عنوان

مطالعه آزمایشگاهی و عددی مدیریت و کنترل هجوم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی

Number

‭۱۶۸۵۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه آزمایشگاهی و عددی مدیریت و کنترل هجوم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی

First Statement of Responsibility

/سعید نورآبادی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: کشاورزی

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۶‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی کشاورزی- مهندسی آبیاری و زهکشی

Date of degree

‮‭۱۳۹۶/۰۲/۱۶‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در این تحقیق با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی دینامیک پدیده هجوم آب شور دریا به آبخوان‌صهای ساحلی و روش‌صهای مقابله با آن مورد بررسی قرار گرفت .همچنین مدل عددی ‮‭SEAWAT‬ برای شرایط آزمایشگاهی مورد نظر واسنجی شده و علاوه بر تایید دقت بالای این مدل عددی در پیش‌صبینی سناریوهای آزمایشگاهی، از آن برای مطالعه جامع‌صتر پدیده هجوم آب شور نیز استفاده شد .بررسی تغییرات غلظت آب شور نشان داد که با افزایش غلظت آب شور مقدار پیشروی جبهه آب شور افزایش می‌صیابد .با تغییر مقادیر غلظت آب شور، با استفاده از مدل عددی مقادیر پیشروی نوک جبهه آب شور در سناریوهای دیگر شبیه‌صسازی شد .با برازش یک منحنی بر روی این داده‌صهای شبیه-سازی شده یک رابطه درجه ‮‭۲‬ بین غلظت آب شور و موقعیت نوک جبهه آب شور بدست آمد .بررسی تغییرات گرادیان هیدرولیکی بین منبع آب شیرین و آب شور نشان داد که جابجایی جبهه آب شور نسبت به تغییرات گرادیان هیدرولیکی بسیار حساس می‌صباشد .مقایسه رفتار جبهه آب شور در مراحل پیشروی و پسروی نشان داد که سرعت جابجایی جبهه آب شور در مرحله پسروی زیادتر از مرحله پیشروی است .با تجزیه و تحلیل تصاویر بدست آمده از مدل‌صهای آزمایشگاهی و عددی عرض ناحیه انتقال بین جبهه آب شور و آب شیرین برابر با ‮‭cm ۵/۲‬ تخمین زده شد .برداشت آب از یک نقطه مشخص در آبخوان آزمایشگاهی با استفاده از یک لوله فلزی انجام گرفت و تاثیر این برداشت بر جابجایی جبهه آب شور بررسی شد .در این سناریوها علاوه بر تصاویر حرکت جبهه آب شور، از تغییرات شوری آب برداشتی نیز برای تفسیر نتایج استفاده شد .با تغییر مقادیر پارامترهای غلظت آب شور، عمق نقطه برداشت و دبی برداشت، تاثیر این تغییرات بر نحوه حرکت جبهه و منحنی رخنه شوری آب برداشتی بررسی شد .بعلاوه با استفاده از مدل عددی ‮‭SEAWAT‬ اطلاعات جامع‌صتری از نحوه توزیع بردارهای سرعت و منحنی‌صهای هم‌صپتانسیل ارائه شد .با استفاده از مدل عددی با تغییر پارامترهای مذکور سناریوهای بیشتری اجرا شد و همراه با داده‌صهای آزمایشگاهی در مجموع ‮‭۱۵۰‬ سری داده بدست آمد .با در دست داشتن این داده‌صها و با استفاده از برنامه‌صریزی بیان ژن یک رابطه بین پارامترهای بی‌صبعد غلظت آب شور، عمق نقطه برداشت، دبی برداشت و پارامتر غلظت نهایی آب برداشتی بدست آمد .برای مدل حاصله از برنامه‌صریزی بیان ژن مقدار ‮‭R۲‬ در مرحله توسعه و ارزیابی به ترتیب برابر با ‮‭۸۶۵/۰‬ و ‮‭۷۱۵/۰‬ بود .از بین روش‌صهای مقابله با هجوم آب شور، دو روش استفاده از موانع زیرزمینی و تزریق نقطه‌صای آب شیرین مورد بررسی قرار گرفت .نتایج بررسی موانع زیرزمینی نشان داد که اگر این موانع در کل ضخامت لایه آبدار نفوذ کنند در جلوگیری از هجوم جبهه آب شور به سمت آبخوان بسیار موثر می‌صباشند .همچنین در انتخاب مواد مانع نیز باید دقت کافی به عمل آید طوری که به منظور کارائی بیشتر این موانع نفوذپذیری آن باید حداکثر ‮‭۱‬ نفوذپذیری محیط متخلخل آبخوان باشد .مطالعه تغییرات ضخامت مانع نیز نشان داد که انتخاب مانع با ضخامت کم) در اینجا کمتر از ‮‭cm ۴)‬ کارائی این موانع را به طور قابل توجهی کاهش می‌صدهد، از طرف دیگر افزایش ضخامت مانع از یک مقدار بهینه به بعد) در اینجا ‮‭cm ۷)‬ تاثیری در جلوگیری از هجوم آب شور ندارد و تنها باعث افزایش حجم مصالح می‌صشود .با استفاده از رابطه تحلیلی انور نمودارهایی بین مقادیر بی‌صبعد درصد عقب‌صنشینی نوک جبهه، نسبت نفوذ عمقی مانع و فاصله مانع از منبع آب شور ارائه شد که از این نمودارهای بی‌صبعد می‌صتوان در شرایط میدانی نیز استفاده کرد .نتایج تزریق نقطه‌صای آب شیرین نشان داد که اگر این تزریق در نقاط نزدیک به نوک جبهه آب شور اعمال شود تاثیر بیشتری در جلوگیری از هجوم آب شور دارد .طوری که با تزریق در نقاط با ارتفاع ‮‭cm۳۰=Z‬ حداکثر مقدار عقب‌صنشینی نوک جبهه برابر با ‮‭۱/۵‬ بود ولی با تزریق در نقاط با ارتفاع) ‮‭cm۰=Z‬ یعنی کف آبخوان (حداکثر مقدار عقب‌صنشینی نوک جبهه آب شور برابر با ‮‭۵/۷۴‬ بود .بعلاوه در نقاط عمیق، تاثیر تزریق با دبی‌صهای کم تفاوت چندانی با تزریق با دبی‌صهای زیاد نداشت یعنی اگر تزریق آب شیرین در نقاط عمیق نزدیک نوک جبهه اعمال شود حتی با دبی‌صهای کم تزریق نیز می‌صتوان از پیشروی جبهه آب شور جلوگیری کرد

Text of Note

In this research, dynamics of saltwater intrusion into coastal aquifers and controlling methods of this phenomenon were studied using a laboratory model. The numerical model, SEAWAT, was calibrated with the experimental condition and the accuracy of the model predicted data was confirmed. This numerical model also was used to study the saltwater intrusion process more comprehensively. Investigating the saltwater concentration variation showed that the saltwater wedge advanced more distance by increasing the saltwater concentration. Additional scenarios were simulated using the numerical model by changing the saltwater concentration. Using the simulated data, a quadratic relation between the saltwater concentration and the saltwater wedge toe position was obtained. Investigating the head gradient variation showed that the saltwater wedge displacement was very sensitive to the head gradient variations. Comparing the saltwater wedge behavior in advancing and recession phases showed that the wedge displacement rate in the recession phase was more than that of the advancing phase. The width of the transition zone between the saltwater and freshwater was obtained as 2.5 cm using the analysis of the photos obtained from the laboratory and numerical models. The freshwater of the experimental aquifer was extracted by inserting a metal tube in a certain point. The effect of this extraction on the wedge displacement was investigated. In water extraction scenarios, the salinity variations of the extracted water along with the obtained photos were used to interpret the results. The effect of the variations of the saltwater concentration, extraction point depth and extraction rate on the wedge displacement and on the extracted water breakthrough curve were analyzed. Besides, more comprehensive information about the velocity vector pattern and the head contours were presented using the SEAWAT model. More scenarios were run by changing the mentioned parameters using the SEAWAT model. The number of data obtained from these scenarios along with the experimental data was 150. A relation among the non-dimensional parameters of saltwater concentration, extraction point depth, extraction rate and the final concentration of the extracted water was obtained using gene expression programming method. The value of R2 for the gene expression programming model in development and assessment stages were 0.865 and 0.715 respectively. Two saltwater controlling methods, i.e. subsurface barrier and point injection of freshwater, were investigated in this study. The results showed that the subsurface barriers would be very effective on controlling the saltwater intrusion into aquifers if the barrier penetrated all the aquifer depth. Also, the importance of material selection of the barrier was confirmed, so the permeability of the barrier materials should be less than 1 of the aquifer porous media permeability. Results showed that using a narrow barrier (less than 4cm in this study) decreased the barrier performance considerably. On the other hand, increasing the barrier width more than an optimum measure (7cm in this study) didnt have any positive effect on controlling the saltwater intrusion and it only increased the utilized materials volume. Some diagrams describing the relations among the non-dimentional parameters of the percentage of the wedge toe recession, barrier penetration ratio and the distance of the barrier from the saltwater chamber were presented using Anwar analytical equation. These diagrams can be also used for field conditions. The results of the point injection showed that the point injection would be more effective on controlling saltwater wedge if the freshwater was injected near the wedge toe. Injecting into the points with the height of Z=30cm caused the maximum recession percentage of the toe position to be 5.1 , but injecting into the points with the height of Z=0cm (bottom of aquifer) caused the maximum recession percentage of the toe position to be 74.5 . In addition, in deeper points, the effects of injection of freshwater with low rates didnt differ with high rate injections. In other words, if the freshwater was injected in deeper points, even low injection rates would control the saltwater wedge advancement

نورآبادی، سعید

اشرف صدرالدینی، سید علی، استاد راهنما

ناظمی، امیرحسین، استاد راهنما

دلیر حسن نیا، رضا، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی