Estimación y análisis de la variabilidad espacial y temporal de la dispersividad local efectiva a partir de ensayos en tanque experimental

Abstract

[EN] The remarks of field, of experiments and real cases of pollutants' migration in groundwater where there have been identified phenomena or behaviors named like “Anomalous transport”, have been an object of diverse research works in the above mentioned decades. Nevertheless few of these works are based on real cases with laboratory information, principally for the need to have a sufficient quantity of information to be able to realize a good work.

The limitations of the equation of the transport of mass (ADE) to describe the real experiences, do that a parameter as the dispersivity, whose formal definition refers only to properties of the physical way, in practice is an effective parameter that integrates the effect of the advection to scales lower than those of the discretización of the model, and turn into an adjustment parameter to information observed that integrates other limitations of the equation of the transport.

The experiments realized in the UPV for (I. Sánchez, J. Capilla, 2008-2011), they provide exhaustive information obtained with a conserving tracer in laboratory tank to intermediate scale. With this information diverse research works have being realized and they have gone so far as to estimate local effective values of the dispersividad. Nevertheless, the available information allows to come very much further appearing even targets of major scope with regard to the proper reformulation of the classic methods of modeling of the transport (ADE) as for the consideration of the dispersividad. Nevertheless, this needs a deeper analysis with the available information of what up to the date could have reached.

The present work uses the obtained information of one of the laboratory experiences indexed previously. The information of the information is processed to three scales different from discretización, with the target to realize the estimation of the instantaneous local dispersivity to different scales. For this there has been used an approximate and simplified method of inverse modeling specifically for this case, which allows us to estimate components convective and dispersive that there is part of the process of transport of soluto all the time of weather. Thanks to the wide information with which he gets ready there has been observed the changeability and behavior of the components convective and dispersive estimated all the time of weather and the relation that they save between the different scales support. Due to the big heterogeneity of the way it was possible to have observed phenomena of the anomalous transport. And it was observed that the dispersividades estimated all the time for every element save a relation with the evolution of the gradient of concentration and of the material of the one that the way is composed, this relation seems to be supported between the analyzed support scales. It was possible to have seen that the local dispersividad estimated to the being an effective parameter, changes in the weather and the space, it maintains a relation with the hydraulic conductivity, and has dependence with the concentration change in every element to different scales.

The mathematical modeling has been realized by means of MT3D in which one has introduced the estimated values of dispersividad that contain proper information of the way in every analysis scale. Of general form in the first moments there are observed the limitations of the classic equation of the transport (ADE) on not having integrated the gravitational effects. In addition to the limitations that it has to be able to reproduce phenomena or behavior named like “anomalous transport”.

This work has been realized by means of simplified concepts, in which there can get criteria and additional methods that allow to realize a more detailed analysis, which there can be threads of new studies introducing some methods: Methods of calibration of the porosity and conductivity. Methods alternatives to introduce the gravitational effects. To see if it is possible to establish a simplified relation that allows to shape the behavior of the instantaneous local dispersividad from the values of concentration and instantaneous local speeds. To see some alternative of integrating the temporary changeability of the dispersividad in the modeling of transport of mass. Theoretical numerical simulation using different values of dispersividad local snapshot realizing a results comparison.

[ES] Las observaciones de campo, de experimentos y casos reales de migración de contaminantes en aguas subterráneas donde se han identificado fenómenos o comportamientos denominados como “Transporte anómalo”, han sido objeto de diversos trabajos de investigación en estas últimas décadas. Sin embargo pocos de estos trabajos se basan en casos reales con datos de laboratorio, principalmente por la necesidad de tener una cantidad suficiente de datos para poder realizar un buen trabajo.

Las limitaciones de la ecuación del transporte de masa (ADE) para describir las experiencias reales, hacen que un parámetro como la dispersividad, cuya definición formal se refiere solamente a propiedades del medio físico, en la práctica es un parámetro efectivo que integra el efecto de la advección a escalas inferiores a las de la discretización del modelo, y se convierta en un parámetro de ajuste a datos observados que integra otras limitaciones de la ecuación del transporte.

Los experimentos realizados en la UPV por (I. Sánchez, J. Capilla, 2008-2011), proporcionan datos exhaustivos obtenidos con un trazador conservativo en tanque de laboratorio a escala intermedia. Con estos datos se vienen realizando diversos trabajos de investigación y se han llegado a estimar valores efectivos locales de la dispersividad. No obstante, los datos disponibles permiten llegar mucho más lejos planteándose incluso objetivos de mayor alcance respecto a la propia reformulación de los métodos clásicos de modelación del transporte (ADE) en lo que se refiere a la consideración de la dispersividad. Sin embargo, esto requiere un análisis más profundo con los datos disponibles de lo que hasta la fecha ha podido alcanzarse.

El presente trabajo emplea los datos obtenidos de una de las experiencias de laboratorio referenciadas anteriormente. Se procesa la información de los datos a tres escalas diferentes de discretización, con el objetivo de realizar la estimación de la dispersividad local instantánea a diferentes escalas. Para esto se ha utilizado un método de modelación inversa aproximado y simplificado específico para este caso, que nos permite estimar las componentes convectiva y dispersiva que forman parte del proceso de transporte de soluto a cada instante de tiempo. Gracias a la amplia información con la que se dispone se ha observado la variabilidad y comportamiento de los componentes convectivo y dispersivo estimados a cada instante de tiempo y la relación que guardan entre las diferentes escalas soporte. Debido a la gran heterogeneidad del medio se ha podido observar fenómenos del transporte anómalo. Y se observó que las dispersividades estimadas a cada instante para cada elemento guardan una relación con la evolución del gradiente de concentración y del material del que está compuesto el medio, esta relación parece mantenerse entre las escalas de soporte analizadas. Se ha podido ver que la dispersividad local estimada al ser un parámetro efectivo, varía en el tiempo y el espacio, mantiene una relación con la conductividad hidráulica, y tiene dependencia con la variación de concentración en cada elemento a diferentes escalas.

Se ha realizado la modelación matemática mediante MT3D en el cual se ha introducido los valores estimados de dispersividad que contienen información propia del medio en cada escala de análisis. De forma general en los primeros instantes se observan las limitaciones de la ecuación clásica del transporte (ADE) al no integrar los efectos gravitatorios. Además de las limitaciones que tiene para poder reproducir fenómenos o comportamiento denominado como “transporte anómalo”.

Este trabajo se ha realizado mediante conceptos simplificados, en los cuales pueden introducirse criterios y métodos adicionales que permitan realizar un análisis más detallado, lo cual pueden ser temas de nuevos estudios el introducir algunos métodos: Métodos de calibración de la porosidad y conductividad. Alternativas de métodos para introducir los efectos gravitatorios. Ver si es posible establecer una relación simplificada que permita modelar el comportamiento de la dispersividad local instantánea a partir de los valores de concentración y velocidades locales instantáneas. Ver alguna alternativa de integrar la variabilidad temporal de la dispersividad en la modelación de transporte de masa. Simulación numérica teórica utilizando diferentes valores de dispersividad local instantánea realizando una comparación de resultados. (Español)