| Abstract |
Understanding the migration of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) in complex subsurface systems is important for evaluating contamination source zones and designing remediation schemes after spill events. Six sandbox experiments were performed to explore the individual effect of flow velocity, and the combined effect of flow velocity and layered lenses on a DNAPL (PCE) migration in porous media. DNAPL saturation was measured using a light transmission system, and saturation distribution was quantified by spatial moments. The experimental results show that large flow velocity significantly promotes lateral and vertical migration of the low-viscosity DNAPL, while when layered lenses exist, the infiltration rate decreases and horizontal spread increases. Migration processes were numerically simulated, and the modelling results tested against experimental results. Furthermore, migration of DNAPLs with different viscosities was simulated to explore the combined effects of flow velocity and geological heterogeneity. Simulation results show that enhanced heterogeneity makes low-viscosity DNAPLs migrate along preferential pathways, resulting in irregular DNAPL morphology. Layered lenses combined with heterogeneity complicate the effect of flow velocity on the migration of low-viscosity DNAPLs by changing percolation paths. Results also demonstrate that flow velocity exhibits relatively little influence on the migration of medium/high-viscosity DNAPLs, which is predominantly controlled by viscosity and heterogeneity. Enhanced heterogeneity has a larger effect on migration behavior. Findings indicate that the migration paths and position of the source zone could change significantly, due to the combined effect of groundwater flow velocity and geological heterogeneity; thus, comprehensive hydrogeological investigation is needed to characterize the source zone.Comprendre la migration des phases liquides denses non-aqueuse (DNAPL) dans les systèmes souterrains complexes est important pour évaluer les zones de la source de contamination et la conception de systèmes d’assainissement après les incidents de déversements. Six expériences dans des bacs à sables ont été réalisées pour étudier l’effet individuel de la vitesse d’écoulement et l’effet combiné de la vitesse d’écoulement et des lentilles sur la migration du DNAPL (PCE) dans un milieu poreux. La saturation en DNAPL est mesurée en utilisant un système de transmission de la lumière, et la distribution de saturation a été quantifiée par les moments spatiaux. Les résultats expérimentaux montrent que la grande vitesse d’écoulement favorise considérablement la migration latérale et verticale du DNAPL de faible viscosité, tandis que lorsque des lentilles en couches existent, le taux d’infiltration diminue et la propagation horizontale augmente. Les processus de migration ont été simulés numériquement et les résultats de la modélisation ont été comparés aux résultats expérimentaux. En outre, la migration des DNAPLs avec différentes viscosités a été simulée pour explorer les effets combinés de la vitesse d’écoulement et de l’hétérogénéité géologique. Les résultats de simulation montrent qu’une hétérogénéité accrue favorise la migration de DNAPL de faible viscosité le long de cheminements préférentiels, entraînant une morphologie irrégulière du DNAPL. Des lentilles en couches combinées avec une hétérogénéité compliquent l’effet de la vitesse d’écoulement sur la migration des DNAPLs de faible viscosité en modifiant les chemins de percolation. Les résultats démontrent également que la vitesse d’écoulement provoque une petite influence sur la migration des DNAPLs de viscosité moyenne à élevée, qui est principalement contrôlée par la viscosité et l’hétérogénéité. L’hétérogénéité accrue a un effet plus important sur le comportement de la migration. Les résultats indiquent que les chemins de migration et la position de la zone source pourraient changer de manière significative, en raison de l’effet combiné de la vitesse d’écoulement d’eaux souterraines et de l’hétérogénéité géologique ; ainsi une étude hydrogéologique globale est nécessaire pour caractériser la zone source.La comprensión de la migración de líquidos densos en fase no acuosa (DNAPLs) en sistemas subterráneos complejos es importante para evaluar las zonas de las fuentes de la contaminación y para diseñar planes de remediación después de los eventos de derrames. Se llevaron a cabo seis experimentos en recintos de seguridad para explorar el efecto individual de la velocidad de flujo, y el efecto combinado de la velocidad de flujo y lentes estratificadas en la migración del DNAPL (PCE) en el medio poroso. La saturación del DNAPL se midió utilizando un sistema de transmisión de luz, y la distribución de saturación se cuantificó por momentos espaciales. Los resultados experimentales muestran que una gran velocidad del flujo favorece significativamente la migración lateral y vertical del DNAPL de baja viscosidad, mientras que cuando existen lentes estratificadas, disminuye la tasa de infiltración y aumenta la propagación horizontal. Se simularon numéricamente los procesos de migración, y los resultados de los modelos se testearon contra resultados experimentales. Además, se simuló la migración de DNAPLs con diferentes viscosidades para explorar los efectos combinados de la velocidad de flujo y la heterogeneidad geológica. Los resultados de la simulación muestran que el aumento en la heterogeneidad hace que los DNAPLs de baja viscosidad migren a lo largo de las vías preferenciales, lo que resulta en una morfología irregular del DNAPL. Las lentes estratificadas combinadas con la heterogeneidad complican el efecto de la velocidad de flujo de la migración de los DNAPLs de baja viscosidad cambiando las trayectorias de la percolación. Los resultados también demuestran que la velocidad de flujo exhibe una influencia relativamente pequeña en la migración de los DNAPLs de media / alta viscosidad, que son controlados predominantemente por la viscosidad y la heterogeneidad. Una acentuada heterogeneidad tiene un mayor efecto sobre el comportamiento de la migración. Los hallazgos indican que las trayectorias de la migración y la posición de la zona de la fuente podrían cambiar significativamente, debido al efecto combinado de la velocidad del flujo de agua subterránea y la heterogeneidad geológica; por lo tanto, se necesita una investigación hidrogeológica integral para caracterizar la zona de la fuente.了解复杂的地下系统中重非水相流体的运移对于出现污染事件时评估污染源区和设计修复方案非常重要。本文进行了6个砂箱实验以探索流速对孔隙介质中重非水相流体运移的单一影响以及流速和层状透镜体对重非水相流体运移的综合影响。采用光透射系统对重非水相流体饱和度进行的测量,通过空间矩量化了饱和分布。实验结果显示,较大的流速促进低粘度重非水相流体的侧向和垂向运移,而存在层状透晶体时,重非水相流体的垂向入渗率降低,水平扩散范围 增加。对运移过程进行了数值模拟,模拟结果验证了实验结果。此外,还模拟了不同粘性的重非水相流体运移,以探索流速和地质非均质性性的综合影响。模拟结果显示非均质性增强使低粘性重非水相流体沿优先通道运移,造成不规则的分布形态。层状透镜体结合非均质性改变了渗流通路,使流速对低粘性重非水相流体的影响更加复杂。结果还显示,流速对中/高粘性重非水相流体运移的影响相对较小,主要受控于粘性和非均质性。非均质性增强对运移行为有较大的影响。上述结果表明,由于地下水流速和地质非均质性的综合影响,运移通道和污染源区的位置变化会很大。因此,需要进行水文地质调查来描述污染源区的特征。Entender a migração de compostos de fase líquida densa não aquosa (DNAPLs) em sistemas subsuperficiais complexos é importante para avaliar zonas de fontes contaminantes e projetar esquemas de remediação após eventos de derramamento. Seis experimentos de caixa de areia foram executados para explorar o efeito individual da velocidade de fluxo, e o efeito combinado da velocidade de fluxo e lentes sobrepostas na migração DNAPL (PCE) em meios porosos. A saturação por DNAPL foi medida utilizando um sistema de transmissão de luz, e a distribuição de saturação foi quantificada por momentos espaciais. Os resultados experimentais mostram que grandes velocidades de fluxo promovem migração lateral e vertical significante de DNAPL de baixa densidade, porém quando existem lentes sobrepostas, a taxa de infiltração diminui e a propagação horizontal aumenta. Processos de migração foram simulados numericamente, e os resultados dos modelos testados contra os resultados experimentais. Além do mais, as migrações de DNAPL com viscosidades diferentes foram simuladas para explorar os efeitos combinados de velocidade de fluxo e heterogeneidade geológica. Os resultados da simulação mostram que a heterogeneidade acentuada faz com que DNAPLs de baixa viscosidade migrem por caminhos preferenciais, resultando em uma morfologia DNAPL irregular. Lentes sobrepostas combinadas com heterogeneidade complicam o efeito da velocidade de fluxo na migração de DNAPLs de baixa viscosidade pela mudança nos caminhos de percolação. Os resultados também demonstram que a velocidade de fluxo exibe relativamente pouca influência na migração de DNAPLs de média e alta viscosidade, que é predominantemente controlada pela viscosidade e heterogeneidade. A heterogeneidade acentuada tem maior efeito no comportamento da migração. As descobertas indicam que os caminhos de migração e a posição da zona de fontes podem mudar significantemente pelo efeito combinado da velocidade de fluxo das águas subterrâneas e heterogeneidade geológica, assim uma investigação hidrogeológica abrangente é necessária para caracterizar as zonas de fontes |
