|
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |
Forundersøgelser til pilotprojekt om stimuleret reduktiv deklorering
3 Grundvandsmodel
Der er opstillet en grundvandsmodel for det mellemste sekundære magasin på lokaliteten Rugårdsvej 234-238, Odense. Der er tale om en stationær model, som er kalibreret op imod et målt stationært potentiale.
Formålet med grundvandsmodellen har været at:
- simulere den oppumpning og reinjektion, som skal foregå i forbindelse med et efterfølgende pilotprojekt
- foretage partikelbanesimuleringer til vurdering af spredningsforhold af den injicerede donor
- vurdere det nødvendige antal pumpe- og injektionsboringer
- vurdere den optimale pumpe- og injektionsydelser
- vurdere stofspredningen i magasinet.
3.1 Modelopsætning og kalibrering
Grundvandsmodellen er opstillet i MODFLOW. Der er anvendt applikationen Visual MODFLOW 3.1.0. Yderligere er MODPATH anvendt til partikelbanesimulering. Konservative stoftransportberegninger (tracer injektion-advektiv stoftransport) er udført med beregningsmodulet MT3D
Grundvandsmodellen dækker et areal på 500 m x 500 m. Et modelområde på 500m x500 m er vurderet tilstrækkeligt. Ved simulering af oppumpninger uden reinfiltration skal man være opmærksom på randeffekter idet modellen ikke vurderes at kunne simulere pumpeforsøg på over 2 L/min, uden at der vil opstå væsentlige sænkninger ved randen.
Modelranden ligger henholdsvis 180 m opstrøms og 170 m nedstrøms fra afværgeboringen AV1. Den nordlige og sydlige grænse er placeret i en afstand af 100-130 m fra AV1.
Modellen er diskretiseret horisontalt med 16 x 16 m i randområder, mens en finere diskretisering ned til 1m x 1m er benyttet ved kildeområdet.
Modelkalibreringen er foretaget ud fra synkronpejlerunden den 27.oktober 2004 af boringer filtersat i det mellemste sekundære magasin.
Modelkalibrering- og opsætning er beskrevet i bilag 9.1 og i Fyns Amt (2005). Resultatet af kalibreringen er acceptabelt og svarer til kriteriet for en overslagsberegning og vurderes at være tilfreddstillende i forhold til målsætningen for modellen.
3.2 Beregningsscenarier
Der er udført 7 beregningscenarier (scenarie 0-6), som er opsummeret i tabel 3.1. Indledningsvist blev der gennemført 3 beregningsscenarier med en injektions- og pumpeydelse på 0, 5 og 10 l/min. Disse simulerer henholdsvis vandstanden uden oppumpning samt vandstanden under en stationær oppumpning med samtidig reinjektion ved to forskellige pumpeydelser. I alle 3 beregningsscenarier blev der udført partikelbanesimuleringer.
Scenarie 1 og 2 viste imidlertidig en relativ stor spredning af partiklerne uden for det ønskede område. Der blev derfor efterfølgende udført supplerende beregningscenarier med en mindre ydelse på 3 l/min. Desuden blev der udført et scenarie hvor 40 % af det oppumpede grundvand blev afledt til kloak. Herudover blev der udført stoftransportsimuleringer for at få et skøn over udbredelsen af forureningsmassen. Disse supplerende scenarier er benævnt scenarie 3-6.
Ved beregningerne ønskes en opholdstid på maksimalt 40-50 dage, således at indsamlede moniteringsresultater i et pilotprojekt kan evalueres, og eventuelle justeringer af forsøgsopsætningen kan foretages, inden forsøgsperioden på ca. ½ år er slut.
De udførte beregninger er udført med stationære strømningssimuleringer, som simulerer de hydrauliske forhold, når en stationær tilstand er opnået, dvs. når den højeste vandstand omkring injektionsboringerne- og den laveste vandstand omkring pumpeboringerne er opnået, og når der i øvrigt ikke længere sker en vandstandsudvikling i området. Beregningerne kan ikke sige noget om hvornår denne situation indtræder, men det forventes at ske forholdsvis hurtigt med de forventede lave pumpe-/injektionsydelser.
Den største stofspredning forventes at ske ved den højeste vandstand i området omkring injektionsboringerne. Således forventes den stationære tilstand at give anledning til den største forureningsspredning, under forudsætning af kontinuert oppumpning og reinjecering med en given ydelse.
Tabel 3.1 Oversigt over beregninsscenarier
| Scenarie nr. |
Injekt. /pumpe- ydelse
(l/min) |
Antal injektions- /pumpe –boringer |
Beskrivelse |
| 0 |
- |
- |
Basisscenarie uden oppumpning. Stofspredning fra kildeområdet simuleres ved hjælp af partikelbanesimulering og sammenholdes med den observerede faneretning. Der foretages håndberegninger af opholdstid for at sikre at modellen overordnet har fat på retning og hastigheder |
| 1.1 |
5 / 5 |
3 / 1 |
Der pumpes med en totalydelse på 5 l/min fra 1-2 pumpeboringer og en tilsvarende vandmængde reinjiceres i 3 injektionsboringer. Pumpeboringerne er placeret ved den eksisterende afværgeboring, AV1, mens injektionsboringerne placeres ved boring I1. Injektionsfeltet ligger dermed ca. 30 m opstrøms fra pumpeboringerne.
Der udføres stationære beregninger af den resulterende vandstand. Derudover udføres partikelbanesimuleringer til vurdering af stofspredningen i det sekundære magasin. Ved partikelbanesimuleringer frigives 16 partikler jævnt fordelt i hver injektionscelle, dvs i alt 48 partikler |
| 1.2 |
5/5 |
3/2 |
| 1.3 |
5 / 5 |
3 / 1 |
| 1.4 |
5/5 |
3/2 |
| 2.1 |
10/10 |
3/1 |
Scenarie 2 udføres som scenarie 1, men med en oppumpning på 10 l/min. |
| 2.2 |
10/10 |
3/2 |
| 3 |
3 / 3 |
3 / 1 |
Beregningsscenarie med en lavere injektions- og pumpeydelse (3 l/min) |
| 4 |
3 / 3 |
3 / 1 |
Beregningsscenarier med en partikelfordeling, hvor partiklerne er mere centreret omkring centrum af injektionscellerne |
| 5.1 |
3 / 3 |
3 / 1 |
Konservative stoftransportberegninger (tracer injektion-advektiv stoftransport) med MT3D. Der er beregnet med pumpe- og injektionsmængde på 3 og 5 l/min. Der er injiceret 100 mg stof /l i hver injektionsboring og stoftransportsimuleringerne er kørt i 200 dage.
Scenarie 5.4 er et beregningsscenarie, hvor effekten af en større oppumpning i forhold til reinjecering belyses (afledning til kloak)
Stoftransportsimuleringerne er udført for at fordelingen af den stofmængde, som spredes i indsatsområdet, kan anskueliggøres, hvilket ikke er muligt med partikelbaneberegninger. Stoftransportsimuleringerne er udført som advektive stoftransportsimuleringer. |
| 5.2 |
5 / 5 |
3 / 1 |
| 5.4 |
3 / 5 |
3 / 1 |
| 5.5 |
5 / 5 |
3 / 3 |
| 6 |
3 / 3 |
3 / 1 |
Beregningsscenarie med en finere horisontal diskretisering af modellen |
3.3 Resultat af simulerede scenarier
Resultaterne af beregningsscenarierne fremgår i tabel 3.2 og 3.3. Figur 1 til 23 i bilag 9.2 , viser de enkelte beregningscenarier. Influensarealerne er beregnet som arealet af de påvirkede områder angivet på figurene i bilag 9.2. Ved beregning af influensarealerne er der ikke medtaget påvirkede områder nedstrøms indsatsområdet og for stoftransport-simuleringerne, er kun medtaget området inden for kurven som angiver 10 mg stof/l. Til sammenligning med størrelsen af de beregnede influensområder kan nævnes, at indsatsområdet er ca. 20 m bredt og ca. 40 m langt, svarende til et areal på ca. 800 m². I dette indsatsområde er koncentrationen over alt større end 100 µg/l af klorerede opløsningsmidler. Arealet af indsatsområdet mellem injektionsboringer og pumpeboring er ca. 650 m².
De beregnede opholdstider er beregnet manuelt, som opholdstiden mellem midterste injektionsboring og pumpeboringen. Afstanden mellem pumpeboring og den midterste injektionsboring er ca. 33 m. Opholdstiden er beregnet ud fra vandstandsgradienten, en effektiv porøsitet på 0,25 og en hydraulisk ledningsevne på 6 · 10-5 m/s.
3.3.1 Vurdering af beregninger
Figur 3.1-a og figur 3.1-b viser partikelbanesimulering for oppumpning og injektion for henholdsvis 3 og 5 l/min. Beregningerne viser, at en injektions- og pumpeydelse på 3 l/min giver en væsentlig mindre spredning af stof i området sammenholdt med injektions- og pumpeydelser på 5 l/min (og 10 l/min)
Beregningerne viser, at en ydelse på 3 l/min er tilstrækkeligt for at få det injicerede vand spredt i hele indsatsområdet. Opholdstiden er ca. 50 dage hvilket er på grænsen af det acceptable. En opholdstid på 40 dage er at foretrække. En mindre opholdstid kan fås ved at rykke injektionsboringerne tættere på pumpeboringen. Ved at rykke injektionsboringerne ca. 5 m tættere på AV1 vil opholdstiden blive ca. 40 dage.
Det ser ikke ud til at have den store betydning, om der køres med 1 eller 3 pumpeboringer, hvis den samlede oppumpede ydelse er den samme
Stofspredningen ved en ydelse på 3 l/min er vist på figur 3.2-a efter 50 dage og figur 3.2.-b efter 200 dage. Disse beregninger viser en væsentlig større stofspredning end ved partikelbanesimuleringerne, hvilket bl.a. kan skyldes numerisk dispersion. Dette bekræftes af, at der ved en finere horisontal diskretisering ses en mindre stofspredning. Det ses desuden, at en vis mængde af det injicerede stof evt. slipper forbi pumpeboringen. Hvis injektionsboringen rykkes tættere på pumpeboringen vil stofspredningen reduceres. Desuden kan det overvejes, at rykke injektionsboringerne tættere sammen for at reducere stofspredningen.
Figur 3.3 viser stoftransportberegninger ved oppumpning af 5 l/min, injektion på 3 l/min. Den resterende vandmængde på 2 l/min ledes til kloak. Der ses en mindre stofspredning i forhold til at alt det oppumpede grundvand reinjiceres. Opholdstiden er på 47 dage hvilket vurderes acceptabelt. Ulempen ved denne metode er at det vand som skal udledes til kloak sandsynligvis skal renses først, hvilket vil medføre relativt store udgifter hertil.
Tabel 3.2 Resultater af simulerede scenarier. Porevandshastigheden er beregnet ud fra en effektiv porøsitet på 0.25 og Kh = 6 .10-5m/s.
| Scenarie nr. |
Inj. /pumpe ydelse
(l/min) |
Antal inj. /pumpe bor. |
Influens-areal
(m²) |
Porevands-hastighed
m/år |
Opholds-tid
(dage) |
Beskrivelse |
| 0 |
- |
- |
- |
87 |
138 |
Ingen oppumpning/injektion |
| 1.1 |
5 / 5 |
3 / 1 |
1774 |
298 |
40 |
Oppumpning og injektion med 5 l/min. Partikelbanesimulering |
| 1.2 |
5/5 |
3/2 |
1766 |
275 |
43 |
Oppumpning og injektion med 5 l/min. Partikelbanesimulering |
| 1.3 |
5 / 5 |
3 / 1 |
1638 |
275 |
43 |
Som 1.1 men med alternativ placering af pumpe- og injektionsboring. Partikelbanesimulering |
| 1.4 |
5/5 |
3/2 |
1655 |
252 |
47 |
Som 1.2 men med alternativ placering af pumpe- og injektionsboring. Partikelbanesimulering |
| 2.1 |
10/10 |
3/1 |
3049 |
527 |
22 |
Oppumpning og injektion med 10 l/min. Partikelbanesimulering |
| 2.2 |
10/10 |
3/2 |
3045 |
481 |
25 |
Oppumpning og injektion med 10 l/min. Partikelbanesimulering |
| 3 |
3 / 3 |
3 / 1 |
1130 |
241 |
50 |
Som scenarie 1.1 men med lavere ydelse, 3 l/min |
| 4 |
3 / 3 |
3 / 1 |
1095 |
241 |
50 |
Som scenarie 3, men med centreret partikelfordeling ( rad. 25 cm) |
| 5.1 |
3 / 3 |
3 / 1 |
1650 |
241 |
50 |
Som scenarie 3, men med Konservativ stoftransport |
| 5.2 |
5 / 5 |
3 / 1 |
2485 |
298 |
40 |
Som scenarie 5.1, men med højere pumpe- og injektionsydelser |
| 5.4 |
3 / 5 |
3 / 1 |
1291 |
252 |
47 |
Som scenarie 5.2, men med lavere injektionsydelse (vand til kloak) |
| 5.5 |
5 / 5 |
3 / 3 |
2503 |
298 |
40 |
Som scenarie 5.2, men med 3 pumpeboringer |
| 6 |
3 / 3 |
3 / 1 |
1139 (partikel)
1493 (konc) |
241 |
50 |
Som scenarie 5.1 men med 25 m x 25 m grid og centreret partikelfordeling (rad. 12 cm) og frigivelse af 50 partikler pr. injektionscelle |
Tabel 3.3 Resultat af de enkelte beregningsscenarier. Optegning af de enkelte beregningsscenarier fremgår af figur 1-23 i bilag 9.2.
| Scenarie nr. |
Injekt. /pumpe- ydelse
(l/min) |
Beskrivelse |
Figur hen-visning i bilag 9.2 |
| 0 |
- |
God overensstemmelse mellem målt og simuleret trykniveau i boringer filtersat i det mellemste sekundære magasin. God overensstemmelse mellem beregnet og observeret forureningsspredning |
figur 1 og 2 |
| 1.1 |
5 / 5 |
Ved pumpning med 5 l/min fra AV1 med samtidig reinjektion af samme vandmængde i 3 injektionsboringer opnås en spredning af det injicerede vand i hele det ønskede indsatsområde.
Ved pumpning med en total ydelse på 5 L/min fra to afværgeboringer og samtidig reinjektion af samme vandmængde i 3 boringer opnås en spredning af det injicerede vand til omtrent samme areal som i tilfældet med en pumpeboring. |
figur 3, 4 og 5
figur 6 |
| 1.2 |
5/5 |
| 1.3 |
5 / 5 |
| 1.4 |
5/5 |
| 2.1 |
10/10 |
Ved pumpning med 10 l/min fra AV1 med samtidig reinjektion af samme vandmængde i 3 injektionsboringer opnås en spredning af det injicerede vand til et areal der er større end i tilfældet med scenarie 1 og dækker nu ca 3.000 m² mod før ca 1.800 m². Opholdstiden er næsten halveret
Ved pumpning med en total ydelse på 10 L/min fra 2 pumpeboringer med samtidig reinjektion af samme vandmængde i 3 injektionsboringer sker der en spredning af det injicerede vand til omtrent samme område som i tilfældet med 1 pumpeboring. |
Figur 10 og 11
Figur 12 |
| 2.2 |
10/10 |
| 3 |
3 / 3 |
Scenarie 3, svarer til scenarie 1.1 blot med en injektions- og pumpeydelse på 3 l/min.
I forhold til en injektion på 5 og 10 l/min ses en væsentlig mindre spredning af partikler (influensarealet på ca. 1.100 m²). Opholdstiden er ca. 50 dage hvilket er det maksimale der kan accepteres i et pilotprojekt. |
figur 3.1. |
| 4 |
3 / 3 |
Der ses ikke væsentlig forskel i beregnet influensareal med en cirkulær partikelfordeling med en radius på 25 cm, så dette vurderes ikke at have indflyelse i modellels resultater |
figur 14 |
| 5.1 |
3 / 3 |
Svarer til hhv. scenarie 1.1 og scenarie 3, men stofspredningen er simuleret med konservativ stoftransport. Der simuleres en væsentlig større stofspredning med stoftransportsimuleringerne sammenlignet med partikelbanesimuleringerne, hvilket bl.a. kan skyldes numerisk dispersion. Det ses desuden, at der vil være risiko for at en vis mængde af det injicerede stof slipper forbi pumpeboringen.
Beregnet vandstand og koncentrationsfordeling efter hhv. 30, 50, 100 og 200 dage |
figur 15, 16, 17, 18 og 19 |
| 5.2 |
5 / 5 |
| 5.4 |
3 / 5 |
Scenarie 5.4 svarer til scenarie 5.2 men med en lavere injektionsydelse end pumpeydelse. Dette scenarie betyder, at der skal udledes 2 l/min til kloak. Stort set alt injiceret stof i indfanges i dette scenarie, selv efter 200 dages injektion og influensområdet ses at være noget mindre sammenholdt med scenarie 5.1. |
Figur 20 |
| 5.5 |
5 / 5 |
Scenarie 5.5 svarer til scenarie 5.2 men her er kørt med 3 pumpeboringer i stedet for 1, for at vurdere betydningen af boringsplaceringen. Der ses ingen væsentlig effekt på hverken grundvandsstand eller stofspredning (ca. samme influensareal) sammenholdt med i scenarie 5.2, og der er stadig risiko for at en vis mængde at det injicerede stof slipper forbi pumpeboringen. |
figur 21 |
| 6 |
3 / 3 |
Scenarie 6 svarer til scenarie 5.1, men med en findiskretisering af modellen således at diskretiseringen er nede på 25 cm x 25 cm i indsatsområdet. For partikelbanesimuleringen er der frigivet 50 partikler i hver injektionscelle i en cirkulær partikelfordeling med en radius på ca. 11 cm. Det ses, at der ikke er stor forskel på partikelbanesimuleringen i scenarie 3 og partikelbanesimuleringen i scenarie 6 (ca. samme influensareal), bortset fra den større tæthed af partikelbaner i scenarie 6.
Sammenholdes koncentrationsfordelingen efter 200 dage i scenarie 6 med scenarie 5.1 ses dog en noget mindre stofspredning i scenarie 6. Dette vurderes at skyldes, at den numeriske dispersion er mindsket grundet den finere cellestørrelse. I scenarie 6 ses således, at en større andel af det injicerede stof opfanges, og influensarealet ses at være lidt mindre end for scenarie 5.1. |
figur 23 |
Klik her for at se figuren.
Figur 3.1-a Scenarie 3. Partikelbaner og grundvandsstand. Samlet injektions- og pumpeydelse på 3 l/min.
Klik her for at se figuren.
Figur 3.1-b Scenarie 1.1. Partikelbaner og grundvandsstand. Samlet injektions- og pumpeydelse på 5 l/min.
Klik her for at se figuren.
Figur 3.2-a Scenarie 5.1. Stoftransportberegninger efter 50 dage. relativ koncentration og og grundvandspotentiale. injektions- og pumpeydelse er 3 l/min.
Klik her for at se figuren.
Figur 3.2-b Scenarie 5.1. Stoftransportberegninger efter 200 dage. relativ koncentration og og grundvandspotentiale. injektions- og pumpeydelse er 3 l/min.
Klik her for at se figuren.
Figur 3.3 Scenarie 5.1. Stoftransportberegninger. Partikelbaner og grundvandsstand. injektion på 3 l/min og pumpeydelse på 5 l/min. Overskud ledes til kloak
3.4 Sammenfatning
Det vurderes, at en pumpe- og injektionsydelse på 3 l/min er det optimale i forhold til et pilotprojekt.
Det foreslås at rykke injektionsboringerne lidt tættere på afværgeboringen (ved B103). Herved mindskes stofspredningen og opholdstiden bliver omkring 40 dage. For yderligere at mindske stofspredningen, kan injektionsborngrene rykkes tættere sammen. Desuden kan injektionen evt. kun ske fra 2 boringer.
Det vurderes at grundvandsmodellen har været et nyttigt redskab til design af pilotprojektet mht.:
- vurdering af pumpe- og injektionsmængder
- vurdering af spredningsforholdene af den injicerede donor
- vurdering af opholdstider i testfeltet
- vurdering af nødvendige antal injektions- og pumpeboringer samt placering af disse
| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |
Version 1.0 Februar 2007, © Miljøstyrelsen.
|