Modelagem da contaminação de aqüíferos livres por NAPLs residuais na zona não-saturada
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Data
2000Autor
Orientador
Nível acadêmico
Doutorado
Tipo
Resumo
Este trabalho aborda a modelagem de áreas de NAPLs ("Non-Aqueous Phase Liquids" - Fase Líquida Não-Aquosa) residuais, localizadas na zona não-saturada, com o objetivo de auxiliar na avaliação do impacto dessas áreas na qualidade dos aqüíferos freáticos. Dentro deste enfoque, foram desenvolvidos os seguintes pontos: * Implementação de um modelo numérico de fluxo de água e transporte de contaminantes, para ambas as zonas não-saturada e saturada, baseado na conexão entre um modelo unidimensional d ...
Este trabalho aborda a modelagem de áreas de NAPLs ("Non-Aqueous Phase Liquids" - Fase Líquida Não-Aquosa) residuais, localizadas na zona não-saturada, com o objetivo de auxiliar na avaliação do impacto dessas áreas na qualidade dos aqüíferos freáticos. Dentro deste enfoque, foram desenvolvidos os seguintes pontos: * Implementação de um modelo numérico de fluxo de água e transporte de contaminantes, para ambas as zonas não-saturada e saturada, baseado na conexão entre um modelo unidimensional de zona não-saturada com um modelo multidimensional de zona saturada. * Avaliação da sensibilidade da simulação de transporte de contaminantes em zona nãosaturada ao uso do fluxo da fase aquosa em regime permanente e com perfis de saturação e descarga específica uniformes. * Inclusão, no modelo de transporte desenvolvido, da dissolução de fontes de NAPLs residuais na zona não-saturada através de diferentes abordagens de literatura para a estimativa do coeficiente de transferência de massa. Um trabalho experimental foi elaborado para gerar dados de dissolução, em condições de fluxo não-saturado, de NAPLs compostos por substância pura e por misturas binárias. A forma mista da equação de Richards e a equação de transporte advectivo-dispersivo foram implementados em diferenças finitas, constituindo o modelo unidimensional FflD, que simula o fluxo de água e transporte de contaminantes na zona não-saturada. Este modelo foi conectado aos modelos multidimensionais de fluxo e transporte em zona saturada, MODFLOW e MT3D. A abordagem de substituir a zona não-saturada multidimensional por domínios unidimensionais foi bem sucedida. Comparativamente aos modelos integrados multidimensionais FEMWATER (fluxo) e LEWASTE (transporte), foram obtidos resultados equivalentes e com um tempo computacional bastante inferior. Para a conexão do módulo de fluxo de FTlD e o modelo MODFLOW, foi desenvolvida nova metodologia para simular a elevação do nível do freático em resposta à recarga, que demostrou ser numericamente mais estável do que a metodologia citada na literatura. Dentro da faixa de valores avaliados, o modelo de transporte demonstrou grande sensibilidade quanto ao uso dos dados de fluxo em regime permanente, principalmente em solos com características mais arenosas. Além disso, a obtenção dos dados de fluxo em regime permanente não foi possível, em alguns casos, devido à não-convergência do método numérico. Neste caso, a solução permanente pode ser obtida estendendo-se a simulação transiente até que os resultados não mais se alterassem, mas às custas de maior tempo computacional. A simulação de transporte utilizando perfis uniformes de saturação e descarga específica também mostrou grande sensibilidade à escolha do valor de saturação. Para baixos valores de saturação, a estimativa utilizando este método gerou valores da massa de contaminante que atravessa determinada profundidade do domínio não-saturado até 88 vezes maiores do que utilizando os dados de fluxo transiente. Na modelagem da dissolução de zonas de NAPLs residuais, três formulações empíricas para a estimativa do coeficiente de transferência de massa foram adicionadas ao módulo de transporte de FflD. Os dados de dissolução não-saturada obtidos experimentalmente não foram conclusivos, uma vez que, na maioria dos ensaios realizados, a concentração na fase aquosa atingiu valores próximos à solubilidade. Além disso, a metodologia empregada não levou em consideração a interferência da partição com a fase gasosa. Nos ensaios com misturas binárias de NAPLs, foram observadas evidências de que a transferência de massa pode ser limitada pela difusão do contaminante dentro da fase NAPL, com redução da ordem de 20% na concentração atingida com relação à solubilidade efetiva. ...
Abstract
The subject of this work is the modeling of residual NAPLs (Non-Aqueous Phase Liquids) areas located in the vadose zone, with the objective to improve the evaluation of the impact of this areas on the quality of phreatic aquifers. The following points have been developed: * lmplementation of a water flow and contaminant transport numeric model for both vadose and saturated zones, based on the approach of using a unidimensional model in the unsaturated zone connected to a multidimensional satura ...
The subject of this work is the modeling of residual NAPLs (Non-Aqueous Phase Liquids) areas located in the vadose zone, with the objective to improve the evaluation of the impact of this areas on the quality of phreatic aquifers. The following points have been developed: * lmplementation of a water flow and contaminant transport numeric model for both vadose and saturated zones, based on the approach of using a unidimensional model in the unsaturated zone connected to a multidimensional saturated model. * Sensitivity evaluation for the unsaturated zone transport model due to the use of the steady state flow solution and uniform saturation and specific discharge profiles. * The dissolution of NAPLs residual sources in the unsaturated zone, using different approaches for the mass transfer coefficient estimation, is introduced on the transport model. An experimental work was developed to generate dissolution data on unsaturated conditions, with single and binary mixtures NAPLs. The mixed form of Richards equation and the advective-dispersive transport equation were implemented using the finite differences technique, resulting the FflD model. It simulates the unidimensional flow and contaminant transport in the unsaturated zone. This model was linked to the flow and transport multidimensional models for the saturated zone, MODFLOW and MT3D. The approach of replacing a multidimensional unsaturated zone by unidimensional domains was successful. The results obtained were quite similar to those of the integrated multidimensional models FEMW ATER (water flow) and LEWASTE (contaminant transport), with the advantage of being much less time consuming. For the connection between the FTlD flow module and the MODFLOW model, a new methodology was developed to simulate the water table levei elevation due to the recharge and it has shown to be numerically more stable than the literature methodology. Within the range of evaluated data, the transport model has shown a large sensitivity due to the use of steady state flow data, mainly in sandy soils. Besides, the achievement of steady state flow data was not possible, in sarne cases, due to the numerical solution methods non-convergence. ln these cases, it is still possible to obtain the steady state solution by extending the transient solution until the results stops changing, but it's a more time consuming process. The transport simulation using uniform saturation and specific discharge vi profiles also showed a large sensitivity to the choice of the saturation value. For small values of saturation, the estimation using these methods generated contarninant arnounts crossing a certain deep of the unsaturated domain that it is 88 times larger than using transient flow data. On the simulation of the dissolution of residual NAPL zones, the estimation of the mass transfer coeficient was made by three empirical formulations, being added to the transport module of the FflD model. The experimental unsaturated dissolution data were not conclusive since, in the major part of the experiments, the aqueous phase had reached the solubility levei. Besides, the used methodology did not consider the influence of the gas phase partition. For the tests using binary NAPLs, it was found evidences that the mass transfer rate can be lirnited by diffusion inside the NAPL phase, with a redution of about 20% in the concentration of the aqueous phase regarding the effective solubility. ...
Instituição
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Pesquisas Hidráulicas. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental.
Coleções
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Engenharias (7386)
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