ارزیابی سیستم فنس هیدرولیکی برای احیاء آب‌های زیرزمینی در کنار یک آبراهه دائمی با روش تحلیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری منابع آب، گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

2 دانشیار، گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

چکیده

حفاظت از منابع آب زیرزمینی در مقابل آلودگی، امری مهم و ضروری است. یکی از روش‌های مؤثر در تصفیه آبخوان‌ها، استفاده از سیستم جفت‌چاه تغذیه-تخلیه (سیستم فنس هیدرولیکی) است. در این پژوهش، سیستم احیاء جفت‌چاه تغذیه-تخلیه در کنار یک آبراهه دائمی به طور تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. توابع پتانسیل و جریان به همراه ناحیه‌های گیرش و رهاسازی چاه‌ها در سه پیکربندی آنالیز شدند. دبی پایه (که حداقل دبی برای آغاز سلول گردشی بین چاه‌های تغذیه و پمپاژ است)، در حالت‌های مختلف محاسبه و مورد تحلیل قرار گرفت. دبی بحرانی (که حداکثر دبی مجاز برای عدم برخورد حوضه آبگیری چاه پمپاژ با آبراهه است) نیز در پیکربندی‌های مربوط به مسئله، مشخص و تفسیر شد. در اولین پیکربندی و در موقعی که چاه‌ها در فاصله بی‌بعد 0/4×2 از همدیگر قرار گرفتند، دبی بحرانی (QCR=1.07) مقدار بیشتری از دبی پایه (QBS=0.22) به دست آورد. در دومین پیکربندی با برابر شدن مقدار دبی‌های پایه و بحرانی، خط جریان مشترکی از نقاط سکون چاه‌های تغذیه و پمپاژ عبور کرد، در حالی که نقطه سکون چاه پمپاژ بر آبراهه مماس بود. در چنین وضعیتی، مقدار بی‌بعد فاصله جفت‌چاه تغذیه-تخلیه از یکدیگر و مقدار بی‌بعد دبی بحرانی (که در این حالت برابر با دبی پایه نیز هست) به ترتیب برابر با 1/04×2 و 0/61 به دست آمدند. در سومین پیکربندی و در هنگامی که فاصله بدون بعد میان چاه‌ها مساوی با 1/2×2 بود، دبی بحرانی (QCR=0.59) مقدار کمتری از دبی پایه (QBS=0.70) کسب کرد. با توجه به نتایج، مشخص شد که در چه نرخی از دبی، آب از آبراهه توسط سیستم احیاء جذب و شرایط ورود آلودگی از آبخوان به آبراهه ایجاد شده است. همچنین، مقدار حداقل دبی که به ازای آن، سیستم جفت‌چاهی بتواند یک پوشش کامل و بدون شکاف در مقابل آلودگی داشته باشد، تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Hydraulic Fence System for Groundwater Remediation near a Stream Using Analytical Method

نویسندگان [English]

  • Abdollah Ramezani-Charmahineh 1
  • Mahdi Asadi-Aghbolaghi 2
  • Rasoul Mirabbasi Najafabadi 2
  • Sayyed-Hassan Tabatabaei 2
1 Ph.D. Student of Water Resources, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.
چکیده [English]

The protection of groundwater resources against pollution is an important and essential issue. One of the effective methods in the treatment of aquifers is the utilization of the injection-extraction well pair system (hydraulic fence system). In this study, the remediation system of a pair of injection and extraction wells near a stream was analytically analyzed. The potential and stream functions were analyzed together with the capture and release zones of the wells in three configurations. The base flow rate (i.e. the minimum flow rate to initiate the circulation cell between the recharge and pumping wells) was calculated and analyzed in different modes. The critical flow rate (i.e. the allowable maximum flow rate for the extraction region of the pumping well without intercepting the stream) was also specified and interpreted in the configurations for the problem. In the first configuration and when the wells were located at the dimensionless distance of 2×0.4 from each other, the critical flow rate (QCR=1.07) was more than the base flow rate (QBS=0.22). In the second configuration, equality of base and critical flow rates causes a common stream line passed through the stagnation points of the recharge and pumping wells, while the stagnation point of the pumping well was tangential to the stream. In such a situation, the dimensionless value of the distance between the injection-extraction well pair and the dimensionless value of the critical flow rate (which in this case is also equal to the base flow rate) were achieved as 2×1.04 and 0.61, respectively. In the third configuration and when the dimensionless distance between the wells was equal to 2×1.2, the critical flow rate (QCR=0.59) was less than the base flow rate (QBS=0.70). According to the results, the flow rate was determined while the remediation system captured stream’s water and the conditions of entrance of the pollution into the stream from the aquifer were created. Also, the minimum flow rate was determined for the well pair system which can has full and gapless coverage against pollution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Fence
  • Analytical Solution
  • Stream
  • Aquifer Remediation
  • Well Pair System

مراجع

Antelmi M, Renoldi F, Alberti L (2020) Analytical and numerical methods for a preliminary assessment of the remediation time of pump and treat systems. Water 12(10):2850
Asadi-Aghbolaghi M, Rakhshandehroo GR (2016) Delineating capture zone of a pumping well in a slanting regional groundwater flow to a stream with a leaky layer. Water Resources Management 30:4273-4291
Bear J (2018) Modeling phenomena of flow and transport in porous media. Springer, Cham, Switzerland 760p
Bica I, Boukhemacha MA, Groza G (2019) A semi-analytical solution for groundwater flow-field delineation near pumping/injection wells in confined aquifers. Hydrogeology Journal 27(1):61-71
Casasso A, Tosco T, Bianco C, Bucci A, Sethi R (2020) How can we make pump and treat systems more energetically sustainable? Water 12(1):67
Christ JA, Goltz MN, Huang J (1999) Development and application of an analytical model to aid design and implementation of in situ remediation technologies. Journal of Contaminant Hydrology 37(3-4):295-317
Chu M-YJ, Bennett PJ, Dolan ME, Hyman MR, Peacock AD, Bodour A, Anderson RH, Mackay DM, Goltz MN (2018) Concurrent treatment of 1,4-dioxane and chlorinated aliphatics in a groundwater recirculation system via aerobic cometabolism. Groundwater Monitoring & Remediation 38(3):53-64
Ciampi P, Esposito C, Cassiani G, Deidda GP, Rizzetto P, Papini MP (2021) A field-scale remediation of residual light non-aqueous phase liquid (LNAPL): Chemical enhancers for pump and treat. Environmental Science and Pollution Research 28(26):35286-35296
Ciampi P, Esposito C, Bartsch E, Alesi EJ, Papini MP (2023) Pump-and-treat (P&T) vs groundwater circulation wells (GCW): Which approach delivers more sustainable and effective groundwater remediation? Environmental Research 234:116538
Gandhi RK, Hopkins GD, Goltz MN, Gorelick SM, McCarty PL (2002) Full-scale demonstration of in situ cometabolic biodegradation of trichloroethylene in groundwater 1. Dynamics of a recirculating well system. Water Resources Research 38(4):10-1–10-15
Guo Z, Brusseau ML, Fogg GE (2019) Determining the long-term operational performance of pump and treat and the possibility of closure for a large TCE plume. Journal of Hazardous Materials 365:796-803
Haitjema HM (1995) Analytic element modeling of groundwater flow. Academic Press, San Diego, California, 406p
Luo J, Kitanidis PK (2004) Fluid residence times within a recirculation zone created by an extraction–injection well pair. Journal of Hydrology 295(1-4):149-162
Masters GM, Ela WP (2014) Introduction to environmental engineering and science. Pearson New International Edition, Pearson Education Limited, London, 704p
Nagheli S, Samani N, Barry DA (2020) Capture zone models of a multi-well system in aquifers bounded with regular and irregular inflow boundaries. Journal of Hydrology X 7:100053
North KP, Mackay DM, Kayne JS, Petersen D, Rasa E, Rastegarzadeh L, Holland RB, Scow KM (2012) In situ biotreatment of TBA with recirculation/oxygenation. Groundwater Monitoring & Remediation 32(3):52-62
Strack ODL (1989) Groundwater mechanics. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 752p
Suk H, Chen JS, Park E, Han WS, Kihm YH (2021) Numerical evaluation of the performance of injection/extraction well pair operation strategies with temporally variable injection/pumping rates. Journal of Hydrology 598:126494
Teramoto EH, Pede MAZ, Chang HK (2020) Impact of water table fluctuations on the seasonal effectiveness of the pump-and-treat remediation in wet–dry tropical regions. Environmental Earth Sciences 79:435

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 22 آبان 1402
  • تاریخ بازنگری: 07 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش: 08 بهمن 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار