Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning Grunnlag for spredningsmodell n Strømningshastighet fra grunnvannsmodell n Spredningsparametre som beskriver.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning Grunnlag for spredningsmodell n Strømningshastighet fra grunnvannsmodell n Spredningsparametre som beskriver."— Utskrift av presentasjonen:

1 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning Grunnlag for spredningsmodell n Strømningshastighet fra grunnvannsmodell n Spredningsparametre som beskriver forurensnings- spredning i forhold til grunnvannsstrømmen n Forurensningskilder: plassering og konsentrasjon n Forurensningskonsentrasjon utenfor kilder n Endring av forurensnings- konsentrasjoner over tid n Grunnlag for kalibrering og verifikasjon

2 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning

3

4 Sprednings-mekanismer i porøse medier Konsentrasjonen av av en oppløst forurensing (J tot ) er en sum av følgende bidrag: n Adveksjon (J adv ) n Dispersjon (J dis ) –mekanisk dispersjon –molekylær diffusjon n Adsorpsjon (J ads ) n Øvrige prosesser (J s/s ) n J tot = J adv + J dis + J ads + J s/s

5 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerAdveksjon n Mekanisme: transport av stoffer med midlere porevannshastighet n Formeluttrykk: J adv = nv s C=k h  h/  xC der: n = porøsitet (%) v s = strømningshastighet i porene (m 3 /s) = v/n v = gjennomsnittlig strømningshastighet k h = permeabilitet (m/s) C = konsentrasjon av oppløsning (kg/m 3 )

6 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerDispersjon n Definisjon: spredning av forurensing over et større område enn det som kan beregnes fra grunnvannshastighetsv ektorene alene n Opptredende mekanismer: - molekylær diffusjon - mekanisk dispersjon

7 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerMolekylær diffusjon n Mekanisme: transport av stoffer på grunn av forskjeller i stoffenes termisk kinetiske energi. Forurensningen sprer seg i retning fra høyere til lavere konsentrasjon. n Formeluttrykk: J dis = - D 0  a  C/  x (Fick’s lov) der: D 0 = diffusjonskoeffisient ((m 3 ) 2 /s)  a = tilsynelatende tortositetsfaktor (-) C = konsentrasjon av oppløsning (kg/m 3 )

8 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerMekanisk dispersjon n Mekanisme: skyldes hastighetsfordeling mellom sedimentkorn og avbøyning av vannstrømmen rundt korna. n Formeluttrykk: J dism = - D m  C/  x der: D m = mekanisk dispersjonskoeffisient ((m 3 ) 2 /s) (longitudinal/transversal) Total dispersjonskoeffisient: D = D m + D 0  a

9 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerAdsorpsjon n Mekanisme: Kjemiske reaksjoner mellom forurensings- agenter og jord. Medfører at forurens- ningen spres med lavere hastighet. Transporthastigheten av stoffet vil retarderes med en konstant faktor 1/R i forhold til grunn- vannshastigheten.

10 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerRetardasjonsfaktor n Formeluttrykk: R = 1 + (  /n)  q/  C der: r = tørr densitet for mediet n = porøsitet  q/  C = endring i sorpsjon mhp konsentrasjon  q/  C = K p Cn = K d C K p = partisjonskoeffisient K d = fordelingskoeffisient

11 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerMassebalanse n Endring i konsentrajon i forurensningsstrøm = endring i lagret forurensning over tid n Formeluttrykk: D 1  2 C/  x 2 - v  C/  x =  C/  t der: D 1 = mekanisk, longitudinal dispersjonskoeffisient (l 2 /t) t = tid x = longitudinal distanse

12 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning SpredningsmekanismerDimensjonsløs ligning n Formeluttrykk:  C/  T = 1/ 2 C/  x 2 -  C/  x der: T = effektivt porevolum (vt/RL) v = strømningshastighet R = retardasjonsfaktor L = dimensjonsløs lengde t = tid = vL/D 1

13 Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning

14 Oppsummering n Fire grunnleggende parametre styrer forurensningsspredningen –permeabilitet k –gradient i –longitudinal dispersivitet D 1 –retardasjonsfaktor R n Gradienten i er som regel meget liten i finkornige jordarter n Permeabiliteten k kan variere betydelig, ganger i størrelsesorden n Dispersitiviteten D kan også variere mye (1-2 ganger i størrelsesorden) n Retardasjonsfaktoren R kan ta alle verdier fra 1 (konservativt) og oppover Oppsummering n Parametre som påvirker forurensningstransport påvirker også geoteknisk design n Design krever ofte reduksjon av k n D 1 krever bestemmelse når dispersjon kontrollerer forurensningsspredningen n R bør estimeres for sikrere anslag av transporthastighet (1 er konservativ verdi ): ingen adsorpsjon).

15 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Foreliggende grunnlagsdata –grunnundersøkelser på tomta –pumpeforsøk –grunnvannsobservasjoner –målinger av vann-nivå i kanalen –måling av vannføring i kummer og i kanalen –data fra kjemiske analyser av vannprøver –tidevannstabell for Mo i Rana n Permeabilitet –bestemt fra kornfordelingskurver –materialavhengig: sand 5x x10 -4 m/s silt, finsand 3x x10 -5 m/s grus, sand 5x x10 -4 m/s –vertikal permeabilitet større enn horisontal

16 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsituasjon n Arsen –Registrert i betydelige mengder etter lekkasje av arsenlut n Fenol –Registrert i betydelige mengder. Fordamper lett. n Pah -stoffer –Funnet i betydelige megder i ulike forrbindelser med bindinger til kornskjelettet. Simulering bare mulig på vannløselige stoffer. n Kobber –Registrert flekkvis på tomta. Sterkt varier- ende løselighet for ulike kopperforbind- elser Retardasjonsfaktor R n Arsen: 75 n Kobber: n Fenol: 1.2 n Benzoapyren (Pah): n Fenantren: 100

17 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Aktuelle massetyper –avgangsmasser fra gruvedrift –granulat fra Norsk Jernverk –koksgrus –innspylte mudringsmasser –grus/sand fra massetak –sprengstein n Modellering av grunnvann –vannledende, grovt lag øverst –underliggende tett, opprinnelig grunn –fritt grunnvannsspeil, åpen akvifer –modellering av aktive drensledninger inkludert

18 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Mål: Simulere forurensnings- transport med grunnvann til Ranafjorden. Planlegge tiltak for rehabilitering. n Prosjektomfang –Etablering av overflatemodell for grunnvannsmating (SINBAD) –Etablering av grunnvannsmodell (MODFLOW) –Etablering av spredningsmodell (MT3D) n Karakterisering av forurensning –C > 1 x grenseverdi: høy –C > 3 x grenseverdi: meget høy –C > 10 x grenseverdi: svært høy n Begrensning av modellområde –kjente geologiske barrierer eller avgrens- ninger (fjell, tette masser) –kanalen –overgang mellom naturlig grunn og fylling

19 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse Etablering av overflate- modell Modellen skal gi best mulig inngangsdata om infiltrasjon (grunnvannsmating) til grunnen n Bygger på registrering av: –temperatur –nedbør n Beregner: –overflateavrenning fra regn og snøsmelting –snøakkumulering –fordampning –infiltrasjon til grunnen n Inndeling i 6 overflatetyper n Inndeling i ruter 10 x 10 m i henhold til overflate- klasse n Input fra nedbør- og temperaturmålinger n Grunnvannsdannelse simulert for hver 10 x 10 m rute i modellen n Kalibrering utført basert på meteorologiske målinger fra DNMI og vannbalansestudie for Mo i Rana.

20 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Etablering av grunnvannsmodell –Bygger på: grunnforhold observert grunnvannstand og nivåmålinger i kanalen data om grunnvannsmating (overvannsmodell) –Grunnforhold: terrengnivå, laggrenser og jordarter i grunnen permeabilitet porøsitet modellen tar ikke hensyn til umettet strømning i lag over grunnvannsspeilet –Grunnvannstand observasjon i brønner og piezometre innvirkning fra tidevann og vannstand i kanalen drensledninger og kulverter –Kalibrering av modell justering av permeabilitet i samsvar med grunnforhold til tilstrekkelig nøyaktighet oppnås (  0.25 m) verifikasjon av modellen med sammenligning over tid bør gjennomføres

21 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Nytte av grunnvannsmodellen –Gir mulighet for å studere strømningsveger ved hjelp av hastighetsvektorer (fart og retning) hastighetsvektorer er beregnet på grunnlag av stasjonær grunnvannstand og midlere grunnvannsmating –Grunnvannsmodellen benyttes sammen med spredningsparametre for å anslå hvor fort forurens- ninger spres på tomta –Gir grunnlag for plassering av punkter for vannprøvetaking og eventuelt sporstofforsøk –Virkning av større inngrep som masse- utskifting, graving etc. på grunnvannstrøm kan illustreres –Modell må kalibreres med målinger av grunnvannstand og poretrykk i enkeltpunkter påvirkes av lokale variasjoner i grunnforhold

22 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse Etablering av spredningsmodell Modellen skal simulere foru- rensningstransport i området og benyttes ved planlegging av tiltak. – Bygger på kunnskap om : forurensningskilder, plassering/konsentrasjon endring i forurensningssituasjon over tid - i kilder og på området spredningsparametre – Input fra grunnvannsmodell: midlere porevannshastighet og retning –Informasjon om forurensningskilder kjemisk analyse av opphentede vannprøver informasjon fra tidligere undersøkelser –Valg av forurensnings- stoffer for simulering kunnskap om uhell og lekkasje foreliggende måleresultater muligheter for simuleringer –Presentasjon i konsentrasjonskart

23 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Nytten av en spredningsmodell –Anvendelig hjelpemiddel for å støtte overvåkings-programmet på Koksverktomta –Modellen kan være til stor hjelp ved planlegging av sikringstiltak –Forankring i en lokal grunnvannsmodell er en stor styrke for spredningsmodellen –Modellen kan benyttes til partikkelsporing, som viser banen forurensningen tar fra en kilde –Partikkelsporing kombinert med forurensingskart kan benyttes til å lokalisere mulige kilder og eventuelt frikjenne områder for kildebeliggenhet –Spredningsmodellen kan omarbeides til å være gyldig for andre forurensingsagenter i de som inngår i dette studiet –Transportmodellen kan indikere om det er andre og viktigere prosesser enn transport av forurensning løst i grunnvannet

24 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Oppsummering av resultater fra spredningsmodell –Forurensningstransport i kanalen kan skyldes andre mekanismer enn forurensing løst i grunnvann –Tilfang fra ukjente deponier mulig årsak til avvik mellom simulert og målt forurensing –Transportmodellen er bare grovt kalibrert for Cu og Ar, m.a.o. stor usikkerhet i simulert forurensnings- transport n De største usikkerheter i analysene er: –Simulerte porevannshastigheter –Bestemmelse av dispersivitet og geokjemiske parametre –Forurensingskilder - usikkerheter i lokalisering og konsentrasjon –Forurensingskonsentrasjon mellom målepunktene

25 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Kalibrering av spredningsmodell (stoffer løst i grunnvannet) –Spredningsmodellen må kalibreres for hver forurensningstype krever data om konsentrasjonen fra to prøvetakinger sammenligning mellom simulert og observert konsentrasjon justering av spredningsparametre til samsvar oppnås stoffenes retardasjons- egenskaper må vurderes n Kalibrering på Koksverktomta problematisk: –Kun delvis kartlagte forurensningskilder –Vanskelig å bestemme kildekonsentrasjon og utbredelse av kjente kilder –Stor spredning i resultater fra kjemiske analyser (tid - sted) –Liten mobilitet av enkeltstoffer (Cu, benzopyren), grunnvanns- transport ubetydelig –Enkeltstoffer er kun knyttet til partikler

26 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Viktige resultater –Konsentrasjon i forurensning er stort sett sammenfallende med områder for kjente deponier –Enkeltbrønner viser stor variasjon i konsentrasjoner over tidgrunnundersøkelser på tomta. Mulige årsaker: nedvasking av forurensning fra umettet sone transport av forurensning knyttet til små partikler forstyrrelse i eksisterende deponier prøvetakingsprosedyrer –Raske endringer i konsentrasjon skyldes ikke transport av foru- rensning som er løst i grunnvannet –Ingen sammenheng påvist mellom grunn- vannstand/surhetsgrad og konsentrasjon av forurensning

27 Miljøgeoteknikk Koksverktomta - Spredning av forurensning Forurensningsanalyse n Supplerende arbeid –Sporstoffundersøkelser for informasjon om reell vannstrømning på tomta –Måling av grunnvannstand og vann-nivå i kanalen må utføres jevnlig for å kunne vurdere endringer over tid –Gravarbeider og inngrep må logges og følges opp for å kunne vurdere effekt på vannstrømning –Vurdering av spredning via små partikler (kolloider) –Effekt av overvannsavrenning bør undersøkes, spesielt for forurensingssituasjonen i kanalen –Det vil være nyttig å utarbeide periodekart, som viser forurensingsstatus for tomta på ulike trinn i utviklingen –Prøvetaking i perioder med jevn nedbør bør gjennomføres for å undersøke effekten på forurensingsrtransporten –Systematisk gjennomgang av konsentrasjonsmålinger prøvetaking lagring analysemetoder værforhold sammenheng med aktiviteter på tomta analysemetoder i laboratoriet


Laste ned ppt "Miljøgeoteknikk Spredning av forurensning Grunnlag for spredningsmodell n Strømningshastighet fra grunnvannsmodell n Spredningsparametre som beskriver."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google