Opgradering af JAGG til version 2.0 Umættet zone – hvad kan JAGG nu ?

1. Opgradering af JAGG til version 2.0Umættet zone – hvad kan JAGG nu ? Ekspertisechef, Civilingeniør Anders G. Christensen (NIRAS) Peter Kjeldsen, Philip Binning & Mads Troldborg (M&R DTU) ATV Jord og Grundvand. Møde d. 16. juni 2010

2. Beskrivelsen af den vertikale transport i den nuværende version af JAGG er mangelfuld: • Antager kun transport i vandfasen • Transport i gasfase er væsentlig for flygtige stoffer • Medtager ikke nedbrydning • Inkluderer ikke transport i sprækkesystemer Behov for revision af JAGG’s modul til beskrivelse af vertikal transport til grundvandet Baggrund

3. Projektmål og overordnet inddeling i faser • Udgangspunkt i 4 overordnede konceptuelle modeller • Opstille matematisk formelgrundlag til beregning af vertikal transport fra øvre jordlag til førstkommende grundvandsmagasin • Anvendelig i forhold til et screeningsværktøj • Fokus på både stationære og transiente løsninger • Projekt opdelt i 3 faser • Litteraturstudie mhp. at identificere væsentlige processer og parametre samt mulige matematiske modeller • Fastlæggelse af indgående beregningsparametre samt eksempelberegninger på konkrete sager • Implementering i Excel

4. Rapportering af projektet • Samlet rapport der gennemgår : • - teori omkring spredningsprocesser i den umættede zone - eksisterende risikovurderingsværktøjer - stoftransportligninger og mulige analytiske løsninger - betydningen af 1D beregningskoncept vs. fuld 3D - forslag til nye beregningsmetoder • EXCEL implementering og test af de nye beregningsformler • Nyt kapitel der beskriver en faseopdelt procedure for risikovurderingen i den umættede zone (parallel til det eksisterende trinvise koncept for grundvand) • Revision af de eksisterende Appendikser: • 5.6 Risikovurdering af grundvand (nye beregningsformler) • 5.7 Eksempler på konkrete risikovurderinger (4 nye eksempler) • 5.8 Standarddata til brug ved beregninger (nyt afsnit om 1-ordens nedbrydningsrater)

5. Model A:Transport gennem homogen vandmættet ler • Væsentlige processer • Advektion i vand • Diffusion/dispersion i vand • Sorption • Nedbrydning • Gastransport kan negligeres • Analytiske løsninger i 1D og 3D er testet og 1D er implementeret i den nye EXCEL model

6. Model B:Transport gennem vandmættet sprækket ler • Særlig relevant i DK (40% er dækket af moræneler) • Væsentlige processer • Advektion i sprækker • Diffusion ind i matrix • Sorption og nedbrydning • Kompliceret af modellere • Analytisk løsning (1D) identificeret og er programmeret i EXCEL • GEO & DTU har arbejdet videre med problemstillingen i to separate projekter for hhv. VJ og MST.

7. Væsentlige processer • Advektion i vand • Dispersion i vand og gas • Sorption og nedbrydning • Analytiske løsninger i 1D (Unlu og Dominico) og 3D (Wexler) er identificeret og programmeret i EXCEL. 1D model implementeret i den nye EXCEL model • Ligesom den for Model A, men tager højde for umættede forhold Model C:Transport gennem umættet ler og sand

8. Kan programmeres i EXCEL Model C. 1D transport med variabel vandmætning, 1-ordens nedbrydning i vandfasen og diffusion i gasfasen Transient Stationær hvor Cw: koncentration i vandfasen [ML-3], z: vertikal afstand under forureningskilden [L], t: tid [T] C0: kildestyrkekoncentration [ML-3], vw: porevandshastighed [LT-1], Dz: langsgående dispersionskoefficient [L2T-1] l: 1.-ordens nedbrydningsrate [T-1] RT: total retardationskoefficient [-] erfc(x) komplimentære error funktion Nye parametre Nedbrydningsraten (λ). I udtrykket for DZ indgår en vertikal dispersivitet α

9. Model D:Horisontal og vertikal spredning af flygtigt stof • Hjælpeværktøj til vurdering af horisontal spredning • Relevant hvor infiltration af nedbør er begrænset (fx under bygninger) • Ikke beskrevet i nogen eksisterende værktøjer • Væsentlige processer • Diffusion i gas • Nedbrydning og sorption • Analytiske løsninger identificeret og programmeret i EXCEL – men uden nedbrydning og kun 1D horisontal transport

10. Nyt eksempel 4. Brug af model A til beregning af benzen transport gennem homogent vandmættet ler til et under-liggende sandmagasin Uden nedbrydning (λ=0 d-1) Der er påvist en forurening med benzin. Forureningen dækker et areal A på ca. 5x5 m og forureningen findes fra terræn og ned til ca. 3 m u.t. Ved ligevægt mellem benzin og nedsivende porevand kan der forventes en max. porevandskoncentration af benzen på ca. 50 mg/l og sum BTEX på ca. 130 mg/l. Baseret på de sammenstillede 1.-ordens aerobe nedbrydningsrater vurderes værdier i intervallet 0,001-0,0001 (d-1) at være realistiske for anaerobe forhold. Værdien λ =0,001 (d-1) svarer til den anførte anaerobe nedbrydningsrate for benzen i den eks. tabel 2, afsnit 6, Appendix 5.8. Med nedbrydning (λ=0.001 d-1) fås 130 ug/l ved grundvandet

11. Nyt eksempel 6. Brug af model C til beregning af den vertikale spredning af PCE fra en terrænnær kilde i den umættede zone og til det underliggende grundvand Der er påvist en forurening med PCE. Forureningen dækker et areal A på ca. 5x5 m og forureningen findes fra terræn og ned til ca. 5 m u.t. I vandprøver fra moræneleret er der målt PCE op til 100 mg/l. Transporten fra bunden af forureningen og gennem den umættede zone til grundvandet 20 m u.t. beregnes.

12. Nyt eksempel 7. Brug af model D til beregning af den horisontale spredning af PCE fra en kilde i den umættede zone Ingen infiltration Ingen nedbrydning af PCE Koncentration i porevandet sat til 100 mg/l i kilden og til 0 mg/l i afstanden 100 m

13. Nyt eksempel 5. Brug af model C. Beregning af den vertikale spredning af benzen fra en terrænnær kilde i den umættede zone og til det underliggende grundvand Figur 2. Vertikalt koncentrationsprofil for benzen i porevandet beregnet til forskellige tidspunkter og til stationære forhold er opnået. Uden nedbrydning (λ =0). Figur 3. Vertikalt koncentrationsprofil for benzen i porevandet beregnet til forskellige tidspunkter og til stationære forhold er opnået. λ =0,01 (d-1). Flux: 0,43 g/år og Cu= 86 ug/l Flux: 2,5 g/år og Cu= 500 ug/l Fyringsolie 0-3 m u.t. Der er påvist en forurening med fyringsolie. Forureningen dækker et areal A på ca. 5x5 m og forureningen findes fra terræn og ned til ca. 3 m u.t. Det kritiske stof i forhold til grundvandet vurderes at være benzen. Indholdet af benzen i det nedsivende porevand vurderes at være 0,5 mg/l. Der vurderes at være aerobe forhold i den umættede zone. Værdien λ =0,01 (d-1) svarer til den anførte mindste aerobe nedbrydningsrate for benzen (angivet som gruppen BTEX der inkluderer benzen) i tabel 1, afsnit 7, Appendix 5.8. Flux: 0,025 g/år og Cu= 1 ug/l

14. Nyt eksempel 5. Forslag til faseopdelt risikovurderings koncept. • Opdeling af risikovurderingen i 3-faser der afspejler den mængde data der er til rådighed (analog til trin 1-3 for grundvand) • Beregning af C1 efter opblanding i toppen af magasinet • Fase 1. Forureningens type og afgrænsning kendt. Der regnes ikke med nedbrydning. Hvis C1>kriterie er der risiko. Der kan enten iværksættes afværge, trin 2 i grundvands proceduren kan gennemføres eller det kan forsøges at udbygge datamaterialet og gennemføre fase 2. • Fase 2. Forudsætninger for aerob nedbrydning er undersøgt nærmere. Der kan regnes med en konservativ rate. Hvis C1>kriterie er der fortsat risiko. Der kan enten iværksættes afværge, trin 2 i grundvands proceduren kan gennemføres eller det kan forsøges at gennemføre en fase 3 med monitering og kontrol. • Fase 3. Monitering og kontrol. Der indsamles data til vurdering af om der er stationære forhold og til beregning af 1. ordens aerobe rater. Hvis det kan sandsynliggøres at restforureningen ikke i fremtiden vil give anledning til en overskridelse af kriterierne kan moniteringen indstilles.