Numerical simulation of water well capture zones under the influence of a dispersed saltwater interface: Ile du Cap-aux-Meules, Magdalen Islands, Quebec, Canada

ABSTRACT: Simulating capture zones under the influence of a saltwater interface can be challenging. Most past studies have either assumed the interface is a no-flow boundary, or have applied various simplifications including the Ghyben-Herzberg approach which assumes a hydrostatic system and a sharp interface which neglects hydrodynamic dispersion. This study focuses on the effect of including a dispersed saltwater interface in the determination of groundwater capture zones for water supply wells. We apply the 3D SALTFLOW finite element numerical model which solves variable density flow coupled with advective-dispersive mass transport. The approach of capture probability, which is based on the solution of the 3D velocity field and the standard advection-dispersion equation in a backward mode, is used for computing the capture zones. Comparisons of capture zones are presented using different approaches for simulating the saltwater interface.

RÉSUMÉ: La simulation des aires d’alimentation sous l’influence d’une interface eau salée dispersée peut être difficile. La plupart des études antérieures ont soit supposé que l’interface fût une frontière sans écoulement soit ont appliqué diverses simplifications, y compris l’approche de Ghyben-Herzberg qui suppose un système hydrostatique et une interface nette qui néglige la dispersion hydrodynamique. Cette étude se concentre sur l’effet d’inclure une interface d’eau salée dispersée dans la détermination des aires d’alimentation des eaux souterraines pour les puits d’eau potable. Nous appliquons le modèle numérique par éléments finis 3D SALTFLOW qui résout un écoulement à densité variable couplé à un modèle de transport de masse advectif-dispersif. L’approche de la probabilité de captage, qui est basée sur la solution du champ de vitesse 3D et de l’équation standard d’advection-dispersion dans un mode arrière, est utilisée pour calculer les aires d’alimentation. Une comparaison avec d’autres hypothèses de l’interface est effectuée avant d’aboutir à une analyse finale.