KFUPM ePrints

Groundwater Management Approach at KFUPM Campus Using Numerical Simulation

l Groundwater Management Approach at KFUPM Campus Using Numerical Simulation. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF - Accepted Version
5Mb

Arabic Abstract

إن عملية استخراج المياه الجوفية في البيئة الصحراوية هي سكين ذو حدين: فهي تؤدي إلى انخفاض منسوب المياه وزيادة في الملوحة. تلبي المياه الجوفية أكثر من 90% من الطلب على المياه في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن. وقد أدى التطور السريع وتزايد عدد السكان في الجامعة خلال العقود الثلاثة الماضية إلى زيادة كبيرة في استهلاك المياه للاستخدامات المنزلية، وري المسطحات الخضراء، فضلا عن خدمات الصرف الصحي. ونتيجة لذلك، ازداد ضخ المياه الجوفية من مكمن أم الرضمة المائي المحلي مما أدى إلى انخفاض في منسوب المياه وزيادة في الملوحة. وركزت هذه الدراسة على التقويم الكمي والنوعي لموارد المياه الجوفية في حرم جامعة الملك فهد للبترول والمعادن، وتقييم استدامة المكمن المائي تحت بدائل ضخ على المدى الطويل. واستخدمت تقنية المحاكاة العددية لتقييم الآثار المترتبة على زيادة معدلات الضخ على السطح البيزومتري في مكمن أم الرضمة المائي، وجرى توقع مستويات الجهدية المستقبلية. وتم تطوير ومعايرة نموذج تدفق المياه الجوفية للمنطقة. وجرى عمل المحاكاة لخمسة وأربعون (45) عاماً، من 1967 وحتى 2010م. وأشارت النتائج إلى ارتفاع كمية السحب من المياه بما مجموعه 2.4 مليون متر مكعب في 1967 حتى وصل إلى 13.9 مليون متر مكعب في عام 2010، وهو ما يمثل زيادة بحوالي 480%، مع انخفاض في مستوى المياه بلغ متوسطه حوالي 8.5 م. وتم صياغة خطط لثلاث بدائل للتطوير ، وجرى تحليلها لتوقع الاستجابة المستقبلية باستخدام النموذج المعاير لفترة تخطيط من 2011 إلى 2030. وأظهرت النتائج أن خطة البديل الثاني، التي تفترض تدابير المحافظة، هي الافضل على المدى الطويل لاستدامة موارد المياه الجوفية في المنطقة. وبعد ذلك تم تطوير نموذج انتقال المذابات من نموذج التدفق وجرى معايرته من أجل توقع مستويات الأملاح الذائبة الكلية في مكمن أم الرضمة في المستقبل في منطقة الدراسة. وجرى استخدام النموذج المعاير أيضاً لتوقع مستويات الأملاح الذائبة الكلية في المكمن المائي لأفق تخطيط لمدة 20 عاماً (من 2011 - 2030) في إطار البدائل المحددة للضخ. وأظهرت النتائج أن البديل الثاني، الذي يفترض تدابير المحافظة، هو أفضل السبل لحماية مستوى ملوحة في مورد المياه الجوفية في المنطقة. تم جمع عينات من المياه الجوفية من ثماني آبار في منطقة الدراسة، وجرى تحليلها للكشف عن تركيبها الكيميائي والمحتوى البكتيري. وتبين من التحليل أن جميع عينات المياه الجوفية التي تم جمعها متماثلة في بصمتها الكيميائية والتي يمكن تصنيفها على أنها مياه قلوية مع سيادة كبريتات- كلوريد. وكشفت التحاليل الكيميائية أن الكاتيون (Na+K) هو السائد. وأن ترتيب وفرة من الأنيونات هو CL-> SO42-> HCO3. وكشفت التقييمات الهيدروكيميائية بالمقارنة مع المعايير الدولية والمحلية، فضلا عن تصنيفات الأخطار الهيدروكيميائية أن المياه الجوفية في منطقة الدراسة غير صالحة للشرب وأغراض الري. هذا وكشفت أيضاً أن نسبة الملوحة هي موضع الاهتمام الرئيسي في المياه الجوفية لمنطقة الدراسة. تسلط النتائج التي قدمت في هذه الدراسة الضوء على الحاجة إلى إعطاء أولوية الاهتمام للإدارة المستدامة للمياه الجوفية، والحفاظ على نوعية المياه الجوفية في كل المناطق الجافة وشبه الجافة.

English Abstract

Groundwater abstraction in desert environments results in decline in water level and a corresponding increase in salinity. Groundwater supplies more than 90% of water demand at King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM). Rapid development and growing population at KFUPM in the past three decades have led to major increase in water consumption for domestic uses and landscape irrigation, as well as sanitation services. As a result, increase in groundwater pumping from the local Umm Er Radhuma (UER) aquifer has led to decline in water levels and increase in salinity. This study focused on quantitative and qualitative assessments of groundwater resource at KFUPM campus and evaluation of the aquifer system’s sustainability for three long-term pumping alternatives. Numerical simulation technique was used to assess the effects of increasing pumping rates on the piezometric surface in the UER aquifer of the area and to predict the future potentiometric levels. A groundwater flow model was developed and calibrated for the area. The simulation spanned 45 years; from 1967 to 2010. The results indicated an increase in total abstraction of 2.4 MCM in 1967 to 13.9 MCM in 2010, a 480% increase, with an average decline in water level of about 8.5 m. Three Alternative Development Schemes were formulated and analyzed to predict future responses of the calibrated model for the planning period 2011 to 2030. The results showed that Alternative Scheme II, which assumed conservative measures, is the best for long-term sustainability of groundwater resource in the area. A solute transport model was subsequently developed from the flow model and was calibrated to predict future Total Dissolved Solid (TDS) levels of the UER aquifer in the study area. The calibrated transport model was also utilized to predict the TDS levels of the aquifer over a planning horizon of 20 years (2011-2030) under the prescribed pumping alternatives. The results revealed that Alternative Scheme II, which assumed conservative measures, is the best to protect the salinity level of groundwater resource in the area. Eight groundwater samples from wells in the study area were collected and analyzed for their chemical composition and bacteria content. All the collected groundwater samples have similar chemical signature and can be classified as alkaline water with prevailing sulphate-chloride. The chemical analyses revealed Na+K as the dominant cation. The order of abundance of the anions is Cl-> SO42-> HCO3-. Hydrochemical assessments by comparison with international and local standards as well as hydrochemical hazard classifications revealed that groundwater in the study area is most likely unsuitable for drinking and irrigation purposes. The results further revealed that salinity is the principal concern in the groundwater of the study area. The findings presented in this study highlight the need to give priority attention to sustainable groundwater management and preservation of groundwater quality in the study area.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Environmental
Civil Engineering
Earth Sciences
Research
Petroleum
Divisions:College Of Sciences > Earth Sciences Dept
Committee Advisor:Makkawi, Mohammad
Committee Members:Elamin, Abdalla and Al-Shaibani , Abdulaziz
ID Code:138680
Deposited By:TAJUDEEN MUHAMMAD IWALEWA (g200902930)
Deposited On:07 Aug 2012 10:36
Last Modified:24 Nov 2014 10:45

Repository Staff Only: item control page