Základy technologií a odpadového hospodářství - Počítačovásimulace podzemního proudění a transportu rozpuštěných látek část 2 Jan Šembera, Jaroslav Nosek Technickáuniverzita v Liberci / Technische Universität in Reichenberg Žitava, 4. a 5. března 2010 / Zittau am 4. und 5. März 2010 Proudový model -lokalita 580 x 600 m, na západě/východě ohraničená řekami (h = 9 m, h = 8 m), na ohraničená pohořím (nulový tok) -kolektor 2-vrstvý s volnou hladinou (K f : Vrstva1: 10-4, resp. Vrstva2: 5x10-4 m/s) -vertikálnívodivost 10% horizontální, efektivní pórovitost n ef = 25 % -terén nad m., mocnost vrstva1: 4 m, vrstva2: 6 m -konstantní srážky 8x10-9 m/s (252 mm/rok) severu/jihu Zittau 4.,5.3.2010 2 Transportní model(neovlivněný stav) Flow [290;310] [440;310] -kontaminace na území 100 x (chem. látka - PCE unikajícíz netěsnícínádrže v 1. vrstvě) -model migrace PCE ve směru proudění -PCE: -dotace: v místě kontaminace konstantní koncentrace PCE (1000 µg/l) -lineárnísorpce 250 m retardace R = 1 + (ρ x K d ) / n ef ρ : objemová hmotnost; K d : distribuční koefi. - ρ = 2000 kg/m 3 ; K d = 1,25x10-4 m 3 /kg -podelná disperze: ; horizontální/vertikální příčná disperze: (10 % podélné = 1 m) -předpovědět vývoj koncentracípce ve vzdálenosti 100, 250 m po směru proudění v časovém horizontu 3 let -za jak dlouho bude kontaminována řeka (koncentrace vyšší než 10 ug/l )? Zittau 4.,5.3.2010 3
Návrh sanačního systému -celková bilance water budget (vliv srážek) -sledování poklesu hladin v důsledku čerpání -vypočítat vydatnost vrtu v místě [440; 310] -modelově stanovit čerpané množství, aby byla vytvořena dostatečná deprese zabraňujícíšíření PCE do řeky -stanovit čerpané množstvípomocímodulu PMPATH -stanovit čerpané množstvípomocítransportního modelu migrace (se zahrnutím vlivu disperze) Zittau 4.,5.3.2010 4 Model 1-1-vrstevný model steady state -typ modelové vrstvy confined/unconfined (transmisivity cons.) -velikost území 100 x -pravidelná síť 20 x 20 elementů (1 ele. = 5 x 5 m) -konstantníterén: -mocnost vrstvy: 5 m - K f = 1x10-5 m/s, n ef = 0,25 -okrajové podmínky konstantní hladiny (modréelementy viz obr.) H = -pomocíwater budget určit kolik vody vtéká (resp. vytéká) z okrajových podmínek, H = 9,5 m Zittau 4.,5.3.2010 5 Model 2 -stejné zadáníjako předchozíúloha -navíc modelovat vliv čerpaného vrtu na pozici [9,11] - čerpané množství: -5x10-5 m 3 /s -pomocíwater budget určit kolik vody vtéká z okrajových podmínek, Zittau 4.,5.3.2010 6
Model 3 20 m 20 m -stejné zadání jako Model 1 -simulovat vliv dvou málo propustných poloh na proudové pole -K f viz obr. 80 m 80 m 20 m 20 m -pomocíwater budget určit kolik vody vtéká (resp. vytéká) z okrajových podmínek, Zittau 4.,5.3.2010 7 Transportní model Transportní úloha -proudový model z minulého cvičení -Model 1 (viz minulézadání) -v modulu MT3D (popř. MT3DMS) vytvořit transportní model simulující migraci látky od (oranžová oblast viz obr.) bez sorpce na prostředí 9,5 m [6,15] [10,10] zdroje [11,11] -vytvořit transportní model -simulovat neovlivněný stav -za jak dlouho bude možno v místě detekovat koncentrace vyššínež 10 µg/l - kdy se ustálíkoncentrace v -modelově stanovit minimální množstvíčerpané vody ve vrtu na pozici [6,15], tak aby koncentrace v nepřesáhli přípustný limit 10 µg/l Zittau 4.,5.3.2010 8 Transportní úloha Parametry transportního modelu: -Boundary Conditions ICBOUND v místě zdroje definovat -1 (element s kons. konc.), všude jinde 1 (aktivní ele.) -Parameters Time Period Length zadat celkový čas simulace MT3DMS -InitialConcentration V elementech kde je definována podmínka kons. koncentrace zadat 1000 ug/l -Chemical Reaction Description: tracer; zaškrnout active; Type of sorption: No sorption; (konzervativní stopovač bez retardace) -Advection (Upstrem Finite Diff. Method) -Dispersion TRPT: 0,1; TRPV: 0,1; DMCOEF: 0; Longitudinal Dispersivity: 1 m -Output Control určit v jakých časech se budou ukládat výsledky transportního modelu (karta Output Times kliknout na Output Time a zvolit interval) Zittau 4.,5.3.2010 9
Transportní úloha Parametry transportního modelu: -Parameters Boreholes and Observation vytvoření pozorovacího bodu, ve kterém budou ukládány vypočtené koncentrace Name: xxx; Active: zaškrtnout; Zadat souřadnice x,y podle umístění bodu Na kartě Observation data zadat 1 v: Observation Time a Concentration Zittau 4.,5.3.2010 10 Charakteristika lokality: Kalibrace proudového modelu -Uherský Ostroh -1-vrstvé horninové prostředí, koeficienty filtrace v řádech 10-5 10-4 m/s, n ef = 0,25 -průměrné roční srážky: 537 mm/rok -dostupné modelové vstupy: terén, báze kolektoru (vrtné profily), neovlivněné hladiny p.v., popis řeky (odlehčovací rameno Nové Moravy) (vše bodová měření na 18 vrtech >>> modelové vstupy plošné interpretace) -modelová oblast 2010 x 2260 m (201 row, 226 col), modelový element (10 x ) počátek souřadné sítě: 2440, 4240 - řeka: hladina 167 165 m nad m., dno 165 163 m, šířka řeky: Zittau 4.,5.3.2010 11 Návrh sanačního systému -vytvořit model simulující únik CHC po dobu 10 let -simulovat různé varianty sanačního systému -zcela uzavřenou Podzemní Těsnící Stěnu (odčerpávání srážkové vody) -PTS s reaktivní bariérou - optimalizovat tvar PTS - simulovat reaktivní bariéru (kinetika prvního řádu) Transportní model: -kontaminace: ρ = 1,9 t/m 3 ; K d = 0,13 m 3 /t -podelná disperze: 5 m; -horiz./ver. příčná dis. (10 % podélné = 0,5 m) Zittau 4.,5.3.2010 12
Model zasakovacího drénu -modelově testovat jímací schopnost drénu v prvních 20 minutách zasakování -při srážkách spadne během 20 minut 120 m 3 vody, jímka na lokalitě má objem 90 m 3 >>modelově určit požadovanou délku drénu dle jeho umístění tak, aby byl schopen pojmout 30 m 3 za 20 minut -2 varianty umístění drénu: 1. -štěrkopísky (dno drénu 2 m nad bází) 2. -jíly (dno drénu 3,5 m nad bází) Konstrukce drénu K f = 10-3 m/s Zittau 4.,5.3.2010 13 Vertikální průřezový model - Hráz: délka, šířka, výška, na jedné straně hladina, na straně druhé hladina 2 m, materiál hráze (izotropní, homogenní): K f = 10-5 m/s, n ef = 0,15 - modelově určit množství prosakující vody a pokles hladiny p.v. v tělese hráze Analytické řešení Q = K x B x (h 1 2 -h 2 2 ) / 2L K propustnost, B délka hráze, L šířka hráze Model -1-vrstvý(tloušťka 1 m), grid: 21 x 20 (sloupce x řádky) (element 0,5 x 0,5 m), Layer type: 0 (confined) Okrajové podmínky: -levá H-konst., pravá H-konst. 2 m (na 4 elem., zbytek drén) Zittau 4.,5.3.2010 14