مقایسه‌ی مدل های هایدرس و لیچ دبلیو در شبیه سازی نفوذ به آبخوان در نیم‌ رخ آبخوان گربایگان

مقدمه و هدف یکی از مسئله‌های دشوار در ارزیابی منابع آب زیرزمینی، اندازه‌گیری نرخ تغذیه‌ی آبخوان است. ارزیابی کمی تغذیه‌ی آبخوان با سه روش عمده شامل ارزیابی ناحیه‌ی اشباع، ناحیه‌ی غیراشباع و آب سطحی دسته‌بندی می شود. روش ناحیه‌ی اشباع به روش‌های فیزیکی (شامل قانون دارسی و ردیاب‌ها)، مدل‌سازی عددی (هدف این پژوهش)، نوسان‌های سطح آب زیرزمینی و بیلان آب گروه‌بندی‌شده است.مواد و روش ها در این پژوهش از مدل‌های هایدرس و لیچ‌دبلیو در شبیه‌سازی حرکت رطوبت خاک برای شبیه سازی تغذیه‌ی سفره استفاده شد. سپس واسنجی مدل ها با بهینه‌سازی عامل‌های جریان آب لایه‌های آبخوان در عرصه‌ی گربایگان با روش راه حل معکوس، انجام شد. ویژگی های آبی لایه‌ی غیراشباع خاک در سه چاه با ژرفای تقریبی 30 متر در یکی از نوارهای سامانه‌ی پخش سیلاب، با روش میدانی و آزمایشگاهی اندازه گیری شد. دستگاه اندازه‌گیری‌کننده‌ی رطوبت خاک با روش تی دی آر برای خاک منطقه‌ی پژوهش واسنجی شد. سپس حس‌گرهای آن در چاله‌هایی با دیواره‌های عایق‌بندی‌شده از سطح تا ژرفای یکی از چاه ها جاگذاری شد. اندازه‌ی حجمی آب خاک از مرداد 1389 تا مرداد 1398 به‌طور پیوسته قبل و بعد از زمان رخدادهای سیل اندازه گیری شد. بلندای آبگیری و داده های اندازه‌ی بارش در محدوده ی پژوهش یادداشت‌برداری شد. تغذیه در محیط غیراشباع با روش بیلان آب خاک با استفاده از داده های اندازه گیری آب خاک در لایه ها ارزیابی شد.نتایج و بحثاعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی جریان با مدل‌های واسنجی‌شده‌ی هایدرس و لیچ دبلیو در مقایسه با اندازه‌های مشاهده ای انجام شد. نتایج نشان داد که مدل هایدرس و لیچ دبلیو با دقت زیادی جریان آب پس از رخداد سیل را برآورد کردند (r2 وrmse  به‌ترتیب 0/994 و 45/3 سانتی‌متر در مدل هایدروس و 0/993 و 37/11 سانتی‌متر در لیچ دبلیو بود). افزون بر این، بر اساس آماره‌های صحت‌سنجی، نتایج مدل هایدرس به واقعیت نزدیک‌تر بود. نسبت تغذیه (اندازه‌ی نفوذ تقسیم بر مجموع سیل و بارش) در سه روش بیلان آب خاک، مدل هایدرس و مدل لیچ‌دبلیو به‌ترتیب در تمام رخدادهای سیلابی 47، 44 و 52  با میانگین 48 بود و برای رخدادهای بزرگ سیلابی 75، 71 و 92  با میانگین 80% به‌دست آمد. در رخداد بارش بدون سیل در عمل تمام بارش صرف تبخیر-تعرق شد و به این دلیل اندازه‌ی نسبت میانگین نفوذ در تمام رخدادها کاهش یافت.نتیجه گیری و پیشنهادهااعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی جریان با مدل‌های واسنجی‌شده ی هایدرس و لیچ ام در مقایسه با اندازه‌های مشاهده ای نشان داد که این مدل‌ها با دقت زیادی جریان آب پس از رخداد سیل را برآورد کردند. افزون بر این، بر اساس آماره‌های صحت‌سنجی، نتایج مدل هایدرس به واقعیت نزدیک‌تر بود. میانگین داده‌های شبیه‌سازی‌شده‌ی مدل لیچ دبلیو حدود 5 واحد و مدل هایدرس کمتر از 1 واحد بیش از اندازه‌ی واقعی برآورد شدند. در شبیه‌سازی حرکت آب در خاک با مدل‌هایی مانند هایدرس، رایج است که یک اندازه‌ی معین هدایت آبی برای کل ستون عمودی یک نیم‌رخ طولی خاک در نظر گرفته شود. نتایج این پژوهش نشان ‌داد که چنین فرضی تا چه حد غیرواقعی است. ازاین‌رو، در خاک‌های مطبق، تفاوت لایه‌ها و استفاده از معادله‌های برآورد هدایت آبی نیاز به توجه خاصی دارد. برای منطقه‌ی پژوهش‌شده مدل هایدرس یک بعدی واسنجی شد و نتایج صحت سنجی آن کاملاً مطلوب بود. بر این اساس، می توان این مدل را در حالت سه بعدی برای عرصه های بزرگ‌تر به‌کار برد و از آن به‌عنوان ابزار اعمال سناریوهای مختلف برای مدیریت سامانه‌ی پخش سیلاب استفاده کرد و کارآیی آن افزایش داد.

assessment of hydrus and leachw models for simulation of gareh bygone aquifer profile infiltration

introduction and goalthe aquifer recharge rate is one of the most difficult items to measure in gw resource evaluation. the techniques used in quantifying recharge are categorized in three main groups: unsaturated zone, saturated zone and surface water techniques. the saturated zone method is devided into physical methods (including darcy’s law and tracers), numerical modeling (the purpose of this research), groundwater level fluctuations, and water balance.materials and methods hydres and litchw models were used to simulate soil moisture movement to simulate aquifer  recharge in this study. the models were then calibrated by optimizing the water flow factors of the aquifer layers in the gareh bygon with the inverse solution method. the water characteristics of the unsaturated soil layer in three wells with an approximate depth of 30 m in one of the floodwater spreading  basins were measured by field and laboratory methods. the soil moisture measuring device, tdr, was calibrated for the stony soils of the research area the sensors are then placed in holes with insulated walls from the surface to the depth.walls of oneof the wells amount of soil-water contents were continuously measured from sep. 2010 to sep. 2020. the height of floodwater inundation and rainfall were also recorded. recharge through unsaturated layers was assessed based on the soil water balance method as the observed data set.results and discusionvalidation flow simulation results from the of hydrus and leachw models with observed measurements. the results showed that the hydrus and leachw model very accurately estimated the water flow after the flood event (r2 and rmse equal to 0.994 and 45.3 cm respectively in hydrus model and 0.993 and 37.11 cm in leachw, respectively). in addition, the results of the hydrus model were closer to measurements. the discharge ratio (the amount of infiltration divided by the amount of flood + precipitation) in the three methods of soil water balance, the hydrus model and the leachw model were 47, 44 and 52 respectively, with an average of 48 for all flood events and 75, 71 and 92 with an average of 80% for large flood events. in the event of precipitation without flooding, practically all precipitation was spent on evaporation-transpiration, and for this reason, the size of the average infiltration ratio decreased in all events.conclusion and recommendationvalidation simulated flow results with hydrus and leachw were compared with the observed measurements, demonstrating that these models accurately estimated the water flow after the flood event. in addition, , the results of the hydrus model were closer to measurements. the mean data of the leachw and hydrus models were overestimated by approximately 5 units less than 1 unit respectively. in simulations of water movement in soil using models such as hydrus, a certain amount of water conductivity for the entire vertical column of the soil profile commonly considered. the results of this research showed how unrealistic such an assumption is. therefore, in multi-layer soils, special attention should be given to the difference between layers and the use of water conductivity estimation equations. for the researched area, one-dimensional hydrus model was recalibrated and its validation results were completely acceptable. this model can be used in three-dimensional mode for larger areas as a tool for applying different scenarios to manage the floodwater spreading system and increase their efficiency.