Forundersøgelser til pilotprojekt om stimuleret reduktiv deklorering
Bilag 9. Grundvandsmodel
Bilag 9.1 Modelopsætning
Modelværktøj
Grundvandsmodellen er opstillet i MODFLOW. Der er anvendt applikationen Visual MODFLOW 3.1.0. Yderligere er MODPATH anvendt til partikelbanesimulering.
Modelområde
Grundvandsmodellen dækker et areal på 500 m x 500 m. Grundet problemer med at få MODFLOW til at simulere en korrekt strømningsretning, når grundvandsstrømningen ikke går vinkelret på modellens celler, har det været nødvendigt at benytte transformerede koordinater ved modelopsætningen i MODFLOW. Modelområdet er således blevet roteret 39° mod urets retning omkring punktet (585180,22;6140921,46). Der er efterfølgende foretaget en ”tilbagetransformation”, således at alle afbildninger i denne rapport bygger på de korrekte koordinater. Modelområdet er indtegnet på Figur 1.
Afgrænsning
Der er ikke nogle oplagte naturlige/fysiske grænser i nærområdet, der kan benyttes til afgrænsning af området. Størrelsen af modelområdet er derfor fastlagt på baggrund af sænkningens forventede influensradius.
Ud fra de estimerede hydrauliske parametre fra prøvepumpningstolkninger kan en forventet sænkningsudbredelse under stationære forhold beregnes. Sænkningens udbredelse er vurderet ud fra Theis’ løsningsmodel for et artesisk magasin samt for Hantush-Jacobs løsningsmodel for et artesisk magasin med lækage (se Fyns Amt (2005). Idet der tages højde for at sænkningens udbredelse vil reduceres som følge af reinjektion, er et modelområde på 500m x 500 m vurderet tilstrækkeligt. Ved simulering af oppumpninger uden reinfiltration skal man være meget 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.
Randbetingelser
For det sekundære magasin er modellens randbetingelser fastlagt ud fra potentialekortet for det sekundære magasin udarbejdet på baggrund af synkronpejlerunde udført den 27-08-2002 (se bilag 5), da udstrækningen af dette potentialekort er størst. Der anvendes no-flow randbetingelser langs den nordlige og sydlige modelrand, idet der ved en ekstrapolation af potentialelinjerne ses at disse modelrande følger grundvandets strømningsretning. Mod øst og sydvest er der benyttet fastholdt tryk. Som udgangspunkt er anvendt fastholdt tryk på hhv. 5.85 og 12.75 m DNN. For de øvrige lag anvendes no-flow randbetingelser langs hele modellens rand.
Modelranden ligger således 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.
Modeldiskretisering
Modellen diskretiseres horisontalt med 16 x 16 m i randområder, mens en finere diskretisering ned til 1m x 1m benyttes ved kildeområdet. Dette giver et grid bestående af 121 kolonner og 133 rækker. Vertikalt opdeles modellen i 4 geologiske lag. Dette giver i alt 64372 celler. Modellens grid ses på figur 2.
Geologisk model
På baggrund af den geologiske beskrivelse er der foretaget en inddeling i 4 hydrostratigrafiske enheder. Disse enheder repræsenterer grundvandsmodellens geologiske lag (Se Tabel 1). Øverste lag repræsenterer et 8 - 14 meter tykt sandet morænelerlag, idet lagene FYLD, ML1, ØS og ML2 i den konceptuelle geologiske model (se Fyns Amt, 2005) er slået sammen. Herunder følger et lag bestående af en kombination af silt og smeltevandsler, hvis mægtighed spænder fra 0,5 og op til 5 meter. Det tredje modellag repræsenterer det ca. 1 meter tykke mellemste sekundære magasin (MS). Modellens bund udgøres af endnu en morænelerenhed, som er en sammenlægning af lagene ML2, NS og ML3 fra den konceptuelle geologiske model. Den nedre moræneler antages mindre permeabel end den øvre moræneler.
Via en detaljeret gennemgang af geologiske profiler fra området er topkoten af de forskellige lag bestemt. Disse punkter indlæses i MODFLOW, hvor lagfladerne er genereret ved hjælp af en natural neighbour interpolation. Til generering af lagflader er anvendt alle boringer af tilstrækkelige dybde, dog er der set bort fra et antal boringer af ældre dato, hvor geologien adskiller sig fra nyere boringer. Genereringen af hver lagflade bygger således på geologiske profiler fra 36-60 boringer (Se Tabel 6).
Hydrauliske parametre I Tabel 1 er angivet forventede intervaller af de horisontale hydrauliske ledningsevner samt initielt anvendte værdier for de enkelte modellag. For silt/smeltevandslaget (lag 2) samt det mellemste sekundære magasin (lag 3) er det grundet heterogenitet fundet nødvendigt at foretage en horisontal zonering af lagene med tildeling af individuelle hydrauliske ledningsevner til hver zone. For alle lag anvendes en anisotropifaktor, Kh/Kv, på 10.
Lag 1
Det øvre morænelerslag er sandet med indslag af sandstriber, og derfor anvendes en forholdsvis høj hydraulisk ledningsevne for dette lag. Den vertikale hydrauliske ledningsevne for morænelerslaget er forsøgt estimeret ved hjælp af en Hantush-Jacob tolkning på prøvepumpning foretaget i det mellemste sekundære magasin. Herudfra er den vertikale hydrauliske ledningsevne (for den ovenliggende akvitard) fundet i intervallet 2 · 10-8 - 8 · 10-7 m/s. Idet middelværdien af den vertikale hydrauliske ledningsevne er 2 · 10-7 m/s, anvendes initielt en horisontal hydrauliske ledningsevne på 2 · 10-6 m/s.
Zonering af lag 2
Ved gennemgangen af de geologiske profiler er der lige over det mellemste sekundære magasin fundet et gennemgående smeltevandslag af bedre sorteret materiale. I den vestlige del af modelområdet udgøres dette lag af siltaflejringer, mens der i den østlige del ses aflejringer af henholdsvis smeltevandsler og fed ler. Figur 5 viser zoneopdelingen af lag 2. For siltlaget anvendes til at begynde med samme hydrauliske ledningsevne som for det øvre morænelerlag, idet lækagetolkningen er foretaget på baggrund observationsboringer placeret i området med siltaflejringer.
Den vertikale hydrauliske ledningsevne for smeltevandsleret er vurderet til at ligge i intervallet 1 · 10-10 - 1 · 10-8 m/s. Initielt anvendes en vertikal hydraulisk ledningsevne på 1 · 10-9 m/s og en horisontal ledningsevne på 10-8 m/s.
Zonering af lag 3
Ud fra prøvepumpningsresultater er transmissivitetsværdier for det mellemste sekundære magasin fundet i intervallet 5 - 9 · 10-5 m²/s. Med en gennemsnitlig magasinmægtighed på 1 m ligger den hydrauliske ledningsevne i samme interval.
I kildeområdet og sydøst herfor (zone 1) antages en transmissivitet af det mellemste sekundære magasin på 6 · 10-5 m²/s svarende til en hydraulisk ledningsevne på 6 · 10-5 m/s.
I området ved Rugårdsvej 226-232, centralt i modelområdet, er der ud fra potentialekortet for det mellemste sekundære magasin identificeret en zone med meget lille hydraulisk gradient. Det mellemste sekundære magasin består i denne zone af meget grovkornet materiale og er derfor sandsynligvis særligt vandførende her. Der anvendes derfor initielt en højere hydraulisk ledningsevne på 1 · 10-4 m/s for magasinet i dette område (zone 2). Zoneopdeling af lag 3 ses af Figur 6.
For den vestlige del af modelområdet (zone 3 i lag 3) anvendes de samme hydrauliske parametre som for zone 1.
Tabel 1 Egenskaber for modellens geologiske lag.
| Modellag | Beskrivelse | Topkote af lag (m DNN) |
Mægtighed (Gennemsnit) (m) | Horisontal ledningsevne | |
| Interval (m/s) | Initiel værdi (m/s) | ||||
| 1 | Øvre moræneler | +15,3 til +11,5 | 12 | 2 · 10-7 - 8 · 10-6 | 2 · 10-6 |
| 2 | Silt | -1,1 til 5,5 | 1,6 | 1 · 10-6 - 5 · 10-5 | 2 · 10-6 |
| Smeltevandsler | -1,1 til 5,5 | 1,6 | 1 · 10-9 - 1 · 10-7 | 1 · 10-8 | |
| 3 | Sand (Zone 1 og 3) | -2.0 til 5,1 | 1,0 | 5 · 10-5 - 1 · 10-4 | 6 · 10-5 |
| Sand (Zone 2) | -2.0 til 5,1 | 1,0 | 8 · 10-5 - 5 · 10-4 | 1 · 10-4 | |
| 4 | Nedre moræneler | -2,3 til -4.3 | 15 | 1 · 10-9 - 1 · 10-7 | 5 · 10-8 |
Infiltration
Den gennemsnitlige nettonedbør er angivet til 250 mm/år i delopland 3 i den Nationale Vandressource Model for Fyn. Idet en stor del af modelområdet udgøres af befæstet areal sættes infiltrationen som udgangspunkt til 100 mm/år. Denne værdi vil blive tildelt modellens øverste aktive celler.
Porøsitet
Til partikelbanesimulering i MODPATH anvendes en effektiv porøsitet på 0,1 for lerlag og 0,25 for sandlag.
Modelkalibrering
Kalibreringsgrundlag
Modelkalibreringen er foretaget ud fra den nyeste foretagne synkronpejlerunde af boringer filtersat i det mellemste sekundære magasin den 27/10-2004, se bilag 5.
Kalibreringsparametre
Som kalibreringsparametre er anvendt de hydrauliske ledningsevner, infiltrationsrate, fastholdt tryk randbetingelser samt zoneopdelingen i lag 2 og 3. Disse parametre er varieret indtil en tilfredsstillende overensstemmelse mellem observerede og simulerede trykniveauer er opnået. Desuden er modellen kalibreret således, at den er i stand til at reproducere den strømningsretning som forureningsfanen i området følger.
Nøjagtighedskriterium
Til at vurdere overensstemmelsen mellem data og model er middelværdien af kvadratafvigelsessummen (RMS) i forhold til den maximale trykniveauvariation i området (Δhmax) anvendt som kriterium. Middelværdien for kvadratafvigelsessummen er et mål for afvigelserne på residualerne
( 1)
Ψobs,i og Ψsim,i betegner henholdsvis observeret og simuleret trykniveau.
Det er forsøgt at opnå en nøjagtighed svarende til kriteriet for en konservativ akvifer simulering. Dette kriterium medfører at
Validering
Der er foretaget en validering af den kalibrerede model i forhold til prøvepumpningen foretaget på afværgeboringen AV1. Ved prøvepumpningen på AV1 blev der pumpet med en ydelse på 5 L/min over en periode på 5 timer. Samtidig blev sænkningen observeret i 7 boringer i det mellemste sekundære magasin (vha. tryktransducere og dataloggere) og manuel pejling blev foretaget i yderligere 2 boringer. Validering af modellen foretages således, at der ved en stationær simulering af oppumpningen opnås sænkninger af mindst samme størrelse, som der blev observeret under prøvepumpningen.
Kalibreringsresultat
Kalibreringen af grundvandsmodellen er beskrevet trinvis i Fyns Amt (2005). Grundet den lave trykvariation (Δhmax = 0,585 m) i boringer medtaget i pejlerunden 27/10-2004 fås et meget lavt kalibreringsmål for middelværdien på kvadratafvigelsessummen (RMS) på 0,06. Det var ikke muligt, inden for den givne tidshorisont, at opnå en så lav RMS-værdi ved kalibreringen. I den endelige kalibrering er RMS-værdien på 0,11, hvilket giver en b3-værdi på 0,19. Dette resultat vurderes dog acceptabelt og svarer til kriteriet for en overslagsberegning.
De hydrauliske ledningsevner, som er anvendt i den endelige model fremgår af Tabel 2. For alle lag svarer de anvendte ledningsevner til de intitielt foreslåede værdier, dog med undtagelse af zone 2 i lag 3, hvor den hydrauliske ledningsevne er sat op til 2.10-4 m/s.
Tabel 2 Anvendte hydrauliske parametre
| Modellag | Beskrivelse | Horisontal ledningsevne (m/s) |
| 1 | Øvre moræneler | 2 · 10-6 |
| 2 | Silt | 2 · 10-6 |
| Smeltevandsler | 1 · 10-8 | |
| 3 | Sand (Zone 1 og 3) | 6 · 10-5 |
| Sand (Zone 2) | 2 · 10-4 | |
| 4 | Nedre moræneler | 5 · 10-8 |
I Tabel 3 ses henholdsvis målt og simuleret vandstand i de 23 boringer filtersat i det mellemste sekundære magasin, som er medtaget i kalibreringen. Som det fremgår, er der en god overensstemmelse mellem målte og simulerede værdier. De største afvigelser i størrelsesordenen 18-25 cm findes for boring F og B111, som begge ligger uden for det ønskede oprensningsområde.
Tabel 3 Målte og simulerede trykniveauer
| Boring | Målt trykniveau (m DNN) | Simuleret trykniveau (m DNN) | Difference |
| B101 | 10.18 | 10.07 | -0.11 |
| B102 | 10.26 | 10.30 | 0.04 |
| B103 | 10.30 | 10.19 | -0.11 |
| B104 | 10.35 | 10.35 | 0.00 |
| B105 | 10.24 | 10.11 | -0.13 |
| B110 | 10.04 | 9.98 | -0.06 |
| B111 | 10.14 | 9.96 | -0.18 |
| B112 | 10.15 | 10.18 | 0.03 |
| B119 | 10.27 | 10.17 | -0.10 |
| B123 | 10.08 | 10.02 | -0.06 |
| A | 9.76 | 9.65 | -0.11 |
| B | 9.94 | 9.76 | -0.17 |
| C | 9.76 | 9.76 | 0.00 |
| F | 9.81 | 10.07 | 0.25 |
| H | 10.12 | 10.26 | 0.14 |
| O | 10.34 | 10.40 | 0.06 |
| P | 10.27 | 10.34 | 0.07 |
| AV1 | 9.78 | 9.88 | 0.09 |
| M1 | 10.24 | 10.11 | -0.13 |
| M² | 10.11 | 10.04 | -0.08 |
| M³ | 9.77 | 9.90 | 0.13 |
| M4 | 9.76 | 9.81 | 0.05 |
| I1 | 10.29 | 10.26 | -0.02 |
I Tabel 4 er de målte sænkninger efter 5 timers pumpning på AV1 med ydelsen 5 L/min sammenholdt med de simulerede sænkninger ved en stationær pumpning med samme ydelse. Det skal pointeres, at der under den simulerede stationære pumpning på AV1 blev observeret sænkninger helt ud til den nordlige og sydlige no-flow rand i størrelsesorden 30 cm, og der er derfor usikkerheder på de simulerede sænkninger. For alle boringer bortset fra M³ gælder det, at den simulerede sænkning er af mindst samme størrelse som den målte. Valideringskriteriet er dermed overholdt for alle boringer, bortset fra M³, hvor den simulerede sænkning er 4 cm mindre end den målte. Dette kunne antyde, at der anvendes en for lav hydraulisk ledningsevne lokalt ved M³.
Tabel 4 Målte og simulerede sænkninger ved pumpning på AV1
| Boring | Målt sænkning (m) | Simuleret sænkning (m) |
| B101 | 0.18 | 0.29 |
| B102 | 0.15 | 0.22 |
| B103 | 0.14 | 0.25 |
| B110 | 0.21 | 0.40 |
| B119 | 0.17 | 0.36 |
| B123 | 0.24 | 0.39 |
| M1 | 0.21 | 0.41 |
| M² | 0.20 | 0.40 |
| M³ | 0.34 | 0.30 |
| M4 | 0.29 | 0.30 |
| I1 | 0.14 | 0.25 |
Figur 1 Modelområde (ikke målfast)
Figur 2 Modelgrid (ikke målfast)
Figur 3
Figur 4
Tabel 6
Figur 5 (ikke målfast)
Figur 6 (ikke målfast)
Bilag 9.2 Beregningsscenarier
Scenarie 0. Ingen oppumpning eller injektion
Figur 1 (ikke målfast)
Figur 2 (ikke målfast)
Scenarie 1.1 Oppumpning og injektion med 5 l/min
Figur 3 (ikke målfast)
Figur 4 (ikke målfast)
Scenarie 1.1. Injektion og oppuimpning med 5 l/min. Supplerende simuleringer
Figur 5 (ikke målfast)
Scenarie 1.2. Som scenarie 1.1 men med 2 pumpeboringer
Figur 6 (ikke målfast)
Scenarie 1.3. Som scenarie 1.1 men med alternativ placering af injektions- og pumpeboringer
Figur 7 (ikke målfast)
Figur 8 (ikke målfast)
Scenarie 1.4 Som scenarie 1.2 men med alternativ placering af injektions- og pumpeboringer
Figur 9 (ikke målfast)
Scenarie 2.1 Oppumpning og injektuion med 10 l/min
Figur 10 (ikke målfast)
Figur 11 (ikke målfast)
Scenarie 2.2 Som scenarie 2.1 men med 2 pumpeboringer
Figur 12 (ikke målfast)
Scenarie 3. Som scenarie 1.1 men med injektions- og pumpeydelse på 3 l/min
Figur 13 (ikke målfast)
Scenarie 4. Som scenarie 3 men med centreret partikelfordeling (rad. 25 cm)
Figur 14 (ikke målfast)
Scenarie 5.1 Som scenarie 3, men med stoftransport. Koncentrationsfordeling efter 30 dage
Figur 15 (ikke målfast)
Scenarie 5.1 Som scenarie 3, men med stoftransport. Koncentrationsfordeling efter 50 dage
Figur 16 (ikke målfast)
Scenarie 5.1 Som scenarie 3, men med stoftransport. Koncentrationsfordeling efter 100 dage
Figur 17 (ikke målfast)
Scenarie 5.1 Som scenarie 3, men med stoftransport. Koncentrationsfordeling efter 200 dage
Figur 18 (ikke målfast)
Scenarie 5.2. Som scenarie 5.1 men med 5 l/min
Figur 19 (ikke målfast)
Scenarie 5.4. Som scenarie 5.2 men med lavere injektionsydelse. Vand til kloak.
Figur 20 (ikke målfast)
Scenarie 5.5.Som scenarie 5.2 men med 3 pumpeborinfger
Figur 21 (ikke målfast)
Scenarie 6. Som scenarie 5.1 men med 25 x 25 cm grid og centreret partikelfordeling
Figur 22 (ikke målfast)
Figur 23 (ikke målfast)
Version 1.0 Februar 2007, © Miljøstyrelsen.