پیش‌بینی گوه‌ی آب شور تحت شرایط پیشروی و پسروی با استفاده از مدل‌های CTRAN/W و SEAWAT

آب و خاک

مقاله 1، دوره 32، شماره 1 - شماره پیاپی 57، اردیبهشت 1397، صفحه 13-27   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v32i1.68090

نویسندگان

حجت احمدی^* ؛ محمد همتی؛ مهدی مطلبیان

دانشگاه ارومیه

چکیده

آبخوان‌های ساحلی منبع اصلی آب شیرین در بسیاری از مناطق دنیا می‌باشند. نفوذ آب شور بصورت یک زبانه از طرف دریا به زیر آب شیرین آبخوان باعث تخریب کیفیت این منابع می‌گردد. به علت این که مسائل تداخل آب شور بسیار پیچیده هستند و به طور کلی نمی‌توانند به صورت تحلیلی حل شوند، بنابراین روش‌های عددی ابزاری ایده‌آل برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی نتایج می‌باشند. در این مطالعه دقت مدل‌های ریاضی CTRAN/W و SEAWAT در شبیه‌سازی و پیش بینی گوه‌ی آب شور در سه حالت الف) وضعیت جریان پایدار تحت گرادیان‌های مختلف ب) حالت گذرا تحت شرایط پیشروی گوه‌ی آب شور ج) حالت گذرا تحت شرایط پس روی گوه‌ی آب شور بررسی شد. نتایج شبیه‌سازی دو مدل با مشاهدات آزمایشگاهی گوسامی و کلمنت (8) مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور مقایسه‌ی داده‌های واقعی و شبیه‌سازی شده از شاخص های آماری ریشه میانگین مربعات خطا(RMSE) ، معیار ناش-ساتکلیف(CE) ، ضریب همبستگی(R2)، نسبت اختلاف (r) و انحراف استاندارد عمومی (GSD) استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل‌های CTRAN/W و SEAWAT دقت بالایی‌در شبیه‌سازی و پیش‌بینی موقیعت و حرکت گوه‌ی آب شور را با متوسط میانگین مربعات خطا به ترتیب معادل 67/0 و 58/0 سانتیمتر (کمتر از 10 درصد متوسط داده‌های واقعی) دارا می‌باشند. مدل CTRAN/W برآورد بهتری نسبت به مدل SEAWAT در محاسبه میزان دبی انتقالی از منبع آب شیرین به سمت منبع شور را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

آبخوان ساحلی؛ تداخل آب شور؛ شبیه سازی؛ مدل کامپیوتری

مراجع

1- Abdelaty, I.M., Abd-Elhamid, H.F., Fahmy, M.R., Abdelaal, G.M.,(2014). Investigation of some potential parameters and its impacts on saltwater intrusion in Nile Delta Aquifer. J.Engineering Sciences Assiut University Faculty of Engineering. No. 4:931-955.

2- Bear, J. (1979), “Hydraulics of ground water, McGraw-Hill,” New York City.

3- Custodio, Ch. and Broggman, G. A., 1987, Groundwater problems in coastal aquifers, Studies and Reports in Hydrology, UNESCO, Paris, Vol. 45: 1-576.

4- C. W. Fetter Jr. 1972. Position of the saline water interface beneath oceanic islands. Water Resources research 8,no.5:1307-1315.

5- Dagan, G. and Bear, J. 1968. J. Hydrol. Res., v. 6:15-44.

6- Frind, E.O. 1982. Simulation of long-term transient density-dependent transport in groundwater. Advances in Water Resources 5, no. 6:73-88.

7- Goswami RR, Clement TP. Laboratory-scale investigation of saltwater intrusion dynamics. Water Resour Res 2007;43:W04418. http://dx.doi.org/ 10.1029/2006WR00515.

8- GLOVER, R.E. 1964. Ground water movement. U.S. Bureau of Reclamation Engineering Monograph 31:31-34

9- Galeati, G., G.Gambolati, and S.P.Neuman.1992.coupled and partially coupled eulerian-lageangian model of freshwater-seawater mixing. Water Resources research 28,no.1:149-165.

10- Huykorn, P.S., P.F. Anderson, J.W. Mercer, and H.O. White Jr. 1987. Saltwater intrusion in aquifers: Development and testing of a three-dimensional finite-element model. Water Resources research 23,no.2: 293-312.

11- Henry, H. R. (1960), Salt intrusion into coastal aquifers, Ph.D. thesis, Columbia University, New York.

12- Henry, H.R. 1964. Effects of dispersion on salt encroachment in coastal aquifers. Seawater in Coastal Aquifers. USGS Water-Supply Paper 1613-C: 70-84.

13- Illangasekare, T., et al. (2006), Impacts of the 2004 tsunami on groundwater resources in Sri Lanka, Water Resources., 42, W05201, doi:10.1029/ 2006WR004876.

14- Johannsen, K.; Kinzelbach, W.; Oswald, S.; Wittum, G., (2002). The salt-pool benchmark problem – numerical simulation of saltwater upconing in a porous medium. Adv. Water Resour., 25(3): 335-348

15- Konz, M.; Younes, A.; Ackerer, P.; Fahs, M.; Huggenberger, P. Zechner, E., (2009). Variable-density flow in heterogeneous porous media – Laboratory experiments and numerical simulations. J. Contam. Hydrol., 108 (3-4):168-175

16- Kolar R. L, Kibbey T.C.G , Szpilka C, Atkinson J.H. 2009. Process-oriented tests for validation of baroclinic shallow water models: The lock-exchange problem. Ocean Modelling 28(1-3):137-152 ·

17- Luyun, R.J.; Momii, K.; Nakagawa, K., (2009). Laboratory-scale saltwater behavior due to subsurface cutoff wall. J. Hydrol., 377(3-4): 227-236

18- Mualem, Y., and J. Bear (1974), The shape of the interface in steady flow in a stratified aquifer, Water Resoures., 10(6):1207– 1215.

19- Noorabadi S, . Nazemi A.H, Sadraddini A.A., Delirhasannia R. 2017. Laboratory investigation of water extraction effects on saltwater wedge displacement. Global J. Environ. Sci. Manage., 3(1): 21-32, Winter 2017. DOI: 10.22034/gjesm.2017.03.01.003

20- Oswald, S.E.; Kinzelbach, W. (2004). Three-dimensional physical benchmark experiments to test variable-density flow models. J. Hydrol., 290(1-2):22-42

21- Rezaee Pazhand, H. 2001. Application of probability and statistics in water resources. Sokhan Gastar publication, 456p (In Persian).

22- Strack ODL. A single-potential solution for regional interface problems in coastal aquifers. Water Resour Res 1976;12:1165–74.

23- U.S. Geological Survey (USGS) (2000), Groundwater resources for the future—Atlantic Coastal Zone, Fact Sheet 085-00, Reston, VA.

24- Werner AD, Bakker M, Post VAE, Vandenbohede A, Lu C, Ataie-AshtianiB, Sim-monsCT, Barry DA. Seawater intrusion processes, investigation and management: Recent advances and future challenges. AdvWater Resources. 2013;51: 3–26.

25- VanLopik J.H, Hartog N, Zaadnoordijk W.J, Cirkel D.G, Raoof A.2015. Salinization in a stratified aquifer induced by heat transfer from well casings. Advances inWater Resources 86 (2015) 32–45.

26- Xue, Y., Xie, C. and Wu, J. (1995). A three dimensional model for seawater intrusion in China. Water Resour.Res., No. 4:903-912.

27- Zhang, Q., R. E. Volker, and D. A. Lockington (2001), Influence of seaward boundary condition on contaminant transport in unconfined coastal aquifers, J. Contam. Hydrol., 49(3– 4):201– 215.