Τρισδιάστατη Μαθηματική Προσομοίωση Παράκτιων Υδροφορέων με το Λογισμικό FEFLOW

Τσάνης, Άρης; Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη

dc.contributor.author	Τσάνης, Άρης	el
dc.contributor.author	Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη	el
dc.date.accessioned	2015-03-17T07:43:55Z
dc.date.available	2015-03-17T07:43:55Z
dc.date.issued	2015-03-17
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40423
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9505
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπόγεια Ύδατα	el
dc.subject	Περιβαλλοντική Υδραυλική	el
dc.subject	Γεωμετρία Υδροφορέων	el
dc.subject	Λογισμικό Προσομοίωσης FEFLOW	el
dc.subject	Μαθηματική Προσομοίωση - Πεπερασμένα Στοιχεία	el
dc.subject	Environmental Fluid Mechanics	en
dc.subject	Underground Water	en
dc.subject	Simulation Software FEFLOW	en
dc.subject	Mathematical Simulation - Finite Element Method	en
dc.subject	Aquifers Geometry	en
dc.title	Τρισδιάστατη Μαθηματική Προσομοίωση Παράκτιων Υδροφορέων με το Λογισμικό FEFLOW	el
dc.contributor.department	Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Προσομοίωση Υπογείων Υδάτων	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2010-11-05
heal.abstract	Περίληψη Στους παράκτιους υδροφορείς το ελαφρύτερο γλυκό νερό έρχεται σε επαφή με το βαρύτερο θαλάσσιο αλμυρό νερό με αποτέλεσμα το πρώτο ουσιαστικά να επιπλέει επάνω στο δεύτερο. Σε όλες τις περιπτώσεις, κάτω από το γλυκό νερό υπάρχει ένα σώμα αλμυρού νερού με τη μορφή σφήνας. Στην πραγματικότητα κατά την επαφή των δύο ρευστών λαμβάνουν χώρα δύο ταυτόχρονες διαδικασίες : i) Αντικατάσταση του γλυκού νερού από το πυκνότερο θαλάσσιο ii) Κίνηση της διαλυμένης ουσίας εντός της ζώνης ανάμειξης των δύο υγρών Κατά καιρούς έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι προσέγγισης του φαινομένου της υφαλμύρωσης. Οι μέθοδοι αυτές ομαδοποιούνται σε δύο κατηγορίες : i) Αυτές που ακολουθούν τη θεώρηση της απότομης διεπιφάνειας ii) Αυτές που βασίζονται στη θεώρηση διεπιφάνειας πεπερασμένου πάχους Η παρούσα εργασία βασίζεται στην ευρύτερα χρησιμοποιούμενη σήμερα μέθοδο σύμφωνα με την οποία υπάρχουν δύο αναμίξιμα υγρά (δυο συνιστώσες μίας φάσης) και το πρόβλημα αντιμετωπίζεται σαν πρόβλημα υδροδυναμικής διασποράς με συγκέντρωση εξαρτώμενη από την πυκνότητα. Για την εξαγωγή αποτελεσμάτων απαιτείται η επίλυση ενός συζευγμένου ζεύγους διαφορικών εξισώσεων. Χρησιμοποιείται το λογισμικό πρόγραμμα FEFLOW που βασίζεται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται είναι : i) εξίσωση διατήρησης της μάζας του ρευστού ii) εξίσωση κίνησης (γενικευμένος νόμος του Darcy) iii) εξίσωση διατήρησης της μάζας της διαλυμένης ουσίας iv) καταστατική εξίσωση πυκνότητας-συγκέντρωσης Πρέπει να σημειωθεί ότι οι συνθήκες θεωρούνται ισόθερμες, με αποτέλεσμα η πυκνότητα να εξαρτάται μόνο από τις μεταβολές της συγκέντρωσης. Μεταβολές του ιξώδους δεν λαμβάνονται υπόψιν. Μελετώνται περιορισμένοι υδροφορείς. Δημιουργούνται με τη βοήθεια του λογισμικού FEFLOW υδροφορείς με διαφορετική γεωμετρία ώστε να μελετηθεί η επίδραση της γεωμέτριας, συγκεκριμένα των κλίσεων πυθμένα και οροφής, στο φαινόμενο της υφαλμύρωσης. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στις οριακές συνθήκες. Ο πυθμένας και η οροφή θεωρούνται αδιαπέρατα όρια. Στο ένα πλευρικό όριο (κατάντι όριο) εφαρμόζονται οριακές συνθήκες πρώτου τύπου, σε ότι αφορά τόσο την εξίσωση διατήρησης μάζας του ρευστού (προκαθορισμένη τιμή υδραυλικού φορτίου) όσο και την εξίσωση διατήρησης μάζας διαλυμένης ουσίας (προκαθορισμένη τιμή συγκέντρωσης). Ειδικά στην περίπτωση της συγκέντρωσης γίνεται χρήση ενός περιορισμού, βάσει του οποίου η οριακή συνθήκη πρώτου τύπου δεν ισχύει στο τμήμα του συνόρου όπου πραγματοποιείται εκροή προς τη θάλασσα. Αντ’ αυτού απαιτείται απλώς η κλίση της συγκέντρωσης στην περιοχή αυτή να είναι μηδενική. Για τον έλεγχο της εγκυρότητας της μορφής αυτής της συνοριακής συνθήκης τροποιήθηκε το προβλημα Henry και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά του κλασσικού προβλήματος Henry.Στο απέναντι πλευρικό όριο (ανάντι όριο) τίθεται συνοριακή συνθήκη δεύτερου τύπου για την εξίσωση διατήρησης μάζας του ρευστού (προκαθορισμένη τιμή εισερχόμενης ειδικής παροχής) και συνοριακή συνθήκη πρώτου τύπου για την εξίσωση διατήρησης μάζας διαλυμένης ουσίας. Τα υπόλοιπα πλευρικά όρια θεωρούνται αδιαπέρατα. Για την επιλογή των διάστασεων των πεπερασμένων στοιχείων και του αριθμητικού σχήματος πραγματοποιούνται δοκιμές στον οριζόντιο υδροφορέα. Οι διαστάσεις και το αριθμητικό σχήμα που επιλέγεται εφαρμόζεται και στις υπόλοιπες γεωμετρίες υδροφορέων. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για κάθεμια γεωμετρία υδροφορέα. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συγκριτικά διαγράμματα, όπου φαίνεται η διακύμανση ορισμένων μεγεθών σε σχέση με τη μεταβολή της γεωμετρίας. Τέλος, παρουσιάζονται συγκριτικά διαγράμματα , όπου φαίνεται η διακύμανση ορισμένων μεγεθών σε σχέση με τη μεταβολή της εισερχόμενης ειδικής παροχής στο ανάντι όριο για ορισμένες γεωμετρίες υδροφορέων.	el
heal.abstract	Abstract In coastal aquifers, fresh water flows towards the sea floating above the heavier seawater. Under the fresh water there exists a body of seawater in the form of a wedge. Two phenomena occur simultaneously in the contact region of fresh and seawater : i) Replacement of fresh water by denser marine water ii) Hydrodynamic dispersion of salt within the interface mixing zone Various methods for simulation of seawater intrusion have been suggested in the literature. They are generally grouped into two broad categories as follows: i) The sharp interface approximation (moving or steady) ii) The variable density models with a wide interface zone separating the two fluids The present thesis is based on the modern method, belonging to the second category, where two mixable fluids (two components of a single phase) are mixed because of hydrodynamic dispersion, with fluid density depending on concentration. A coupled differential equation system is obtained and is solved numerically using FEFLOW software, which is based on the finite element method. The governing equations are: i) mass balance equation of the fluid phase ii) momentum balance equation (generalized form of Darcy’s law) iii) equation of solute mass conservation iv) equation of state iv) equation of state of the fluid density In this thesis we have considered isothermal conditions, so that density depends only on the changes of concentration. Changes of viscosity are not considered here. Confined aquifers are examined in this thesis. A variety of confined aquifers are created, using FEFLOW software, in order to examine the effect of the slope of aquifer’s bottom and top to seawater intrusion and related phenomena. Special reference must be made to the boundary conditions of the model. Aquifer’s top and bottom considered as impermeable. Among the lateral boundaries, one of them corresponds to the seaside boundary, the opposite one corresponds to the inland boundary and the remaining two ones considered as impermeable. Along the inland boundary there is constant freshwater flux, which means second type boundary condition for flux and first type boundary condition for mass transport. Along the seaside boundary there is prescribed pressure, which means first type boundary condition for flux. Salt concentration is equal to seawater concentration on inflowing portions of the boundary. For outflowing portions the boundary condition becomes the slope of concentration isolines to be equal to zero (first type boundary condition with constraint). Fluid enters the aquifer with seawater concentration, but exits with aquifer’s concentration. In order to verify the validity of the boundary conditions defined above, Henry‘s problem is modificated and its results are compared with “standard” Henry’s problem ones. A lot of different dimensions of finite elements as well as three types of upwinding are tried on the horizontal aquifer. The size of finite elements and the type of upwinding chosen is used in all models included in this project. The results of the simulation are presented in detail for every different geometry of the aquifers studied. In this thesis these models (and its results) are called basic models. Comparative diagrams of specific physical quantities of some of the basic models follow. Finally, comparative diagrams are presented where it can be observed the variation of specific physical quantities, related to seawater intrusion, in relationship with the value of the freshwater influx across the inland boundary.	en
heal.advisorName	Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Παπανικολάου, Παναγιώτης	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	205
heal.fullTextAvailability	true