رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
نشریه علمی

مدل سازی جریان آب زیرزمینی آبخوان ساحلی قالقاچی جهت ارزیابی نفوذ آب شور با استفاده از مدل GMS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

نصرت آقازاده
فرزان ذکایی

گروه عمران، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران

10.22034/nawee.2025.505237.1137
چکیده
هدف: افزایش تقاضا برای مصارف آب در چنددهه ‌اخیر، باعث افزایش برداشت از منابع آب‌ زیرزمینی شده است که این امر باعث افت ‌سطح آبهای زیرزمینی و تغییرکیفیت، و در نوار‌ ساحلی باعث نفوذ آب شور به آبخوان‌های ساحلی شده است. هدف از این پژوهش، شبیه‌سازی سیستم جریان آب زیرزمینی آبخوان ساحلی قالقاچی و بررسی پیشروی جبهه ‌شور دریاچه به آبخوان از طریق تهیه مدل کیفی است.
مواد و روش‌ها: برای این منظور، از نرم­افزار GMS  برای مدل­سازی کمی آبخوان و از کد عددی انتقال جرم MT3DMS برای ارزیابی نفوذ جبهه آب‌شور به آبخوان استفاده‌ شد. تهیه مدل کیفی براساس غلظت یون Cl مربوط به تعداد 16 نمونه آبهای برداشت­شده از منطقه مورد مطالعه انجام شد.
نتایج و بحث: بر اساس نتایج به­دست­آمده از مراحل واسنجی و صحت­سنجی مدل جریان در شرایط ناپایدار و انطباق خوب مقادیر سطح آب محاسباتی و مشاهداتی با  RMSE کمتر از 14/1 متر، مدل تهیه­شده از دقت و صحت کافی برای شبیه‌سازی جریان و استفاده از آن برای تهیه مدل انتقال آلاینده برخوردار است. نتایج حاصل از مدل نشان می­دهد که بیلان آبی آبخوان منفی بوده و کاهش در حجم ذخیره آبخوان وجود دارد. براساس نتایج حاصل از مدل کیفی آبخوان، نفوذ آب شور از نوار ساحلی دریاچه به سمت مرکز دشت تا شعاع 3/2 کیلومتری اتفاق افتاده و باعث شوری منابع آب زیرزمینی گردیده به­طوری­که در برخی از چاه­­ها مقادیر EC به 9700 میکروزیمنس و Cl به 2389 میلی­گرم بر لیتر رسیده است.
نتیجه‌گیری: به­دلیل مخروط افت­های ایجادشده ناشی از پمپاژ بی­رویه و افزایش عمق چاه­های بهره­برداری، نفوذ آب شور از نوار ساحلی دریاچه به سمت مرکز دشت اتفاق افتاده و باعث شوری منابع آب زیرزمینی گردیده است.

کلیدواژه‌ها

آبخوان
مدل آب زیرزمینی
قالقاچی
نفوذ آب شور
GMS

عنوان مقاله English

Modeling of groundwater flow of Qalgachi coastal aquifer to evaluate salt water intrusion using GMS

نویسندگان English

Nosrat Aghazadeh
Farzan Zokaie
Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
چکیده English

The escalating demand for water resources in recent decades has driven intensified groundwater extraction, resulting in declining aquifer levels and deteriorating water quality. In coastal regions, this phenomenon has exacerbated saltwater intrusion into freshwater aquifers. This study aims to simulate the groundwater flow dynamics of the Qalgachi coastal aquifer and assess the extent of saline water intrusion using a solute transport model. The groundwater flow system was quantitatively modeled using the GMS software, while the MT3DMS numerical code was employed to simulate solute transport and evaluate the migration of the saline water front. A solute transport model was calibrated using chloride concentration data derived from 16 groundwater samples collected across the study area. The transient flow model demonstrated robust performance during calibration and validation phases, as evidenced by a strong correlation between simulated and observed hydraulic head values, with RMSE below 1.14 m. This confirms the model’s reliability for simulating groundwater flow and contaminant transport. Hydraulic analysis revealed a negative water balance, indicating a sustained depletion of aquifer storage. The solute transport model highlights that excessive groundwater abstraction has induced a cone of depression, triggering saline water intrusion from the lake’s coastal interface into the aquifer. The encroachment of saline water extends up to 2.3 km inland. In several monitoring wells, EC and chloride concentrations have reached critical levels of 9,700 μS/cm and 2389 mg/L, respectively, confirming significant contamination due to saltwater intrusion. These findings underscore the urgent need for sustainable groundwater management strategies to mitigate further aquifer degradation.

کلیدواژه‌ها English

Aquifer
Ground water model
Qalgachi
Salt water intrusion
GMS
آقازاده، ن.، اصغری مقدم، ا.، صمدی، ن. 1391. ارزیابی نفوذ آب شور دریاچه ارومیه به آب خوان ساحلی میان دشت قالقاچی، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک.17(4)، 46-25.
امیری, و. 1399. بررسی پتانسیل نفوذ شورابه به منابع آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌سازی عددی (مطالعه موردی: آبخوان ساحلی ارومیه)،  مخاطرات محیط طبیعی، 9(26)، 184-161.
اکبرپور, ا.، عزیزی، م.، نجفی مود، م ح.، رضاپور، ع. 1403. بررسی آزمایشگاهی و عددی پیشروی آب شور در آبخوان ساحلی شنی شیبدار در شرایط گذرا. نشریه علمی هیدرولیک، 20(1)، 18-1.
حسین زاده کوهی، ح.، اردستانی، م. 1403. مدل‌سازی و بررسی وضعیت کمی آب‌های زیرزمینی آبخوان مهیار جنوبی-دشت آسمان با استفاده از مدل MODFLOW . مدل سازی و مدیریت آب و خاک، 4(1)، 17-1.
ده مرده، ا.، حشمت پور، ع.، فتح آبادی، ا.، جندقی، ن. 1403. بررسی تأثیر خشکسالی و ترسالی بر کیفیت و کمیت آب زیر زمینی شهرستان کلاله. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست. e209385. Doi: 10.22034/nawee.2024.460310.1084
سازمان آب منطقه ای استان آذربایجان غربی. 1390. بررسی منابع آب زیرزمینی دشت قالقاچی. دفتر مطالعات پایه منابع آب.
 صابری مهر، ص.، اصغری مقدم، ا.،ندیری، ع ا. 1396. شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی و نفوذ آب‌شور در آبخوان ساحلی دشت شبستر با استفاده از نرم‌افزار GMS . دو فصلنامه کواترنری ایران، 3(1)،50-41.
عزیزی، ف.، اصغری مقدم، ا.، ناظمی، ا ح. 1398. شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی و نفوذ آب شور در آبخوان دشت ملکان.  علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 13(45)، 43-32.
قره محمودلو, م.، شیرزادنیا، ج. 1402. ارزیابی و مقایسه کیفیت منابع آبی چشمه و چاه از نظر قابلیت شرب و آبیاری (مطالعه موردی: شرق دشت گرگان). رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2(1)، 66-47.
قوامی سید مرسل، م. ش. 1404. پایش کیفیت آبهای زیرزمینی با استفاده از روش های شبکه عصبی مصنوعی، منطقة مورد مطالعه: شهرستان قروه و دهگلان. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست.
Aghazadeh, N., Asghri Mogaddam, A., Samadi. N. 2010. Evalution of seawater intrusion of Urmia Lake into the Ghalghache costal aquifer. Journal of water and soil conservation, 17(4), 25-46) In Persian).
Agoubi, B. 2021. A review: saltwater intrusion in North Africa’s coastal areas—current state and future challenges. Environ Sci Pollut Res, 28, 17029–17043.
Akbarpour, A., azizi, M., Najafi mood, M. H., Rezapour, A. A. 2024. Laboratory and Numerical Investigation of Saltwater Intrusion in Sandy Beach Aquifer Sloping under Transient Condition. Journal of Hydraulics, 20(1), 1-18) In Persian).
Akhtar, J., Sana, A., Tauseef, S. M., Tanaka, H. 2022. Numerical Modeling of Seawater Intrusion in Wadi Al-Jizi Coastal Aquifer in the Sultanate of Oman. Hydrology, 9(12), Article 211.
Amiri, V. 2020. Investigation of the saltwater intrusion potential into groundwater resources using numerical modeling (case study: Urmia coastal aquifer). Journal of Natural Environmental Hazards, 9(26), 161-184.) In Persian).
Azizi, F., Asghari Moghaddam, A., Nazemi, A. 2019. Groundwater flow and salinity intrusion simulation in malekan plain aquifer. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 13(45), 32-43.) In Persian).
Basack, S., Loganathan, M. K., Goswami, G., Khabbaz, H. 2022. Saltwater Intrusion into Coastal Aquifers and Associated Risk Management: Critical Review and Research Directives. Journal of Coastal Research, 38(3), 654–672.
Bayat, M., Eslamian, S., Shams, G., Hajiannia, A. 2020. Groundwater level prediction through GMS software–case study of Karvan area, Iran. Quaestiones Geographicae, 39(3), 139-145.
Dehmardeh, A., Heshmatpour, A., Fathabadi, A., Jandaghi, N. 2024. Investigate the Effect of Wet and Drought on Groundwater Quantity and Quality of Kalaleh city. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, e209385. Doi: 10.22034/nawee.2024.460310.1084) In Persian).
Gharemahmoodlu, M., Shirzadnia, J. 2023. Assessment and comparison of the spring and well water resources quality for Drinking and Irrigation Purposes (Case study: East of Gorgan plain. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 2(1), 47-66.) In Persian).
Ghavami, S. M., Mohammadi S. 2025. Monitoring the Quality of Groundwater using Artificial Neural Network Methods, a Case Study of Qorveh and Dehgolan Counties. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, e228306. Doi: 10.22034/nawee.2025.520885.1154
Gopinath, S., Srinivasamoorthy, K., Saravanan, K.  2016. Modeling saline water intrusion in Nagapattinam coastal aquifers, Tamilnadu, India. Model. Earth Syst. Environ. 2(2), 1-12.
Hosseinzade Kuhi, H., Ardestani, M. 2024. Modeling and quantitative investigation of the groundwater condition of the South Mehyar-Dasht Asman aquifer by using the MODFLOW model. Water and Soil Management and Modeling, 4(1), 1-17) In Persian).
Huang PS., Chiu YC. A. 2018. Simulation-Optimization Model for Seawater Intrusion Management at Pingtung Coastal Area, Taiwan. Water. 10(3), 251.
Hussain, M. S., Abd-Elhamid, H. F., Javadi, A. A., Sherif, M. M. 2019. Management of Seawater Intrusion in Coastal Aquifers: A Review. Water, 11(12), 2467.
Kihm, J. H., Kim, J. M., Kim, Y., Kim, S., Yeh, G. T.  2024. Hydrogeologic Framework Model-Based Numerical Simulation of Groundwater Flow and Salt Transport and Analytic Hierarchy Process-Based Multi-Criteria Evaluation of Optimal Pumping Location and Rate for Mitigation of Seawater Intrusion in a Complex Coastal Aquifer System. Water Resources Research, 60(6), e2023WR035486.
Mokhtar, M.A., Chibout, M., Mansouri, B.E., Chao, J., Kili, M., Kanti, S.M. 2018. Modeling of the Groundwater Flow and Saltwater Intrusion in the Coastal Aquifer of Fum Al Wad, Province of Laayoun, Morocco. International Journal of Geosciences, 09, 71-92.
Park, S., Kim, J., Yum, B.W., Yeh, G. 2012. Three-Dimensional Numerical Simulation of Saltwater Extraction Schemes to Mitigate Seawater Intrusion due to Groundwater Pumping in a Coastal Aquifer System. Journal of Hydrologic Engineering, 17, 10-22.
Roy, D.K., Sarkar, T.K., Munmun, T.H. 2025. A review on the applications of machine learning and deep learning to groundwater salinity modeling: present status, challenges, and future directions. Discov Water, 5(1), 1-16.
Saberimehr, S., Asghari moghaddam, A., Nadiri, A. 2017. Modeling groundwater flow and salinity intrusion at Shabestar plain aquifer using GMS software model. Quaternary Journal of Iran, 3(1), 41-50) In Persian).
Siarkos, I., Latinopoulos, P. 2016. Modeling seawater intrusion in overexploited aquifers in the absence of sufficient data: application to the aquifer of Nea Moudania, northern Greece. Hydrogeology Journal, 24, 2123–2141.
Sharan, A., Datta, B., Lal, A. 2024. Management of saltwater intrusion using 3D numerical modelling: a first for Pacific Island country of Vanuatu. Environ Monit Assess, 196, 120.
Sherif, M., Kacimov, A., Javadi, A.  2012. Modeling Groundwater Flow and Seawater Intrusion in the Coastal Aquifer of Wadi Ham, UAE. Water Resour Manage, 26, 751–774.
Tabari, M.M.R., Abyar, M. 2022. Development a Novel Integrated Distributed Multi-objective Simulation-optimization Model for Coastal Aquifers Management Using NSGA-II and GMS Models. Water Resour Manage 36, 75–102.
Van, T.D., Zhou, Y., Stigter, T.Y. 2023. Sustainable groundwater development in the coastal Tra Vinh province in Vietnam under saltwater intrusion and climate change. Hydrogeology Journal, 31, 731–749.
Wurl, J., Imaz-Lamadrid, M. A., Mendez-Rodriguez, L. C., Hernández-Morales, P. 2023. Hydrochemical Indicator Analysis of Seawater Intrusion into Coastal Aquifers of Semiarid Areas. Resources, 12(4), 47.
رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
دوره 5، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 162-177

XML
فایل‌های تکمیلی/اضافی
NAWEE-2502-1137.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما