Modelización de la degradación en cadena
de PCE mediante la resolución de 4
problemas de transporte simultáneos
(una aplicación de TRANSIN)
Eduardo Ruiz, Salvador Jordana, Jordi Guimerà
ENVIROS Spain S.L.
Claire Rollin
Institut National de l’Environnement Industriel
et des Risques (INERIS)
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
► marco y objetivos del trabajo
proyecto TRANSPOL
• elaboración de guías básicas y metodologías para la
modelización de contaminantes (PAHs, metales,
orgánicos,...)
• ‘benchmark’ de diferentes casos (teóricos, reales,
experimentales) modelizados por diferentes equipos,
partiendo de un modelo conceptual previamente valorado
• cas Réel nº3: modelización del comportamiento de
compuestos orgánicos clorados
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
4647250
4647000
142,06
129,49
Àrids Vilanna
129,59
PL
131,15
132,03
130,01
4646750
134,65
130,96
Edilkamin
137,19
PL-2
199,39
Bonmatí Vell
132,06
QS-1
135,82
137,44
PR3
Fleca
132,33
132,01
4646500
• pequeño acuífero aluvial
contaminado a finales del año
1994 por compuestos
organoclorados
N
S6
Surroca II
Surroca I
QS-2
PR1 S3
S2
PR2
S5
S4
Botex
132,19
185,59
Volumen Int.
150,63
15
0
Tallers
137,12
4646250
► antecedentes
147,78
134,13
17 5
133,62
136,25
Cal Peó
Río Ter
131,09
134,77
472500
472750
473000
473250
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
4647250
4647000
À rid s V ila n n a
PL
4646750
1 2 4 .6
E d ilka m in
P L -2
B o n m a tí V e ll
Q S -1
1 2 4 .8
PR3
F le ca
4646500
• acuífero homogéneo
e isótropo
• flujo estacionario saturado
• no se considera recarga ni la
relación entre rio y acuífero
• libertad en K y en el bombeo
del pozo L2
1 2 4 .5
S6
S u rro ca II
S u rro ca I
Q S -2
PR1 S3
S2
PR2
S5
S4
B o te x
1 2 5 .8 7
1 2 5 .9 7
V o lu m e n In t.
T a lle rs
1 2 5 .8
4646250
► modelo conceptual
de flujo
127
C al Peó
472500
472750
473000
473250
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
4647250
4647000
► discretización espacial
À rid s V ila n n a
4646750
PL
E d ilk a m in
P L -2
Q S -1
B o n m a tí V e ll
4646500
PR3
S6
S u rro c a II
S5
Q S -2
S4
P R 1S 3
S 2 P R 2 B o te x
V o lu m e n In t.
T a lle rs
4646250
MEF
11665 nodos y 18328
prismas triangulares
irregulares en 4 capas
472500
472750
473000
473250
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02/12/2004
► modelo conceptual de transporte
• únicamente se vertía PCE al acuífero
• se han encontrado cantidades inferiores de otros etilenos
con menos cloros que a priori tienen un origen común
• no se considera flujo multifase ni retardo debido a
procesos de sorción
• inyección másica (M/T) en un punto
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02/12/2004
► modelo conceptual de transporte
• se considera un proceso transitorio de degradación en
cadena a partir de reacciones cinéticas secuenciales
supuestas de primer orden:
r = - λ · [PCE]
PCE
PCE
rTCE = - λTCE · [TCE] + 0.7920 · λPCE · [PCE]
rDCE = - λDCE · [DCE] + 0.7377 · λTCE ·
[TCE]
rVC
=-
λVC · [VC] + 0.6445 · λDCE · [DCE]
PCE
TCE
DCE
VC
C2Cl4
C2HCl3
C2H2Cl2
C2H3Cl
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02/12/2004
► discretización temporal
• 10 años de simulación: 2 periodos de 5 años
• en el primero hasta alcanzar valores estacionarios
• en el segundo simulación de agotamiento de la fuente
• término fuente / inyección de PCE en el sistema transitoria:
Inyección
Pendiente lineal (m)
(en kg PCE/día)
Ce
Cf
t0= 0
t1 = 1800
Periodo 1
t2 = 3600
Tiempo de simulación
(en días)
Periodo 2
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02/12/2004
► modelización de flujo y transporte
• código seleccionado: TRANSIN IV (Medina et al., 2001)
• estrategia de calibración:
- inicialmente se calibran los parámetros de transporte de
un problema de flujo y transporte convencional (PCE)
- posteriormente se introducen el resto de productos de
degradación (TCE, DCE, VC) de manera secuencial para
calibrar sus constantes de degradación
- la pendiente de agotamiento de la fuente se calibra de
manera manual
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02/12/2004
► resultados
• Flujo: piezometria resultante
126
Nivel observado
125.75
125.5
125.25
125
124.75
124.5
124.5 124.75
125 125.25 125.5 125.75
Nivel calculado
126
(en msnm)
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02/12/2004
► resultados
• Transporte: curvas de llegada a todos los puntos de
observación
1.0E+05
1.0E+04
S2
BV
1.0E+04
1.0E+03
1.0E+03
concentración
(en ppb)
1.0E+02
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+01
1.0E+00
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-02
0
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
tiempo (en días)
2880
3240
0
3600
EK
720
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
tiempo (en días)
AV
T C E c a lc ula d o
D C E c a lcula d o
V C ca lc ula d o
P C E m e d id o
1.0E+02
concentración
(en ppb)
P C E c a lcula d o
1, E -03
1080
1.0E+02
1,E + 00
1, E -02
720
1.0E+03
1.0E+03
1, E -01
360
1.0E+01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E-01
1.0E+00
1.0E-02
T C E m e d id o
1, E -04
D C E m e d id o
1, E -05
1, E -06
1.0E-03
1.0E-01
0
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
tiempo (en días)
2880
3240
3600
0
360
tiempo (en días)
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02/12/2004
► resultados
1.E + 05
1 ,E + 0 5
PR3
PCE
S3
1.E + 04
TCE
1 ,E + 0 4
cD C E
1.E + 03
1 ,E + 0 3
1.E + 02
1 ,E + 0 2
1.E + 01
1 ,E + 0 1
1.E + 00
1 ,E + 0 0
1.E -01
1 ,E -0 1
1.E -02
1 ,E -0 2
0
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
0
3600
1.E + 04
1.E + 02
1.E + 03
1.E + 01
1.E + 02
1.E + 00
1.E + 01
V C ca lc ula d o
1.E -01
1.E + 00
P C E m e d id o
1.E -02
1.E -01
P C E c a lcula d o
1, E -02
1, E -03
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
1.E + 04
1.E + 03
1, E -01
720
S6
B OTEX
1,E + 00
360
1.E + 05
T C E c a lc ula d o
D C E c a lcula d o
T C E m e d id o
1, E -04
D C E m e d id o
1.E -02
1.E -03
0
360
720
1080
1440
1800
2160
2520
2880
3240
3600
0
1, E -05
1, E -06
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02/12/2004
PCE
TCE
DCE
VC
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02/12/2004
PCE
TCE
DCE
VC
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02/12/2004
► resultados
• parámetros obtenidos después del proceso de calibración
Parámetro
Símbolo Unidades
conductividad hidráulica (isótropa)
Kij
m/d
porosidad
Φ
dispersividad longitudinal
m
aL
dispersividad transversal
m
aT
entrada de PCE durante los primeros 5 años
Ce
kg/d
entrada de PCE a 10 años (Cf = 0.25∙ Ce)
Cf
kg/d
coef. difusión molecular PCE, TCE, DCE, VC
Dm
m2/d
constante degradación 1er orden PCE
kPCE
1/d
er
constante degradación 1 orden TCE
kTCE
1/d
er
constante degradación 1 orden DCE
kDCE
1/d
er
constante degradación 1 orden VC
kVC
1/d
valor
73.0
0.1
10.0
8.0
0.1658
0.0415
1.0E-06
0.0030
0.0594
0.0174
0.0300
• balance estacionario para el PCE
Balance de transporte a 5 años
Unidades
valor
PCE inyectado
PCE degradado a TCE
salida de PCE por nodos de bombeo
salida de PCE por contorno aguas abajo
g/d
g/d
g/d
g/d
165.8
140.0
24.64
1.16
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02/12/2004
► conclusiones generales
• Modelo numérico simple y que sigue los requerimientos
prescritos en el pliego de modelización
• Los resultados son satisfactorios desde el punto de vista
de ajuste y de valores de parámetros
• Las constantes de degradación calibradas se encuentran
dentro de los rangos de valores que se pueden encontrar
en la bibliografía (Doong et al., 1996; EPA, 1998;
Wiedemeier et al., 1999)
• TRANSIN IV se ha mostrado como una herramienta muy
potente, versátil, robusta y particularmente útil para la
calibración automática….. pero es poco amigable y se ha
necesitado soporte por parte de Agustín hasta que ha
funcionado
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02/12/2004
► conclusiones del modelo
• De los balances obtenidos se desprende que todavía
puede haber gran cantidad de producto en forma residual
• El agotamiento de la fuente simulado, aunque ajusta
algunos de los valores, difícilmente es realista
• Una distribución del término fuente en una zona más
amplia permitiría tal vez un mejor ajuste en el entorno del
foco
• Otras combinaciones de K, λ, retardo y tasa de inyección
podrían conducir a resultados similares
• El tratamiento transitorio del flujo y del término fuente
podrían producir mejoras al mismo tiempo que
encarecerían los cálculos
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02/12/2004
► Resultados de otros equipos
7000
C o n c e n tra tio n e n P C E à 1 8 0 0 jo u rs (µ g /l)
AN T EA
ENSM P
6000
E N V IR O S
IN E R IS
5000
M e s u re
(1 6 /1 1 /2 0 0 0 )
4000
3000
2000
1000
0
0
,5
S0-2
S1-3
,5
S1-5
P2R -3
B 2V,5
3
L
P
3 ,5
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
► Resultados de otros equipos
400
AN T EA
C o n c e n tra tio n e n T C E à 1 8 0 0 jo u rs (µ g /l)
350
ENSM P
E N V IR O S
300
IN E R IS
M e s u re
(1 6 /1 1 /2 0 0 0 )
250
200
150
100
50
0
0
,5
S0-2
S 1-3
-5
S1 ,5
P2 R -3
V
B2 ,5
P3 L
3 ,5
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
► Resultados de otros equipos
600
C o n c e n tra tio n e n D C E à 1 8 0 0 jo u rs (µ g /l)
550
AN T EA
ENSM P
500
E N V IR O S
450
IN E R IS
400
M e s u re
(1 6 /1 1 /2 0 0 0 )
350
300
250
200
150
100
50
0
0
S0 ,5-2
S 1-3
,5
S1-5
P2R -3
,5
B2 V
P3 L
3 ,5
Seminario del Grupo de Hidrogeología Subterránea
02/12/2004
► algunas conclusiones del proyecto
• El resto de equipos ha utilizado herramientas propias
(ANTEA, ENSMP) o bien públicas (INERIS, ENSMP)
• ENSMP ha utilizado un ‘metamodelo’ inverso. El resto
calibración manual
• Sólo la ENSMP logra unos ajustes similares para el PCE,
aunque en el resto de productos degradados el ajuste
empeora
• El tratamiento del término fuente es clave y la evolución
de la contaminación en el sistema es muy sensible a
dicho tratamiento
• Algún valor de constante de degradación medido in situ
ayudaría a acotar el problema
• El retardo (sorción) debería tenerse en cuenta
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02/12/2004
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