Modellering af skalaafhængig stoftransport i opsprækket kalk: Grundvandsbeskyttelse mod nitratforurening i Drastrup
Oversat titel
Modeling of scale dependent solute transport in fractured limestone: Groundwater protection against nitrate pollution in Drastrup
Forfattere
Hørlück, Merete Dons ; Pedersen, Christian Winde
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2012
Afleveret
2012-06-08
Antal sider
146
Abstract
Dette afgangsprojekt undersøger, hvorfor den nitratbeskyttelse, der blev indført for Aalborg Forsyning, Vand A/S’ kildeplads i Drastrup, ikke har givet synlig effekt på vandkvaliteten efter omkring et årti. Fokus er på, hvordan vand og opløste stoffer bevæger sig i opsprækket kalk, hvor strømningen både sker i sprækker og i den faste kalk (matrix). Det gør transporten langsom og uensartet. Der er gennemført tre forsøg: strømningsforsøg på lille, mellem og stor skala samt stoftransportforsøg på mellem og stor skala. På lille skala blev den gennemsnitlige hydrauliske ledningsevne (et mål for hvor let vand strømmer) bestemt til 5,2×10^-3 m/s, og den totale porøsitet (andel hulrum) til 0,44 cm3/cm3 for seks intakte kalkprøver. På mellem skala blev den hydrauliske ledningsevne 2,6×10^-5 m/s, den effektive porøsitet (den del af hulrummene, der faktisk medvirker i strømningen) 0,03 cm3/cm3, og dispersionen (spredningen) fandtes lille. Målinger af gennembrudskurver for klorid viste, at klorid kan blive forsinket op til 11 gange i forhold til vandets transporttid, fordi stof udveksles mellem sprækkerne og den omgivende matrix. Tre forsimplede modeller kunne ikke gengive disse kurver tilstrækkeligt; en numerisk sorptionsmodel (der medtager binding/udveksling mellem vand og kalk) vurderes mest anvendelig. På stor skala gav modellering af gennembrudskurver en hydraulisk ledningsevne på 1,1×10^-3 m/s og en effektiv porøsitet på 0,014 cm3/cm3. Med disse resultater som grundlag er der opstillet en 3D grundvandsmodel for Drastrup. Modellen peger på, at nitratkoncentrationen i magasinet vil komme under grænseværdien 100–200 år efter 1994. Samlet forklarer studiet, hvorfor effekten af beskyttelsen ses meget langsomt i et opsprækket kalkmagasin, og at realistisk forudsigelse kræver avanceret modellering.
This thesis investigates why nitrate protection measures at Aalborg Forsyning, Vand A/S’s well field in Drastrup did not show an apparent improvement in groundwater quality after about a decade. The focus is on how water and dissolved substances move in fractured chalk, where flow occurs both through fractures and within the rock matrix, making transport slow and uneven. Three experiments were conducted: flow tests at small, medium, and large scales, and solute transport tests at medium and large scales. At the small scale, the average hydraulic conductivity (how easily water flows) was 5.2×10^-3 m/s, and total porosity (fraction of pore space) was 0.44 cm3/cm3 for six intact chalk samples. At the medium scale, hydraulic conductivity was 2.6×10^-5 m/s, effective porosity (the pore space that actually participates in flow) was 0.03 cm3/cm3, and dispersion (spreading) was small. Breakthrough curves for chloride showed delays of up to a factor of 11 relative to water travel time, caused by exchange between fractures and the surrounding matrix. Three simplified modeling approaches could not reproduce these curves adequately; a numerical sorption model (accounting for retention/exchange between water and chalk) is considered most useful. At the large scale, modeling of breakthrough curves yielded a hydraulic conductivity of 1.1×10^-3 m/s and an effective porosity of 0.014 cm3/cm3. Using these results, a 3D groundwater model was set up for Drastrup. The model indicates that nitrate concentrations in the aquifer will fall below the regulatory limit 100–200 years after 1994. Overall, the study explains why the protection measures show effects very slowly in a fractured chalk aquifer and highlights the need for advanced modeling to make realistic predictions.
[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]
Emneord
Kalk ; opsprækket ; stoftransport ; forurening ; nitrat ; Drastrup ; kildeplads ; hydraulisk ; ledningsevne ; porøsitet ; modellering ; diffusion ; dispersion ; advektion