شبیه‌سازی عددی و تخمین ضریب پراکنده‌پذیری عرضی آلاینده امتزاجپذیر آب شور در یک محیط متخلخل ناهمگن و همگن

نابود شدن منابع آب‌های زیرزمینی در مناطق ساحلی به‌علت پیشروی آب شور در آبخوان‌های این نواحی در حال حاضر یکی از مسائل مهم در تامین نیاز‌های آبی در این مناطق است. در نواحی ساحلی، آب شور به‌صورت یک گوه از زیر، وارد آبخوان می‌شود. با توجه به تفاوت چگالی موجود بین آب شور و شیرین یک ناحیه بینابینی بین دو سیال شکل می‌گیرد. به‌منظور درک بهتر از اهمیت این موضوع، آزمایش‌ها و تحقیقات عددی جریان‌های وابسته به غلظت و انتقال ماده‌ی حل‌شده به‌وسیله تانک پر‌شده از نمونه ماسه‌های متنوع، کمک زیادی برای دستیابی به این مهم خواهد کرد. در این پژوهش، تانک ماسه‌ای واقعی مذکور، توسط نرم افزار sutra شبیه‌سازی شد. این شبیه‌سازی شامل پیکربندی، گسسته‌سازی، تخصیص ویژگی و تعیین شرایط مرزی است. در نهایت ضریب پراکنده‌پذیری عرضی در مقیاس ماکروسکپی برای سناریوهای مختلف انتقال ماده‌ محلول در این تانک براورد شد. هدف از انجام این پژوهش، تحلیل پراکندگی جریان، هنگام اختلاط آب شور و شیرین و اثر سرعت منفذی جریان، غلظت منبع آلاینده و ناهمگنی محیط متخلخل بر خاصیت پراکنده‌پذیری جریان است. در این پژوهش، پس از بررسی تاثیر شرایط مرزی متفاوت در مدل sutra بر پیشرفت هاله‌ آلودگی آب شور، شبیه‌سازی مدل نمونه ماسه‌های ناهمگن و مقایسه نتایج آن با مدل آزمایشگاهی و مدل همگن انجام شد. به عنوان نتیجه‌ای کاربردی از انجام این پژوهش، نمودار تغییرات ضریب پراکنده‌پذیری عرضی، نسبت به غلظت منبع ورودی و سرعت واقعی جریان ترسیم شد. در شبیه‌سازی عددی محیط ناهمگن در تمام غلظت‌ها به‌استثنای غلظت c0=35000، با افزایش سرعت جریان، مقادیر ضریب پراکنده‌پذیری عرضی at محاسبه شده توسط sutra کاهش یافت. در تمام سرعت‌ها به‌استثنای سرعت m/day4u= با افزایش غلظت منبع ورودی، at براورد‌شده، افزایش پیدا کرد. همچنین مقادیر atبدست آمده از مدل sutra بیشتر از مقادیر at آزمایشگاهی به‌دست آمد. در شبیه‌سازی عددی محیط همگن، برای تمام سرعت‌ها، با افزایش غلظت ورودی c0، ضریب پراکنده‌پذیری عرضی at افزایش یافت. با توجه به نتایج کاربردی حاصل شده، می‌توان راه‌حل مناسبی برای بهبود کیفیت آب‌های زیرزمینی و جلوگیری از اختلاط منابع آبی شیرین و شور ارائه داد.

Numerical Simulation and Estimation of the Transvers Macrodispersivity Coefficient of Aqueous Phase (Miscible) Contaminants of Salt Water in a Heterogeneous and Homogeneous Porous Media

Deterioration of groundwater resources in coastal regions due to the progression of saline water in aquifers in these regions is currently one of the important issues in providing water needs in these areas. In coastal regions, saline water enters the aquifer from below in shape of wedge. Due to the difference in the density between fresh and salty water, an interface zone forms between two fluids. In order to better understanding the importance of this issue, experiments and numerical investigations of densitydepended flow and transport through a tank filled with a variety of sand, are great help in achieving this. In this research, the real sand tank was simulated using SUTRA model. This simulation includes configuration, discretization, property assignment and boundary conditions determination. Finally, the transverse macrodispersivity coefficient was estimated for different scenarios of the solute transport in this tank. The purpose of this research is to analyze of the solute dispersion, in mixing salt and fresh water, and the effect of seepage velocity, concentration of pollutant source and heterogeneity of porous media on the flow dispersivity property. In this research, after studying the effect of different boundary conditions in SUTRA model on the development of the salt water plume, simulation of the model of heterogeneous sand tank and comparing its results with laboratory model and homogeneous model were performed. As a practical result of this research, the diagram of changes in the coefficient of transverse dispersivity against the source concentration and seepage flow velocity was plotted. In numerical simulation of heterogeneous Porous media, for all concentrations, with the exception of the concentration C0= 35000, with increasing flow velocity, the values of the transverse dispersivity coefficient AT calculated by SUTRA decreased. Also AT for all seepage velocities, with the exception of seepage velocity u=4 m/day, increased with increasing source concentration. Also, the values obtained AT from the SUTRA model were more than the values of AT obtained from experiments. In numerical simulation of the homogeneous porous media, for all velocities, as the concentration source C0 increases, the transvers macro dispersivity coefficient AT increases. According to the applied results, suitable solutions can be found to improve the quality of groundwater and prevent the mixing of fresh and saltwater resources.