بخشی از مقاله
چکیده:
در این تحقیق سعی شده است تا اثر پارامترهای هیدروﮊئولوﮊیکی مختلف مثل میزان تغذیه سالیانه به سفره ساحلی- موقعیت و میزان بهره برداری از چاههای پمپاﮊ- خصوصیات هیدرولیکی سفره و وجود لایه های با هدایت هیدرولیکی متفاوت بر روی موقعیت و شکل زون اختلاط آبهای شور و شیرین بررسی گردد. به این منظور از یک مدل جریان و انتقال آلاینده با قابلیت شبیه سازی جریان تحت شرایط دانسیته متغیر - MOCEDENSE - استفاده شده است. یک مقطع عمودی از سفره ساحلی و در جهت عمود بر ساحل برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. این مقطع عمودی دارای عمق ١٠٠ متر بوده و تا فاصله ١٥٠٠ متری از ساحل ادامه دارد. موقیت های مختلفی از قرارگیری مرزهای تغذیه – نقاط تخلیه و لایه های با تراوایی متفاوت مورد بررسی قرار گرفته و میزان حساسیت نتایج به داده های ورودی بررسی شده است.
نتایج نشان میدهد که وجود زون های با تراوایی بالا در سفره باعث افزایش ضخامت زون اختلاط آبهای شور و شیرین و لذا افزایش احتمال شوری چاههای پمپاﮊ موجود در لنز آب شیرین میگردد. این پدیده بخصوص در سفره های ساحلی کربناته جایی که اختلاط آبهای شور و شیرین با شیمی متفاوت باعث انحلال کربناته و افزایش تراوایی میگردد از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. نرخ بالای تغذیه سالیانه به سفره ساحلی نه تنها باعث حرکت زون اختلاط به سمت دریا میگردد بلکه ضخامت این لنز را نیز کاهش میدهد. میزان حساسیت عمق و ضخامت زون اختلاط نسبت به وجود چاههای پمپاﮊ و زون با تراوایی بالا در بخشهای نزدیک به ساحل بسیار بیشتر از بخشهای دورتر می باشد.
واﮊه های کلیدی: نفوذ آب شور، زون اختلاط، سفره ساحلی.
۱- مقدمه:
در مناطق ساحلی محدودیت های فراوانی بر استفاده از منابع آبهای شیرین حاکم است. سفره های ساحلی معمولا به دو دلیل مورد توجه و مطالعه قرار گرفته اند: ١ - شوری آب های شیرین زیرزمینیبعلت پمپاﮊ از سفره ساحلی و - - Tulipano, 2003 ٢ - فعالیتهای دیاﮊنتیکی منحصر به فرد در زون اختلاط آبهای شور و شیرین . - Back et al., 1979, Whitaker et al., 1994 - بسیاری از مطالعاتی که نفوذ آب شور در سفره های ساحلی را مورد توجه قرار داده اند، یک فرض را بصورت اساسی پذیرفتهاند که آبهای شور و شیرین غیر قابل امتزاج بوده و یک سطح تماس خطی بین این آبها بوجود می آید. Cooper در سال ١٩٥٩ بیان کرد که حرکت آب شیرین به سمت ساحل باعث جریان حلقهای آب شور دریا شده و این باعث ایجاد یک زون اختلاط بین این دو آب میگردد.
زون اختلاط آبهای شور و شیرین غالبا به عنوان بخشی از سفره شناخته میشود که در آن شوری به تدریج با عمق درون سفره و به سمت ساحل افزایش می یابد . - Wicks and Herman, 1995 - موقعیت و شکل این ناحیه اختلاط مهمترین عامل در اعمال یک مدیریت بهینه در سفره های ساحلی است . - Yechieli et al., 2001 - زمانی که مناطق ساحلی گسترش مییابند و به دنبال آن برداشت از سفره های ساحلی افزایش مییابد، آبهای شور به سمت سفره ساحلی گسترش پیدا میکنند و باعث کاهش حجم آب شیرین قابل استفاده سفره میشوند. توانایی در شناختن تاثیر پارامترهای زمینشناسی و اقلیمی بر موقعیت و شکل زون اختلاط در سفره های ساحلی، توانایی ما را در حفظ موقعیت و میزان آب شیرین قابل استفاده در سفره افزایش میدهد. این تحقیق بنا دارد تا تاثیر بعضی از این پارامترها را با استفاده از یک مدل عددی مورد بررسی قرار دهد.
شبیه سازی نفوذ آب دریا به سفره ساحلی و شرایط جریان پیچیده در آن نیاز به حل معادلات جریان با دانسیته متغیر دارد. تا حدود سال ١٩٨٠ میلادی این امر معمولا با استفاده از شبیه سازیهای فیزیکی انجام میگرفته است اما اکنون نرم افزارهای متعددی توان شبیه سازی این شرایط جریان را دارند. در بعضی از آنها مثل مدل Sharp یک مرز خطی بین آبهای شور و شیرین در نظر گرفته میشود. اما در این مطالعه از یک مدل عددی با توان شبیه سازی جریان دانسیته متغیر برای شبیه سازی حالت واقعی تر جریان در سفره ساحلی یعنی وجود یک زون اختلاط بین آبهای شور و شیرین استفاده شده است.
۲- روش کار
به منظور شبیه سازی جریان حالت پایدار و پروسه انتقال در یک سفره ساحلی از یک مدل جریان و انتقال آلاینده با قابلیت شبیه سازی جریان تحت شرایط دانسیته متغیر - MOCEDENSE - در یک مقطع عمودی دو بعدی استفاده شده است. این مقطع دارای عمق ١٠٠ و طول ١٥٠٠ متر و در جهت عمود بر ساحل فرض میشود، که ٢٥٠ متر آن درون دریا و بقیه در سفره ساحلی فرض شده است. این سیستم به یک شبکه اجزائ محدود به ابعاد ٢٠*٣٠ بلوک تقسیم شده است به گونه ای که هر بلوک مجزا دارای ابعاد ٥٠*٥ متر میباشد. کف مقطع یک مرز غیر قابل نفوذ فرض شده است. یک ستون با فشار ثابت آب شور برای شبیه سازی فشار آب اقیانوس در مرز سمت راست فرض شده است.
سطح ثابت آب دریا در ٢٥٠ متر از سمت راست مرز بالایی فرض شده است، جایی که میتوان فشار آب شور را صفر فرض کرد. ورود آب شیرین از مرز سمت راست به منظور شبیه سازی آب شیرین از سمت دشت و از مرز بالایی برای شبیه سازی یک میزان نفوذ سالیانه به سفره منظور شده است. ضرایب پخش طولی و عرضی ١ و ٥./ متر در نظر گرفته شده است. فرض شده است که زون اختلاط بین ٥ تا ٩٥ درصد آب دریا قرار دارد. آنچه که گاها به عنوان سطح تماس آبهای شور و شیرین بیان میشود بر روی خط ٥٠ درصد آب شور فرض می شود.تخلخل و تراوایی در این سیستم و میزان نفوذ و ورودی آب شیرین به سیستم بر اساس معیارهای زیر انتخاب گردیده است.
میزان اندازه گیری شده تخلخل در سفره ساحلی مایورکا در اسپانیا بین ٣ تا ٥٧ درصد و با متوسط ٢٧ درصد گزارش شده است - Price and Herman, 1991 - میزان اندازه گیری شده این پارامتر در سفره ساحلی فلوریدا بین ١٧ تا ٤٣ درصد با متوسط ٢٩ درصد بیان گردیده است . - Wicks and Herman, 1995 - در این تحقیق میزان تخلخل ٣٠ درصد فرض شده است. بر اساس ارقام ارائه شده در منابع، میزان تراوایی ذاتی ١٠-١٠*٥/٧ برای شبیه سازی منظور شده است.برای اکثر شبیه سازیها میزان نفوذ سالیانه ٥٠٠ میلیمتر در سال از مرز بالایی سفره در نظر گرفته شده است. ورودی آب شیرین از مرز سمت چپ نماینده آب های نفوذی جمع شده در طول ٥٠ کیلومتر طول فرضی سفره است که با یک نرخ ثابت ٢٥٠ متر در سال نفوذ از مرز سمت چپ شبیه سازی شده است.
۳- نتایج:
در اولین شبیه سازی سیستمی با توزیع هموﮊن و ایزوتروﭖ مقادیر تخلخل و تراوایی ارائه شده در بالا در نظر گرفته شده است. این حالت بعنوان یک حالت مبنا و مقایسه ای برای بقیه شبیه سازیها در نظر گرفته شده است. شکل و موقعیت زون اختلاط در این حالت مانند شکل ١ میباشد. زون اختلاط پایدار به دست آمده شکل قابل انتظار بر اساس اصول تئوری و داده های اندازه گیری شده را نشان میدهد که در آن آب شیرین به سمت ساحل حرکت میکند و در این حرکت بر روی آب شور شناور است. شکل شماره ٢ توزیع سرعت و چگونگی حرکت آب شیرین به سمت ساحل و متعاقب آن حرکت چرخشی آب شور را نشان میدهد. مهمترین مشخصه این شکل تشکیل یک سلول چرخشی در منطقه تخلیه آب شیرین در ساحل میباشد. شکل و اندازه واقعی این سلول چرخشی ناشناخته و غیر مطمئن است اما حضور آن برای اختلاط آبهای شور و شیرین در ساحل ضروری است. شرایط در نزدیکی ساحل ناپایدار است زیرا در این ناحیه آب دریا با چگالی بالا آب شیرین سبکتر را در زیر گرفته است و این باعث ایجاد جریان رو به پایین آب شور و ایجاد سلول چرخشی میگردد.
