Математическое моделирование процесса изменения концентрации солей под влиянием динамики подземных вод в двухслойной среде
Боковая панель статьи
Основное содержимое статьи
Аннотация
В данном исследовании проведён комплексный анализ процессов изменения концентрации солей в составе грунтовых и напорных подземных вод в условиях двухслойной геологической среды. В ходе исследования учтено влияние важных гидрогеологических факторов, таких как атмосферные осадки, процессы испарения, инфильтрационные потоки, интенсивность водоотбора, межслойная проницаемость, коэффициент фильтрации, активная пористость и мощность водоносного слоя, на миграцию солей. Под воздействием указанных факторов в среде подземных вод возникают конвективные и диффузионные процессы, в результате чего наблюдается перераспределение солей по направлениям и формирование градиентов концентрации. В работе изменение концентрации солей математически описано на основе процессов переноса вещества. В предложенной модели учтены процессы массопереноса между безнапорным и напорным водоносными горизонтами, а также перенос вещества, обусловленный градиентами концентрации. Такой подход позволяет описывать движение растворённых солей в подземных водах с учётом реальных природных гидрогеологических условий. Задача сформулирована в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений. В связи со сложностью граничных условий получение аналитического решения ограничено, поэтому для решения задачи применены высокоточные численные методы аппроксимации.
Информация о статье
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Библиографические ссылки
H. Daneshmand, S. Alaghmand, M. Camporese, A. Talei, and E. Daly, “Water and salt balance modelling of intermittent catchments using a physically-based integrated model,” Journal of Hydrology, 2019.
O. Kolditz, R. Ratke, H. Diersch, and W. Zielke, “Coupled groundwater flow and transport: 1. Verification of variable density flow and transport models,” Advances in Water Resources, vol. 21, pp. 27–46, 1998.
R. Meyer, P. Engesgaard, and T. O. Sonnenborg, “Origin and dynamics of saltwater intrusion in a regional aquifer: Combining 3-D saltwater modeling with geophysical and geochemical data,” Water Resources Research, vol. 55, pp. 1792–1813, 2019.
P. Haruzi and Z. Moreno, “Modeling water flow and solute transport in unsaturated soils using physics-informed neural networks trained with geoelectrical data,” Water Resources Research, vol. 59, e2022WR033427, 2023.
D. Mu, Y. Xun, Y. Gao et al., “A modified SWAT model for mechanistic simulation of soil water–salt transport and the interactions with shallow groundwater,” Hydrological Processes, vol. 37, e14989, 2023.
J. Yang, C. Chen, G. Huang, J. Huang, and Z. Chen, “Inversion of hydrogeological parameters of polluted sites based on coupled hydrothermal salt-tracer tests,” Water, vol. 17, 1523, 2025.
S. Chen, K. Yang, X. Zhang et al., “Numerical simulation of water and salt transport during the re-injection process of farmland drainage,” Scientific Reports, vol. 15, 2025.
Q. Hao, Y. Xiao, W. Cui et al., “Modeling density-driven hydrogeological dynamics in arid endorheic basins: A numerical analysis of variable-density groundwater flow systems,” Environmental Research, vol. 238, 2025.
Y. Yihdego and R. Al-Weshah, “Assessment and prediction of saline sea water transport in groundwater using 3-D numerical modelling,” Environmental Processes, vol. 4, pp. 157–178, 2017.
S. Tavakoli-Kivi, R. T. Bailey, and T. K. Gates, “A salinity reactive transport and equilibrium chemistry model for regional-scale agricultural groundwater systems,” Journal of Hydrology, vol. 574, pp. 660–678, 2019.
A. Herbert, C. P. Jackson, and D. Lever, “Coupled groundwater flow and solute transport with fluid density strongly dependent upon concentration,” Water Resources Research, vol. 24, pp. 1781–1796.
Y. Yang, Y. Zhu, J. Wu et al., “Development and application of a new package for MODFLOW-LGR-MT3D for simulating regional groundwater and salt dynamics with subsurface drainage systems,” Agricultural Water Management, vol. 259, 107244, 2022.
Y. Sun, L. Wang, Z. Liu et al., “Impact of a saline soil improvement project on the spatiotemporal evolution of groundwater dynamic field and hydrodynamic process simulation in the Hetao Irrigation District,” Agronomy, vol. 15, 1123, 2025.
S. Daliev and N. Ravshanov, “Numerical and mathematical modeling of changes in groundwater levels in two-layer media,” in Proceedings of the International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT), IEEE, 2022.
N. Ravshanov and S. Daliev, “Non-linear mathematical model to predict the changes in underground water level and salt concentration,” Journal of Physics: Conference Series, vol. 1210, 012118, 2020.
S. Daliev, F. Sirojiddinov, and O. Khaitov, “Developing mathematical models to study changes in groundwater levels and salt concentration,” E3S Web of Conferences, 2024.
S. Daliev, D. Karshiev, Y. Islamov, and U. Sharipova, “Mathematical modeling of salt concentration change process in two-layer aqueous media,” E3S Web of Conferences, 2023.
N. Ravshanov, S. Daliev, Z. Abdullaev, and O. Khafizov, “Ground and confined underground waters and their salt content,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 869, 2020.
S. Daliev, S. Xudoyberdiyev, Z. Abdullayeva, and G. Shikhnazarova, “Three-dimensional mathematical model of groundwater level and salt concentration changes in a single-layer media,” in Problems in the Textile and Light Industry in the Context of Integration of Science and Industry and Ways to Solve Them: PTLICISIWS-2, 2024.
H. Chen, X. Guan, X. Xu et al., “Constructing an integrated model of water and salt movement in irrigation districts,” Hydrological Processes, vol. 39, 2025.
N. Ravshanov, T. R. Shafiev, and S. Daliev, “Study of the main factors affecting the spread of aerosol particles in the atmosphere,” J. Phys.: Conf. Ser. 1791, 012083 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1791/1/012083.
S. Daliev, B. Abdullaeva, K. Kubyasev, and O. Abdullaev, “Numerical study of filtration process of ground and pressure waters in multilayer porous media,” IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 896, 012069 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/896/1/012069.
N. Ravshanov and S. Daliev, “Mathematical model for monitoring and forecasting groundwater level and salt concentration changes,” Informatika: problemy, metody, tekhnologii, 216–231 (2020).
S. K. Daliev and E. M. Nauruzalieva, “Defects formation in silicon doped with ytterbium and irradiated by electrons,” Eurasian J. Semicond. Sci. Eng. 2(1), 9 (2020).
S. Daliev, N. Kurbonov, K. Ibragimova, and S. Dzhurayeva, “Numerical modeling of groundwater level changes in multilayer media,” AIP Conf. Proc. 3045, 040025 (2024). https://doi.org/10.1063/5.0198024.
S. Daliev, S. Urakov, and U. Elmurodov, “A three-dimensional mathematical model for groundwater level variations in a two-layered medium,” Eng. Technol. Appl. Sci. Res. 15(5), 28368–28376 (2025). https://doi.org/10.48084/etasr.11979.
S. Daliev, S. Urakov, F. Sirojiddinov, and M. Abbasova, “Three-Dimensional Mathematical Model of the Process of Groundwater Level Change,” IAENG Int. J. Appl. Math. 55(11) (2025).