seminario del grupo de hidrogeología subterránea 02/12/2004 modelización de la degradación en...
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Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea 02/12/2004
Modelización de la degradación en cadena de PCE mediante la resolución de 4
problemas de transporte simultáneos (una aplicación de TRANSIN)
Eduardo Ruiz, Salvador Jordana, Jordi GuimeràENVIROS Spain S.L.
Claire RollinInstitut National de l’Environnement Industriel
et des Risques (INERIS)
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea 02/12/2004
► marco y objetivos del trabajo proyecto TRANSPOL
• elaboración de guías básicas y metodologías para la modelización de contaminantes (PAHs, metales, orgánicos,...) • ‘benchmark’ de diferentes casos (teóricos, reales, experimentales) modelizados por diferentes equipos, partiendo de un modelo conceptual previamente valorado• cas Réel nº3: modelización del comportamiento de compuestos orgánicos clorados
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► antecedentes
472500 472750 473000 473250
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0
147,78
142,06 129,49
129,59
131,15 132,03130,01
134,65
130,96
137,19
199,39
132,06 135,82
137,44
132,33132,01
132,19 185,59
150,63
150
137,12
134,13
175
133,62
136,25
131,09
134,77
P L-2
P L
À rids V ilanna
B onm atí V e ll
P R 3F leca
S 6S urroca IIS 5S urroca I
S 4S 3
B otexP R 1
P R 2S 2
V olum en In t.
Ta llers
C al P eó
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
• pequeño acuífero aluvial contaminado a finales del año
1994 por compuestos organoclorados
N
Río Ter
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472500 472750 473000 473250
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124.8
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P L-2
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B onm atí V ell
P R 3F leca
S 6S urroca IIS 5S urroca I
S 4S 3
B otexP R 1
P R 2S 2
V olum en In t.
Ta llers
C al P eó
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
• acuífero homogéneo e isótropo• flujo estacionario saturado• no se considera recarga ni la relación entre rio y acuífero• libertad en K y en el bombeo del pozo L2
► modelo conceptual de flujo
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► discretización espacial
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À rids V ilanna
B onm atí V e ll
P R 3
S 6S urroca IIS 5
S 4S 3B otex
P R 1P R 2S 2
V olum en In t.
Ta lle rs
E dilkam in
Q S -1
Q S -2
MEF 11665 nodos y 18328 prismas triangulares irregulares en 4 capas
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► modelo conceptual de transporte
• únicamente se vertía PCE al acuífero• se han encontrado cantidades inferiores de otros etilenos con menos cloros que a priori tienen un origen común• no se considera flujo multifase ni retardo debido a procesos de sorción• inyección másica (M/T) en un punto
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► modelo conceptual de transporte
• se considera un proceso transitorio de degradación en cadena a partir de reacciones cinéticas secuenciales supuestas de primer orden:
rPCE = - λPCE · [PCE]
rTCE = - λTCE · [TCE] + 0.7920 · λPCE · [PCE]
rDCE = - λDCE · [DCE] + 0.7377 · λTCE · [TCE]
rVC = - λVC · [VC] + 0.6445 · λDCE · [DCE]
PCE DCE VCTCE
C2Cl4 C2HCl3 C2H2Cl2 C2H3Cl
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► discretización temporal
• 10 años de simulación: 2 periodos de 5 años• en el primero hasta alcanzar valores estacionarios• en el segundo simulación de agotamiento de la fuente• término fuente / inyección de PCE en el sistema transitoria:
Tiempo de simulación
(en días)t0= 0 t1 = 1800 t2 = 3600
Inyección
(en kg PCE/día)
Ce
Pendiente lineal
(m)
Cf
Periodo 1 Periodo 2
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► modelización de flujo y transporte
• código seleccionado: TRANSIN IV (Medina et al., 2001)• estrategia de calibración: - inicialmente se calibran los parámetros de transporte de un problema de flujo y transporte convencional (PCE) - posteriormente se introducen el resto de productos de degradación (TCE, DCE, VC) de manera secuencial para calibrar sus constantes de degradación - la pendiente de agotamiento de la fuente se calibra de manera manual
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► resultados
• Flujo: piezometria resultante
124.5
124.75
125
125.25
125.5
125.75
126
124.5 124.75 125 125.25 125.5 125.75 126
Nivel calculado
Niv
el o
bs
erv
ad
o
(en msnm)
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1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
S2
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
BV
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
EK
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
AV
tiempo (en días) tiempo (en días)
tiempo (en días)tiempo (en días)
conc
entr
ació
n(e
n pp
b)co
ncen
trac
ión
(en
ppb)
► resultados
• Transporte: curvas de llegada a todos los puntos de observación
1,E-09
1,E-08
1,E-07
1,E-06
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PCE calculadoTCE calculado
DCE calculadoVC calculadoPCE medido
TCE medidoDCE medido
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► resultados
1.E-03
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0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
BOTEX
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PR3
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S6
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1,E-03
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1,E+00
0 360 720 1080 1440 1800 2160 2520 2880 3240 3600
PCE calculadoTCE calculado
DCE calculadoVC calculadoPCE medido
TCE medidoDCE medido
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1,E+00
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PCETCEcDCE
S3
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PCE DCE VCTCE
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PCE DCE VCTCE
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► resultados
Parámetro Símbolo Unidades valor conductividad hidráulica (isótropa) Kij m/d 73.0
porosidad Φ - 0.1 dispersividad longitudinal L m 10.0 dispersividad transversal T m 8.0
entrada de PCE durante los primeros 5 años Ce kg/d 0.1658 entrada de PCE a 10 años (Cf = 0.25∙ Ce) Cf kg/d 0.0415
coef. difusión molecular PCE, TCE, DCE, VC Dm m2/d 1.0E-06 constante degradación 1er orden PCE kPCE 1/d 0.0030 constante degradación 1er orden TCE kTCE 1/d 0.0594 constante degradación 1er orden DCE kDCE 1/d 0.0174 constante degradación 1er orden VC kVC 1/d 0.0300
• parámetros obtenidos después del proceso de calibración
• balance estacionario para el PCE Balance de transporte a 5 años Unidades valor
PCE inyectado g/d 165.8 PCE degradado a TCE g/d 140.0
salida de PCE por nodos de bombeo g/d 24.64 salida de PCE por contorno aguas abajo g/d 1.16
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• Modelo numérico simple y que sigue los requerimientos prescritos en el pliego de modelización
• Los resultados son satisfactorios desde el punto de vista de ajuste y de valores de parámetros
• Las constantes de degradación calibradas se encuentran dentro de los rangos de valores que se pueden encontrar en la bibliografía (Doong et al., 1996; EPA, 1998; Wiedemeier et al., 1999)
• TRANSIN IV se ha mostrado como una herramienta muy potente, versátil, robusta y particularmente útil para la calibración automática….. pero es poco amigable y se ha necesitado soporte por parte de Agustín hasta que ha funcionado
► conclusiones generales
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• De los balances obtenidos se desprende que todavía puede haber gran cantidad de producto en forma residual
• El agotamiento de la fuente simulado, aunque ajusta algunos de los valores, difícilmente es realista
• Una distribución del término fuente en una zona más amplia permitiría tal vez un mejor ajuste en el entorno del foco
• Otras combinaciones de K, λ, retardo y tasa de inyección podrían conducir a resultados similares
• El tratamiento transitorio del flujo y del término fuente podrían producir mejoras al mismo tiempo que encarecerían los cálculos
► conclusiones del modelo
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► Resultados de otros equipos
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Co
nce
ntr
atio
n e
n P
CE
à 1
800
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rs (
µg
/l)
S-2 S-3 PL PR-3 S-5 BV
ANTEA
ENSMP
ENVIROS
INERIS
Mesure(16/11/2000)
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► Resultados de otros equipos
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CE
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S-2 S-3 PL PR-3 S-5 BV
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ENVIROS
INERIS
Mesure(16/11/2000)
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► Resultados de otros equipos
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S-2 S-3 PL PR-3S-5 BV
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ENVIROS
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• El resto de equipos ha utilizado herramientas propias (ANTEA, ENSMP) o bien públicas (INERIS, ENSMP)
• ENSMP ha utilizado un ‘metamodelo’ inverso. El resto calibración manual
• Sólo la ENSMP logra unos ajustes similares para el PCE, aunque en el resto de productos degradados el ajuste empeora
• El tratamiento del término fuente es clave y la evolución de la contaminación en el sistema es muy sensible a dicho tratamiento
• Algún valor de constante de degradación medido in situ ayudaría a acotar el problema
• El retardo (sorción) debería tenerse en cuenta
► algunas conclusiones del proyecto