| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Variationer i poreluftens forureningsindhold. - Spor 1. Opstilling af modelscenarier, udvælgelse af modeller og modelberegninger.

4 Modelscenarier og model-setup

• 4.1 Afgrænsning og valg af modelparametre
  • 4.1.1 Forureningsmæssige forhold
  • 4.1.2 Geologiske og hydrogeologiske forhold
  • 4.1.3 Meteorologiske forhold
  • 4.1.4 Bygningsmæssige forhold
• 4.2 Modelscenarier
  • 4.2.1 Barometer variation
  • 4.2.2 Indendørs tryk
  • 4.2.3 Sprækkeplacering
  • 4.2.4 Geologisk lagdeling
  • 4.2.5 Kildeplacering
  • 4.2.6 Kildestyrke
  • 4.2.7 Aerob nedbrydning
• 4.3 Model-setup
  • 4.3.1 Præsentation af modelresultater

4.1 Afgrænsning og valg af modelparametre

Poreluftkoncentrationen målt i et givent punkt på et givent tidspunkt afhænger, som beskrevet i afsnit 2, af adskillige parametre. Med det formål at undersøge, hvilke faktorer, der har størst betydning for variationen i poreluftmålinger, er opstillet modelscenarier, som simuleres med den udvalgte model.

Ved opstilling af modelscenarierne har det været nødvendigt at begrænse dels antallet af parametre og dels variationen af parameterstørrelser. Inden for hver af de 4 parametergrupper: (1) forureningsmæssige forhold, (2) geologiske og hydrogeologiske forhold, (3) meteorologiske forhold og (4) bygningsmæssige forhold (jf. tabel 2.1), er der således foretaget afgrænsninger både mht. hvilke udvalgte parametre, der varieres, og hvilke parameterstørrelser, der anvendes.

Afgrænsninger og variationer for de udvalgte parametre er beskrevet i nedenstående afsnit for hver af de 4 parametergrupper. For hver parameter er angivet, hvilken værdi, der anvendes som standard i de opstillede scenarier, hvor der er taget udgangspunkt i standardværdier anvendt i JAGG-modellen /Miljøstyrelsen, 1998/. Specifikke parametre anvendt i hvert enkelt scenarie er beskrevet i afsnit 4.2.

4.1.1 Forureningsmæssige forhold

Med de opstillede modelscenarier simuleres udelukkende transport af opløste enkeltstoffer. Der tages således ikke hensyn til den kompleksitet, som er nødvendig ved simulering af blandingsforureninger og fri fase NAPL.

Simuleringerne er udført med tre forskellige VOC’er med fysisk-kemiske egenskaber, svarende til typiske forureningskomponenter fundet i poreluft. VOC1 og VOC2 har egenskaber, der svarer til hhv. trichlorethylen (TCE) og vinylchlorid (VC), mens VOC3 har egenskaber svarende til benzen. Ved simuleringerne er således anvendt to chlorerede VOC’er, der ikke antages at være nedbrydelige, men som har væsentligt forskellige sorptionskoefficienter. Endvidere er der anvendt én typisk aromatisk kulbrinte fra olie-/benzinprodukter, som antages at være biologisk nedbrydelig. De fysisk-kemiske egenskaber for de tre VOC’er er listet i tabel 4.1.

Værdier med fed angiver standard-værdien anvendt i scenarierne.

Hovedparten af modelscenarierne er udført med konstant kildestyrke fra en uendelig grundvandsbåren forureningskilde. Simuleringerne er udført ved at simulere en konstant poreluftkoncentration umiddelbart over grundvandsspejlet, svarende til mætningskoncentrationen fra en fri fase NAPL på eller omkring grundvandsspejlet. For scenarier uden nedbrydning er anvendt en enhedskildestyrke på 1 g/cm³, således at de simulerede poreluftkoncentrationer svarer direkte til den normaliserede gaskoncentration.

Der er udført enkelte simuleringer, hvor kildestyrken er varieret. Her er anvendt en kildekoncentration mellem 1E-6 til 1E-8 g/cm³. Endvidere er der udført enkelte simuleringer med nedbrydning (VOC3), hvor der er anvendt en vandig kildekoncentration på hhv. 20 mg/l og 200 mg/l, hvilket svarer til en gaskoncentration på 4,5E-6 og 4,5E-7 g/cm³ for VOC3.

I scenarier med en afgrænset kilde placeret i den umættede zone er anvendt en kildestørrelse på 30x30 m.

4.1.2 Geologiske og hydrogeologiske forhold

Modelscenarierne inkluderer udelukkende homogene medier og strømning, og transport i sprækker eller andre præferentielle transportveje medtages ikke. Hovedparten af modelscenarierne er udført med homogent sand, idet der er udført scenarier med fint og mellemkornet sand. Enkelte scenarier inkluderer endvidere homogent sand med lagdeling af mindre permeabelt materiale. Anvendte værdier for porøsitet, vandindhold og luftpermeabilitet fremgår af tabel 4.2.

For det organiske indhold er anvendt en standard-værdi på 0,01 (-), idet den i udvalgte scenarier er ændret til 0,001 (-). Betydningen af grundvandsspejlets placering, dvs. størrelsen af den umættede zone, og dermed afstanden fra terræn til VOC kilde, er simuleret i flere af scenarierne, idet der henholdsvis er anvendt et højtliggende vandspejl på 3 m u.t. og et dybere liggende vandspejl på 8 m u.t.

Værdier med fed angiver standard-værdien anvendt i scenarierne.

4.1.3 Meteorologiske forhold

Der er udført simulering med såvel steady-state og transient barometertryk. I scenarierne med steady-state er der anvendt et absolut barometertryk på P_atm=101325 Pa (= 1 atm). Ved simulering med transient barometertryk er variationen angivet ved en sinusfunktion med en given amplitude og periode. Alle scenarier med transient barometertryk er først udført som en steady-state simulering. Resultatet fra denne simulering anvendes som start for simuleringen med transient barometertryk. Det har ikke været muligt med modellen at simulere længere tidsserier med naturligt målte barometervariationer pga. numerisk instabilitet. Endvidere har størrelse af amplitude og periode været begrænset af modellens simuleringstid.

Der er ikke udført scenarier, hvor nedbørsintensitet, vindforhold og temperaturændringer simuleres. De anvendte meteorologiske parametre er angivet i tabel 4.3, idet standard-værdier er markeret med fed.

Værdier med fed angiver standard-værdien anvendt i scenarierne.

4.1.4 Bygningsmæssige forhold

Hovedparten af modelscenarierne er udført med bebyggelse henholdsvis med og uden kælder. Der er således ikke udført scenarier med mere avancerede fundamentskonstruktioner, som fx krybekælder, kapillarbrydende lag mv. Der er anvendt en bygningsstørrelse på 10x10 m med en dybde på 2 m u.t. i scenarier med kælder og en dybde på 0,2 m u.t. i scenarier uden kælder.

I alle scenarier med bebyggelse er antaget en sprække på 1 mm langs fundamentets periferi. Dette svarer til erfaringer fra AVJ, der dokumenterer, at revner i betondække opstår langs fundamentet og at den totale revnelængde kan skønnes at være af samme størrelsesorden som omkredsen af fundamentet /AVJ, 2002/. I enkelte scenarier er endvidere antaget en sprække langs såvel periferi som igennem midten af fundament.

Trykket inde i bygningen er angivet som et relativt tryk i forhold til atmosfæretrykket. Hovedparten af scenarierne er udført enten med neutralt tryk eller et undertryk på 5 Pa i forhold til atmosfæretrykket. Dette svarer til værdien anvendt i JAGG /Miljøstyrelsen, 1998/ samt den størrelsesorden på 1-3 Pa, der typisk måles i danske huse /Miljøstyrelsen, 2006/. I enkelte scenarier er endvidere anvendt et undertryk på 10 Pa og et overtryk på 5 Pa. Indendørstrykket følger variationen i atmosfæretrykket, dvs. for scenarier udført med transient barometertryk følger indendørstrykket samme amplitude og periode som atmosfæretrykket. For scenarier med neutralt tryk i bygningen er indendørstrykket således til enhver tid identisk med atmosfæretrykket.

De anvendte parametre til beskrivelse af bygningsforhold er angivet i tabel 4.4, idet standard-værdier er markeret med fed.

Værdier med fed angiver standard-værdien anvendt i scenarierne.

4.2 Modelscenarier

Der er udført i alt 50 modelscenarier, hvor forskellige modelparametre er varieret. Scenarierne er inddelt i følgende syv grupper, idet der inden for hver gruppe er udført mellem 4-14 scenarier:

1. Barometervariation
2. Indendørs tryk
3. Sprækkeplacering
4. Geologisk lagdeling
5. Kildeplacering
6. Kildestyrke
7. Aerob nedbrydning

Scenarierne er detaljeret beskrevet i afsnittene 4.2.1 til 4.2.7. Endvidere er der i tabel 4.5 præsenteret en samlet oversigt over, hvilke parametre, der er varieret inden for de enkelte grupper.

Klik her for at se: Tabel 4.5 Oversigt over parametre varieret indenfor modelgrupper.

4.2.1 Barometer variation

Der er udført i alt 12 scenarier med det formål at vurdere betydningen af barometervariation på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.1.

Figur 4.1 Model-setup anvendt ved simulering af barometervariation dels med bebyggelse (til venstre) og dels uden bebyggelse (til højre).

Barometertrykket er varieret ved at simulere forskellige kombinationer af barometeramplitude og –periode, som angivet i tabel 4.6. De første 4 scenarier er udført med bebyggelse, men pga. modeltekniske begrænsninger er de resterende scenarier, hvor barometervariationen er større, udført uden bebyggelse. Foruden barometertrykket er geologi og dybde til grundvandsspejl varieret. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.6.

4.2.2 Indendørs tryk

Der er udført i alt 4 scenarier med det formål at vurdere betydningen af indendørstrykket på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.5.

Figur 4.5 Model-setup anvendt ved simulering af indendørs tryk.

Det indendørs tryk er varieret, idet der er udført scenarier med henholdsvis et undertryk i forhold til atmosfæretryk på 5 og 10 Pa og et overtryk i forhold til atmosfæretryk på 5 Pa. De første scenarier er udført med transient barometertryk og henholdsvis medium fint og fint sand. Derudover er der udført to scenarier med steady-state barometertryk. Indendørstrykket følger som nævnt variationen i barometertrykket, dvs. i scenarierne med transient barometertryk følger indendørstrykket samme amplitude og periode. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.7.

4.2.3 Sprækkeplacering

Der er udført i alt 4 scenarier med det formål at vurdere betydningen af sprækkeplacering på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.6.

Figur 4.6 Model-setup anvendt ved simulering af sprækkeplacering.

Alle scenarier er udført med en sprække både langs fundamentets periferi og langs fundamentets midte. Dermed er såvel sprækkeplaceringen samt den samlede sprækkelængde forskellig fra de resterende scenarier, hvor der udelukkende er simuleret en sprække langs fundamentets periferi. Sprækkelængden er således nu øget fra 39 m til 49 m.

De første scenarier er udført med transient barometertryk og henholdsvis medium fint og fint sand. Derudover er der udført to scenarier med steady-state barometertryk og henholdsvis over- og undertryk i bygningen. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.8.

4.2.4 Geologisk lagdeling

Der er udført i alt 14 scenarier med det formål at vurdere betydningen af geologisk lagdeling på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med 4 forskellige model-setup som vist på figur 4.7.

Figur 4.7 Model-setup anvendt ved simulering af geologisk lagdeling.

Der er udført scenarier med 4 forskellige geologiske lagdelinger, hvor der i medium fint sand med en gaspermeabilitet på 1E-11 m² og et vandindhold på 0,07 er indsat/indlagt lag med en gaspermeabilitet på 1E-13 m² og et vandindhold på 0,21. De mindre permeable lag har hver en udbredelse på 1 m og er placeret som vist på figur 4.7. Således er der ved lagdeling A et lavpermeabelt lag mellem 0-1 m u.t., ved lagdeling B et lavpermeabelt lag mellem 3-4 m u.t, ved lagdeling C et lavpermeabelt lag mellem 0-1 m u.t. og 3-4 m u.t. og ved lagdeling D et lavpermeabelt lag fra 3-4 m u.t. med en åbning under bygningen.

For hver af de geologiske lagdelinger er der udført et scenarie med transient barometertryk og neutralt tryk inde i bygningen samt to scenarier med steady-state barometertryk og henholdsvis over- og undertryk i bygningen. Endelig er der til sammenligning udført to scenarier uden lagdeling med henholdsvis over- og undertryk i bygningen. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.9.

4.2.5 Kildeplacering

Der er udført 4 scenarier med det formål at vurdere betydningen af VOC-kildens placering på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.8.

Figur 4.8 Model-setup anvendt ved simulering af kildeplacering.

Der er udført scenarier med 4 forskellige placeringer af VOC-kilden i forhold til bebyggelsen. VOC-kilden har i forhold til de andre scenarier, hvor der anvendes en uendelig kilde placeret på grundvandsspejlet, en afgrænset størrelse på 30x30 m. I de 4 scenarier er VOC-kilden placeret dels i den umættede zone 3 m u.t. og dels på grundvandsspejlet 8 m u.t., idet den laterale afstand til bebyggelsen varieres fra 10 til 25 m. Alle scenarier er udført med steady-state barometertryk og et undertryk i bygningen på 5 Pa.

Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.10.

4.2.6 Kildestyrke

Der er udført 8 scenarier med det formål at vurdere betydningen af VOC’s kildestyrke på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.9.

Figur 4.9 Model-setup anvendt ved simulering af kildestyrke.

Betydningen af kildestyrken er simuleret ved at anvende to forskellige VOC’er med forskellige sorptionsegenskaber. Således er simuleringerne udført både med VOC1 med en K_oc=190 l/kg og VOC2 med en K_oc=18,6 l/kg, jf. tabel 4.1. Endvidere er simuleringerne udført med to forskellige indhold af organisk stof med henholdsvis f_oc=0,01, som er anvendt i alle andre scenarier, og f_oc=0,001.

Der er udført i alt 4 scenarier med konstant kildestyrke, hvor afstanden til grundvandsspejlet og indholdet af organisk stof varieres. Derudover er udført 4 scenarier med en transient kildestyrke, hvor kildestyrken varieres fra 1E6 μg/m³ i de første 6 mdr. til 1E8 μg/m³ i de næste 6 mdr., og til sidst til 1E7 μg/m³. Simulering af transient kildestyrke udføres ligeledes med henholdsvis 3 og 8 m umættet zone og et indhold af organisk stof på 0,01 og 0,001. Alle scenarier er udført med steady-state barometertryk og neutralt tryk i bygningen. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.11.

4.2.7 Aerob nedbrydning

Der er udført i alt 4 scenarier med det formål at vurdere betydningen af biologisk nedbrydning på poreluftkoncentrationen.

Scenarierne er udført med et standard model-setup som vist på figur 4.10.

Figur 4.10 Model-setup anvendt ved simulering af biologisk nedbrydning.

Alle scenarier er udført med VOC3, der nedbrydes aerobt med en 1. ordens nedbrydningskoefficient på λ=0,18 d^-¹, jf. tabel 4.1. Til sammenligning er der endvidere udført enkelte simuleringer med VOC3 uden nedbrydning.

Der er udført scenarier henholdsvis med kælder og uden kælder. Endvidere er afstanden til grundvandspejlet samt kildestyrken varieret. Alle scenarier er udført med steady-state barometertryk og et undertryk i bygningen på 5 Pa. Parametre anvendt i de forskellige scenarier er samlet i tabel 4.12.

4.3 Model-setup

Der er anvendt tre forskellige typer modeldomæner til de opstillede scenarier. Hovedparten af scenarierne er udført med et modeldomæne på 24x24 m og med en dybde på henholdsvis 3 eller 8 m, idet atmosfæren udgør den øvre modelrand og grundvandsspejlet den nedre modelrand. Dette domæne er anvendt i alle scenarier udført med bebyggelse og en uendelig VOC-kilde placeret ved grundvandsspejlet. Enkelte scenarier er udført uden bebyggelse, og her er anvendt et mindre modeldomæne på 10x10 m. Endelig er scenarier udført med en afgrænset VOC-kilde udført i et modeldomæne på 70x100 m.

I alle scenarier med en uendelig VOC-kilde placeret ved grundvandsspejlet er det ved simuleringen udnyttet, at modeldomænet er symmetrisk omkring bygningen. Således er simuleringen udelukkende udført på ¼ del af det samlede modeldomæne med symmetrilinie igennem bygningen. Scenarierne udført med en afgrænset VOC-kilde har ikke samme symmetri, og her er simuleringen udført for hele modeldomænet.

Modeldomænet er diskretiseret med finere celleinddeling omkring randbetingelserne ved terræn og grundvandsspejl samt omkring sprækken i fundamentet. Eksempel på denne diskretisering fremgår af figur 4.11 for modeldomænet anvendt med en afgrænset VOC-kilde.

Langs den øvre modelrand specificeres atmosfæretrykket, idet der enten anvendes et konstant tryk eller en sinusvariation givet ved en amplitude og periode. Inde i bygningen angives bygningens tryk i forhold til atmosfæretrykket, idet trykket følger samme variation som atmosfæretrykket. Langs alle andre modelrande antages en no-flow randbetingelse.

I scenarier med VOC-kilden placeret på grundvandsspejlet angives en kildestyrke som nedre randbetingelse. I den resterende del af domænet antages en startkoncentration på 0. Dette gælder endvidere inde i bygningen samt ved terræn, hvor der således ikke tages hensyn til et eventuelt baggrundsniveau. Ved simulering af aerob nedbrydning antages en konstant iltkoncentration langs den øvre modelrand og i selve modeldomænet på 20 vol%.

Figur 4.11 Model-setup og diskretisering anvendt i scenarier med en begrænset VOC-kilde.

Der er udført modelsimuleringer både som steady-state løsninger og som transiente simuleringer med varierende atmosfæretryk eller kildestyrke. Abreu og Johnson’s model simulerer en transient løsning af transportligningerne, og steady-state scenarierne er således opnået ved at køre modellen i tilstrækkelig lang tid til en steady-state løsning er fundet. Denne er karakteriseret ved at være konstant i tid, således at poreluftprofilet er fuldt udviklet og fordelingen imellem faser er i ligevægt. For flere af steady-state simuleringerne er præsenteret poreluftresultater, der viser den tidslige udvikling af koncentrationsprofilet imod steady-state løsningen.

4.3.1 Præsentation af modelresultater

Modellen simulerer poreluftkoncentrationen i jordmatricen samt inde i bygningen. For at sammenligne resultaterne er poreluftkoncentrationen normaliseret i forhold til kildekoncentrationen. Modelresultaterne er således præsenteret som normaliserede dimensionsløse konturplots mellem 0 og 1, hvor 1 svarer til kildekoncentrationen. Poreluftkoncentrationen er præsenteret i 2D konturplots, dels i vertikale tværsnit igennem bygningen og dels som horisontale plansnit ved en given dybde under terræn.

Modellen simulerer koncentrationen inde i bygningen under antagelse af et luftskifte på 0,5 h^-¹. Baseret på resultatet, beregnes en dæmpningsfaktor α, defineret ved forholdet mellem koncentrationen målt inde i bygningen og kildekoncentrationen /Johnson og Ettinger, 1991/:

Dæmpningsfaktoren angiver således den andel af kildekoncentrationen, der kan måles inde i bygningen. Høje α-værdier (dvs. værdier tæt på 1) angiver således, at en stor andel af kildekoncentrationen kan måles indendørs, hvilket indikerer en lille dæmpning.

For transiente simuleringer er den tidslige udvikling af poreluftkoncentrationen simuleret i udvalgte moniteringspunkter i modeldomænet. For domæner, der inkluderer bebyggelse, er koncentrationen simuleret i tre moniteringspunkter med placering henholdsvis umiddelbart under bygningen (MP1), umiddelbart under sprækken (MP2) samt ved siden af bygningen (MP3), jf. figur 4.12. Derudover er koncentrationen simuleret i tre moniteringspunkter (MP4,MP5,MP6) placeret 5 meter væk fra bygningen og i varierende dybde, afhængig af modeldomænet. For domæner uden bygning er der placeret 4-5 moniteringspunkter med varierende afstand fra terræn, jf. figur 4.13. Placeringen af moniteringspunkterne, angivet som x,z koordinater, fremgår af tabel 4.13, idet x=0 og z=0 er angivet i domænets øverste venstre hjørne.

For at kunne sammenligne den tidslige variation i de enkelte moniteringspunkter mellem de enkelte scenarier er det nødvendigt at anvende et fast mål for den beregnede variation. Hvor variationen i et punkt skyldes atmosfæretrykkets variation, der er givet ved en sinuskurve, har de beregnede tidsserier tilnærmelsesvis samme form. For hver tidsserie vil der således findes en maksimalværdi (C_max), en minimalværdi (C_min) og en middelværdi (C_middel). Den absolutte variation i koncentrationen (β) kan således udtrykkes ved følgende udtryk:

Et andet mål for variationen kan udtrykkes ved faktoren (δ), der beskriver det absolutte forhold mellem maksimalværdien (C_max) og minimalværdien (C_min), og faktoren er givet ved følgende udtryk:

I tabel 4.14 er vist sammenhængen mellem den absolutte variation (β) og faktoren (δ) for en række tidsserier. En absolut variation på ca. 1% ses at svare til en faktor på 1,01, mens en absolut variation på ca. 82% svarer til en faktor på 10. Endelig vil en faktor på 1000 svare til en absolut variation på ca. 99,8%.

Den absolutte variation og faktoren er kun beregnet for de simuleringer, hvori der indgår varierende atmosfæretryk, idet simuleringer med konstant atmosfæretryk resulterer i konstante værdier i moniteringspunkterne uden nogen tidslig variation (steady-state).

Figur 4.12 Moniteringspunkter anvendt i modeldomæner med bebyggelse med henholdsvis 3 m og 8 m umættet zone.

Figur 4.13 Moniteringspunkter anvendt i modeldomæner uden bebyggelse.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 Maj 2010, © Miljøstyrelsen.