De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie HYDROGEOCHEMISCHE MODELLERING VAN DE NITRAATVERSPREIDING Marc Van Camp Laboratorium voor Toegepaste.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie HYDROGEOCHEMISCHE MODELLERING VAN DE NITRAATVERSPREIDING Marc Van Camp Laboratorium voor Toegepaste."— Transcript van de presentatie:

1 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie HYDROGEOCHEMISCHE MODELLERING VAN DE NITRAATVERSPREIDING Marc Van Camp Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie Prof. Dr. K. Walraevens Universiteit Gent

2 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie NITRAATSPECIFIEK MODEL Grondwatermodel dat toelaat de verspreiding van nitraten in het grondwater te simuleren, rekening houdend met het optreden van denitrificatie en andere hydrogeochemische processen die de nitraatverspreiding (kunnen) beïnvloeden.

3 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie FYSICO-CHEMISCHE PROCESSEN Grondwaterstroming Wet van Darcy Continuiteitswet Stoffentransport Advectie Dispersie Diffusie Hydrogeochemische processen Speciatie Evenwichten met minerale fasen Redoxreacties Kinetische reacties: oxidatie van organisch materiaal en pyriet Ionenwisselingen

4 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie MODELIMPLEMENTATIE 1-DIMENSIONAAL SPECIATIE / REACTIEPATHMODEL CURVILINEAIR TOEGEPAST LANGSHEEN STROOMLIJNEN TRANSPORT / SPECIATIE / REACTIEPATHMODEL = PHREEQC (PARKHURST & APPELO) Veel gebruikt “public domain” modelcode (USGS) Goed gedocumenteerd Flexibel en uitbreidbaar qua mogelijkheden (thermodynamische database)

5 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie STROOMLIJN afgeleid uit hydrodynamische veldcondities: - horizontale stromingscomponenten uit stijghoogtemetingen - verticale stromingscomponenten : afh van aanvulling en hydrografie uit grondwaterstromingsmodel (b.v. MODFLOW+MODPATH) stroomlijn = (x,y,z,t) RESERVOIRSCHEMATISERING IN LAGEN/TIJDSPERIODEN gebaseerd op hydrolithologie gebaseerd op reductiecapaciteiten (oxidatie- en reductiezone) reistijd per laag PHREEQC MODEL tijdssegmenten : - enkel advectief transport - 1 tijdssegment per laag kolommodel : - advectief + dispersief transport conc = f(x,y,z) = f(t)

6 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie

7 SEDIMENTANALYSEN STIJGHOOGTEMETINGEN WATERANALYSEN    RESERVOIR HYDRODYNAMISCHE HYDROCHEMISCHE KARAKTERISATIE SYSTEEMANALYSE SYSTEEMANALYSE OF MODELLERING    IDENTIFICATIE REDUCTIECAPACITEITEN STROOMLIJN HYDROCHEMISCHE (x,y,z,t) PROCESSEN    MODELSCHEMATISERING  PHREEQC MODEL  concentraties tijd in functie van parameters plaats

8 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie KINETISCHE OXIDATIE VAN ORGANISCH MATERIAAL c1,c2,c3,c4,c5,c6 : constanten m(O2) = zuurstofgehalte m(NO3) = nitraatgehalte m(SO4) = sulfaatgehalte De hoeveelheid organisch materiaal dat geoxideerd wordt in een tijdsinterval: Soms werd de reactiesnelheid aangepast a.h.v. een versnellings/vertragingsfactor Reactiesnelheid (PHREEQC):

9 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie KINETISCHE OXIDATIE VAN PYRIET R pyriet = totale reactiesnelheid (mol/l/s) r pyriet = specifieke reactiesnelheid (mol/dm2/s) A/V = de reactieve contactoppervlakte per volume-eenheid m = de hoeveelheid aanwezig pyriet m0 = initiële hoeveelheid pyriet n = geometriefactor (0.67 voor bolvorm) Oxidatie pyriet door opgeloste zuurstof (WILLIAMSON & RIMSTIDT, 1994): Oxidatie pyriet door nitraten (SCHIPPER, 2000):

10 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie De factor A/V werd bepaald per testsite a.h.v. de bepaalde RC waarde voor pyriet en geschatte korrelgrootten: testsite laag korrelgrootte RC (mol/l) log(A/V) (micron) Kampenhout Brusseliaan Torhout Eegem (top)

11 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie PHREEQC INVOERBESTAND: 1 Definitie percolatiewater evenwicht met atmosfeer (O2,CO2) aangezuurd indien lage pH (met H2SO4) evenwicht met kalk NO3-belasting in de vorm van KNO3 2 Definitie reactiekinetiek oxidatieprocessen A.h.v. RATES en KINETICS instructies in PHREEQC 3 Opdeling in tijdssegmenten Overeenkomend met het aantal lagen in het reservoir en de reistijden Per tijdssegment wordt de reductiecapaciteit opgegeven Per tijdssegment worden (eventueel) supplementaire processen opgegeven

12 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITEADEGEM

13

14 PHREEQC MODELINVOER TESTSITE ADEGEM Percolatiewater: NO3 = 2 mmol/l (KNO3) p(O2) = (0.2 atm) p(CO2) = SI(kalk) = -2.0 (onderverzadigd) toevoeging 0.5 mmol/l H2SO4 periode lengte(jaar) eenheid RCoc RCpyriet processen laag 1 9 Afz v Maldegem 70 mmol/l Afz v Eeklo 50 mol/l 50 mmol/l kalkoplossing Afz v Oostwinkel 25 mol/l 25 mmol/l kalkoplossing Vooral oxidatie van organisch materiaal in de Afz v Eeklo = top van de reductiezone

15 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE ADEGEM

16 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE ADEGEM

17 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITEKAMPENHOUT

18

19 PHREEQC MODELINVOER TESTSITE KAMPENHOUT Percolatiewater: NO3 = 2 mmol/l (KNO3) p(O2) = (0.2 atm) p(CO2) = SI(kalk) = 0.0 (verzadigd aan kalk) toevoeging 0.5 mmol/l H2SO4 periode lengte(jaar) eenheid RCoc RCpyriet processen laag Brusseliaan (geoxideerd) Brusseliaan (gereduceerd) mol/l mol/l Vooral pyrietoxidatie Lateraal uitwiggen van de oxidatiezone

20 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE KAMPENHOUT

21 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE KAMPENHOUT

22 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITEMOL

23

24 PHREEQC MODELINVOER TESTSITE MOL Percolatiewater: NO3 = 0.2 mmol/l (KNO3) (geringe nitraatbelasting) p(O2) = (0.2 atm) p(CO2) = SI(kalk) = -3.0 (sterk onderverzadigd aan kalk) toevoeging 1.0 mmol/l H2SO4 (zure waters) periode lengte(jaar) eenheid RCoc RCpyriet processen laag Hoogterras Bruin zand 3.26 mol/l - eq Fe(OH)3(a) Zand van Mol 3.26 mol/l - Enkel organisch materiaal als reactief materiaal Hoogterras is geoxideerd, top reductiezone = bruin zand Evenwicht met amorf Fe(OH)3 om stijgende Fe-gehalten in het bruin zand te verklaren

25 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE MOL

26 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE MOL

27 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITETORHOUT

28

29 PHREEQC MODELINVOER TESTSITE TORHOUT Percolatiewater: NO3 = 1 mmol/l (KNO3) p(O2) = (0.2 atm) p(CO2) = SI(kalk) = 0.0 (verzadigd aan kalk) periode lengte(jaar) eenheid RCoc RCpyriet processen laag 1 2 Colluvium/Lid van Eegem - - (geoxideerd) 2 1 Lid van Eegem mol/l kalkevenwicht (top reductiezone) ionenwisselingen 3 20 Lid van Eegem mol/l mol/l pyrietprecipitatie kalkevenwicht ionenwisselingen Er treden ionenwisselingen op. De CEC bedraagt 5 meq/100 g sediment. Aan de top van de reductiezone is enkel pyrietoxidatie van belang.

30 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE TORHOUT

31 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE TORHOUT

32 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITEPEER

33

34 PHREEQC MODELINVOER TESTSITE PEER Percolatiewater: NO3 = 3 mmol/l (KNO3) (nitraatbelasting) p(O2) = (0.2 atm) p(CO2) = SI(kalk) = -3.0 (1000 x onderverzadigd aan kalk) H2SO4 : 0.5 mmol/l toegevoegd om aan te zuren periode lengte(jaar) eenheid RCoc RCpyriet processen laag 1 7 Hoogterras F v Kasterlee 30 mmol/l F v Diest (topzone) 3.52 mol/l F v Diest 1.18 mol/l 62 mmol/l Top van de reductiezone = top van de Formatie van Diest Hier is vooral oxidatie van organisch materiaal van belang

35 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE PEER

36 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie TESTSITE PEER

37 Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie CONCLUSIES Een nitraatspecifiek model werd geïmplementeerd als een één- dimensionaal PHREEQC reactiepathmodel dat curvilineair toegepast wordt op stroomlijnen. De stroomlijnen kunnen aangeleverd worden door een grondwaterstromingsmodel of afgeleid worden uit de hydrodynamische veldsituatie. Denitrificatie kan op een kinetische wijze behandeld worden a.h.v. oxidatie van organisch materiaal en pyriet. De reductiecapaciteiten dienen afgeleid te worden uit sedimentbepalingen. Andere hydrochemische processen kunnen mee in beschouwing genomen worden (b.v. ionenwisselingen, sulfaatreductie, oplossing en precipitatie van mineralen zoals kalk, Fe(OH) 3 ) Het model geeft nitraatgehalten (en andere concentraties en parameters) in functie van tijd en afstand.


Download ppt "Laboratorium voor Toegepaste Geologie en Hydrogeologie HYDROGEOCHEMISCHE MODELLERING VAN DE NITRAATVERSPREIDING Marc Van Camp Laboratorium voor Toegepaste."

Verwante presentaties


Ads door Google