GrundRisk beregningseksempel ATV møde om GrundRisk 29. november 2016

Transkript

1 GrundRisk beregningseksempel ATV møde om GrundRisk 29. november 2016 Baggrund I får en lynudgave af baggrunden til Temadagen, så spring endelig over til spørgsmålene på side 4! På Rugårdsvej i Odense har der mellem 1951 og 1989 været drevet maskinfabrik, hvor der i denne forbindelse er blevet benyttet TCE (Trichlorethylen). Dog er der sket så meget nedbrydning, at det nu primært er DCE (Dichlorethylen) og VC (Vinylchlorid), der er forurenet med. Størrelsen af restforureningen af chlorerede opløsningsmidler er vurderet til at være 100 kg. Geologiske og hydrogeologiske forhold Den regionale geologi i området beskriver et primært grundvandsmagasin af smeltevandssand og grus, der er overlejret af m moræneler. Lokalt findes der et 1 m tykt sekundært magasin bestående af fint- til mellemkornet smeltevandssand. Det sekundære magasin findes cirka 12 m.u.t., og er overlejret af fyld og moræneler med indslag af sand, samt smeltevandssilt og ler. Figur 1 viser et geologisk tværsnit. C Figure 1. (a) Geologisk tværsnit af Rugårdsvej i Odense (b) Plantegning af lokaliteten (c) Konceptuel model af geologien (Døssing Overheu et al. 2011). 1

2 I dette eksempel regner vi på stoftransporten mellem det sekundære og primære grundvandsmagasin. Her er lerlagets tykkelse 20m. JAGG 2.0 angiver en nettonedbør på lokaliteten på 300 mm/år; Jørgensen et al. (2007b) foreslog 100 mm/år og Døssing Overheu et al. afrapporterede en infiltration på grunden på 8 mm/år. Den faktiske infiltration er nok mellem disse ekstremer, da dele af området er befæstet med asfalt. Strømningsretningen i det sekundære magasin er nordøstlig, og den vertikale gradient er nedadgående Forureningssituationen De højeste jordkoncentrationer af chlorerede opløsningsmidler, der er målt på lokaliteten viser, at omkring 95 % af det samlede forureningsindhold består af DCE (Jørgensen et al., 2007b). Som tidligere beskrevet har det oprindelige spild været med TCE, men da der er foregået nedbrydning af TCE til DCE og VC er det derfor disse to stoffer, der udgør den primære forurening både i jorden og grundvandet. Kilden skønnes til at være 4-9 m.u.t. og den totale koncentration af chlorerede oplysningsmidler i kilden er cirka 10 mg/kg tørstof jord. De typiske kildekoncentrationer er 10 mg/l (DCE), og 1 mg/l (VC) (Døssing Overheu et al. 2011). Redoxforholdene er jernreducerende ved forureningskilden og mindre reduceret i længere afstand fra kilden. Kildearealet er cirka 30m langt og 10m bredt. Forureningsfluxen igennem kilden (ved en infiltration på 300mm/år) er 33 kg DCE/år og 0,63 kg VC/år VC. Begge forureningskomponenter vurderes som nedbrydelige. GrundRisk Konceptmodel og parametre for Rugårdsvej GrundRisk Model 1 er valgt fordi den vertikale transport fra kilden til det primære grundvandsmagasins top foregår i en mættet og homogen ler. Der skal simuleres vertikal transport af DCE og VC fra det sekundære grundvandsmagasin under kilden til det primære grundvandsmagasins top. Den vertikale afstand er cirka 20m. Tabel 1 opsummerer alle modelparametrene. 2

3 Table 1. Modelparametre for Rugårdsvej. Overordne de parametre Vertikal model Horisontal model Parametre Beskrivelse Værdi Kilde Y Støkiometrisk forhold 0.648* VC- DCE 300 mm/år JAGG 2.0 I Infiltration 100 mm/år Jørgensen et al. (2007b) 8** mm/år Døssing Overheu et al. L x Kildelængde 30 m Jørgensen et al. (2007a) L y Kildebredde 10 m Jørgensen et al. (2007a) C 0_v Kildekoncentration 10 mg/l Døssing Overheu et al. DCE Kildekoncentration VC 1 mg/l Døssing Overheu et al. k v_dce 1. ordens dag -1 JAGG 2.0 nedbrydningsrate, DCE k v_vc 1. ordens dag -1 JAGG 2.0 nedbrydningsrate, VC n _v Porøsitet = 0.35 JAGG 2.0 Vandindhold α L_v Longitudinal m JAGG 2.0 dispersivitet (z retning) Z _v Vertikal 20 m Døssing Overheu et al. transportafstand D w_v Fri diffusionskoefficient i vand m 2 /s JAGG 2.0 H Tykkelse af 10 m Døssing Overheu et al. grundvandsmagasin u Grundvandshastighed 75 m/år Døssing Overheu et al. k DCE 1. ordens dag -1 Rosenbom et al nedbrydningsrate DCE k VC 1. ordens dag -1 Rosenbom et al nedbrydningsrate VC n Porøsitet 0.25 Døssing Overheu et al. Longitudinal 1 m Rosenbom et al α L dispersivitet (x retning) α T Transversal 0.01 m Rosenbom et al dispersivitet (y retning) α V Vertical dispersivitet (z m Rosenbom et al retning) d KP Afstand til kontrolpunkt 100 m * Forhold mellem molarmasser for VC og DCE 62.5 [g/mol]/96.94 [g/mol] ** vertikal trykgradient (0.05) ganget med hydraulisk konduktivitet ( m/s) Referencer Døssing Overheu, N., N. Tuxen, N. I. Thomsen, P. J. Binning and P. L. Bjerg. Fastlæggelse af oprensningskriterier for grundvandstruende forureninger, Miljøstyrelsen:

4 Jørgensen, Torben H., Nielsen, L., Berger, H., Scheutz, C., Jakobsen, R., Bjerg, P.L., Durant, N., Cox, E., Mossing, C.H., Jacobsen, C.S., Rasmussen, P., 2007a. Forundersøgelser til pilotprojekt om stimuleret reduktiv deklorering. Miljøprojekt nr Miljøstyrelsen. Jørgensen, Torben H., Nissen, L., Nielsen, L., Hansen, M.H., Scheutz, C., Jakobsen, R., Bjerg, P.L., Durant, N., Cox, E., Mossing, C. H., Jacobsen, C. S., Rasmussen, P., 2007b. Pilotprojekt om stimuleret reduktiv., Miljøprojekt Nr Locatelli, Luca, Louise Rosenberg, Poul L. Bjerg, Philip J. Binning (2016b) GrundRisk. Coupling of vertical and horizontal transport models, Miljøprojekt XXXX Miljøstyrelsen. Rosenberg, Louise, Gitte Lemming Søndergaard, Philip J. Binning, Jens Aabling, Poul L. Bjerg, (2016a). GrundRisk. Beregningsmodel til risikovurdering af grundvandstruende forureninger. Miljøprojekt , Miljøstyrelsen. Scheutz C., Durant N. D., Dennis P., Hansen M. H., Jørgensen T., Jakobsen R., Cox E. E. & Bjerg P. L., (2008), Concurrent Ethene Generation and Growth of Dehalococcoides Containing Vi-nyl Chloride Reductive Dehalogenase Genes Dureing an Enhanced Reductive Dechlorination Field Demonstration, Environmental Science Technology, vol. 42, nr. 24, side

5 Spørgsmål I når måske ikke dem alle sammen, men I får resultaterne til sidst 1. Basisscenarie: Først regner vi på et basescenarie med parametre fra tabel 1 (brug en infiltration på 300 mm/år). Beregn koncentrationen ved kontrolpunktet 100 m nedstrøms for både DCE og VC. Skriv dit resultat i tabellen på side 5. I de følgende spørgsmål, genberegnes resultaterne ved at ændre basisscenariet som beskrevet. Tilføj resultaterne til oversigtstabellen, sammenlign med basisscenariet og reflektér over resultatet. 2. Infiltration Hvad betyder infiltrationens størrelse for resultatet? Prøv med 100 mm/år. 3. Vertikal afstand Prøv at undlade den vertikale transport (Z _v =0m). 4. Nedbrydningsrate Prøv at bruge en nedbrydningsrate for TCE, som er 10 gange højere for den horisontal transport. 5. Kontrolpunkt (afstand) Det kan overvejes, hvilken betydning afstanden til kontrolpunktet har. Prøv med 500m. 6. Kildebredde Kildestørrelser er typisk meget usikre. Prøv med en bredde på 2 m. 7. Grundvandshastighed Har grundvandshastigheden en betydning? Prøv med en hastighed på 7.5 m/år. 8. Dispersivitet Dispersiviteten påvirker fortyndingseffekten. Prøv med en transvers dispersivitet i den horisontale transport på 0.001m. 9. 2D vs 3D Det primære grundvandsmagasin er 10m tykt, og det betyder at man får en fuld 3-D model beregning i grundvandsmagasinet. Hvis grundvandsmagasinet er tyndere, så er der fuld opblanding over magasinets vertikale udbredelse. Derfor er modelberegningen i 2D. Vi kan se hvad det betyder ved at bruge en mindre magasintykkelse. Sæt tykkelsen ned til 1m, og genberegn koncentrationerne ved kontrolpunktet. 10. Andre stoffer Prøv med toluen hvor kildekoncentrationen er 50 mg/l, Dw_v= m 2 /s og k_v=0.01 dag -1. 5

6 Scenarie DCE VC Kommentarer Grundvandskriterie 1 µg/l 0.2 µg/l 1. Basisscenarie Bemærk omsætning af DCE til VC. Fanen bliver ikke presset meget ned på grund af infiltration da grundvandshastigheden er så stor, at der ikke når at nedsive meget vand oven på fanen inden for afstanden til kontrolpunktet. 2. Infiltration 18 4 Lavere infiltration betyder længere opholdstid i leret og dermed mere nedbrydning. 3. Vertikale afstand Fjernelse af den vertikale transport betyder at forureningen bliver overført direkte til grundvandet og dermed højere koncentrationer af både DCE og VC ved KP. 4. Nedbrydningsrate Højere DCE nedbrydningsrater betyder mindre DCE forurening, dog med den uheldige konsekvens at der kan dannes mere VC (højere risiko) 5. Kontrolpunkt (afstand) Længere afstand til kontrolpunktet betyder længere transporttid, og dermed mere nedbrydning og fortynding pga dispersion. 6. Kildebredde 45 9 En mindre bredde betyder mere opblanding. Her skal man passe på fordi det betyder også en mindre forureningsflux! Bemærk også at koncentrationen ved toppen af det øverste grundvandsmagasin ved kilden er samme som den i basisscenariet da den vertikale transport er i 1-D. 7. Grundvandshastighed Med en hastighed på 7.5 m/år får man det overraskende resultat at koncentrationen stiger, på trods af at nedbrydningstiden øges. Det er fordi forureningsfluxen fra kilden bliver mindre fortyndet når mængden af grundvand, der strømmer forbi under kilden er mindre. Det kan også ses at den horisontal løsningen er beregnet i 2D med fuld opblanding over det 10m tykke grundvandsmagasin. Det skyldes at infiltrationen når at presse fanen ned til bunden af grundvandsmagasinet i løb af den længere transportstid til kontrolpunktet. 8. Dispersivitet Samme som basis scenariet. I dette eksempel er kilden tilstrækkelig bred til at dispersiviteten ikke betyder noget i fanens midte. 9. 2D vs 3D Et tynd magasin betyder mindre fortynding. Toluen 5 µg/l 10. Andre stoffer 0 Her betyder den høje nedbrydning i leret at stofudsivningen til grundvandet er nul. 6