ارزیابی عملکرد روش های عددی در شبیه سازی جریان آب زیرزمینی (مطالعه موردی: آبخوان بیرجند)

داشتن دانش و اطلاع دقیق از وضعیت منابع آب زیرزمینی جهت برنامه ریزی و توسعه پایدار در مناطق خشک و نیمه خشک اهمیت دوچندانی دارد. از طرفی به دلیل این که مدل سازی آب زیرزمینی در مطالعات میدانی دارای مشخصاتی نظیر مرزهای نامنظم، ناهمگنی و ناهمسانگردی و همچنین شرایط مرزی و مدل مفهومی پیچیده است، دشواری های زیادی در فرایند شبیه سازی وجود دارد. به دلیل قابلیت های مناسب و عملکرد قابل قبول روش های عددی، این پژوهش در نظر دارد تا یک چارچوب مناسب جهت شبیه سازی آب زیرزمینی در مناطق خشک را که مبتنی بر روش های تفاضل محدود (FD)، اجزای محدود (FE) و بدون شبکه (Mfree) است، ارایه کند. معادله جریان آب زیرزمینی براساس روش های FD، FE و Mfree گسسته شد و عملکرد آن ها در یک آبخوان فرضی و یک مطالعه میدانی مورد ارزیابی قرار گرفت. ارزیابی نتایج عددی به دست آمده در آبخوان فرضی و مقایسه با جواب تحلیلی، حاکی از آن است که عملکرد هر سه مدل عددی قابل قبول است. به طوری که مقدار شاخص RMSE برای روش های Mfree، FE و FD به ترتیب 005/0، 016/0 و 018/0 متر به دست آمد. لکن با افزایش پیچیدگی های شبیه سازی در مطالعه میدانی، از دقت روش های عددی مبتنی بر مش (شبکه بندی) نظیر FD و FE کاسته شد. ارزیابی عملکرد روش FD نشان داد که این روش در مسایل با هندسه های منظم و شرایط مرزی ساده از عملکرد خوبی برخوردار است، لکن در مسایل واقعی و شرایط واقعی با هندسه های نامنظم که با ناهمسانگردی و ناهمگنی مواجه هستند از دقت آن به شدت کاسته می شود. به طوری که مقدار شاخص RMSE برای روش FD در آبخوان واقعی، حدود 77/1 متر به دست آمد. نتیجه فوق البته با شدت کمتر برای روش FE نیز صادق است (مقدار RMSE برای FE و در آبخوان واقعی حدود 36/0 به دست آمد). همچنین نتایج این مطالعه در خصوص روش Mfree ثابت کرد که این روش ضمن داشتن دقت بالاتر نسبت به روش های FD و FE از انعطاف پذیری بسیار بالایی در مواجه با هندسه های نامنظم و موضوعات ناهمسانگردی و ناهمگنی برخوردار است. مقدار شاخص RMSE برای روش Mfree در مطالعه میدانی، 26/0 متر به دست آمد.