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地下水流和输运建模B复合体的概念-数值流动和传输模型是基于该站点的现有GFM以及来自Serne等人的其他特征数据开发的。

作者:科普小丁当

地下水流和输运建模

B 复合体的概念-数值流动和传输模型是基于该站点的现有 GFM以及来自 Serne 等人的其他特征数据开发的。使用 eSTOMP 对可变饱和多孔介质中的水流和溶质传输进行模拟 数值模型域东、北方向跨度均为800 m,垂直方向跨度为101 m(高程范围:110~211 m)。

使用可变网格间距对模型进行离散化,在 xyz 方向上分别具有 144 × 144 × 184 个网格块,总共有 3,815,424 个网格块。空间离散化范围在垂直方向为 0.1 至 2 m,水平方向为 4-10 m,在储罐、PA 和细粒度 H2 单元附近使用更精细的离散化。这种离散化比该站点早期的三维 (3D) 模型中使用的更精细。

Neumann 型通量边界应用于流量方程的上表面以表示自然地下水补给率。对于 B-Complex 区域,Fayer 和 Keller估计长期平均补给率范围为 92 毫米/年(没有植被的油罐区砾石覆盖表面)到 2.8 毫米/年(未受干扰的沙质区域)壤土和灌木植被。将 Dirichlet 型水头和 Neumann 型渗流面边界条件的组合应用于流动方程模型域的侧面,并使用来自井监测网络的测量水位来确定压力. 假定所有横向边界处的溶质流出条件。假设域底部边界处的水和溶质均处于无流动条件,位于玄武岩中。代表历史上从储罐、槽和沟槽中释放的液体废物的源项被纳入已发布记录的模型中。

在 0 年到 2045 年的时间段内进行了流动和传输建模,其中 0 年到 1945 年代表用于为汉福德之前的运营设置建立稳态流场的时期。1946 年至 1972 年液体废物和相关污染物 2011 年开始从该场地的 PA 抽取受污染的地下水。模拟了 2011 年至 2045 年期间从 PA 最深处筛选的单个假设井中抽取污染水,以评估使用水平地下 ERT 的可行性电极对泵和治疗操作引起的 PA 图像变化进行成像。为清楚起见,模拟了一个假设的井。

电阻率断层扫描

电阻率是衡量材料抵抗(反向传导)电流的强度的量度。ERT 根据通过在电流电极对之间感应已知电流 ( I ) 并测量电位对之间的电压降 ( ΔV )确定的数据反演来构建地下电阻率(或电导率)分布的图像电极以测量电阻 (R =ΔV _我R=ΔVI,以欧姆为单位)。测量分辨率由发射和接收电极之间的间距决定,这些电极可以放置在地表和/或钻孔配置,可以优化成像感兴趣的目标区域。电极的地下水平放置也有可能使用定向钻孔方法,但尚未在汉福德现场进行测试。

埋在地下的金属基础设施,如钻孔、地下管道和储罐,会在 ERT 测量期间重新分配地下电流,并对 ERT 图像产生重大影响,从而降低 ERT 的效用。约翰逊等人。和 Johnson 和 Wellman 展示了一种通过在 E4D 计算网格中对 ERT 成像算法中的基础设施进行显式建模来消除掩埋基础设施影响的方法。通过在 ERT 建模中明确合并钻孔、地下管道和地下储罐来使用该方法.

非结构化四面体网格与 1,679,184 个元素一起使用,其中包括 140-121 米高程之间更精细的离散区域,以更好地描绘 PA 内体积电导率的时空变异性。地下水位边界包括在海拔 121 米处。表面地形以 20 米的分辨率合并,并根据此信息在电极位置使用最近邻高程。

将流动和传输参数转换为体积电导率

eSTOMP 输出的孔隙率、模拟水饱和度和硝酸盐浓度用于使用阿奇定律 估算体积电导率。阿奇定律 将体积电导率与影响它的主要因素.

其中,σw是流体电导率,ϕint是连通孔隙度,S是含水饱和度。胶结指数m取决于孔隙复杂性随孔隙度的变化率,以及颗粒形状和方向,通常在 1.2 和 4.4 之间变化。使用的值 1.8 以前曾用于表示汉福德沉积物。饱和指数n由于用空气(绝缘体)代替孔隙流体,与额外的曲折有关。本研究中使用了典型的n = 2值。流体电导率σ w是背景地下水电导率和硝酸盐(如果给定位置存在硝酸盐)的贡献之和。

为了将硝酸盐转化为流体比电导率,在该地区确定了 34 个独特的井位,并在 12/12/1983–11/2/2018 的日期范围内检索了总共 667 条记录。硝酸盐 (kg/L) 与σw的线性回归(S/m) 产生的线性系数等于 0.15 (kg/L/S/m),决定系数 ( R 2 ) 等于 0.61。0.15 的线性系数值用于将硝酸盐浓度(如果有的话)转换为流体比电导。根据整个汉福德站点的扩展数据记录审查,使用等于 0.05 S/m(平均值 = 0.06 S/m)的中值作为背景电导率。

地下水流和输运建模B复合体的概念-数值流动和传输模型是基于该站点的现有GFM以及来自Serne等人的其他特征数据开发的。
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地下水流和输运建模B复合体的概念-数值流动和传输模型是基于该站点的现有GFM以及来自Serne等人的其他特征数据开发的。
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