توسعه یک مدل عددی جدید بر مبنای گالرکین ناپیوسته برای شبیه سازی تهاجم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی

سابقه و هدف: آبخوان های ساحلی از مهم ترین منابع تامین آب شیرین در بسیاری از کشور های جهان، بخصوص در نواحی خشک و نیمه خشک به شمار می رود. بدلیل مجاورت و ارتباط آبخوان های ساحلی با آب شور دریا و تهدید ناشی از آلوده شدن آن ها بواسطه پیش روی آب شور، مدیریت و حفاظت این منابع آب شیرین ساحلی امری کاملا ضروری است. بنابراین هدف از پژوهش حاضر، توسعه یک مدل عددی جدید برای شبیه سای انتقال آلودگی در آبخوانهای ساحلی (تهاجم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی) با استفاده از روش عددی گالرکین ناپیوسته می باشد. مواد و روش ها: در این تحقیق از روش های گالرکین ناپیوسته که کمتر در مسائل مهندسی گسترش پیدا کرده است، برای شبیه سازی جریان های وابسته به چگالی آب زیرزمینی (مانند هجوم آب شور دریا به آبخوان های ساحلی) بکار گرفته شد. برای این منظور معادلات غیر خطی حاکم بر جریان و انتقال شوری در یک محیط آبخوان اشباع با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته منقطع سازی گردید و از روش ضمنی برای منقطع سازی زمانی استفاده شد. پس از اعمال شرایط مرزی و اولیه، روش پیکارد اصلاح شده برای خطی سازی معادلات جبری حاصله بکار گرفته شد که برای از بین بردن نوسانات غیرفیزیکی در حل عددی از محدود کننده شیب چاونت-جافری استفاد شد. دو مساله اصلاح شده هنری، مساله الدر و درنهایت مساله آزمایشگاهی گاسوامی-سلمنت در سه فاز متفاوت مورد استفاده قرار گرفت. برای تمامی مسائل نتایج با سایر حل های ارائه شده برای آن مسائل مقایسه گردید تا دقت مدل قابل ارزیابی باشد. همگرایی روش با ریز کردن شبکه حل در مساله استاندارد هنری نشان داده شد. محدود کننده شیب چاونت-جافر برای کنترل نوسانات غیر فیزیکی در حل مساله آزمایشگاهی بطور موفقیت آمیزی بکار گرفته شد که نتایج رضایت بخشی از آن بدست آمد. نتایج حاصل دقت مدل را در مقایسه با سایر روش های عددی بخوبی نشان داده است. نتیجه گیری: مدل با استفاده از مسائل مذکور مورد صحت سنجی و ارزیابی قرار گرفت که نتایج حاصل در تمامی مثال-ها حاکی از دقت بسیار بالای این روش دارد. در مکان هایی از دامنه حل که سرعت جریان بالاست، نشان داده شد این روش در مقایسه با برخی روش ها همانند تفاضل محدود نوسانات غیر فیزیکی از خود بروز نمی دهد. علاوه براین نتایج نشان می دهد که این روش نسبت به روش های عددی دیگر همچون روش احجام محدود پخش عددی کمتری را بروز می دهد. همینطور استفاده از این روش برای شبیه سازی مساله آزمایشگاهی جنبه کاملا عملی این مدل را نشان می دهد.

کلیدواژه ها:

گالرکین ناپیوسته ، جریان های وابسته به چگالی ، بقاء محلی ، تهاجم آب شور دریا ، محدود کننده شیب