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In coastal-zone fields with a high groundwater level and sufficient rainfall, freshwater lenses are formed on top of saline or brackish groundwater. The fresh and the saline water meet at shallow depth, where a transition zone is found. This study investigates the mixing zone that is characterized by this salinity change, as well as by cation exchange processes, and which is forced by seepage and by rainfall which varies as a function of time. The processes are first investigated for a one-dimensional (1D) stream tube perpendicular to the interface concerning salt and major cation composition changes. The complex sequence of changes is explained with basic cation exchange theory. It is also possible to show that the sequence of changes is maintained when a two-dimensional field is considered where the upward saline seepage flows to drains. This illustrates that for cation exchange, the horizontal component (dominant for flow of water) has a small impact on the chemical changes in the vertical direction. The flow’s horizontal orientation, parallel to the interface, leads to changes in concentration that are insignificant compared with those that are found perpendicular to the interface, and are accounted for in the 1D flow tube. Near the drains, differences with the 1D considerations are visible, especially in the longer term, exceeding 100 years. The simulations are compared with field data from the Netherlands which reveal similar patterns.Dans les terrains des zones côtières caractérisés par des niveaux piézométriques élevés et des précipitations suffisantes, des lentilles d’eau douce se forment au-dessus des eaux souterraines salées ou saumâtres. L’eau douce et salée se rencontre à une faible profondeur, au niveau de la zone de transition. Cette étude analyse la zone de mélange qui est caractérisée par ce changement de salinité, ainsi que par des processus d’échange cationique, et qui sont conditionnés par l’infiltration et les précipitations qui varient en fonction du temps. Les processus sont tout d’abord analysés à partir d’un tube d’écoulement uni-dimensionnel (1D) perpendiculaire à l’interface concernant les changements de la salinité et de la composition des cations majeurs. La séquence complexe des changements est expliquée à partir de la théorie de l’échange cationique. C’est aussi possible de montrer que la séquence de changements est maintenue si un champ bi-dimensionnel est considéré avec une intrusion saline verticale qui s’écoule vers des drains. Ceci illustre que pour un échange cationique, la composante horizontale (dominante pour l’écoulement de l’eau) a un petit impact sur les changements chimiques dans la direction verticale. L’orientation horizontale de l’écoulement, parallèle à l’interface, conduit à des changements dans la concentration qui ne sont pas significatifs en comparaison avec ceux que l’on trouve perpendiculairement à l’interface, et sont pris en compte pour le tube 1D d’écoulement. A proximité des drains, les différences avec les considérations 1D sont visibles, spécialement sur le long terme, supérieur à 100 ans. Les simulations sont comparées avec les données de terrain des Pays-Bas, révélant des modalités similaires.En las zonas costeras con un nivel alto de agua subterránea y precipitaciones suficientes, se forman lentes de agua dulce en la parte superior del agua subterránea salina o salobre. El agua dulce y el agua salina se encuentran a poca profundidad, donde se encuentra una zona de transición. Este estudio investiga la zona de mezcla que se caracteriza por este cambio en la salinidad, así como por procesos de intercambios catiónicos, lo cual es forzado por la filtración y por las precipitaciones que varían en función del tiempo. En primer lugar se investigan los procesos en una dimensión (1D) para una línea de corriente perpendicular a la interface en relación a los cambios en la composición salina y en los cationes mayoritarios. La secuencia compleja de cambios se explica a partir de la teoría básica del intercambio catiónico. También es posible demostrar que la secuencia de cambios se mantiene cuando se considera un campo de dos dimensiones, donde la filtración de solución salina hacia arriba fluye hacia los drenes. Esto ilustra que para el intercambio de cationes, la componente horizontal (dominante para el flujo de agua) tiene un pequeño impacto sobre los cambios químicos en la dirección vertical. El sentido horizontal del flujo, paralelo a la interface, conduce a cambios en la concentración que son insignificantes en comparación con aquellos que se encuentran perpendiculares a la interface, y que se explican con la línea de flujo 1D. Cerca de los drenes, las diferencias con las consideraciones 1D son visibles, especialmente en el largo plazo, superior a 100 años. Las simulaciones se comparan con datos de campo de los Países Bajos que revelan patrones similares.在地下水水位很高且有足够的降雨的沿海带地区,地下咸水或微咸地下水之上形成淡水透镜体。淡水和咸水在浅部相遇,形成过渡带。本研究调查了具此盐度变化以及阳离子交换过程特征的混合带,混合带是迫于渗流和根据时间变化的降雨形成的。为了弄清垂直于界面的一维流管盐分和主要阳离子组分变化,首先对阳离子交换过程进行了调查。采用基本阳离子交换理论论述了变化的复序列。当考虑到向上咸水渗流流入排泄区的一维场时,也可能显示出变化序列处于维持状态。这个阐明了阳离子交换中,水平组分(水流中占主导作用)对垂直方向上的化学变化影响很小。平行于界面的水流水平取向导致浓度发生变化,这个变化相比垂直于界面发生的变化微不足道,并且在一维流管中得到阐述。在排水区附近,在考虑到一维的情况下,差别还是很明显的,特别是在超过100年的较长时期内更是如此。模拟结果与揭示类似模式的荷兰野外资料进行了对比。Nos campos da zona costeira com um alto nível de águas subterrâneas e precipitações suficientes, as lentes de água doce são formadas no topo de águas subterrâneas salina ou salobra. A água doce e a salina se encontram em profundidade rasa, onde a zona de transição é encontrada. Este estudo investiga a zona de mistura que é caracterizada por esta troca de salinidade, assim como por processo de troca de cátions, e que é forçada por infiltração e por precipitação que variam como uma função do tempo. Os processos são investigados primeiro para um tubo de fluxo unidimensional (1D) perpendicular à interface salina relativa e maiores mudanças na composição de cátions. A sequência complexa de mudanças é explicada com a teoria básica da troca de cátions. Também é possível demonstrar que a sequência de mudanças é mantida quando um campo bidimensional é considerado onde a infiltração salina para cima flui para drenos. Isto ilustra que para a troca de cátions, o componente horizontal (dominante para o fluxo de água) tem um impacto pequeno nas trocas químicas na direção vertical. A orientação horizontal do fluxo, em paralelo à interface, leva a alterações na concentração que são insignificantes comparadas com aquelas que são encontradas perpendicular à interface, e são contabilizadas no tubo de fluxo 1D. Perto dos drenos, diferenças com as considerações 1D são visíveis, especialmente a longo prazo, superior a 100 anos. As simulações são comparadas com dados de campo da Holanda que revelam padrões semelhantes.

Cation exchange in a temporally fluctuating thin freshwater lens on top of saline groundwater