مقدمه

شهرک صنعتی بزرگ شیراز با مساحت ۵٫۴ کیلومتر مربع در دشت قره-باغ در جنوب غرب شیراز واقع شده است و دارای عرض جغرافیایی ۲۸ N 29 تا ۲۹ ۳۰ N و طول جغرافیایی ۵۲ ۳۰ E تا ۵۲ ۳۴ E میباشد. بر اساس مطالعات انجام شده در این شهرک (Shakeri et al. 2009) غلظت فلزات سنگین در منابع آب زیر زمینی مقادیر بالاتری را نسبت به استاندارد جهانی (WHO) نشان میدهد که در دراز مدت می تواند مشکلاتی برای محیط زیست به وجود آورد. منشأ این آلودگی ها فعالیت های انسانزاد (صنایع چوبی، فلزی، رنگ، پلاستیک، فرش، شیمی وپتروشیمی، پلیمر، غذایی، آرایشی و مصالح ساختمانی) میباشد. با در نظر گرفتن این نکته که شهرک صنعتی بزرگ شیراز در مرحله توسعه و استقرار صنایع مختلف قرار دارد، در صورت عدم رعایت ملاحظات زیست محیطی مانند عدم اعمال مدیریت صحیح پسماند و پساب برای صنایع، در دراز مدت منابع آب زیرزمینی و کارستی منطقه (آهک

آسماری آبخوان سبزپوشان) و همچنین آب دریاچه مهارلو که در حال حاضر پذیرنده انواع پسآبها میباشد، بشدت مورد تهدید قرار خواهد گرفت و صدمات جبران ناپذیری به چرخه محیط زیست وارد خواهد گردید. شناخت تغییرات مکانی و زمانی غلظت فلزات سنگین به عنوان شاخص آلودگی آبهای زیر زمینی در سال آبی ۱۳۸۶-۸۷ و پیش بینی حرکت ابر آلودگی، تحت تنش-های هیدولوژیکی هدف مدلسازی آبهای زیرزمینی شهرک صنعتی بزرگ شیراز میباشد. در این تحقیق کد Harbaugh et al, 200 ) MODFLOW )برای شبیه سازی سه بعدی جریان آب زیرزمینی انتخاب شد و از نرم افزار GMS 6.5 که یک رابط گرافیکی برای این کد و رابطی برای اطلاعات پایگاه GIS به حساب میآید استفاده گردیده است. دلیل استفاده از GMS این است که این نرم افزار مجموعه ای از ابزارهای مفید برای وارد کردن و مدیریت داده ها را فراهم می کند. با استفاده از نتایج حاصله از مطالعه مدل جریان (ضرایب هیدرودینامیکی بهینه سازی شده و میدان سرعت به دست آمده) مدل انتقال آلاینده این آبخوان با استفاده از نرم افزار (Zheng and Wang, MT3DMS 1999) تهیه گردید. مدل MODFLOW در ایران و جهان بطور گسترده با

۵۹

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

اهداف مختلف از جمله برای شبیه سازی جریان آب زیرزمینی در مقیاس منطقه ای، برآورد پارامترهای آبخوان و مولفه های بیلان هیدرولوژی بکار گرفته شده است. در ایران در دو دهه گذشته پایان نامه های کارشناسی ارشد متعددی با استفاده از مدل MODFLOW نگارش و نتایج آنها در همایشهای ملی به ویژه همایشهای سالانه انجمن زمین شناسی و سازمان زمین شناسی ارائه و در مجموعه مقالات این همایشها چاپ شده است. که ذکر آنها از حوصله این مقاله خارج است. در اینجا تنها به تحقیقاتی که در مجلات علمی معتبر به چاپ رسیده بسنده می شود. آبخوان سروستان واقع در استان فارس با MODFLOW توسط Samani and Gohari (1995) شبیه سازی و توزیع مکانی پارامترهای آبگذری و ضریت ذخیره آن تعیین گردید. وقوع پدیده ماسه روان در چاههای دهانه گشاد و نحوه پیشگیری آن با طراحی ابعاد و دبی پمپاژ چاه توسط Kompani-Zare et al (2008) به کمک MODFLOW مطالعه گردید. با پیشنهاد روشی موسوم به LSM، Samani et al (2004) نسخه جدیدی از مدل MODFLOW برای شبیه سازی جریان شعاعی تدوین نمودند. برای صحت سنجی مدلهای تحلیلی چاههایی که فقط از کف آبگیری می کنند Behrooz-Kohenjani et al (2011, 2012) از مدل

MODFLOW استفاده کردند. مدل MT3DMS اول بار در ایران توسط یزداندوست (۱۳۸۶) برای بررسی آسیب پذیری آبخوان زرقان در استان فارس در مقابل آلاینده هایی از جمله فرمالین، بنزن و نیترات بکار گرفته شد. آذری و سامانی (۱۳۸۹) انتقال آلاینده های نفتی ناشی از نشت آنها از مخازن شرکت پخش و توزیع مواد نفتی ساری به آبخوان ساری شبیه سازی و غلظت TPH در محل نشت و زمان آغاز نشت تخمین زدند. انتقال و تکامل ابر آلودگی فلز کروم ناشی از یک نشت اتفاقی توسط Andrews & Neville (2003) با استفاده از مدل MT3DMS شبیه سازی و فرایندهای کنترل کننده انتقال این فلز سنگین بررسی و نقش آن به عنوان ردیاب در شناسایی دینامیک جریان آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه، ارزیابی نمودند. روش تحقیق: در محدوده مورد مطالعه از ۱۲ حلقه چاه پیزومتری (شاکری، (۱۳۸۸ به عنوان چاه مشاهده ای استفاده شده است. آمار برداری از سطح آب زیرزمینی و نمونه برداری از آن در چهار دوره شهریور، آبان، بهمن ۸۶ و اردیبهشت ۸۷ انجام شده است. موقعیت چاه های مشاهده ای بر اساس موقعیت نقشه زون بندی صنایع مستقر در شهرک صنعتی انتخاب گردیده است. در تمام مراحل نمونه برداری آب زیرزمینی، استاندارد ها مد نظر قرار گرفته است و قبل از برداشت هر نمونه آب راکد چاه تخلیه و سپس از زیر سطح ایستایی نمونه برداری شده است. در شکل (۱) موقعیت چاه های مشاهده ای نشان داده شده است (شاکری، .(۱۳۸۸

مدل سازی جریان در حالت پایدار و ناپایدار: پس از جمع آوری داده ها شبکه سه بعدی آبخوان در قالب تفاضلات محدود قابل استفاده در مدل مادفلو، ساخته شد. شبکه ساخته شده با سلولهایی به ابعاد ۱۴۴×۱۴۸ متر شامل ۴۰ سلول در جهت افقی x و ۲۵ سلول در جهت افقی y و یک لایه در جهت عمودی z می باشد. مرزهای مدل آبخوان شهرک صنعتی بزرگ شیراز به علت نوسانات کم سطح آب زیرزمینی در دوره های مختلف اندازه گیری شده، مرز با جریان مشخص در نظر گرفته شد. با بررسی منحنی های هم سطح آب

۶۰

×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

زیرزمینی شهرک صنعتی بزرگ شیراز در سال آبی۱۳۸۶-۱۳۸۷ و تحلیل این نقشه ها، سطح تراز آب زیرزمینی در شهریور ماه ۱۳۸۶ برای شبیه سازی جریان در حالت ماندگار انتخاب گردید. سپس مدل اجرا و با تنظیم هدایت هیدرولیکی واسنجی شد و مقدار هدایت هیدرولیکی برای محدوده مورد مطالعه تعیین گردید(شکل.(۲ شکل ۲ شبکه تفاضلات محدود نیز نشان می دهد. شکل (۳) برازش سطح آب زیرزمینی مشاهده شده و شبیه سازی شده در پیزومترها در پایان فرایند واسنجی در شرایط پایدار را نشان می دهد. اختلاف بار آبی اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در پیزومترها کمتر از ۰٫۰۵ متر می باشد. پس از واسنجی مدل در شرایط پایدار مدل برای ۸ ماه از مهر ۱۳۸۶ تا اردیبهشت ۱۳۸۷ در شرایط ناپایدار اجرا و واسنجی گردید. مهمترین پارامتری که در طی واسنجی در شرایط ناپایدار تغییر داده شد تغذیه ناشی از بارش و آبهای سطحی بود. پس از پایان فرآیند واسنجی میزان خطا در اکثر پیزومترها و در ۸ دوره تنش کمتر از ۰٫۰۲ متر بود. شکل ۴ هیدروگراف اندازه گیری شده و شبیه سازی شده که از دقت بالایی برخوردار است را برای ۸ پیزومتر (پیزومترهای شماره ۱، ۲، ۳، ۴، ۹، ۱۰، ۱۱و (۱۲ نشان می دهد.

طراحی مدل انتقال: همانطور که گفته شد جهت تهیه مدل جریان از داده های سطح آب مشاهده ای مربوط به شهریور ۸۶ تا اردیبهشت ۸۷ استفاده شد. بنابراین نمونه برداری کیفی برای هر یک از فلزات سنگین به ۸ ماه فوق تعمیم داده شد، و از شهریور ۸۶ تا اردیبهشت ۸۷ جهت ساخت مدل انتقال آبخوان در نظر گرفته شد.

در این تحقیق پتانسیل آلودگی ۷ عنصر سنگین شامل: Mo، Ni، Co، Cu، Pb، Fe وAl شبیه سازی شده است. غلظت هر یک از این عناصر، هدایت الکتریکی (EC) و اسیدینگی (pH) نمونه های آب زیرزمینی برای چهار دوره اندازه گیری در جداول (۱) تا (۴) ارائه شده است. میانگین pH آب زیرزمینی ۷/۵ و گستره آن از ۶/۷۵ تا ۸/۳ تغییر می کند که نشاندهنده ماهیت قلیایی بیشتر نمونه های آب است. هدایت الکتریکی در نمونه های آب زیرزمینی از ۱۸۸۴۲ تا ۱۶۷۲۸۷ با میانگین ۶۹۰۱۰ میکرو زیمنس بر سانتی متر تغییر می کند (شاکری .(۱۳۸۸

معرفی بسته های همرفت و پراکنش: در این تحقیق جهت شبیه سازی کیفی آب زیرزمینی از بسته نرم افزاری MT3DMSاستفاده شده است .(Zheng and Wang, 1999) این بسته های نرم افزاری با نگرش تلفیقی اولرین لاگرانژین، حرکت ذره محلول در آب را شبیه سازی می نماید. پدیده همرفت (Advection) در این بسته های نرم افزاری از روش های مختلف شبیه سازی می شود که در این مطالعه روش Third order TVD scheme

(ULTIMATE) مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر پدیده همرفت، پدیده پراکنش (Dispersion) نیز بر انتقال آلاینده ها موثر می باشد بنابراین به منظور شبیه سازی ترم پراکنش در حرکت آلاینده ها با برآورد ضریب پراکنش از طریق روابط تجربی و با استفاده از نوع دانه بندی و مقادیر هدایت هیدرولیکی برآورد شده توسط مدل جریان ضریب پراکنش تعیین گردید (گودرزی۱۳۸۹، جودوی و سامانی.(۱۳۹۰

معرفی بسته واکنشهای شیمیایی: به منظور بررسی واکنشهای شیمیایی در منطقه مورد مطالعه از بسته واکنش های شیمیایی ( Chemical reaction

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته

(package استفاده شده است. بر اساس ویژگی های ماده آلاینده باید مشخص گردد که آیا این آلاینده با محیط واکنش می دهد یا نه. با توجه به رسی بودن بافت خاک منطقه مورد مطالعه و وجود کربن آلی در خاک و استعداد جذب عناصر سنگین توسط مواد رسی و کربن آلی، در این تحقیق فرایند جذب (Adsorption) بعنوان سومین فرایند انتقال و توزیع عناصر سنگین در مدل

×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

MT3DMS فعال و فاکتور تأخیر (Retardation factor) بعنوان پارامتر واسنجی در نظر گرفته شدمعمولاً. فاکتور تأخیر با استفاده از روش جذب خطی (Linear Isotherm) و با استفاده از چگالی محیط متخلخل قابل اندازه گیری

است .(Fetter 2000; Zheng and Bennet 2002)

شکل .۱ موقعیت نقاط نمونه برداری در محدوده شهرک صنعتی بزرگ شیراز

شکل .۲ شبکه تفاضلات محدود و مقدار هدایت هیدرولیکی واسنجی شده برای آبخوان شهرک صنعتی بزرگ شیراز

۶۱

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته ×تابستان ۹۱، شماره ۴، جلد ۱

شکل .۳ دقت برازش مقادیر محاسباتی و مشاهداتی بار آبی در حالت پایدار

جدول .۱ غلظت یونهای اصلی، فلزات سنگین، هدایت الکتریکی و اسیدینگی نمونههای آب زیرزمینی در شهریور ۱۳۸۶ (شاکری، (۱۳۸۸

pH EC Cl HCO3 SO4 Ca Mg K Na Zn Pb Ni Mo Cu Co As Al Fe

۷٫۱۴ ۸۵۳۲۳ ۴۴۳۷۵ ۲۱۳٫۵ ۹۳۶۰ ۱۴۰۰ ۱۸۶۰ ۳۳٫۱۵ ۳۰۴۵۲ ۱۶٫۳۵ ۲۶ ۱۳۵ ۳۲۰٫۵ ۵۰۵٫۵ ۱۲٫۵ ۱۷٫۵ ۸۱۴۰ ۶۵۰ P1
۷٫۲ ۱۲۲۰۰۰ ۴۴۷۳۰ ۱۸۳ ۸۸۸۰ ۱۶۰۰ ۲۷۶۰ ۴۲٫۹ ۲۸۶۳۵ ۴۳٫۳۲ ۱۴۹ ۱۵۰ ۲۰۸٫۶ ۵۳۳٫۳ ۱۸٫۷ ۵٫۵۸ ۸۷۴۰ ۴۱۳ P2
۷٫۴ ۸۹۹۸۰ ۴۶۶۲ ۲۹۲ ۱۲۲۲۰ ۱۲۹۰ ۳۴۷۵ ۳۷ ۳۰۳۲۲ ۴۰٫۳ ۳۴ ۱۵۰ ۱۴۵ ۳۲۳ ۱۳٫۷ ۴۲٫۶ ۹۰۳۰ ۱۱۵۰ P3
۷٫۳۳ ۶۴۹۲۰ ۲۶۶۲۵ ۳۳۵٫۵ ۱۳۶۸۰ ۹۰۰ ۲۸۸۰ ۳۷٫۰۵ ۱۹۹۶۴ ۲۴٫۷۱ ۱۶۱ ۱۱۰ ۱۴۶٫۲ ۳۰۳٫۵ ۱۷٫۳ ۲۵٫۴ ۱۰۴۹۰ ۶۲۰ P4
۷٫۲۷ ۷۱۴۱۲ ۳۳۷۲۵ ۲۴۴ ۹۵۰۴ ۱۰۰۰ ۲۴۰۰ ۳۴٫۳۲ ۲۱۹۶۰ ۱۶٫۰۴ ۲۴۲ ۱۴۵ ۱۱۹٫۲ ۳۰۳٫۳ ۱۴٫۵ ۲۳٫۸ ۱۰۵۶۰ ۱۰۹۰ P5
۷٫۸۶ ۹۰۸۸۸ ۴۵۹۷۳ ۲۴۴ ۱۲۲۴۰ ۱۲۰۰ ۳۴۸۰ ۳۹ ۳۰۳۳۷ ۳۰٫۳ ۳۲ ۱۶۰ ۵۶٫۵ ۵۹۱٫۵ ۱۶٫۷ ۲۵٫۴ ۱۲۸۱۰ ۶۶۰ P6
۷٫۴ ۱۰۲۰۱۷ ۵۰۵۸۸ ۲۴۴ ۷۲۰۰ ۱۲۰۰ ۲۸۲۰ ۴۶٫۸ ۲۷۴۶۲ ۳۲٫۲۶ ۱۳۱ ۱۸۵ ۱۶۲٫۸ ۵۹۴٫۵ ۲۵٫۱ ۶٫۷۹ ۹۶۳۰ ۱۲۴۰ P7
۷٫۴۸ ۵۴۷۱۸ ۲۲۱۸۸ ۳۰۵ ۶۶۷۲ ۸۰۰ ۱۳۴۴ ۳۵٫۱ ۱۱۹۶۰ ۴۸٫۳۳ ۷۱ ۱۲۵ ۸۷٫۷ ۱۹۹٫۹ ۱۵ ۲۲٫۶ ۸۵۵۰ ۱۷۷۰ P8
۷٫۵ ۴۳۵۹۰ ۱۷۷۵۰ ۳۶۶ ۵۳۲۸ ۱۲۰۰ ۱۳۸۰ ۳۵٫۱ ۹۵۶۸ ۶۰٫۵۸ ۱۳ ۱۸۰ ۶۳٫۴ ۱۵۹ ۴۴٫۷ ۲۰٫۷ ۶۹۵۰ ۲۶۵۰ P9
۷٫۵۶ ۵۱۰۰۹ ۲۱۳۰۰ ۲۷۴٫۵ ۵۸۰۸ ۸۰۰ ۱۷۴۰ ۳۱٫۲ ۱۰۹۷۱ ۱۸٫۷۹ ۷۹ ۱۲۵ ۳۱٫۹ ۱۷۵٫۴ ۹٫۰۶ ۱۸٫۹ ۹۱۵۰ ۶۱۰ P10
۷٫۸۷ ۶۸۶۳۰ ۳۰۱۷۵ ۱۸۳ ۵۸۵۶ ۱۷۰۰ ۷۸۰ ۳۵٫۸۸ ۱۹۳۲۰ ۵٫۴ ۳۳ ۱۱۵ ۶۵٫۶ ۳۲۰٫۲ ۹٫۱۲ ۲۷ ۵۸۵۰ ۳۱۰ P11
۷٫۸۴ ۲۵۰۴۱ ۸۸۷۵ ۳۳۵٫۵ ۶۷۲۰ ۷۰۰ ۱۳۸۰ ۲۵٫۳۵ ۴۴۹۱٫۹ ۲۱٫۱۸ ۳۶ ۱۱۵ ۹۵٫۷ ۷۹ ۱۱٫۷ ۳۱ ۶۳۶۰ ۱۷۲۰ P12

جدول .۲ غلظت یونهای اصلی، فلزات سنگین، هدایت الکتریکی و اسیدینگی نمونههای آب زیرزمینی در آبان ۱۳۸۶ (شاکری، (۱۳۸۸