The natural balance between freshwater (FW) and seawater (SW) in coastal aquifers can be altered ‎by human activity such as groundwater withdrawals. Seawater (or saltwater) intrusion (SWI) is ‎defined as the movement of SW (from the sea) into the aquifers. Accounting for this phenomenon is ‎a key constraint to groundwater management practices in coastal aquifers. SWI is a common and ‎serious contamination problem in coastal areas where the proximity of aquifers to SW creates unique ‎concerns for the sustainability of the groundwater compartment [FAO, 1997]. Implementing ‎suitable method, to control and prevent seawater intrusion through inland areas and pumping well, is ‎an important issue regarding coastal aquifers studies. Freshwater extraction in coastal aquifers ‎intensifies the importance of SWI phenomena. This issue involves key parameters, which may affect ‎pumping well contamination. The SWI model is simulated considering a partial penetrating pumping ‎well within a homogeneous isotropic porous media. A numerical method is applied to discover the ‎relation between characteristic parameters of SWI and the pumping time in two models, 2D (the ‎model with a pumping well barrier) and 3D (the model with a single pumping well). To avoid SWI ‎through aquifer, prevention technics are defined, applying an extra partial penetrating pumping well, ‎extracting saltwater. The main scopes of this article are to (i) analyze the sensitivity of key ‎parameters to SWI, (ii) discover the coefficient of key parameters as a function of critical pumping ‎time in 2D and 3D SWI problem, and (iii) assess the feasibility of SWI prevention technics in four ‎scenarios in a 3D homogeneous media. The most significant difference has been observed between ‎the two empirical solutions is related to the coefficients of discharge rate and the location of the ‎pumping well. The empirical equations corresponding to two models (2D and 3D) are able to be ‎provided as reliable estimations of contamination threshold pumping time. Concerning SWI ‎prevention, the two first scenarios are represented as influential technics to reduce the SWI ‎contamination at the well. Considering the achievements in this research, the critical pumping time is ‎estimable and subsequently, a sustainable freshwater extraction in coastal aquifers is reached by ‎implementing the provided technics.‎

L'equilibrio naturale tra acqua dolce (FW) e acqua marina (SW) nelle falde acquifere costiere può essere alterato dall'attività umana, come i prelievi delle acque sotterranee. L'intrusione di acqua di mare (o acqua marina) (SWI) è definita come il movimento di SW (dal mare) nelle acque. La contabilità di questo fenomeno è un vincolo fondamentale per le pratiche di gestione delle acque sotterranee negli acquiferi costieri. SWI è un problema comune e grave di contaminazione nelle zone costiere in cui la vicinanza degli acquiferi a SW crea preoccupazioni uniche per la sostenibilità del comparto delle acque sotterranee [FAO, 1997]. L'attuazione di un metodo adeguato, per controllare e prevenire l'intrusione di acqua di mare attraverso le aree interne e il pompaggio, è una questione importante per gli studi di acquiferi costieri. L'estrazione di acqua dolce negli acquiferi costieri intensifica l'importanza dei fenomeni SWI. Questo problema riguarda parametri chiave che possono influenzare la contaminazione del pozzetto. Il modello SWI viene simulato considerando un pozzo parziale penetrante di pompaggio all'interno di un mezzo poroso isotropico omogeneo. Il metodo numerico viene applicato per scoprire la relazione tra i parametri caratteristici del SWI e il tempo di pompaggio in due modelli, il modello con una barriera di pompaggio e il modello con un solo pozzo di pompaggio. Per evitare SWI attraverso l'acquifero, vengono definite tecniche di prevenzione, applicando un pozzo di pompaggio in più penetrante, estraendo l'acqua salata. L'obiettivo principale di questo articolo è quello di (i) analizzare la sensibilità dei parametri chiave a SWI, (ii) scoprire il coefficiente dei parametri chiave in funzione del tempo di pompaggio critico nel problema SWI 2D e 3D e (iii) Fattibilità delle tecniche di prevenzione SWI in quattro scenari in 3D media omogenee. La differenza più significativa tra le due soluzioni empiriche è legata ai coefficienti del tasso di scarico e all'ubicazione del pozzo di pompaggio. Le equazioni empiriche corrispondenti a due modelli (2D e 3D) sono in grado di essere forniti come stime affidabili del tempo di pompaggio della soglia di contaminazione. Per quanto riguarda la prevenzione SWI, i due primi scenari sono rappresentati come tecniche influenti per ridurre la contaminazione SWI al pozzo. Considerando i risultati ottenuti in questa ricerca, viene stimato il tempo di pompaggio critico e successivamente si ottiene un'estrazione sostenibile delle acque dolci nelle acque costiere implementando le tecniche fornite.

Seawater intrusion and pumping wells in coastal aquifers

NADJAFZADEH ANVAR, AMIR

Abstract

The natural balance between freshwater (FW) and seawater (SW) in coastal aquifers can be altered ‎by human activity such as groundwater withdrawals. Seawater (or saltwater) intrusion (SWI) is ‎defined as the movement of SW (from the sea) into the aquifers. Accounting for this phenomenon is ‎a key constraint to groundwater management practices in coastal aquifers. SWI is a common and ‎serious contamination problem in coastal areas where the proximity of aquifers to SW creates unique ‎concerns for the sustainability of the groundwater compartment [FAO, 1997]. Implementing ‎suitable method, to control and prevent seawater intrusion through inland areas and pumping well, is ‎an important issue regarding coastal aquifers studies. Freshwater extraction in coastal aquifers ‎intensifies the importance of SWI phenomena. This issue involves key parameters, which may affect ‎pumping well contamination. The SWI model is simulated considering a partial penetrating pumping ‎well within a homogeneous isotropic porous media. A numerical method is applied to discover the ‎relation between characteristic parameters of SWI and the pumping time in two models, 2D (the ‎model with a pumping well barrier) and 3D (the model with a single pumping well). To avoid SWI ‎through aquifer, prevention technics are defined, applying an extra partial penetrating pumping well, ‎extracting saltwater. The main scopes of this article are to (i) analyze the sensitivity of key ‎parameters to SWI, (ii) discover the coefficient of key parameters as a function of critical pumping ‎time in 2D and 3D SWI problem, and (iii) assess the feasibility of SWI prevention technics in four ‎scenarios in a 3D homogeneous media. The most significant difference has been observed between ‎the two empirical solutions is related to the coefficients of discharge rate and the location of the ‎pumping well. The empirical equations corresponding to two models (2D and 3D) are able to be ‎provided as reliable estimations of contamination threshold pumping time. Concerning SWI ‎prevention, the two first scenarios are represented as influential technics to reduce the SWI ‎contamination at the well. Considering the achievements in this research, the critical pumping time is ‎estimable and subsequently, a sustainable freshwater extraction in coastal aquifers is reached by ‎implementing the provided technics.‎
GUADAGNINI, ALBERTO
GUADAGNINI, ALBERTO
20-giu-2017
L'equilibrio naturale tra acqua dolce (FW) e acqua marina (SW) nelle falde acquifere costiere può essere alterato dall'attività umana, come i prelievi delle acque sotterranee. L'intrusione di acqua di mare (o acqua marina) (SWI) è definita come il movimento di SW (dal mare) nelle acque. La contabilità di questo fenomeno è un vincolo fondamentale per le pratiche di gestione delle acque sotterranee negli acquiferi costieri. SWI è un problema comune e grave di contaminazione nelle zone costiere in cui la vicinanza degli acquiferi a SW crea preoccupazioni uniche per la sostenibilità del comparto delle acque sotterranee [FAO, 1997]. L'attuazione di un metodo adeguato, per controllare e prevenire l'intrusione di acqua di mare attraverso le aree interne e il pompaggio, è una questione importante per gli studi di acquiferi costieri. L'estrazione di acqua dolce negli acquiferi costieri intensifica l'importanza dei fenomeni SWI. Questo problema riguarda parametri chiave che possono influenzare la contaminazione del pozzetto. Il modello SWI viene simulato considerando un pozzo parziale penetrante di pompaggio all'interno di un mezzo poroso isotropico omogeneo. Il metodo numerico viene applicato per scoprire la relazione tra i parametri caratteristici del SWI e il tempo di pompaggio in due modelli, il modello con una barriera di pompaggio e il modello con un solo pozzo di pompaggio. Per evitare SWI attraverso l'acquifero, vengono definite tecniche di prevenzione, applicando un pozzo di pompaggio in più penetrante, estraendo l'acqua salata. L'obiettivo principale di questo articolo è quello di (i) analizzare la sensibilità dei parametri chiave a SWI, (ii) scoprire il coefficiente dei parametri chiave in funzione del tempo di pompaggio critico nel problema SWI 2D e 3D e (iii) Fattibilità delle tecniche di prevenzione SWI in quattro scenari in 3D media omogenee. La differenza più significativa tra le due soluzioni empiriche è legata ai coefficienti del tasso di scarico e all'ubicazione del pozzo di pompaggio. Le equazioni empiriche corrispondenti a due modelli (2D e 3D) sono in grado di essere forniti come stime affidabili del tempo di pompaggio della soglia di contaminazione. Per quanto riguarda la prevenzione SWI, i due primi scenari sono rappresentati come tecniche influenti per ridurre la contaminazione SWI al pozzo. Considerando i risultati ottenuti in questa ricerca, viene stimato il tempo di pompaggio critico e successivamente si ottiene un'estrazione sostenibile delle acque dolci nelle acque costiere implementando le tecniche fornite.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/134096