Pilotprojekt med stimuleret in situ reduktiv deklorering - Hovedrapport
8 Model for tracerudbredelse og recirkulering af laktat
- 8.1 Modellering af pilotforsøg
- 8.2 Simulering af tracerudbredelse
- 8.3 Sammenligning mellem simuleret og observeret spredning af tracer
- 8.4 Opsamling
8.1 Modellering af pilotforsøg
Der er gennemført en udvidelse af den oprindelige grundvandsmodellering i dette projekt (se afsnit 3.2.3).
Formålet har været at undersøge:
- Tracerspredning. Modelleringen adskiller sig fra den oprindelige grundvandsmodellering ved, at tracerspredning efter pulsinjektion er simuleret. Derved kan simuleringerne bedre sammenlignes med de konkrete resultater fra pilotforsøget.
- Recirkulering af donor. I den oprindelige modellering blev udviklingen i koncentrationer af donor på grund af recirkulering ikke belyst.
Alle simuleringer er udført med en stoftransportmodel, hvor den oprindelige modellering primært baserede sig på partikelbanesimulering.
Arbejdet har ikke haft til formål at tilpasse modellen til de konkrete observationer men at beskrive karakteristika for stofspredning i tid og rum. Det kan dermed være en hjælp i datafortolkning og være af generel interesse for senere dimensionering og fortolkning af pilotforsøg med recirkulering.
Der er kørt en række scenarier med forskellige dispersiviteter for at vurdere effekten på spredningen i tid og rum af tracer og laktat. I basisscenariet 0 er der benyttet meget lave dispersiviteter, som svarer til værdier i den lave ende af værdier fundet i sandmagasiner over denne skala. I scenarie 6 er der anvendt meget højt langsgående dispersivitet og samme tværgående dispersivitet som i basisscenariet. I Scenarie 7 er der anvendt en høj tværgående dispersivitet, mens den langsgående dispersivitet svarer til basisscenariet.
Modelopsætning for de to modelundersøgelser er beskrevet i sin helhed i bilag 7.
8.2 Simulering af tracerudbredelse
Simulering af tracerudbredelse er begrænset til tracerforsøg 1 og 2. Der er ikke kørt med recirkulering. Der er anvendt en justeret strømningshastighed, som svarer til den observerede, for at lette sammenligning med observerede data. Strømningshastigheden er justereret ved tilretning af porøsiteten, så de øvrige hydrauliske parametre kunne fastholdes.
I figur 8.1 er vist en gennembrudskurve i M2 (15 m nedstrøms injektionsboringerne) for 3 udvalgte scenarier. Det fremgår, at der i denne boring er en klar adskillelse mellem kurverne for de to tracerforsøg. Længere nedstrøms i injektionsfeltet er der sker et udglatning af kurverne, så de for de to tracerforsøg glider mere sammen. Traceren bevæger sig som en samlet sky gennem injektionsfeltet (figur 8.2). Strømningshastighederne er lidt højere centralt end i udkanten af tracerskyen, da oppumpningen i AV1 styrer strømningsbilledet. Formen på tracerskyen afviger derfor for en klassisk gaussisk fordeling, som man vil observere under naturlige strømningsforhold.
Det fremgår af figur 8.1, at forøgelse af den langsgående dispersivitet (scenarie 6) som ventet strækker kurven. Ændringerne i den tværgående dispersion mindsker i begrænset omfang den maksimale koncentration (scenarie 7). Effekten er lille i de centrale boringer, mens den er meget mere markant i udkanten af injektionsfeltet. Koncentrationsfaldet skyldes en forøget spredning på tværs af strømningsretningen, som tydeligt fremgår af figur 8.2. Den forøgede spredning på tværs afspejles også svagt i strømningshastighederne, da der er lavere hastighed i udkanten af tracerskyen.
Figur 8.1: Simulerede gennembrudskurver for tracer i M2 for tre udvalgte scenarier med forskellige dispersiviteter.
Figur 8.2: Simuleret spredning af tracer i injektionsfeltet efter 62 dage for scenarie 0, 6 og 7. Konturkurverne angiver koncentrationerne af bromid i mg/l.
8.3 Sammenligning mellem simuleret og observeret spredning af tracer
Gennembrudskurver for B119 (4,8 m fra injektionsboringerne) er sammenlignet med modelsimuleringer i figur 8.3. Der er en god overensstemmelse med hensyn til opholdstid og den langsgående spredning af bromid efter justering af porøsiteten. De maksimale koncentrationer stemmer rimeligt overens, hvilket viser, at modellen beskriver de karakteristiske forhold i pilotforsøget på udmærket vis. I boringer længere nedstrøms er overensstemmelsen mellem målte og simulerede gennembrudskurver for bromid ringere (se bilag 9). Det tilskrives lokale variationer i geologiske og hydrauliske forhold, som ikke er indarbejdet i den forholdsvis simple geologi i modellens opsætning. Den ringere genfindelse af tracer i boringerne længere nedstrøms (afsnit 7.1) kan altså ikke tilskrives fortynding på grund af oppumpningen i AV1.
Figur 8.3. Sammenligning mellem observationer og modelsimuleringer for gennembrudskurver i boring B119,d for scenarie 0.
Spredningen af bromid dag 201 (uden recirkulering) er simuleret og sammenlignet med den observerede udbredelse (figur 8.4). Koncentrationerne kan ikke direkte sammenlignes, da modellen ikke tager højde for recirkulering. Udbredelsen svarer rimeligt overens, men boringernes placering og antal i periferien af behandlingsområdet skal tages i betragtning. Det er bemærkelsesværdigt at B104 og H i den syd-østlige del af området tydeligvis er berørt, hvilket ikke er i overensstemmelse med den simulerede udbredelse. Det må tilskrives hydrogeologiske forhold omkring injektionsområdet.
Figur 8.4 observeret udbredelse af bromid dag 201. Koncentrationerne af bromid er angivet i mg/l under boringsnumrene. Simuleret udbredelse af bromid dag 201 for scenarie 0. Konturkurverne angiver koncentrationerne af bromid i mg/l.
8.3.1 Simulering af recirkulering af natriumlaktat
Natriumlaktat er brugt som modelstof ved simulering af recirkulering. Laktat bliver omsat ved processerne i jorden, men i modellen simuleres dette ikke. Kurverne for laktat svarer derfor til en reinjicering af en tracer med koncentrationer svarende til laktat.
I figur 8.5 er vist en gennembrudskurve i B119 for 3 udvalgte scenarier. Der er tale om en kontinuert nedpumpning, så kurverne ville gradvis nærme sig en konstant koncentration, hvis koncentrationen var konstant. På grund af recirkuleringen sker der en gradvis forøgelse af koncentrationen. Det fremgår tydeligt efter ca. 60 dage, hvor der er gennembrud af laktat i AV1. Koncentrationen vil derefter langsomt øges, så længe der foregår nedpumpning af laktat.
Figur 8.5: Simulerede gennembrudskurver for natriumlaktat for boring B119, M2, M3 og AV1
Den simulerede spredning af natriumlaktat (uden omsætning) er vist for basisscenerariet efter 62 og 201 dage i figur 8.6. Det påvirkede område forøges tydeligvis mellem dag 62 og dag 201, hvor effekten af recirkuleringen er slået fuldt igennem (figur 8.5). Der er meget stejle koncentrationsgradienter på grund af den lave dispersivitet på tværs af strømningsretningen.
For donoren kan der ikke laves en egentlig sammenligning med modelsimuleringer, da modellen ikke medtager omsætning af donor. Observationerne tyder på, at der ikke er spredt betydelige koncentrationer af donor nedstrøms behandlingsområdet (se afsnit 7.3), hvilket svarer til modellens forudsigelser.
Figur 8.6: Simuleret spredning af natriumlaktat i injektionsfeltet (scenario 0 efter 62 dage). Konturkurverne angiver koncentrationerne af natriumlaktat.
8.4 Opsamling
Der er opstillet en stoftransportmodel, som kan simulere tracerudbredelse og recirkulering af natriumlaktat. Der er for bromid en god overensstemmelse med de observerede data tæt på injektionsboringen, men tættere på AV1 afviger resultaterne. Det tyder på, at de geologiske forhold i den del af området ikke er velbeskrevet i modellen. Den overordnede simulerede spredning af bromid er i god overensstemmelse med den observerede udbredelse af bromid dag 201.
Modelleringen viser, at observationer i boring H og boring B104 af tracer og donor ikke kan forklares ved modelsimuleringer. Det peger på, at de hydrogeologiske forhold omkring injektionsboringerne ikke svarer til modellens beskrivelse.
Afvigelserne mellem model og observationer er væsentlige i forhold til fortolkning af data fra pilotprojektet. Simple beregninger af fortynding og omsætning af donor er ikke mulig, da forudsætninger om konstant strømningshastighed og ideel spredning af de injicerede stoffer ikke er opfyldt.
Recirkuleringen af natriumlaktat vil give anledning til stigende koncentrationer i injektionsvandet og dermed i behandlingsområdet, hvis der ikke foregår omsætning af donor. Modellering af recirkulering kan anvendes ved fremtidige design af aktive afværgeanlæg.
Version 1.0 Februar 2007, © Miljøstyrelsen.