شبیه‌سازی عددی آبخوان ساحلی لاهیجان‌-چابکسر: بررسی گزینه‌های محتمل آینده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی سازه‌های آبی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی منابع آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی سازه‌های آبی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

منابع آب زیرزمینی یکی از منابع اصلی تأمین­کننده آب شیرین به ویژه در مناطق خشک و نیمه­خشک جهان، مانند ایران بوده است. به دلیل تراکم جمعیت در نواحی ساحلی، این منابع هم از سوی عوامل طبیعی و هم انسانی مورد تهدید قرار می‌گیرد. در مطالعه حاضر، به شبیه­سازی عددی آبخوان ساحلی لاهیجان-چابکسر پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از SUTRA، مدلی عددی سه­بعدی، ناهمگن و ناهمسان توسعه داده شده و پس از واسنجی و صحت­سنجی، مورد استفاده قرار گرفته است. اثرات کاهش تراز آبخوان در مرز خشکی، کاهش تراز آبخوان در مرز خشکی توأم با افزایش تخلیه خالص از آبخوان، تخلیه پساب دستگاه آب‌شیرین­کن به آبخوان و دریا از نمونه گزینه‌های مختلف محتملِ آینده در منطقه بوده که شبیه‌سازی و ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که کاهش 10 متری تراز آب زیرزمینی در مرز خشکی، تراز متوسط آن در آبخوان را به اندازه 6 متر در طول 30 سال کاهش می­دهد ولی تغییر محسوسی در وضعیت کیفی آبخوان به لحاظ شوری ایجاد نمی‌کند. همچنین کاهش 10 متری تراز آب زیرزمینی در مرز خشکی توأم با افزایش 5 برابری تخلیه خالص آبخوان منجر به افت 13 متری تراز متوسط آب زیرزمینی در طول 30 سال می­گردد و کیفیت آب را هم کاهش می­دهد. از طرفی تخلیه پساب آب‌شیرین­کن به داخل آبخوان، 4/1 متر تراز متوسط آب زیرزمینی را در طول 30 سال افزایش و کیفیت آن را به شدت کاهش داده ولی تخلیه آن به داخل دریا تغییری در تراز و وضعیت کیفی آب زیرزمینی ایجاد نکرده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Lahijan-Chaboksar Coastal Aquifer: Investigating the Possible Future Scenarios

نویسندگان [English]

  • Haditheh Kazemi 1
  • Hamed Ketabchi 2
  • Jamal Mohammad-Vali-Samani 3
1 M.Sc., Water Structures Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Water Resources Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Professor, Water Structures Engineering Dept., Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Groundwater resources have been one of the main freshwater suppliers in arid and semi-arid areas of Iran. Due to population congestion in coastal areas, these resources have been threatened by both natural events and human activities. The present study considers the simulation of Lahijan-Chaboksar coastal aquifer in Guilan province, Iran. Hence, a three-dimensional, heterogeneous and anisotropic numerical model has been developed using SUTRA. The model has been applied after the calibration and verification procedures. Different possible future scenarios including the water level reduction in land boundary with/without increment net exploitation of aquifer, desalination plant wastewater disposal into aquifer/sea and their effects have been simulated and evaluated. Results showed that 10 m reduction of water level in land boundary, led to about 6 m reduction of average groundwater level within 30 years but it has no remarkable effect on aquifer’s quality. At the same period, 10 m reduction of water level in dry border beside the increase of net exploitation of aquifer (5 times), led to 13 m reduction of average groundwater level and the quality of groundwater decreases. However, injecting the wastewater of desalination plant into the aquifer increases the groundwater level about 1.4 m, but the quality of groundwater extremely decreases, while discharge to the sea has no effect on the aquifer groundwater level and the quality.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Groundwater
  • Caspian Sea
  • Lahijan-Chaboksar coastal aquifer
  • Quantitative and qualitative conditions
  • SUTRA

Aswed, E., Ahmed, N., Ali, T. A. M., Bin Ghazali, A. H., and Yusoff, Z. B. M. (2018). Simulation of different pumping scenarios on the groundwater-sea water intrusion into the tripoli aquifer, Libya. Journal of engineering science and technology, 13(10), 3419-3431.

Cobaner, M., Yurtal, R., Dogan, A., and Motz, L. H. (2012). Three-dimensional simulation of seawater intrusion in coastal aquifers: A case study in the Goksu Deltaic Plain. Journal of hydrology, 464, 262-280.

Dokou, Z., and Karatzas, G. P. (2012). Saltwater intrusion estimation in a karstified coastal system using density-dependent modelling and comparison with the sharp-interface approach. Hydrological Sciences Journal, 57(5), 985-999.

Farhoudi-Hafdaran, R., and Ketabchi, J. (2018). Numerical simulation of Urmia Lake and Ajabshir coastal aquifer interaction. Journal of Iran-Water Resources Research, 14(1), 45-58. (In Persian)

Iran Water Resources Management Company (2016) Updating water resources studies report of Lahijan-Chaboksar subbasin, Ministry of Energy, Mazandaran Regional Water Authority, Technical Report. (In Persian)

Ketabchi, H. (2015). Efficient simulation–optimizationmodel for managing coastal groundwater. PhD dissertation, Sharif University of Technology, Tehran. (In Persian)

Ketabchi, H., and Ataie-Ashtiani, B. (2011). Development of combined ant colony optimization algorithm and numerical simulation for optimal management of coastal aquifers. Journal of Iran-Water Resources Research, 7(1), 1-12. (In Persian)

Ketabchi, H., Mahmoodzadeh, D., Ataie-Ashtiani, B., and Simmons, C. T. (2016). Sea-level rise impacts on seawater intrusion in coastal aquifers: Review and integration. Journal of Hydrology, 535, 235-255.

Mahmoodzadeh, D., Ketabchi, H., and Ataie-Ashtiani, B. (2016). Effects of sea level rise and recharge rate variations on seawater intrusion in confined aquifer, Journal of Hydraulics, 10(4), 1-15. (In Persian)

Mostafaei-Avandari, M., and Ketabchi, H. (2019). Optimal extraction from coastal groundwater resources using parallel processing based simulation - optimization decision model (case study of Ajabshir coastal aquifer, Iran). Journal of Iran-Water Resources Research, 15(3), 33-48. (In Persian)

Narayan, K. A., Schleeberger, C., and Bristow, K. L. (2007). Modelling seawater intrusion in the Burdekin Delta irrigation area, North Queensland, Australia. Agricultural water management, 89(3), 217-228.

Navari, M., and Ataie-Ashtiani, B. (2006). Investigation on the effects of sea level rise in coastal aquifers (case study of Talar-Babol-Haraz aquifer), 7th International Conference on Coasts, Ports and Marine Structures, Tehran, Iran. (In Persian)

Odu, S. O., Van Der Ham, A. G., Metz, S., and Kersten, S. R. (2015). Design of a process for supercritical water desalination with zero liquid discharge. Industrial & Engineering Chemistry Research, 54(20), 5527-5535.

Post, V. E., and Werner, A. D. (2017). Coastal aquifers: scientific advances in the face of global environmental challenges. Journal of Hydrology, 551, 1–3.

Qahman, K., and Larabi, A. (2006). Evaluation and numerical modeling of seawater intrusion in the Gaza aquifer (Palestine). Hydrogeology Journal, 14(5), 713-728.

Rozell, D. J., and Wong, T. F. (2010). Effects of climate change on groundwater resources at Shelter Island, New York State, USA. Hydrogeology Journal, 18(7), 1657-1665.

Sefelnasr, A., and Sherif, M. (2014). Impacts of seawater rise on seawater intrusion in the Nile Delta aquifer, Egypt. Groundwater, 52(2), 264-276.

Voss, C.I., and Provost, A.M. (2010). SUTRA: A model for saturated-unsaturated, variable-density groundwater flow with solute or energy transport. USGS Water Resources Investigations Report, 2002-4231.

Werner, A. D., Bakker, M., Post, V. E., Vandenbohede, A., Lu, C., Ataie-Ashtiani, B., Simmons, C. T., and Barry, D. A. (2013). Seawater intrusion processes, investigation and management: Recent advances and future challenges. Advances in Water Resources, 51, 3-26.