مطالعه پدیده هجوم آب شور به آبخوان‌های ساحلی در شرایط گذرا با استفاده از پردازش تصویر و مدل‌سازی عددی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گرایش هیدرولیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشیار دانشکده مهندسی برق و رباتیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

شناخت مسئله هجوم آب شور در شرایط گذرا، نقش مؤثری بر مدیریت منابع آب‌های زیرزمینی ساحلی دارد. در این مطالعه، دینامیک گذرای گوه آب شور و ناحیه اختلاط در آبخوانی آزاد با سیستم هد- کنترل شده در مرزها بصورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. داده های آزمایشگاهی با استفاده از فن پردازش تصویر برداشت شدند و شبیه ­سازی­های عددی توسط کد SUTRA انجام گرفت. برای بررسی رفتار گوه آب شور در شرایط گذرا، علاوه بر آنالیز شاخص طول پنجه گوه که در اغلب تحقیقات آزمایشگاهی و عددی قبلی مورد استفاده قرار گرفته است، تغییرات شاخص ارتفاع گوه در مرز دریا نیز نسبت به زمان اندازه­ گیری شد. نتایج نشان دادند که الف) در هنگام پیشروی گوه، شاخص ارتفاع گوه به مراتب زودتر از شاخص طول پنجه گوه به شرایط دائمی می­رسد، این در حالی­ است که در هنگام بازگشت گوه، هر دو شاخص بطور هم زمان به وضعیت پایدار می­رسند. ب) بر خلاف طول پنجه گوه که در وضعیت برگشت زودتر از وضعیت پیشروی به شرایط دائمی می­رسد، شاخص ارتفاع گوه در هر دو وضعیت پیشروی و بازگشت تقریباً مدت زمان یکسانی را برای رسیدن به شرایط دائمی طی می­کند. همچنین نتایج برای ناحیه اختلاط نشان داد که در اثر فرایندهای شستشو و اختلاط، ناحیه اختلاط در اوایل مرحله بازگشت گوه گسترش می­یابد و با نزدیک شدن گوه به شرایط دائمی، فرایند شستشو متوقف شده و ناحیه اختلاط کم­کم منقبض می­گردد.

کلیدواژه‌ها


Abarca, E., Carrera, J., Sánchez-Vila, X. and Dentz, M., (2007). “Anisotropic dispersive Henry problem”. Advances in Water Resources. 30(4), 913–926. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2006.08.005

Abarca, E. and Clement, T.P., (2009). “A novel approach for characterizing the mixing zone of a saltwater wedge”. Geophysical Research Letters. 36(6), 1–5. https://doi.org/10.1029/2008GL036995

Chang, S. W. and Clement, T. P., (2012). “Experimental and numerical investigation of saltwater intrusion dynamics in flux-controlled groundwater systems”. 48(March), 1–10. https://doi.org/10.1029/2012WR012134    

Goswami, R. R. and Clement, T. P., (2007). “Laboratory-scale investigation of saltwater intrusion dynamics”. Water Resources Research. 43(4), 1–11.

https://doi.org/10.1029/2006WR005151

Kuan, W. K., Jin, G., Xin, P., Robinson, C., Gibbes, B. and Li, L., (2012). “Tidal influence on seawater intrusion in unconfined coastal aquifers”.Water Resources Research. 48:W02502

https://doi.org/10.1029/2011WR010678

Lu, C., Chen, Y., Zhang, C. and Luo, J., (2013). “Steady-state freshwater-seawater mixing zone in stratified coastal aquifers”. Journal of Hydrology. 505, 24–34.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.09.017

Lu, C. and Werner, A. D., (2013). “Timescales of seawater intrusion and retreat”. Advances in Water Resources. 59, 39–51.

https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2013.05.005

Luyun, R., Momii, K. and Nakagawa, K., (2009). “Laboratory-scale saltwater behavior due to subsurface cutoff wall”. Journal of Hydrology. 377(3-4), 227–236.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.08.019

Mehdizadeh, S. S., Werner, A. D., Vafaie, F. and Badaruddin, S., (2014). “Vertical leakage in sharp-interface seawater intrusion models of layered coastal aquifers”. Journal of Hydrology, 519, 1097–1107 .

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.08.027  

Mehdizadeh .S.S., Vafaei, F. and Abolghasemi. H., (2015). “Assessment of sharp-interface approach for saltwater intrusion”. Environ Earth Sci., 73, 8345–8355. doi. 10.1007/s12665-014-3996-9  

Oz, I., Shalev, E., Yechieli, Y., Gavrieli, I. and Gvirtzman, H., (2014). “Flow dynamics and salt transport in a coastal aquifer driven by a stratified saltwater body: Lab experiment and numerical modeling”. Journal of Hydrology. 511, 665–674. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.02.020   

Oz, I., Shalev, E., Yechieli, Y. and Gvirtzman, H., (2015). “Saltwater circulation patterns within the freshwater-saltwater interface in coastal aquifers: Laboratory experiments and numerical modeling”. Journal of Hydrology. 530, 734–741. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.10.033

Robinson, G., Ahmed, A. A. and Hamill, G. A., (2016). “Experimental saltwater intrusion in coastal aquifers using automated image analysis: Applications to homogeneous aquifers”. Journal of Hydrology. 538, 304–313.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.04.017

Robinson, G., Hamill, G. A. and Ahmed, A. A., (2015). “Automated image analysis for experimental investigations of salt water intrusion in coastal aquifers”. Journal of Hydrology. 530, 350–360. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.09.046

Voss, C. and Provost, A., (2010). “SUTRA—a Model for saturated–unsaturated, variable density, Ground-water flow with Solute or energy transport, 2010.” US Geological Survey Water-Resources Investigations Report, 02-4231

Werner, A. D., Bakker, M., Post, V. E. A.,
Vandenbohede, A., Lu, C., Ataie-Ashtiani, B., Simmons C.T. and Barty, D.A., (2013). “Seawater intrusion processes, investigation and management: Recent advances and future challenges”. Advances in Water Resources. 51, 3–26.

https://doi.org/10.1016/j.advwatres.