Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các quan sát thực nghiệm về hệ thống lưu trữ và thu hồi nước ngầm trong các tầng chứa nước lợ sử dụng nhiều giếng khoan xuyên thấu một phần
Tóm tắt
Hệ thống lưu trữ và thu hồi nước ngầm sử dụng nhiều giếng khoan xuyên thấu một phần (MPPW-ASR) có thể là một giải pháp khả thi cho vấn đề thăng bằng của nước ngọt khi sử dụng các tầng chứa nước lợ để lưu trữ nước ngọt. Nghiên cứu này trình bày kết quả của một loạt các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích hình dung hình dạng của các khối nước ngọt được bơm vào một tầng chứa nước lợ và xác định ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi (RE) của một số biến điều kiện hoạt động của MPPW-ASR. Một mô hình tầng chứa nước đã được xây dựng trong một bể Plexiglas sử dụng bi thủy tinh và nước được bơm vào và khai thác thông qua các giếng điểm và giếng dọc, được vận hành trong nhiều tổ hợp khác nhau. Các mô hình số đã được sử dụng để hỗ trợ giải thích các bức ảnh theo thời gian, và cho thấy rằng các hiệu ứng dòng chảy ba chiều cần được xem xét để giải thích chính xác các mẫu thuốc nhuộm có thể nhìn thấy. Sự di chuyển lên của cả nước ngọt (trong quá trình bơm) và nước lợ (trong quá trình thu hồi) dọc theo các giếng dọc đã được quan sát, cho thấy rằng vai trò của cơ sở hạ tầng giếng như những ống dẫn là một tiêu chí thiết kế quan trọng cho các hệ thống trong thực tế. Sự bất ổn định trọng lực hình thành khi nước ngọt không kéo dài đến đỉnh cao nhất của tầng chứa nước, và điều này đã ảnh hưởng tiêu cực đến RE bằng cách gây tăng cường sự trộn lẫn. Độ nổi dương của nước ngọt dẫn đến các khối nước ngọt trở nên hẹp hơn theo độ sâu, và sự hình thành các vùng đệm mỏng, kéo dài dọc theo đỉnh tầng chứa nước trong các thí nghiệm đa chu kỳ. Sự hình thành đường ống dưới các giếng khai thác dẫn đến các giá trị RE thấp hơn, củng cố khả năng của các giếng thu hồi để nâng cao hiệu suất của hệ thống MPPW-ASR.
Từ khóa
#hệ thống lưu trữ và thu hồi nước ngầm #giếng khoan xuyên thấu một phần #nước ngọt #nước lợ #hiệu suất thu hồi nướcTài liệu tham khảo
Bakker M (2010) Radial Dupuit interface flow to assess the aquifer storage and recovery potential of saltwater aquifers. Hydrogeol J 18:107–115. https://doi.org/10.1007/s10040-009-0508-1
Bakker M, Post V, Langevin CD, Hughes JD, White JT, Starn JJ, Fienen MN (2016) Scripting MODFLOW model development using Python and FloPy. Groundwater 54:733–739. https://doi.org/10.1111/gwat.12413
BGBl I (2016) Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung–TrinkwV 2001) vom 2016 [Ordinance on the quality of water for human consumption (Drinking Water Ordinance - TrinkwV 2001) of 2016]. Bundesamt für Justiz, Bonn, Germany
Bonilla Valverde JP, Stefan C, Palma Nava A, Bernardo da Silva E, Pivaral Vivar HL (2018) Inventory of managed aquifer recharge schemes in Latin America and the Caribbean. Sustain Water Resour Manag 4:163–178. https://doi.org/10.1007/s40899-018-0231-y
Cederstrom DJ (1947) Artificial recharge of a brackish water well. Commonw 1:6
Clesceri LS, Greenberg AE, Eaton AD (1999) Standard methods for the examination of water and wastewater, 20th edn. American Public Health Association, American Water Works, Washington, DC
Dias RP, Teixeira JA, Mota MG, Yelshin AI (2004) Particulate binary mixtures: dependence of packing porosity on particle size ratio. Ind Eng Chem Res 43:7912–7919. https://doi.org/10.1021/ie040048b
Dillon P, Stuyfzand P, Grischek T, Lluria M, Pyne RDG, Jain RC, Bear J, Schwarz J, Wang W, Fernandez E, Stefan C, Pettenati M, van der Gun J, Sprenger C, Massmann G, Scanlon BR, Xanke J, Jokela P, Zheng Y, Rossetto R, Shamrukh M, Pavelic P, Murray E, Ross A, Bonilla Valverde JP, Palma Nava A, Ansems N, Posavec K, Ha K, Martin R, Sapiano M (2019) Sixty years of global progress in managed aquifer recharge. Hydrogeol J 27:1–30. https://doi.org/10.1007/s10040-018-1841-z
Esmail OJ, Kimbler OK (1967) Investigation of the technical feasibility of storing fresh water in saline aquifers. Water Resour Res 3:683–695. https://doi.org/10.1029/WR003i003p00683
Goswami RR, Clement TP, Hayworth JH (2012) Comparison of numerical techniques used for simulating variable-density flow and transport experiments. J Hydrol Eng 17:272–282. https://doi.org/10.1061/(asce)he.1943-5584.0000428
Haaken K, Deidda GP, Cassiani G, Deiana R, Putti M, Paniconi C, Scudeler C, Kemna A (2017) Flow dynamics in hyper-saline aquifers: hydro-geophysical monitoring and modeling. Hydrol Earth Syst Sci 21:1439–1454. https://doi.org/10.5194/hess-21-1439-2017
Jakovovic D, Werner AD, Simmons CT (2011) Numerical modelling of saltwater up-coning: comparison with experimental laboratory observations. J Hydrol 402:261–273. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.03.021
Kimbler OK, Kazmann RG, Whitehead WR (1973) Saline aquifers: future storage reservoirs for fresh water? IAHS Publ. no. 110, IAHS, Wallingford, UK, pp 192–206
Kretschmer P (2017) Managed aquifer recharge schemes in the Adelaide metropolitan area. DEWNR technical report 2017/22, Government of South Australia, DEWNR, Adelaide, Australia
Kumar A, Kimbler OK (1970) Effect of dispersion, gravitational segregation, and formation stratification on the recovery of freshwater stored in saline aquifers. Water Resour Res 6:1689–1700. https://doi.org/10.1029/WR006i006p01689
Langevin CD, Thorne DT Jr, Dausman AM, Sukop MC, Guo W (2008) SEAWAT version 4: a computer program for simulation of multi-species solute and heat transport. US Geol Surv Techniques Methods 6-A22. https://doi.org/10.3133/tm6A22
Maliva RG, Guo W, Missimer TM (2006) Aquifer storage and recovery: recent hydrogeological advances and system performance. Water Environ Res 78:2428–2435. https://doi.org/10.2175/106143006x123102
Maliva RG, Manahan WH, Missimer TM (2019) Aquifer storage and recovery using saline aquifers: hydrogeological controls and opportunities. Groundwater. https://doi.org/10.1111/gwat.12962
Merritt ML (1986) Recovering fresh water stored in saline limestone aquifers. Ground Water 24:516–529. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.1986.tb01031.x
Miotliński K, Dillon PJ, Pavelic P, Barry K, Kremer S (2014) Recovery of injected freshwater from a brackish aquifer with a multiwell system. Groundwater 52:495–502. https://doi.org/10.1111/gwat.12089
Missimer TM, Guo W, Walker CW, Maliva RG (2002) Hydraulic and density considerations in the design of aquifer storage and recovery systems. Florida Water Resour J 55:30–36
Moulder EA, Frazor DR (1957) Artificial-recharge experiments at McDonald well field, Amarillo, Texas. Texas Board of Water Engineers, City of Amarillo, Texas
Pollock DW (2012) User guide for MODPATH version 6: a particle-tracking model for MODFLOW, techniques and methods. Us Geol Surv Techniques Methods 6-A41. https://doi.org/10.3133/tm6A41
Pyne RDG (2015) Aquifer storage recovery: an ASR solution to saltwater intrusion at Hilton Head Island, South Carolina. USA Environ Earth Sci 73:7851–7859. https://doi.org/10.1007/s12665-014-3985-z
Sakthivadivel R (2007) The groundwater recharge movement in India. IWMI Books, Report H040048, International Water Management Institute, Colombo, Sri Lanka, pp 195–210
Saravanan K, Kashyap D, Sharma A (2014) Model assisted design of scavenger well system. J Hydrol 510:313–324. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.12.031
Sprenger C, Hartog N, Hernández M, Vilanova E, Grützmacher G, Scheibler F, Hannappel S (2017) Inventory of managed aquifer recharge sites in Europe: historical development, current situation and perspectives. Hydrogeol J 25:1909–1922. https://doi.org/10.1007/s10040-017-1554-8
Stuyfzand PJ, Raat KJ (2010) Benefits and hurdles of using brackish groundwater as a drinking water source in the Netherlands. Hydrogeol J 18:117–130. https://doi.org/10.1007/s10040-009-0527-y
Stuyfzand PJ, Smidt E, Zuurbier KG, Hartog N, Dawoud MA (2017) Observations and prediction of recovered quality of desalinated seawater in the strategic ASR project in Liwa, Abu Dhabi. Water 9(177):1–2. https://doi.org/10.3390/w9030177
van Ginkel M, Olsthoorn TN, Bakker M (2014) A new operational paradigm for small-scale ASR in saline aquifers. Groundwater 52:685–693. https://doi.org/10.1111/gwat.12113
Ward JD, Simmons CT, Dillon PJ (2007) A theoretical analysis of mixed convection in aquifer storage and recovery: how important are density effects? J Hydrol 343:169–186. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2007.06.011
Ward JD, Simmons CT, Dillon PJ (2008) Variable-density modelling of multiple-cycle aquifer storage and recovery (ASR): importance of anisotropy and layered heterogeneity in brackish aquifers. J Hydrol 356:93–105. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2008.04.012
Ward JD, Simmons CT, Dillon PJ, Pavelic P (2009) Integrated assessment of lateral flow, density effects and dispersion in aquifer storage and recovery. J Hydrol 370:83–99. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.02.055
Werner AD, Jakovovic D, Simmons CT (2009) Experimental observations of saltwater up-coning. J Hydrol 373:230–241. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.05.004
Zuurbier KG, Stuyfzand PJ (2017) Consequences and mitigation of saltwater intrusion induced by short-circuiting during aquifer storage and recovery in a coastal subsurface. Hydrol Earth Syst Sci 21:1173–1188. https://doi.org/10.5194/hess-21-1173-2017
Zuurbier KG, Bakker M, Zaadnoordijk WJ, Stuyfzand PJ (2013) Identification of potential sites for aquifer storage and recovery (ASR) in coastal areas using ASR performance estimation methods. Hydrogeol J 21:1373–1383. https://doi.org/10.1007/s10040-013-1003-2
Zuurbier KG, Zaadnoordijk WJ, Stuyfzand PJ (2014) How multiple partially penetrating wells improve the freshwater recovery of coastal aquifer storage and recovery (ASR) systems: a field and modeling study. J Hydrol 509:430–441. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.057
Zuurbier KG, Raat KJ, Paalman M, Oosterhof AT, Stuyfzand PJ (2017) How subsurface water technologies (SWT) can provide robust, effective, and cost-efficient solutions for freshwater management in coastal zones. Water Resour Manag 31:671–687. https://doi.org/10.1007/s11269-016-1294-x