Перенесення забруднюючих речовин у ґрунтових водах

Перенесення забруднюючих речовин описує, як розчинені та незмішувані забруднювачі рухаються та поширюються у ґрунтових водах через адвекцію, дисперсію, а також хімічні та біологічні процеси.

Definition

Перенесення забруднюючих речовин у ґрунтових водах – це рух і доля розчинених або незмішуваних забруднювачів у підповерхневому шарі, що регулюється адвекцією з потоком води, гідродинамічною дисперсією та хімічними й біологічними реакціями, які їх уповільнюють або трансформують.

Scope

Ця тема охоплює фізичне перенесення розчинених речовин шляхом адвекції та дисперсії, уповільнення та деградацію забруднюючих речовин шляхом сорбції та реакції, поведінку неводних фазових рідин, а також основи прогнозування шлейфів та ремедіації.

Core questions

• Як адвекція та дисперсія контролюють рух шлейфу забруднення?
• Як сорбція та деградація уповільнюють та послаблюють забруднюючі речовини?
• Чим поведінка неводних фазових рідин відрізняється від розчинених речовин?
• Як прогнозуються шлейфи та ремедіюються водоносні горизонти?

Key concepts

• Адвекція та швидкість просочування
• Гідродинамічна дисперсія та дифузія
• Рівняння адвекції-дисперсії
• Сорбція та коефіцієнт уповільнення
• Біодеградація та природне ослаблення
• Неводні фазові рідини (НФР)

Key theories

Рівняння адвекції-дисперсії

Перенесення розчинених речовин моделюється шляхом поєднання адвекції із середньою швидкістю ґрунтових вод з гідродинамічною дисперсією та дифузією, що дає рівняння адвекції-дисперсії, яке прогнозує, як шлейфи поширюються з часом.

Уповільнення та ослаблення

Сорбція на твердих частинках водоносного горизонту уповільнює реактивні забруднювачі відносно води, тоді як біодеградація та інші реакції послаблюють їх, що є центральними процесами для прогнозування довжини шлейфу та для природної та інженерної ремедіації.

Mechanisms

Розчинений забруднювач переноситься середнім потоком ґрунтових вод (адвекція), поширюючись при цьому механічною дисперсією, оскільки шляхи потоку змінюються через порову мережу, та молекулярною дифузією. Реактивні забруднювачі розподіляються на твердих частинках водоносного горизонту шляхом сорбції, що уповільнює їх відносно води (уповільнення), і можуть трансформуватися хімічними або мікробними реакціями; незмішувані рідини утворюють окремі фази, які діють як довгострокові джерела.

Clinical relevance

Розуміння перенесення забруднюючих речовин є важливим для оцінки ризиків для джерел питної води, визначення та прогнозування шлейфів забруднення від розливів, звалищ та сільського господарства, розробки мереж моніторингу та систем ремедіації, а також оцінки природного ослаблення як стратегії очищення.

History

Теорія перенесення забруднюючих речовин спиралася на адвекційно-дисперсійну основу, формалізовану Бером та іншими у 1970-х роках; зростаюча стурбованість забрудненням ґрунтових вод з 1970-х років зробила гідрогеологію забруднюючих речовин важливою галуззю, що поширилася на сорбцію, біодеградацію та складну поведінку щільних і легких неводних фазових рідин.

Debates

Масштабна залежність дисперсивності

Польова дисперсивність, як правило, збільшується зі збільшенням масштабу спостереження через неоднорідність водоносного горизонту, що викликає дискусії щодо того, чи адекватно класичне рівняння адвекції-дисперсії з постійною дисперсивністю представляє перенесення в польовому масштабі.

Key figures

• Jacob Bear
• John A. Cherry
• C. W. Fetter

Seminal works

• freeze1979
• bear1979
• fetter1999

Frequently asked questions

Чому шлейф забруднення розширюється під час руху?

Окрім перенесення середнім потоком, забруднювач поширюється, оскільки вода проходить багатьма звивистими шляхами з різною швидкістю через пори (механічна дисперсія) та через молекулярну дифузію, тому шлейф збільшується в розмірах, а його концентрації розбавляються вниз за течією.

Що таке НФР?

Незмішувана фазова рідина – це забруднювач, такий як нафта або хлорований розчинник, який погано змішується з водою; НФР рухаються як окрема фаза і можуть зберігатися десятиліттями, повільно розчиняючись і діючи як довгострокові джерела забруднення ґрунтових вод.