مطالعه آزمایشگاهی تداخل آب شور و شیرین کم‌عمق بر توزیع شوری در ناحیه اشباع و غیراشباع با استفاده از مدل فیزیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد/گروه آبیاری و آبادانی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

3 استادیار گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

اختلاط آب شور و شیرین در آبخوان‏های نزدیک ساحل دریاها و حاشیه شوره‏زارها باعث محدودیت استفاده از منابع آب‏زیرزمینی باکیفیت می‏گردد. از طرف دیگر افزایش غلظت آبخوان آب شور در نتیجه تبخیر از سطح خاک و کاهش هد فشاری در آبخوان شیرین در نتیجه برداشت بی‏رویه از آبخوان، باعث پیشروی جبهه اختلاط، به سمت آبخوان آب شیرین خواهد شد. در این تحقیق با ساخت مدل فیزیکی، ناحیه اختلاط و نحوه توزیع نمک در دو قسمت اشباع و غیراشباع محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. چهار سناریو‌ی مختلف هیدرولیکی شامل سطح ایستابی برابر آب شور و شیرین، سطح آب شیرین بالاتر از آب شور و دو سطح ایستابی شور بالاتر (10 و 15 سانتی‌متر) از آب شیرین در آبخوان مورد بررسی قرار گرفت. غلظت آب شور dS/m 20 و غلظت آب شیرین dS/m 98/0 بود. ابعاد مدل فیزیکی برابر با 1×1×4 متر بود. نتایج نشان داد شکل سطح ایستابی، عامل مهمی در نحوه توزیع و پراکنش شوری در هر دو ناحیه اشباع و غیراشباع می‌باشد. با کاهش سطح آب در مخزن آب شیرین به میزان 10 و 15 سانتی‌متر مرز بین ناحیه کم‌شور و شور در زیر سطح ایستابی به ترتیب 55 و 96 سانتی‌متر پیشروی و با افزایش سطح آب در مخزن آب شیرین به میزان 5 سانتی‌متر، همان ناحیه 28 سانتی‌متر پسروی داشته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental study of shallow saline water and freshwater interference on distribution of salinity in the saturated and unsaturated zone using physical model

نویسندگان [English]

  • حسین Rabbaniha 1
  • Abdolmajid Liaghat 2
  • Masoud Soltani 3
1 MSc Student in Department of Irrigation & Reclamation Engineering, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
2 Professor in Department of Irrigation & Reclamation Engineering, Campus of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
3 Assistant Prof. Water Sciences and Engineering Department Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

The phenomenon of mixing saline and fresh water in aquifers near the sea coasts and the margin of salt marshland, limits the application of high-quality groundwater resources. On the other hand, by increasing concentration of saline water in aquifer due to evaporation from the soil surface and also decreasing pressure head in freshwater aquifers as a result of groundwater over exploitation, lead the mixing front advances toward the freshwater aquifer. In this study, by making a physical model, mixing area and salt distribution in both saturated and non-saturated zone of porous media has been studied. Four different hydraulic scenarios have been performed, including equal water table of fresh and saline water, higher freshwater level and two higher saline levels (10 and 15 centimetres). The concentration of saline water and freshwater were 20 and 0.98 dS/m, respectively. The physical model size was 4×1×1 meter. The results showed that the water table shape is an important factor for distribution and scattering of salinity in both saturated and non-saturated areas. By decreasing the water level in the freshwater reservoir by 10 and 15 centimetres, the boundary between the fresh and saline zone below the water table progressed 55 and 96 cm respectively, and by increasing the water level in the freshwater reservoir by 5 cm, the same zone has had a recession to 28 cm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Gradient
  • Mixing front
  • Physical Model
  • Porous media
  • Shallow aquifer
 
بنائی، م.ح. 1380 . نقشه منابع و استعداد خاک‌های ایران. مؤسسه تحقیقات خاک و آب، تهران، ایران، 6 برگ.
آذری، ا.، لیاقت، ز. و دربندی، ص. 1381. زهکشی؛ کمیت و کیفیت جریان برگشتی، گروه کار زهکشی، انتشار کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، چاپ اول.
قهرودی تالی، م. 1381. ارزیابی دورن‌یابی به روش کریجینگ. مرکز جی آی اس جهاد دانشگاهی واحد دانشگاه تربیت معلم تهران. پژوهش‌های جغرافیایی. شماره 43: 108-95.
مؤمنی، ع. 1389. پراکنش جغرافیایی و سطوح شوری منابع خاک ایران. مجله پژوهش‌های خاک (علوم خاک و آب). 24(3): 215-203.
افلاطونی، م.، فولادمند، ح. و اسکندری، ل. 1391. ارزیابی عملکرد سیستم زهکش حائل دشت قزوین با استفاده از مدل مناسب زهکشی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران.
ابراهیمی آذرخواران، ف.، عبدالشاه نژاد، م.، ملکیان، آ.، و پورآصف، ف. 1392. شبیه‌سازی و مدیریت تداخل آب شور و شیرین در اثر برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی (مطالعه موردی تالاب میقان). پنجمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران. بهمن ماه، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.
ستوده نیا، ع.، جعفری، م.، و دانش‏کار آراسته، پ. 1393. نقش زهکش حائل شوره‌زار مرکزی قزوین در کنترل شوری، تحقیقات آب و خاک ایران، شماره 4: 452-447.
معقولی، گ.، لیاقت، ع. ا.، خلقی، م. و اکرم، م. 1395. بررسی تداخل آب شور و غیر شور در حاشیه مرداب‌ها (مطالعه موردی شوره‌زار مرکزی قزوین)، پایان نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران.
احمدی، ح.، همتی، م.، و مطلبیان، م. 1397. پیش‌بینی گوه‌ی آب شور تحت شرایط پیشروی و پسروی با استفاده از مدل‌های CRATN/W و SEAWAT.  نشریه آب و خاک. 32(1): 27-13.
Johannsen, K., Kinzelbach, W., Oswald, S., and Wittum, G. 2002. The saltpool benchmark problem–numerical simulation of saltwater upcoming in a porous medium. Journal Advances in Water Resources 25(3): 335-348.
Goswami, R.R. and Clement, T.P. 2007. Laboratory‐scale investigation of saltwater intrusion dynamics. Journal Water Resources Research 43(4): W04418.
Ranjan, P., Kazama, S. and Sawamoto, M. 2007. Numerical modelling of saltwater-freshwater interaction in the Walawe River basin, Sri Lanka. IAHS-AISH publication: 306-314.
Barlow, P.M. and Reichard, E.G. 2010. Saltwater intrusion in coastal regions of North America. Hydrogeology Journal 18(1): 247-260.
Sriapai, T., Walsri, C., Phueakphum, D. and Fuenkajorn, K. 2012. Physical model simulations of seawater intrusion in unconfined aquifer. Journal of science and technology 34(6): 679-687.
Noorabadi, S., Sadraddini, A.A., Nazemi, A.H., and Delirhasannia, R. 2017. Laboratory and numerical investigation of saltwater intrusion into aquifers. Journal of Materials and Environmental Sciences, 8(12): 4273-4283.
Mehdizadeh, S.S., Ketabchi, H., Ghoroqi, M., and Hasanzadeh, A.K. 2020. Experimental and numerical assessment of saltwater recession in coastal aquifers by constructing check dams. Journal of Contaminant Hydrology, 103637.
Memari, S.S., Bedekar, V.S., and Clement, T.P. 2020. Laboratory and Numerical Investigation of Saltwater Intrusion Processes in a Circular Island Aquifer. Water Resources Research, 56(2), e2019WR025325.