Μαθηματική προσομοίωση παράκτιων υδροφορέων με το λογισμικό Feflow

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τη μαθηματική προσομοίωση του φαινομένου της υφαλμύρωσης σε συγκεκριμένα μοντέλα υδροφορέων, κάτω από φυσικές συνθήκες (χωρίς επίδραση ανθρώπινου παράγοντα) και υπό συνθήκες επίδρασης του ανθρώπου (ύπαρξη φρεάτων άντλησης).

Επίσης γίνεται προσπάθεια μελέτης των μεθόδων αντιμετώπισης του φαινομένου της υφαλμύρωσης και πιο συγκεκριμένα της μεθόδου του τεχνητού εμπλουτισμού, με μελέτη συγκεκριμένων διατάξεων φρεάτων εμπλουτισμού στα μοντέλα υδροφορέων που προηγούνται.

Η μαθηματική προσομοίωση του προβλήματος έγινε με βάση τις εξισώσεις διατήρησης μάζας του ρευστού, τις εξισώσεις διατήρησης μάζας ρύπου (που στη συγκεκριμένη περίπτωση σαν ρύπος θεωρείτε το υφάλμυρο νερό που εισχωρεί στον υδροφορέα) και οι εξισώσεις Darcy. Η μέθοδος που ακολουθήθηκε για την προσομοίωση ήταν αυτή της θεώρησης των πεπερασμένων στοιχείων και οι επιλύσεις έγιναν με τη βοήθεια του λογισμικού FeFlow έκδοσης 6.1.

Στην εργασία αυτή έγινε προσπάθεια να εξαχθούν όσο το δυνατόν ασφαλέστερα συμπεράσματα για την επίδραση των φρεάτων άντλησης και εμπλουτισμού στο φαινόμενο της υφαλμύρωσης. Γι αυτό και επιλέχθηκε πλήθος διαφορετικών μοντέλων για να καλυφθούν όλες οι περιπτώσεις. Επιλέχθηκαν τέσσερεις διαφορετικές γεωμετρίες υδροφορέων, σε συνδυασμούς είτε μεμονωμένης άντλησης είτε παράλληλης λειτουργίας φρεάτων άντλησης και εμπλουτισμού σε διάφορες διατάξεις.

Επίσης εξετάστηκαν και συγκρίθηκαν και περιπτώσεις εμπλουτισμού με διαφορετικές παροχές, στην ίδια διάταξη. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις μαθηματικές επιλύσεις συναντούν σε μεγάλο βαθμό τη θεωρητική προσέγγιση που αναμενόταν και συμβάλλουν στην εξαγωγή σημαντικών πληροφοριών.

The aim of the present diploma thesis is the simulation of the seawater intrustion phenomenon in specific waterbed models, under natural conditions (no anthropogenic influence is considered) and also under anthropogenic influence conditions (contribution of pumping wells).

Furthermore, several methods towards the abatement of the seawater intrusion are investigated and more specifically the method of technical enrichment.

The simulation of the problem was based on the fluid’s mass conservation equations, the pollutant’s mass conservation equations (in this occasion the seawater is considered as the pollutant) and the Darcy equations. The finite element method was adopted for simulating the problem. More specifically, all the proposed analyses were performed using the FeFlow version 6.1 software.

In order to draw safe conclusions concerning the influence of the pumping wells and the technical enrichment on the seawater intrusion, different models that investigated all scenarios were examined. More specifically, four different waterbed geometries were chosen, in combination with either isolated pumping or parallel pumping well’s function and technical enrichment in different set-ups.

Moreover, the scenarios of technical enrichment with different flow rates were also examined and compared with each other. The conclusions extracted by the simulation results are in almost perfect agreement with the theoretical approach, as more or less expected, and contribute to the extraction of important and interesting information.