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1.
Numerical modeling and dimensional analysis is used to study the salinization of thick, high-permeability aquifers by free convection from a salt source at the surface. Current understanding of this process mainly concerns the initial stages of salinization only (boundary-layer development, break-up into fingers and initial phase of finger descent). In the modeling, special attention is paid to the role of two processes in the long-term salinization rate: (1) the progressive loss of salt from fingers by lateral diffusion, and (2) the coalescence of fingers during their descent. From the numerical simulations a relationship is derived that describes the development of the horizontally averaged salinity with depth and time as a function of permeability and initial-density contrast for aquifer Rayleigh numbers up to Ra =6,000. This relationship is consistent with and provides an extension to previous generalized relationships of the rate of finger descent. Its applicability to real-world aquifers (Ra >105) that include complexities due to anisotropy, heterogeneity, and mechanical dispersion is discussed. Application to the Pleistocene coastal aquifer of the Netherlands (thickness 200 m, permeability 10-11 m2) suggests that salinization of the aquifer during historic episodes of inundation by seawater occurred within decades.
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Resumen Se utiliza modelos numéricos y un análisis dimensional para estudiar la salinización de acuíferos potentes de alta permeabilidad por convección libre a partir de una fuente salina superficial. El conocimiento acutal de este proceso se limita a las fases iniciales de la salinización (desarrollo de la capa de contorno, creación de digitaciones y fase inicial de la progresión de éstas). En la modelación, se presta atención especial al papel desempeñado por dos procesos de salinización a largo plazo: (1) la pérdida progresiva de sal por difusión lateral desde las digitaciones, y (2) la coalescencia de las digitaciones durante su avance. A partir de las simulaciones numéricas, se obtiene una relación que describe el desarrollo de la salinidad con la profundidad y el tiempo, promediada horizontalmente, el cual depende de la permeabilidad y del contraste inicial de densidad para números de Rayleigh inferiores a 6.000. Esta relación es coherente con índices previos generalizados del avance de las digitaciones, y representa una extensión a estos. Se discute su aplicabilidad a acuíferos reales (con números de Rayleigh superiores a 105), que tienen complejidades asociadas a la anisotropía, la heterogeneidad y la dispersión mecánica. La aplicación al acuífero costero Pleistoceno de los Países Bajos (20 m de potencia y 10-11 m2 de permeabilidad) sugiere que la salinización tuvo lugar en décadas, debido a episodios históricos de inundación por aguas marinas.
Résumé Une modélisation numérique et une analyse dimensionnelle ont été mises en oeuvre pour étudier la salinisation d'aquifères épais et à forte perméabilité par convection libre d'une source de sel en surface. La compréhension habituelle de ce processus concerne principalement les étapes initiales de la salinisation seule (développement d'une couche limite, partition en digitations et phase initiale de développement des digitation). Dans la modélisation, une attention particulière a été portée au rôle de deux processus du taux de salinisation à long terme: (1) la perte progressive de sel dans les digitations par diffusion latérale et (2) la coalescence des digitations au cours de leur développement. À partir de simulations numériques, une relation a été obtenue qui permet de décrire l'extension de la salinité horizontalement en profondeur et au cours du temps en fonction de la perméabilité et du contraste initial de densité pour des nombres de Rayleigh de l'aquifère jusqu'à Ra =6,000. Cette relation est compatible avec ces résultats et fournit une extension des relations précédemment généralisées du taux de développement des digitations. On discute son applicabilité à des aquifères réels (Ra >105) incluant des complexités liées à l'anisotropie, l'hétérogénéité et la dispersion mécanique. L'application à l'aquifère côtier du Pléistocène des Pays-Bas (épaisseur environ 200 m, perméabilité environ10–11 m2) laisse penser que la salinisation de cet aquifère au cours d'épisodes historiques d'inondation par la mer s'est produit durant des décennies.
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2.
The influences of tides on a coastal environment with a sloping shore are investigated by means of field observations and groundwater flow modelling. The Belgian western coastal plain consists of a wide shore, dunes and polders where diurnal tides with large amplitude occur. The effects of tides on the groundwater flow are studied using the MOCDENS3D code. First, MOCDENS3D is validated to accurately simulate the propagation, attenuation and lag of a tidal wave in an aquifer. Then groundwater flow and influences of tides are modelled for a cross-section along the French–Belgian border. This gives an exhaustive insight into the spatial and temporal varying groundwater flow and propagation of the tidal wave in the aquifer. Simulation shows that there are two interfering flow cycles. The first is a shallow tidally fluctuating flow cycle on the shore due to the interaction of the gently sloping shore and the tidally oscillating sea level. The second is a deeper flow cycle from the dunes towards the sea. Further, it is indicated that the propagation and attenuation of the tidal wave follows a complex pattern with lateral as well as vertical components. The interaction between tides and shore topography also influences the salinity distribution. 相似文献