امروزه نرم افزارهای متعددی برای شبیه سازی جریان و پخش و انتقال آلودگی در آبهای زیرزمینی ارائه شده است که برای دستیابی به یک برنامه موثر و کارآمد مدیریت منابع آب زیرزمینی می توان از آنها استفاده کرد. تعدد این نرم افزارها به گونه ای است که انتخاب نرم افزار مناسب که قابلیت های مورد نیاز را داشته باشد مستلزم صرف وقت و ارزیابی های طولانی است. مشکل دیگر ان است که در اغلب راهنماهای نرم افزارهای تجارتی به محدودیت های انها پرداخته نمی شود. در این نوشته با بررسی نرم افزارهای رایج شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی از جمله نرم افزارهای MODFLOW ، CRTANW، MT3D، MIKESHE، PMWIN، FEFLOW، SEAWAT و GMS قابلیت ها و محدودیت های هر کدام از جنبه های مختلف ارزیابی می گردد.
MODFLOW
یک مدل شبیه سازی جریان یک، دو و سه بعدی در آبخوان های محصور، نیمه محصور و آزاد در حالت پایدار و گذرا است که در ابتدا توسط آقایان Madonald و Harbaugh در موسسه زمین شناسی آمریکا در سال 1988 میلادی به زبان فرترن تهیه شد و از آن زمان تاکنون اصلاحیه ها و ویرایش های متعددی برای آن ارائه شده است. این مدل همچنین به عنوان هسته اصلی در خیلی از نرم افزارهای تجارتی و عمومی دیگر استفاده می شود. معادلات حاکم در این مدل در دستگاه مختصات دکارتی نوشته شده و به روش تفاضل محدود حل می شوند. این نرم افزار یک مدل قابل دسترس برای عموم به طور رایگان است که به راحتی می توان از طریق این آدرس به آن دسترسی پیدا کرد.
از این مدل می توان برای شبیه سازی آبخوان های لایه ای با هندسه نامنظم و خصوصیات هیدرولیکی غیرهمگن و غیرهمسان و همچنین شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی استفاده کرد و منابع تغذیه خارجی مثل بارندگی، خروجی و ورودی به رودخانه، برداشت از چاه ها و … را می توان شبیه سازی نمود. هدایت هیدرولیکی و شریب ذخیره در درون لایه ها و در لایه های مختلف می تواند تغییر کند. شرایط مرزی می تواند هد ثابت، جریان ثابت یا جریان متغییر وابسته به هد باشد. جریان ورودی از مرزها وابسته به تفاوت هد میان گره سلول مرزی و محیط خارج در هر بازه زمانی می باشد.
از محدودیت های نرم افزار آن است كه تحت داس بوده و لذا وارد كردن ديتاهاي لازم به آن يك عمليات وقت گير است. براي رفع اين مشكل مي توان از برنامه هاي پيش پردازنده مانند SURFER استفاده كرده و اطلاعات ورودي را براي نرم افزار تهيه نمود. خروجيهاي نرم افزار را نيز مي توان به اين برنامه منتقل كرد و از خصوصيات جالب گرافيكي آن براي مشاهده نتايج استفاده كرد . اين ن رم افزار صرفا هيدروليك جريان در آبخوانها را مدل مي كند و ليكن مي تواند با برنامه هايي نظير مدلهاي پخش و انتقال آلودگي و مدلهاي تخمين پارامتر (مانند UCODE و PEST) تبادل اطلاعات داشته باشد.
ازجمله نرم افزارهايي كه براي برطرف كردن محدوديت هاي MODFLOW ارائه شده است، MODFLOWwin32 را مي توان نام برد كه در موسسه Environmental Simulations توسط آقايان Rumbaugh تهيه شده و تحت ويندوز است. PMWIN برنامه ديگري است كه با استفاده از پايه برنامه MODFLOW نه تنها امكان شبيه سازي جريان بلكه پخش و انتقال آلودگي در سيستم آب زيرزميني را نيز فراهم مي سازد. اين نرم افزار نيز يك برنامه با قابليت گرافيكي تحت ويندوز است كه در حقيقت تركيبي از برنامه هاي PMPATH, UCODE MODFLOW، MT3D و PEST مي باشد. براي دسترسي به اين برنامه مي توان به این آدرس مراجعه نمود.
Visual MODFLOW
این مدل را آقايان Guiguer و Franz در سال 1996 در موسسه واترلو اين برنامه را تهيه كردند. اين برنامه تركيبي از برنامه هاي PMPATH و MODPATH و MT3D همراه با قابليت هاي گرافيكي بالا و كاربري آسان مي باشد. اين برنامه تجارتي جريان هيدروليكي و پخش و انتقال آلودگي را شبيه سازي كرده و براي استفاده، بايستي آن را خريداري نمود.
MT3D
يك برنامه سه بعدي براي شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی ، پخش، انتقال،انتشار مولكولي واكنش هاي شيميايي آلودگي هاي محلول در آب زيرزميني مي باشد كه در سال 1990 توسط آقای Zheng نوشته شد. این برنامه قادر است انواع واكنش هاي شيميايي، جذب و تجزيه را در آبخوان هاي محصور، نيمه محصور و آزاد مدل كند. همچنين مي توان شرايط مرزي با غلظت ثابت و يا فلاكس ثابت را اعمال كرد. اين نرم افزار يك روش اولر-لاگرانژ را براي حل معادلات سه بعدي حاكم بر انتقال آلودگي بكار مي برد. اين روشها و تركيب آنها اين امكان را فراهم مي آورد كه بهترين روش را براي حل انواع مشكلات انتقال آلودگي با كارايي و دقت زيادي بكار ببريم . اين برنامه به گونه اي طراحي شده كه قادر است با انواع برنامه هاي تفاضل محدود مركز شبكه اي از جمله MODFLOW متصل شود. فايلهاي ورودي مربوط به خصوصيات هيدروليكي و جريان آبخوان و خروجي اين برنامه شامل كانتورهاي غلظت را مي توان در محيط SURFER يا ديگر بسته هاي گرافيكي مشاهده نمود.
MIKESHE
اين نرم افزار ابتدا در موسسه هيدروليكي دانمارك Danish Hydraulic Institute در سال 1982 تحت عنوان System Hydrologic European به منظور مديريت منابع آب بوجود آمد. این برنامه حاوي مدولهاي جريان و كيفيت آب است . مدول جريان با تاكيد بر مولفه هاي هيدرولوژيكي شامل : جريان آب در خاك، جريان آبهاي سطحي و جريانهاي زيرزميني است و مدول كيفيت شامل انتقال و پخش، رديابي ذرات، جذب و تجزيه بيولوژيكي مي باشد. به دليل قابليت اين برنامه در شبيه سازي فرآيندهاي مختلف چرخه هيدرولوژيك، استفاده از مدل نيازمند داشتن تخصص در زمينه هاي مختلف هيدروليكي و هيدرولوژيكي مي باشد. از خصوصيات اين برنامه قابليت تبادل اطلاعات با GIS مي باشد. همچنين قابليت گرافيكي بالا در نرم افزار اين امكان را فراهم مي سازد كه اطلاعات خروجي و ورودي را به راحتي مشاهده كرد. اين مدل محدوديتي براي اندازه و ابعاد هندسي دشت مورد نظر ندارد.
(Finite Element Flow) FEFLOW
يكي از كامل ترين و پيچيده ترين نرم افزارهاي اجزاي محدود براي شبيه سازي جريان آب زيرزميني و پروسه هاي انتقال آلودگي در محيط متخلخل در شرايط اشباع و غير اشباع مي باشد كه در سال 1979 در آلمان بوجود آمده است. از خصوصيات اين برنامه قابليت شبيه سازي جريان سيال با دانسيته هاي مختلف و انتقال گرما مي باشد . اين برنامه قابليت تبادل ديتا با GIS را دارد و وروديها و خروجيهاي مدل را مي توان به آساني بصورت گرافيكي مشاهده كرد.
CTRAN/W
یك نرم افزار اجزاي محدود است كه زير مجموعه اي از مجموعه نرم افزار هاي GEO-SLOPE بوده و براي شبیه سازی آلودگی آب های زیرزمینی و انتقال آلودگي در محيط متخلخل استفاده مي شود. اين برنامه قادر است انتقال آلودگي از رديايي ساده ذرات تا پروسه هاي پيچيده شامل، انتقال، پخش، انتشار مولكولي، جذب، تجزيه راديواكتيو و جريان با دانستيه مختلف را شبيه سازي كند. CTRAN اطلاعات لازم در مورد جريان آب را از برنامه SEEP/W كه خود نيز زير مجموعه GEO-SLOPE است، دريافت مي كند تا بتواند حركت مواد محلول در آب را پيش بيني كند. اين برنامه تحت ويندوز بوده و كاربرد آن آسان است و محدوديتي در زمينه سايز مدل و تعداد گره ها و المانها و بازه هاي زماني ندارد اما تنها قادر است پخش و انتقال آلودگي را در دو بعد شبيه سازي كند . در اين برنامه پخش و انتقال آلودگي در محدوده اشباع و غير اشباع را مي توان پيش بيني كرد.
SEAWAT
اين نرم افزار بر اساس MODFLOW و MT3D براي شبيه سازي جريانهاي سه بعدي، تفاضل محدود با دانسيته متغير است كه آقايان Guo و Bennett در سال 1988 براي اولين بار از آن استفاده كردند. كد اين برنامه براي شبيه سازي جريان وابسته به دانسيته بوده و در ماتريس معادلات به جاي استفاده از حجم سيال از پارامتر جرم بر اساس دانسيته استفاده مي كند. دانسيته تنها وابسته به غلظت مواد محلول در آن مي باشد و اثرت دما روي آن در نظر گرفته نمي شود. اين برنامه به طور رايگان در اختيار استفاده كنندگان قرار مي گيرد. براي دسترسي به اين برنامه مي توان به این آدرس مراجعه کرد.
جمع بندی
همانطور كه مطرح شد، انتخاب يك نرم افزار مناسب براي شبيه سازي جريان و پخش و انتقال آلودگي در آب زير زميني به عوامل متعددي بستگي دارد. اين عوامل را مي توان به سه دسته شامل، قابليتهاي شبيه سازي جريان، قابليتهاي شبيه سازي پخش و انتقال آلودگي و قابليتهاي عمومي تقسيم بندي كرد.
