این کار:

این مجموعه آموزشی در سایت بیسین نشان خواهد داد که استفاده از FloPy برای توسعه مدل MODFLOW ساده است. توجه داشته باشید که می توانید این اسکریپت آموزش داده شده در پایتون را از اینجا دریافت کنید.

شروع آموزش: مقدمه و نحوه فعال سازی

اگر FloPy به درستی نصب شده باشد، می توان آن را به صورت زیر وارد کرد:

تغییرات آب و هوایی و افزایش سطح آب دریا می تواند تغییرات قابل توجهی در تولید رواناب ها و جاری شدن سیل در مناظر سواحل کم ارتفاع را سبب شود. یک چالش عمده برای مقامات دولت های محلی و تصمیم گیرندگان در ترجمه این اثرات جهانی بالقوه تغییرات آب و هوایی در انطباق با استراتژی های عملی و مقرون به صرفه در شهرستان ها و در اصل مقیاس های شهری است. از مدل پردازش MODFLOW برای نمایش زیر مقیاس شبکه هیدرولوژی در مناطق شهری برای کمک به رسیدگی به این مسائل استفاده شده است. رهگیری توأم، آب های سطحی، فروافتادگی ها، و ذخیره منطقه غیر اشباع، ارائه گردیده است. ویژگی های اضافی شامل ساختار، مانع ها، جریان مجاری آب بین سلول های مجاور، مرزهای ایستگاه های مشخص، مرزهای جریان بحرانی، شرایط آب سطحی source/sink، و رواناب دو جهته به پردازشگر MODFLOW در روند یابی آب سطحی اعمال گردیده است. برخی از توانایی های مدل پردازش رواناب شبکه (URO) با یک مسأله مصنوعی با استفاده از چهار کاربری اراضی و پوشش متفاوت سلول بررسی شده است. برای بارش از طوفان فرضی استفاده شد و سلول به سلول عمق آب، سطح آب های زیرزمینی، سرعت نفوذ، و نرخ تغذیه آب های زیرزمینی نشان داده شد. نتایج مشخص کرد مدل پردازش URO با موفقیت توانایی تولید متغیرهای زمانی، آب-محتوا وابسته به نفوذ و نشت را به همراه مدل MODFLOW دارا است.

GMS (سیستم مدل سازی آب های زیرزمینی) یک برنامه کامل برای ساخت و شبیه سازی مدل های آب زیرزمینی است. از ویژگی های آن ساختار 2D و 3D زمین آمار، مدل سازی چینه شناسی و رویکرد مدل مفهومی منحصر به فرد و قدرتمند است. مدل های حال حاضر پشتیبانی شده عبارتند از MODFLOW، MODPATH، MT3DMS، RT3D، FEMWATER، SEEP2D و UTEXAS.

از نسخه 6 معرفی شده به بعد استفاده از فرمت XMDF (گسترش مدل فرمت داده) مقدور شده است، که یک فرمت سازگار از HDF5 می باشد. هدف از این قابلیت این است که اجازه ذخیره سازی داخلی و مدیریت داده ها در یک فایل HDF واحد را می دهد، که در واقع به جای استفاده از بسیاری از فایل های Flat می باشد.

عنوان مقاله به انگلیسی:

Using GSFLOW to Model Groundwater Flooding Recurrence Intervals

عنوان مقاله به فارسی:

استفاده از GSFLOW برای مدل سازی دوره بازگشت طغیان آب های زیرزمینی

مقدمه:

    Spring Green، در ویسکانسین (شکل 1) در سال های اخیر در مناطق واقع در خارج از محدوده ویژه خطر سیل که توسط آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA) در نقشه دیجیتالی نرخ بیمه سیل (DFIRM) برای رودخانه ویسکانسین مشخص گردیده، در معرض جاری شدن طغیان و سیلاب آب های زیرزمینی بوده است. این سیل ها ناشی از لبریز خودِ کرانه رودخانه ویسکانسین نبوده، بلکه ناشی از مجموعه عوامل خاک اشباع، طغیان آب های زیرزمینی، و رواناب جریان های سطحی زمین در دوران ذوب برف و بارش سنگین بوده است. جاری شدن سیلی تاریخی طی ماه ژوئن 2008 (شکل 2) نزدیک به 7 مایل مربع از منطقه Spring Green  را با آبی ایستا به مدت 5 ماه زیر آب فرو برد که موجب نفوذ آلودگی به چاه های تأمین آب، از دست دادن محصولات کشاورزی، صدمه به خانه ها، ساختمان ها، و زیرساخت ها گشت. اهداف این مطالعه مدل کردن تعاملات آب های زیرزمینی و سطحی با استفاده از داده های تاریخی آب و هوایی برای پیش بینی مناطق مستعد و دارای ریسک بالای طغیان آب های زیرزمینی، همچنین توسعه نقشه مدل شده طغیان آب های زیرزمینی و محاسبه دوره بازگشت بر اساس مدل نوسانات سطح آب سفره ها بوده است.

عنوان انگلیسی مقاله:

GSFLOW—a basin-scale model for coupled simulation of ground-water and surface-water flow—part b. concepts for modeling saturated and unsaturated subsurface flow with the u.s. geological survey modular ground-water model

عنوان ترجمه شده مقاله:

    مدل GSFLOW: یک مدل در مقیاس حوضه برای شبیه سازی توأمان آب های زیر زمینی و جریان آب های سطحی. بخش دوم: مفاهیم مدل سازی جریان زیرسطحی اشباع شده و غیر اشباع با ماژول مدل آب های زیرزمینی USGS

چکیده:

    MODFLOW یک مدل جریان آب های زیر زمینی است که می تواند برای ارزیابی مسائل منابع آب های زیر زمینی و جهت اتخاذ تصمیمات مدیریتی در توسعه منابع آب های زیر زمینی در انواع مقیاس ها مورد استفاده قرار بگیرد. این مدل همچنین دارای توانایی بررسی اثر برداشت آب های زیر زمینی در آب های سطحی با استفاده از گزینه های مختلفی که به شبیه سازی فعل و انفعالات آب زیرزمینی با جریان ها و دریاچه ها می پردازد است. فرآیندهای محاسباتی و پروسه های سطحی در MODFLOW بودجه های آب های سطحی و انرژی برای قسمت بندی بارش به تبخیر و تعرق، رواناب، جریان های زیرسطحی، و جریان های غیر اشباع در زیر زون خاک را شامل نمی شود. به طور معمول، رواناب، نفوذ، و جریان غیر اشباع حاصل از سطوح آب زیرزمینی (با فرض تغذیه آب های زیر زمینی) در خارج از حیطه برآورد MODFLOW می باشد. MODFLOW به سیستم مدل بارش-رواناب (PRMS) که توسط سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) ارائه شده است؛ به منظور بهبود برآورد نحوه تغذیه در مطالعات مدل سازی آب های زیر زمینی و جهت ارائه محاسبات کاملی از بودجه های آبی در یک منطقه و یا حوضه متصل گردیده است. این مدل جفت شده به نام GSFLOW شناخته می شود. همچنین کدهای اضافی نیز برای تسهیل اتصال دو مدل به GSFLOW اضافه شده است. ارتباط در MODFLOW از طریق یک پکیج جدید غیر اشباع از منطقه جریان (UZF1) می باشد؛ که برای مسیریابی جریان از زون خاک بکار رفته در PRMS به سمت سطح آب زیرزمینی طراحی شده است.

ام اف لاب یا MFLAB

ام.اف.لب. که مخفف آزمایشگاه MODFLOW میباشد، فضایی کارآمد و به آسانی قابل تغییر برای مدل سازی کار آمد آبهای زیرزمینی میباشد. این برنامه برای استفاده از تعدادی از بسته های برنامه نویسی مدفلو مانند MT3DMS، SEAWAT و غیره طراحی شده است. ام اف لب قابلیت اجرایی در نسخه آتی وجدید این برنامها را هم دارد. این بسته های برنامه نویسی متعدد هستند و هر کدام برای مدل سازی نوع خاص از روند آبهای زیرزمینی یا شرایط مرزی آنها طراحی شده اند (مراجعه کنید به سایت). ارجعیت برنامه هایی مانند برنامه هایی نام برده شده در اینست که بصورت رایگان در دسترس عموم قرار داده شده اند. این برنامه ها روزانه به طور گسترده ای توسط گروه زیادی از مدل سازان آبهای زیرزمینی در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار میگیرند. در ام اف لب جریان کار مدل سازی بصورت نوشتن متن میباشد و به همین دلیل قابل ویرایش و باز تولیدی است. برخلاف ام اف لب، دراستفاده از رابطهای گرافیکی کاربرموجود اگر ویرایش و باز تولیدی امری غیر ممکن نباشد بسیار دشوار خواهد بود. ام اف لب ازمحیط تعاملی (قابل کار برای دو طرف( متلب (یا محیط های اکتاو یا اسکی لب که بطور مجانی قابل دسترس هستند.) بهره برداری میکند تا : ١. مدل سازی کند ٢. تا داده های ورودی آنها را بنویسید ٣. تا برون داد های آنها را پردازش کرده به تصویر بکشاند ٤. این در صورتی است که ام اف لب یک فایل اکسل را به عنوان متن چند صفحه ای برای شبیه سازی پارامترها و به عنوان قسمتی از یک دستورالعمل استفاده میکند.