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

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.

Experimental and numerical investigation on seawater intrusion into unconfined coastal aquifers under instantaneous changes of heads at boundaries

Sea level rise and groundwater extrapolation lead to freshwater head changes at boundaries of coastal aquifers and causes further intrusion of seawater into aquifers. In the present study, the behavior of unconfined coastal aquifer to instantaneous sea level rise and freshwater head decline is investigated by physical and mathematical dispersive modellings. Three laboratory models have been conducted in a sand tank and salt wedge shape has been photographed over time. Salt wedge toe position, area of transition zone and volume of intruded seawater are measured for this purpose. The numerical results are in good agreement with experimental observations. The outputs derived by both modellings indicate that the instantaneous rise of head in sea boundary or significant decline of freshwater head in landside deforms the wedge shape of saline water, so that the seawater encroachment velocity at its tip will be faster than other regions. Moreover, establishment of an inverse hydraulic gradient (hydraulic gradient from sea to land) causes significant seawater delivery from sea into the aquifer. As a result, the salt wedge can even be stretched up to land boundary. Results of dispersive simulations demonstrate that when the velocity of saline water rises inside the aquifer, the advection role will be highlighted rather than dispersion. However, the longitudinal and transverse dispersivity will also increase and that consequently will widen the transition zone. Nevertheless, the increase rate of saline water volume has been achieved much higher than the growth rate of toe position and transition zone area.