Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Groundwater Modelling as a Risk Assessment Tool
Modelarea apei subterane – instrument de evaluare a riscului
Monica Pandele
ERM Environmental Resources Management SRL, Bucharest
ERM GmbH, Frankfurt, Germany
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Modelarea ca instrument de evaluare a riscului
ce este un model de prognoza?
cand este oportuna folosirea unui asemenea model?
utilizarea modelelor de risc
tipuri de modele
etapele realizarii modelor
limitele modelarii
relatia intre gradul de complexitate in modelare si costuri
expemplificare
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Definitii (1)
• modelarea apelor subterane
modele de prognoza a evolutiei spatio-temporale care descriu curgerea si mechanismele de transport, utilizand ecuatii matematice si ipoteze simplificatoare de calcul intr-un mediu geologic existent
• modelare
o idee, ipoteza sau reprezentare demonstrabila bazata pe observatii in natura
o interpretare matematica
o vizualizare a unor procese dinamice
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Definitii (2)• Management pe baza evaluarii riscurilor
sursa receptorcale
beneficii maxime costuri minime
modelarea curgerii si transportului poluantilor in ape
care este amploarea problemei?• no action (riscul este acceptabil)• remediere
•Determinarea gradului de remediere necesar • Concentrarea eforturilor pe eliminarea sau minimizarea factorilor de risc • Verificarea succesului masurilor de remediere• Daca este cazul: realizarea unui program de monitoring orientat pe verificarea protectiei receptorilor sensibili
R = P x G
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Aplicabilitatea modelelor de curgere si transport:
Vizualizarea curgerii apei in stratele acvifereStabilirea debitelor si a directiilor de curgerePlanificarea activitatilor de extractie/alimentare din si in acvifereCalcularea evolutiei spatio-temporale a poluantilor in apa subterana -
fate and transport modellingImbunatatirea gradului de cunoastere al proceselor si mecanismelor
sistemului investigat ca un tot unitarPlanificarea eficienta a activitatilor de monitorizare pentru a mentine
poluantii sub controlAnalizarea alternativei “no action”Cresterea eficientei proceselor de atenuare naturala Evaluarea directiilor de migrare a contaminatilor in trecut Elaborarea de scenarii de remediere…..
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Modelarea curgerii si trasportului apei subteraneSTART
Procese hidrogeologice
formule si legi matematice
ecuatii diferentiale
Approximari la ec. diferentialeModele
numericeModele
analitice
Rea
lizar
ea m
odel
ului
Model conceptual
Alegerea Modelului
Aplicarea modelului
Interpretarea rezultatelor si adaptarea modeluluiA
plic
area
mod
elul
ui
(dupa Bica et al, 2008)
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Tipuri de modele• analitice cu solutie clara, bine definita, in
cazuri particulare
• numerice – folosesc metode numerice (diferente finite, element finit) pt rezolvarea ecuatiilor diferentiale care guverneaza curgerea si transportul poluantilor
uni-
bi- dimensionale
tri-
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Tipuri de software
modele analitice modele numerice
BioscreenBiochlor
BioplumeNAPLANAL
Modflow MT3D
State of art in stiintaState of art in industrie/aplicatii practice
Zile Saptamani Luni
GMS, RT3D,FEFLOW, PCGeofim
Spring
multi-phase flow,oil pahse flow,
fractured systems
creste complexitatea
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Etapele realizarii modelului
atribuirea unei valori pt. fiecare celula a domeniului modelat (cond, acoperisul, baza acviferului, transmisivitate, porozitate …)
1. Realizarea modelului conceptual
ajustarea modelului astfel incat elementele calculate sa corespunda celor masurate
1. Calibrarea modelului
1. Stabilirea domeniului simulat si a conditiilor de margine si initiale
1. Parametrizarea modelului
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Modelul conceptual –Site Conceptual Modelpe baza studiilor existente si a investigatiilor de teren se obtin informatii referitoare la:• caracteristici hidrogeologice:
• geometria acviferului• tipul matricii solului cu referire la homogenitatea, isotropie
• nivelul apei, directia de curgere, zone de alimentare si descarcare
• regimul de curgere (laminar, non-laminar)
• proprietatile apei (chimism, densitate, vascozitate, etc)
• caracteristici hidrologice
• caracteristici climatice, • utilizarea terenurilor
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Etapele realizarii modelului
atribuirea unei valori pt. fiecare celula a domeniului modelat (e.g. transmisivitate, porozitate, foc…)
1. Realizarea modelului conceptual
ajustarea modelului astfel incat elementele calculate sa corespunda celor masurate
1. Calibrarea modelului
1. Stabilirea domeniului simulat si a conditiilor de margine si initiale
1. Parametrizarea modelului
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Etapele realizarii modelului1. Analiza senzitivitatii
determinarea influentei parametrilor individuali asupra rezultatului
1. Validarea modeluluiverificarea pe un set de date care nu a stat la baza calibrarii modelului
1. Utilizarea modeluluipt debite, fluxuri, timp de tranzit, viteza de curgere, predictii
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Studiu de caz
• contaminare continua pe o durata de peste 25 ani
• activitate poluatoare: degresarea cu solventi
• contaminanti principali: COV
• poluare identificata numai in momentul in care pana de poluant a atins zona puturilor de exploatare a apei potabile orasenesti
• proces indelungat de identificare a surselor
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Studiu de caz
modelul a ajutat la:
• optimizarea unei bariere hidraulice pentru protejarea puturilor
• minimizarea ratei de pompare a barierei si implicit a costurilor operationale
• estimarea perioadei de timp necesare penei pentru a fi asimilata/degradata
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Limitele modelarii
prea complex/prea simplificat
modelul nu reprezinta o copie a proceselor din natura ci doar o simplificare
rezultatele trebuie sa se concretizeze nu in valori unice ci in intervale pentru debite, fluxuri, concentratii, etc
simplu dar nu simplist
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Grad de complexitate - costuri
Modele simple pentru evaluari preliminare: pozitionarea puturilor de extractie sau monitorizareEstimarea directiei si vitezei de curgere
Ore pana la zile € € 500 - € 2000500 - € 2000
Modele comlpexe de prognoza a reginului de curgere
Saptamani € € 5,000+5,000+
Modele complexe de prognoza ce includ si transport de poluati
Saptamani pana la luni
€ € 25,000+25,000+
Modele complexe de prognoza ce includ si transport de poluati in structuri geologice complexe, la nivel regional
Saptamani pana la luni
€ € 100,000+100,000+
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Calitatea modelelor matematice depinde de
• bani pt colectare de date de buna calitateCin = Cout
• software pe masura• un foarte bun modeller/hidrogeolog• un consultant sa aduca complexitatea rezultatelor la o forma inteligibila de
catre toate partile implicate in procesul de luare al deciziiilor
Delivering sustainable solutions in a more competitive world
Multumesc