Opblanding i vandløb. Angelina Aisopou Anne Sonne Ursula McKnight Poul L. Bjerg Philip Binning, projektleder

Transkript

1 Opblanding i vandløb Angelina Aisopou Anne Sonne Ursula McKnight Poul L. Bjerg Philip Binning, projektleder

2 Hvordan håndteres opblanding i et vandløb?

3 Hvordan håndteres opblanding i et vandløb? Udledning af matematisk beskrivelse til screeningsværktøj Hvilken inputfunktion for forureningskilden skal der bruges? Hvor siver forureningen ind i et vandløb? Anvendelse af fortyndingsmodellen Grindsted Å Skensved Å Diskussion af andre processer Fordampning Sorption Nedbrydning

4 Løsning for rørudledning eksisterer (Fischer et al. 979) Q er konstant

5 Screeningsværktøj - fortynding Hvilken inputfunktion for forureningskilden skal der bruges? Punktformig kilde - rørudledning Homogen kilde Heterogen kilde Normalfordelt kilde Hvor siver forureningen ind i et vandløb? Ved brinken Gennem bunden Gennem den halve bund Grundlæggende forudsætning: Vandføringen, Q er konstant: ingen vandtilførsel med fluxen Konservativ vurdering: Fordampning, sorption og nedbrydning i vandløbet er ikke medtaget i beregningen

6 linear density Forureningsudledning of pollutant emission (µg/s/m) [ g/s/m] Screeningsværktøj Datagrundlag Konservativ beregning Plansnit Inputfunktion Indsivning a) Set fra oven (x-y plan) b) Fane input ved y= c) Fane input fra brinken vandløb x= x=5 y=bredde y= Normalfordeling Homogen Heterogen y x 4 3 y z x forureningskilde river Afstand longitudinal langs vandløbet, coordinate, x (m) x [m]

7 Screeningsværktøj - fortynding Hvilken inputfunktion for forureningskilden skal der bruges? Punktformig kilde - rørudledning Homogen kilde Heterogen kilde Normalfordelt kilde Hvor siver forureningen ind i et vandløb? Ved brinken Gennem bunden Gennem den halve bund Opstilling af en matematisk model for fortyndingen? Udvikling af løsning fra Fischer et al. (979) Betydende faktorer i formeludtrykket? Kan formeludtrykket simplificeres?

8 Analytisk løsning for fortynding, C(x,y)

9 Dimensioner af vandløb: bredde og dybde Bundhældning > transversal fortynding

10 Concentration [ g/l] Concentrat C/C mix distance along stream [m] b fane =m b fane =5m b fane =m 5 5 B fane = 5 m Fanebredde =5 m L mix =6 m distance L mix = along 6 m stream [m]

11 Cmax [ g/l] C(,) [ g/l] C mix, C max og C(,) for Monte Carlo simuleringer for store danske vandløb a) 35 b) Cmix [ g/l] Cmix [ g/l] Maksimal fanebredde 75 m Standard parametre for store vandløb:,5 m bredde, 3,5 m dybde m

12 Screeningsværktøj - fortynding Screeningsværktøj bruger simpel formel :

13 Vandføring, Q =.5-4 m 3 /s Grindstedværket Grindsted Gamle Losseplads N Grindstedværket Chlorerede opløsningsmidler Farmaceutiske stoffer Chlorid and bromid Lossepladsstoffer Grindsted Gl. Losseplads

14 Konceptuel model for indsivning af forurening til Grindsted å N Grindsted Factory site Sandmagasin Grundvandsstrøm mod åen To forureningsfaner Grindsted Landfill Petersen (). DTU MSc Thesis, based on Orbicon (). Grindsted Gammel Losseplads Grindstedværket Petersen (). DTU MSc Thesis.

15

16 SW konc. (µg/l) GW konc. (µg/l) SW konc. (µg/l) GW konc. (µg/l) Vandkvalitet i Grindsted Å Measurement locations: to 57 3 CAHs PCE_SW PCE_SW TCE_SW PCE_SW TCE_SW cis_dce_sw TCE_SW PCE_SW cis_dce_sw PCE_SW VC_SW cis_dce_sw PCE_SW TCE_SW VC_SW TCE_SW PCE_GW VC_SW TCE_SW cis_dce_sw PCE_GW cis_dce_sw TCE_GW PCE_GW cis_dce_sw VC_SW TCE_GW VC_SW cis_dce_gw TCE_GW VC_SW PCE_GW cis_dce_gw PCE_GW VC_GW cis_dce_gw PCE_GW TCE_GW VC_GW TCE_GW VC_GW TCE_GW cis_dce_gw cis_dce_gw cis_dce_gw VC_GW VC_GW VC_GW SW konc. ( g/l) Afstand Distance (m) (m). GW konc. ( g/l) SW SW konc. konc. ( g/l) g/l) Alle Area områder - 3 Area,.,., Distance Afstand (m) SW konc. ( g/l) Område Område, GW konc. ( g/l), 4 6,. VC_SW VC_GW

17 SW konc. (µg/l) SW konc. ( g/l) GW konc. (µg/l) Vandkvalitet i Grindsted Å, vinylchlorid, 3 SW konc. ( g/l) Area Område, GW konc. ( g/l), 4 6 8, Afs,, Sonne et al. (3) Distance Afstand (m) VC_SW VC_GW

18 Concentration [ g/l] Concentration [ g/l] Concentration [ g/l] linear density of pollutant emission [ g/s/m] linear density of pollutant emission [ g/s/m] linear density of pollutant emission [ g/s/m] linear density of pollutant emission linear density of pollutant emission [ g/s/m] g/s/m] Aisopou et al. (3) a. UNIFORM b. GAUSSIAN c. NON-UNIFORM distance along river, x [m] distance W plume along stream, x [m] distance along river, x [m] d. e. f distance W plume along stream, x [m] distance W plume along stream, x [m] g. mid-width h. mid-width i. mid-width river distance longitudinal distance along along river, coordinate, river, x [m] x [m] x [m] distance along stream, x [m] 8 C [ g/l] distance W along stream 4 [m] 6 8 distance W along stream 4 [m] 6 8 plume plume distance W along stream 4 [m] 6 8 distance along stream [m] distance along stream [m] plume distance along stream [m]

19 Beregning af forureningsflux Vandføring m3/ s Grindsted Skensved,6,63 dybde m,7, Bredde m,4 Hældning -,,4 Fanebredde m 5 5 Stof Vinylchlorid TCE Vandløbsparametre Forureningsfane Forureningsflux μg/s 58 5 J/Q = C mix => J= C mix. Q =,36 µg/l. 6 l/s = 58 μg/s J = 8 kg/år

20 McKnight et al. () Fordampning, Skensved Å Kristian Raun Stine Brok Christensen Simon Bruun Jonas Rose

21 Concentration g/l] [ Concentration g/l] [ Concentration [ g/l] linear density of pollutant emission [ g/s/m] 9 5 linear density of pollutant emission [ g/s/m] linear density of pollutant emission [ g/s/m] 8 9 Concentration g/l] [ 9 5 Concentration g/l] [ 9 5 Aisopou et al. (3) a. UNIFORM b. GAUSSIAN c. NON-UNIFORM distance along river, x [m] model data distance Walong plume stream, x [m] distance Walong stream [m] 4 plume 6 8 distance along stream [m] distance along river, x [m] d. e. f distance Walong plume stream, x [m] h. mid-width distance W along plume stream [m] distance along stream [m] river longitudinal coordinate, x [m] g. mid-width i. mid-width model data distance along W plume stream, x [m] model data distance W along stream [m] plume [m] distance along stream [m] distance along stream, x [m] C [ g/l]

22 Nedbrydning i vandløb Betydelig nedbrydning i zonen under åen Opholdstid Redoxforhold Nedbrydning i åen? Opholdstid Redoxforhold Yumiko Abe, Ramon Aravena, Jakob Zopfi, Beth Parker, Daniel Hunkeler Evaluating the fate of chlorinated ethenes in streambed sediments by combining stable isotope, geochemical and microbial methods Journal of Contaminant Hydrology Volume 7, Issues Abe al (9).Journal of Contaminant Hydrology Volume 7, Issues 9 -

23 Konklusion Der er udviklet en matematisk model, som kan beregne fortyndingen i danske vandløb Formeludtrykket er analyseret mht effekt på C max og L mix Betydende faktorer er især bundhældning og vandføring Udtrykket er ikke særlig følsomt over for bredde og dybde Ved små vandløb sker der en hurtig opblanding I screeningsmodellen benyttes: C mix = J/Q Input fra brinken Homogen inputfunktion Fortyndingsmodellen kan bruges til at analysere data fra feltundersøgelser Beregning af forureningsflux, J = C mix Q Indsivning sted - og forureningsfordeling

24 Acknowledgments Miljøstyrelsen Orbicon Region Syddanmark Særlig tak til: Bent Skov Jens Schaarup Sabrina Nedell Anders Skovgård Mikael E. Olsson Morten Andreasen