بررسی آزمایشگاهی و عددی پیشروی آب شور در آبخوان‌های آزاد ساحلی تحت اثر تغییرات ناگهانی هد در مرزها

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز، تهران

چکیده

افزایش تراز آب دریا و برداشت بیش از حد آب زیرزمینی به ترتیب سبب تغییر هد در مرز خروجی و ورودی آب شیرین شده و افزایش پیشروی شوری را در آبخوان به دنبال خواهد داشت. در این تحقیق واکنش یک آبخوان آزاد ساحلی به این تغییرات به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شده‌است. سه آزمایش پیشروی شوری ترتیب داده شده و با افزایش یا کاهش هد در مرز دریا و مرز خشکی، از تغییرات گوه شوری با زمان تصویربرداری گردید. مشخصه‌های مورد بررسی موقعیت پنجه شوری، مساحت ناحیه انتقالی و حجم آب شور بوده‌است. نتایج حاصل از مدل‌های فیزیکی و ریاضی تطابق مناسبی با یکدیگر داشته و خروجی هر دو آنها حاکی از این است که افزایش ناگهانی هد در مرز دریا و یا کاهش قابل ملاحظه هد در مرز خشکی، شوری داخل آبخوان را از حالت گوه‌ای شکل خارج کرده به طوریکه سرعت پیشروی شوری از نوک گوه سریعتر از سایر مناطق می‌گردد. همچنین ایجاد گرادیان معکوس هیدرولیکی (گرادیان از دریا به سمت خشکی) گسیل حجم قابل توجهی از آب دریا به داخل آبخوان را سبب می‌شود، به گونه‌ای که پنجه شوری تا مرز خشکی نیز می‌تواند امتداد یابد. یافته‌های حاصل از شبیه‌سازی عددی نشان می‌دهد که با افزایش سرعت پیشروی آب شور در آبخوان، اثر مولفه انتقال بیشتر از مولفه پخش می‌شود. این افزایش سرعت، نقش ضریب پخش را نیز پر رنگ‌تر کرده و مساحت ناحیه انتقالی افزایش خواهد یافت، هرچند که نرخ افزایش حجم آب شور داخل آبخوان نسبت به نرخ رشد دو مشخصه دیگر بالاتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


رضاپور،ع.، ساغروانی، س.ف.، احمدی‌فرد، ع. (1397). مطالعه پدیده هجوم آب شور به آبخوان‌های ساحلی در شرایط گذرا با استفاده از پردازش تصویر و مدل‌سازی عددی، نشریه علمی – پژوهشی هیدرولیک، دوره 13، شماره 2، 82-69.

مهدی‌زاده محلی، س.س.، وفایی، ف. (1395). بررسی آزمایشگاهیوعددینفوذشوریدر آبخوان‌هایآزاد ساحلی، مجله اقیانوس‌شناسی، سال هفتم، شماره 25، 76-67.

Ataie-Ashtiani, B., Werner, A.D., Simmons, C.T., Morgan, L.K. and Lu, C. (2013). How important is the impact of land-surface inundation on seawater intrusion caused by sea-level rise?. Hydrogeology Journal, 21(7): 1673-1677. https://doi.org/ 10.1007/ s10040-013-1021-0.

Badaruddin, S., Werner, A.D. and Morgan, L.K. (2015). Water table salinization due to seawater intrusion. Water Resources Research, 51(10): 8397-8408. https://doi.org/10.1002/2015WR017098.

Bates, B., Kundzewicz, Z. and Wu, S. (2008). Climate change and water. Intergovernmental Panel on Climate Change Secretariat.

Chang, S.W., Clement, T.P., Simpson, M.J. and Lee, K.K. (2011). Does sea-level rise have an impact on saltwater intrusion?. Advances in Water Resources, 34(10): 1283-1291. https://doi.org/10.10 16/j.advwatres.2011.06.006.

Fetter, C.W. (2001). Applied Hydrogeology. 4th edition, Prentice Hall Inc., Waveland Press. New Jersey, 598 pp.

Fofonoff, N.P. and Millard Jr, R.C. (1983). Algorithms for Computation of Fundamental Properties of Seawater. Endorsed by Unesco/SCOR/ICES/IAPSO Joint Panel on Oceanographic Tables and Standards and SCOR Working Group 51. Unesco Technical Papers in Marine Science, No. 44.

Johnson, A.I. (1966). Compilation of specific yields for various materials. U.S. Geological Survey OpenFile Report, Albuquerque, 119 pp., http://pubs.usgs.gov/of/1963/0059/.  

Ketabchi, H., Mahmoodzadeh, D., Ataie-Ashtiani, B. and Simmons, C.T. 2016. Sea-level rise impacts on seawater intrusion in coastal aquifers: Review and integration. Journal of Hydrology, 535: 235-255. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.01.083.

Ketabchi, H., Mahmoodzadeh, D., Ataie‐Ashtiani, B., Werner, A.D. and Simmons, C.T. 2014. Sea‐level rise impact on fresh groundwater lenses in two‐layer small islands. Hydrological Processes, 28(24): 5938-5953. https://doi.org/10.1002/hyp. 10059.

Klute, A., Dirksen, C. (1986). Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods, In: Methods of soil analysis, Part 1, Physical and Mineralogical Methods, 2nd ed., Agronomy Monograph, Vol. 9, American Society of Agronomy and Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin USA, 687- 734.

Laattoe, T., Werner, A.D. and Simmons, C.T. (2013). Seawater intrusion under current sea-level rise: processes accompanying coastline transgression. In Groundwater in the Coastal Zones of Asia-Pacific (pp. 295-313). Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-007-5648-9-14.

Langevin, C.D., Thorne Jr, D.T., Dausman, A.M., Sukop, M.C. and Guo, W. (2008). SEAWAT version 4: a computer program for simulation of multi-species solute and heat transport (No. 6-A22). Geological Survey (US).

Masterson, J.P. and Garabedian, S.P., (2007). Effects of sea‐level rise on ground water flow in a coastal aquifer system. Groundwater, 45(2), pp.209-217. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584. 2006.00279.x.

Mehdizadeh, S.S., Karamalipour, S.E. and Asoodeh, R. (2017). Sea level rise effect on seawater intrusion into layered coastal aquifers (simulation using dispersive and sharp-interface approaches). Ocean & Coastal Management, 138: 11-18. https://doi.org/10.1016/j.ocecoaman.2017 .01.001.

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.

Morgan, L.K., Bakker, M. and Werner, A.D., (2015). Occurrence of seawater intrusion overshoot. Water Resources Research, 51(4): 1989-1999. https://doi.org/10.1002/2014WR016329.

Morgan, L.K., Stoeckl, L., Werner, A.D. and Post, V.E. (2013). An assessment of seawater intrusion overshoot using physical and numerical modeling. Water Resources Research, 49(10): 6522-6526. https://doi.org/10.1002/wrcr.20526.

Robinson, G., Ahmed, A.A., Hamil, G.A. (2016). Experimental saltwater intrusion in coastal aquifers using automated image analysis: Applications to homogeneous aquifers. Journal of Hydrology, 538: 3014-313. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.04 .017

Schincariol, R. A., Schwartz, F.W., (1990). An experimental investigation of variable density flow and mixing in homogeneous and heterogeneous media. Water Resources Research 26(10): 2317-2329. https://doi.org/10.1029/WR026i010p02317.

Shi, L., Cui, L., Park, N. and Huyakorn, P.S. (2011). Applicability of a sharp-interface model for estimating steady-state salinity at pumping wells-validation against sand-tank experiments. Journal of Contaminant Hydrology. 124(1-4): 35-42. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2011.01.005.

Simmons, C.T., Pierini, M.L. and Hutson, J.L. (2002). Laboratory investigation of variable-density flow and solute transport in unsaturated–saturated porous media. Transport in Porous Media, 47(2), pp.215-244.https://doi.org/10.1023/A: 1015568724369. 

Todd, D. K., and Mays L. W. (2005). Groundwater Hydrology. Third Edition. USA: John wiley & Sons Inc.

Voss, C.I. and Souza, W.R. (1987). Variable density flow and solute transport simulation of regional aquifers containing a narrow freshwater-saltwater transition zone. Water Resources Research, 23(10): 1851-1866. https://doi.org/ 10.1029/WR023i010p01851.

Watson, T.A., Werner, A.D. and Simmons, C.T. (2010). Transience of seawater intrusion in response to sea level rise. Water Resources Research, 46(12). https://doi.org/10.1029/2010 WR009564.

Werner, A.D. (2017). On the classification of seawater intrusion. Journal of Hydrology, 551, pp.619-631. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016 .12.012.

Werner, A.D., Jakovovic, D. and Simmons, C.T., (2009). Experimental observations of saltwater up-coning. Journal of Hydrology, 373(1-2): 230-241. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.05.004. 

Werner, A.D. and Simmons, C.T. (2009). Impact of sea‐level rise on sea water intrusion in coastal aquifers. Groundwater, 47(2): 197-204. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2008.00535.x.