بررسی و مدلسازی آبخوان دشت کاشان و پلایای دریاچه نمک واقع در استان اصفهان، شهرستان آران و بیدگل

معرفی پروژه

مطالعه مدل کمی و کیفی آب زیرزمینی آبخوان دشت کاشان در قالب پروژه جامع «بررسی و مدل‌سازی آبخوان دشت کاشان و پلایای دریاچه نمک» با هدف شناخت رفتار جریان آب زیرزمینی، ارزیابی تغییرات کمی منابع آب و بررسی روند نفوذ و گسترش آب شور از محدوده دریاچه نمک به داخل آبخوان انجام شده است.

با توجه به وابستگی منطقه کاشان به منابع آب زیرزمینی، افت مستمر سطح آب و مجاورت آبخوان با دریاچه نمک، شناخت همزمان وضعیت کمی و کیفی آبخوان برای مدیریت پایدار منابع آب اهمیت ویژه‌ای دارد. برداشت بیش از حد آب زیرزمینی علاوه بر افت تراز آب، می‌تواند تعادل هیدرولیکی منطقه را تغییر داده و زمینه پیشروی آب شور به سمت منابع آب شیرین را فراهم کند.

بر اساس مطالعات انجام‌شده، آبخوان کاشان دارای روند افت مستمر سطح آب با نرخ حدود ۰٫۴۷ متر در سال است. از سوی دیگر، جریان آب شور از سمت دریاچه نمک و شوره‌زارها به سمت دشت و همچنین وجود گنبدهای نمکی در شمال‌غرب منطقه از عوامل مؤثر بر کاهش کیفیت منابع آب زیرزمینی محسوب می‌شوند.

به‌منظور شبیه‌سازی رفتار آبخوان، مدل عددی جریان آب زیرزمینی با استفاده از نرم‌افزار GMS و کد محاسباتی MODFLOW تهیه شد. در ساخت مدل، اطلاعات مربوط به وضعیت هندسی و ضخامت آبخوان، سطح آب زیرزمینی، ضرایب هیدرودینامیکی، چاه‌های بهره‌برداری و مشاهده‌ای، تغذیه ناشی از بارندگی، رودخانه‌ها و مرزهای ورودی و خروجی جریان در نظر گرفته شد. مدل در دو وضعیت ماندگار و غیرماندگار اجرا و با داده‌های مشاهده‌ای واسنجی و صحت‌سنجی شد. نتایج نشان داد تطابق مناسبی میان مقادیر محاسباتی و مشاهداتی وجود دارد و مدل می‌تواند به‌عنوان ابزاری برای پیش‌بینی رفتار آینده آبخوان و ارزیابی سناریوهای مدیریتی مورد استفاده قرار گیرد. این مدل امکان بررسی اثر تغییر میزان برداشت، تغییر شرایط تغذیه و اجرای سیاست‌های مدیریتی بر سطح و جهت جریان آب زیرزمینی را فراهم کرده است. پس از توسعه مدل کمی، مدل کیفی آبخوان با هدف بررسی انتقال و پیشروی شوری از سمت دریاچه نمک به داخل دشت کاشان تهیه شد.

در این بخش تغییرات کیفی آب بر اساس شاخص هدایت الکتریکی (EC) بررسی و مدل انتقال برای دوره زمانی ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۹ اجرا شد. برای ارزیابی اثر مدیریت برداشت آب زیرزمینی، سه سناریوی اصلی تعریف شد:

• ادامه روند فعلی بهره‌برداری از چاه‌ها
• کاهش ۱۵ درصدی برداشت از چاه‌های آبخوان
• افزایش ۱۵ درصدی برداشت از چاه‌های آبخوان

در تمامی سناریوها، اثر برداشت شورابه از دریاچه نمک بر شرایط مرزی مدل نیز لحاظ شده است. مقایسه سناریوها نشان داد کاهش ۱۵ درصدی برداشت آب زیرزمینی مطلوب‌ترین وضعیت از نظر کنترل گسترش شوری را ایجاد می‌کند، در حالی که سناریوی افزایش ۱۵ درصدی برداشت بیشترین گسترش پهنه‌های با EC بالا را به همراه دارد. نتایج مدل نشان داد مناطق شرقی و شمال‌شرقی آبخوان کاشان به دلیل مجاورت با دریاچه نمک، بیشترین حساسیت را نسبت به پیشروی شوری دارند.

در میان کاربری‌های مختلف نیز چاه‌های کشاورزی بیشترین تأثیر را از گسترش شوری دریافت می‌کنند. این موضوع از آن جهت اهمیت دارد که بخش کشاورزی یکی از اصلی‌ترین مصرف‌کنندگان منابع آب زیرزمینی در دشت کاشان محسوب می‌شود. نتایج گزارش همچنین نشان می‌دهد کنترل شیب هیدرولیکی و جلوگیری از حرکت آب شور از شمال‌شرق به سمت بخش‌های داخلی آبخوان، یکی از عوامل کلیدی در کنترل روند شورشدگی است.

یکی از ویژگی‌های مهم این پروژه، محدود نشدن تحلیل‌ها به مدل عددی آب زیرزمینی است. برای افزایش قابلیت اعتماد نتایج، خروجی مدل کمی و کیفی با مدل سه‌بعدی لیتولوژی و نتایج مطالعات ژئوالکتریک مقایسه شده است. برای مدل‌سازی لیتولوژیکی از اطلاعات ۴۱ گمانه حفاری‌شده استفاده شد. نتایج نشان داد بخش‌های شمالی آبخوان عمدتاً دارای مصالح ماسه‌ای بوده و با حرکت به سمت جنوب، تغییراتی در جنس رسوبات مشاهده می‌شود. اختلاف نفوذپذیری ناشی از تغییر جنس مصالح یکی از عوامل مؤثر بر نحوه و سرعت پیشروی آب شور در آبخوان است. همچنین نتایج ژئوالکتریک، مقاومت الکتریکی پایین‌تر بخش‌های شمال‌شرقی آبخوان را نشان داده که با نتایج مدل کیفی و حضور بیشتر آب شور در این محدوده تطابق دارد.

در مجموع، همخوانی نتایج مدل عددی، داده‌های مشاهده‌ای، مطالعات لیتولوژی و ژئوالکتریک موجب افزایش قابلیت اعتماد تفسیر نهایی از رفتار آبخوان شده است. بر اساس نتایج مدل‌سازی، مدیریت مصرف آب کشاورزی و کنترل جریان آب شور ورودی از سمت دریاچه نمک به‌عنوان مهم‌ترین راهکارهای کنترل افت کمی و کاهش پیشروی شوری معرفی شده‌اند.

در گزارش همچنین اقداماتی نظیر شناسایی و حذف چاه‌های غیرمجاز، نصب کنتور بر روی چاه‌ها، استفاده از روش‌های تغذیه مصنوعی، اصلاح الگوی کشت و کاهش کشت محصولات پرمصرف پیشنهاد شده است. علاوه بر این، توسعه شبکه پایش در بخش‌های شرقی و شمال‌شرقی آبخوان اهمیت ویژه‌ای دارد. افزایش تعداد چاه‌های پیزومتری، انجام آزمایش‌های پمپاژ در مرزهای ورودی و خروجی آبخوان و توسعه شبکه نمونه‌برداری کیفی برای کاهش عدم‌قطعیت مدل و پایش دقیق‌تر جبهه شوری توصیه شده است. نتیجه این مطالعه، ایجاد یک مدل یکپارچه کمی و کیفی آب زیرزمینی برای آبخوان دشت کاشان است که قابلیت شبیه‌سازی سطح و جهت جریان آب زیرزمینی، ارزیابی پیشروی شوری و بررسی آثار سناریوهای مختلف بهره‌برداری را فراهم می‌کند.

این مدل می‌تواند به‌عنوان یک ابزار تصمیم‌یار برای مدیریت منابع آب، کنترل برداشت، پایش جبهه آب شور و ارزیابی سیاست‌های آتی مورد استفاده قرار گیرد. نتایج مطالعه نشان می‌دهد که کنترل برداشت آب زیرزمینی، به‌ویژه در بخش‌های شرقی و شمال‌شرقی، همراه با مدیریت شرایط هیدرولیکی مرز دریاچه نمک، نقش تعیین‌کننده‌ای در کاهش روند شورشدگی آبخوان خواهد داشت.

تصاویر پروژه