ارزیابی شبیه‌سازی با رویکرد مرز مشترک در پیش‌بینی نفوذ شوری در آب‌خوان‌های لایه‌بندی ساحلی تحت پمپاژ

زمینه و هدف: افزایش جمعیت و رشد فعالیت‌های بشری در نواحی ساحلی، تنش بر آب‌خوان‌های ساحلی را افزایش داده و سبب پیش‌روی آب دریا به سمت آن‌ها شده‌است. مدل‌سازی ریاضی نفوذ شوری با استفاده از دو رویکرد امکان پذیر می‌باشد. در رویکرد مرز مشترک، فصل مشترک تقابل آب شور و شیرین با یک خط نشان داده می‌شود، حال آن‌که در رویکرد جریان اختلاطی، یک ناحیه انتقالی این دو سیال را از هم جدا خواهد نمود. شبیه‌سازی با رویکرد مرز مشترک به علت نیاز به داده‌های ورودی کم‌تر و زمان اجرای بسیار سریع‌تر، بیش‌تر مورد استفاده قرار گرفته، درحالی‌که  در مدل‌سازی با رویکرد جریان اختلاطی به علت حل هم‌زمان معادله جریان و معادله پخش و انتقال، جواب‌های دقیق‌تری تولید می‌گردد. روش بررسی: در این تحقیق برای آب‌خوان‌های لایه‌بندی ساحلی که در واقعیت از توزیع بیش‌تری نسبت به آب‌خوان‌های همگن برخوردارند، با استفاده از زبان برنامه‌نویسی فرترن، مدل عددی‌ بر پایه رویکرد مرز مشترک (با نام shiswim) توسعه داده شده‌ و نتایج مدل، پس از صحت‌سنجی و اعتبار‌بخشی، با مشاهدات آزمایشگاهی و کد عددی seawat (با رویکرد جریان اختلاطی) مقایسه شده‌است. در ادامه، سناریوهای مختلفی برای آب‌خوان لایه‌بندی در مقیاس واقعی و با اعمال چاه پمپاژ تعریف شده و علاوه بر بررسی واکنش آب‌خوان نسبت به این تغییرات، نقاط قوت و محدودیت‌های مدل توسعه داده شده آشکار شده‌است. یافته‌ها: شبیه‌سازی مدل آب‌خوان تحت پمپاژ نشان می‌دهد که مدل shiswim در حالات کاهش فاصله بین چاه و دریا، نفوذ کامل چاه در آب‌خوان و دبی پمپاژ بالاتر پیش‌بینی دقیق‌تری از شکل گوه شوری داشته است اما پیش‌بینی میزان شوری آب برداشتی از چاه، چندان متناسب با نتایج به‌دست آمده در آزمایشگاه و مدل seawat نبوده است.

Evaluation of sharpinterface simulation of saltwater intrusion into the multilayered coastal aquifers exposed to pumping

Background and Objective: Population growth and scarcity of coastal freshwater resources have increased the stresses on many coastal aquifers, leading to aquifer storage decline and salwater intrusion (SWI). Investigation of coastal aquifers routinely involves the application of SWI models, which can be divided into two categories, namely sharpinterface and dispersiveinterface approaches. There is no mixing between freshwater and saltwater at sharpinterface approaches. This makes them computationally more efficient while dispersivemodeling approaches are more numerically challenging, but allow for freshwatersaltwater mixing. Method: Most coastal aquifers comprise overlying sequences of geological strata, resulting in SWI characteristics that may differ significantly to those of homogeneous cases. The layered coastal aquifers have received significantly less attention than the more simplified singlelayer case, despite the fact that stratified aquifers are widespread. In this study, a sharpinterface approach (named as SHISWIM) was developed using FORTRAN programming code. The model is first validated and then applied for the simulation of sandtank experiment and fieldscale multilayered aquifers exposed to pumping in order to evaluate the strength and limitation of the developed model. Findings: SHISWIM model produced better result for higher pumping rates. Additionally, the results of fully penetrating wells and closer position of well to shoreline matched better with the dispersive modeling outputs. In real cases, where the saltwater may wend a long distance toward the well screen, the sharpinterface modeling weakly matched with the dispersive modeling, specially in terms of well salinities.