تحلیل عدم‌‌قطعیت و حساسیت مدل انتقال آلاینده محلول در آب‌های زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت قزوین)

مدل‌سازی کیفی آب‏های زیرزمینی ابزاری مفید برای شناسایی چگونگی انتقال آلاینده‏ها در محیط متخلخل آبخوان است. این مدل‏ها شامل پارامترهای متعددی هستند که اغلب بر اساس پژوهش‌های قبلی یا قضاوت کارشناسی برآورد می‏شوند یا در بهترین شرایط بر اساس اندازه‌گیری‌های محدود میدانی برآورد می‌شوند. در نتیجه داده‏های ورودی به مدل‏های ‏شبیه‏سازی، دقیق نبوده و همراه با خطا‏ هستند که این خطا‏ها باعث به وجود آمدن عدم‌قطعیت در نتایج مدل شبیه‏سازی می‏شود. هدف این پژوهش تحلیل عدم‌قطعیت و تحلیل حساسیت پارامترهای مدل جریان و مدل انتقال آلاینده‏ محلول در آب‌ زیرزمینی و تعیین پارامترهای حساس بر انتقال آلاینده‏ بود. به‌این منظور ابتدا با استفاده از مدل فرضی و تحلیل حساسیت به دو روش موضعی و جامع، پارامترهای حساس بر انتقال آلاینده تعیین ‌شد. پارامترهای موثر بر حداکثر غلظت آلاینده محلول از تحلیل حساسیت موضعی به‌ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب کاهشی، تخلخل، ضریب توزیع و ضریب پخشیدگی و پارامترهای موثر بر زمان رسیدن به حداکثر غلظت به‌ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب توزیع، تخلخل، ضریب پخشیدگی و ضریب کاهشی بودند. پارامترهای موثر بر حداکثر غلظت آلاینده محلول با توجه به نتایج تحلیل حساسیت جامع نیز به‌ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب کاهشی، تخلخل، ضریب پخشیدگی و ضریب توزیع و پارامترهای موثر بر زمان رسیدن به حداکثر غلظت به‌ترتیب هدایت هیدرولیکی، ضریب توزیع، ضریب پخشیدگی، ضریب کاهشی (یا نرخ زوال) و تخلخل بودند. سپس مدل‌سازی جریان با مدل modflow و مدل‌سازی انتقال آلاینده‏ها با مدل mt3dms آب‌ زیرزمینی منطقه بررسی شده (دشت قزوین) بر اساس اطلاعات کیفی مربوط به یون‌های کلراید و نیترات انجام شد و با استفاده از پارامترهای مدل، تولید متغیرهای تصادفی به روش مونت‌کارلو که مناسب برای توابع پیچیده است، انجام شد. برای بیان تحلیل عدم‌قطعیت نمودارها تابع توزیع تجمعی مکمل ccdf غلظت کلراید و نیترات محاسبه و رسم شده است. با توجه به این نمودار تغییرات غلظت کلراید با احتمال 5 درصد برابر با 205.5 میلی‏گرم در لیتر، با احتمال 50 درصد برابر با 196.5 میلی‏گرم در لیتر، احتمال 95 درصد برابر با 185.4 میلی‏گرم در لیتر است. همچنین با توجه به نمودار ccdf نیترات، تغییرات غلظت نیترات با احتمال 5، 50 و 95 درصد به‌ترتیب برابر 56، 54.125 و 51.5 میلی‏گرم در لیتر حاصل شد. نتایج دو روش تحلیل حساسیت موضعی و جامع شبیه هم هستند. شایان ذکر است که این نتیجه مربوط به مدل فرضی است و ممکن است در شرایط دیگر نتایج متفاوتی حاصل شود.

Uncertainty and Sensitivity Analysis of Solute Contaminant Transport Simulation in Groundwater (Case Study: Qazvin Plain)

Groundwater contaminant transport modeling is a useful tool for identifying how pollutants fate and transport in porous aquifer environments. These models include several parameters, which are often estimated based on personal judgment or in the best case, based on limited field measurements. Therefore, the input data of simulation models are not accurate and contain several errors. The purpose of this study is parameter uncertainty and sensitivity analysis in the groundwater solute contaminants transport modeling using probability theory. First, governing equations for groundwater flow and solute contaminant transport have been presented. Then, using MOFLOW for modeling groundwater flow and MT3DMS for modeling solute contaminant transport in a hypothetical problem and using effective parameters in a case study (Qazvin plain), uncertainty analysis through the Monte Carlo method was done. To illustrate the uncertainty analysis, the Complementary Cumulative Distribution Functions (CCDF) of Chloride and Nitrate graphs have been computed. Then using random samples, generated in uncertainty analysis step, local and global sensitivity analysis of solute transport model parameters have been determined.  Result: Using maximum concentration of solute contaminant as a model output, the results of the local sensitivity analysis show that the most sensitive parameters are hydraulic conductivity (K), decay rate constant (λ), porosity (θ), distribution coefficient (Kd), and dispersivity (D) respectively. While using time to maximum concentration as output variable, leads to the following order of sensitivity: K, Kd, θ, D, and λ. On the other hand, the global sensitivity analysis using maximum concentration shows that the order of sensitivity is: K, λ, θ, D, and Kd, and using time to maximum concentration it is: K, Kd, D, λ, and θ respectively. According to the CCDF of Chloride, concentrations of 5%, 50% and 95% equal 205.5, 196 and 185.4 mg/L respectively. Also, according to the CCDF of Nitrate the concentrations of 5%, 50%, and 95% equal 56, 54.125 and 51.5 mg/L respectively. All five parameters are sensitivite in solute transport modeling. The local and global sensitivity analysis show more or less the same results. In general, the sensitivity ranking of parameters is K, λ, Kd, θ, and D.