Dommages eaux souterraines
Bonjour chers intéressés,
À partir des explications suivantes, je vous explique les services que vous recevrez si vous me confiez la bilanisation de vos dommages aux eaux souterraines. En utilisant la position relative des points de mesure entre eux, les valeurs mesurées et les conditions hydrogéologiques, je calcule pour vos dommages aux eaux souterraines la concentration moyenne en polluants dans la source et le panache, la charge polluante qui s'écoule du réservoir d'eau souterraine contaminée et la masse de polluants présente dans l'eau poreuse au moment de la mesure.
N'hésitez pas à me contacter si vous avez des questions supplémentaires ou si vous souhaitez prendre rendez-vous.
Nuage de mots-clés :
GWM (Les points de mesure des eaux souterraines), Polluant, Seuil de négligeabilité, Direction de l'écoulement des eaux souterraines, Épaisseur de la nappe phréatique, Proportion de fractures, Cavité de séparation, Volume de pores, Porosité, Loi de Darcy, Coefficients de perméabilité, Vitesse de filtration, Gradient hydraulique, Pente de la nappe phréatique, Niveau de bilan, MNQ
Pour la bilanisation des polluants, j'ai besoin des informations suivantes de votre part :
- Les coordonnées ou le plan de localisation des points de mesure des eaux souterraines.
- Les valeurs mesurées du polluant à évaluer dans les points de mesure des eaux souterraines.
- La direction de l'écoulement des eaux souterraines.
- L'épaisseur de la nappe phréatique.
- La proportion de fissures / cavités de surfaces de séparation / volume poreux / porosité.
- Le coefficient de perméabilité / la vitesse de filtration.
- Le gradient hydraulique / la pente de la nappe phréatique.
- La distance entre la source de pollution et le niveau d'évaluation pertinent, ainsi qu'éventuellement à un cours d'eau de surface à proximité.
- Éventuellement, le débit moyen d'étiage (MNQ) du cours d'eau de surface.
Avec ces données, je calcule pour vous les critères d'évaluation suivants :
- L'étendue spatiale des dommages aux eaux souterraines.
- Le volume des dommages aux eaux souterraines.
- La concentration moyenne en polluants et le facteur de dépassement de la valeur du PGS (Plan de Gestion des Sols).
- La concentration moyenne s'écoulant de chaque niveau d'évaluation.
- Le débit quotidien s'écoulant dans le niveau d'évaluation.
- Le débit entrant dans un cours d'eau de surface.
- L'évolution des tendances dans chaque point de mesure des eaux souterraines ainsi que dans l'ensemble de la zone de bilanisation.
- Éventuellement, le point de rupture ou le dépassement du seuil de négligibilité.
N'hésitez pas à me fournir ces informations afin que je puisse commencer la bilanisation des dommages aux eaux souterraines.
Raster de points de mesure / Matrice de points de mesure
À partir des coordonnées que vous avez fournies des points de mesure des eaux souterraines ou d'un plan de localisation géoréférencé et des concentrations de polluants mesurées dans les différents points de mesure des eaux souterraines, je calcule, à l'aide d'un algorithme que j'ai développé, une grille dans laquelle les concentrations de polluants sont réduites de moitié selon la direction d'écoulement des eaux souterraines.
Équation de dégradation des polluants
Gradient de dégradation des polluants
Distance de division par deux
Dans les calculs, une équation fonctionnelle est utilisée pour calculer l'évolution de la concentration d'une cellule de grille à la suivante, ou d'une sous-région à une autre. La perte de concentration est proportionnelle à la concentration source c(0) du polluant, en fonction de la distance géométrique s de la cellule de calcul respective. L'équation de dégradation du polluant prend en compte tous les facteurs pertinents qui influent sur le processus de dégradation, tels que la sorption (l'attachement du polluant aux particules du sol), la désorption (la libération du polluant des particules du sol), la diffusion (la propagation du polluant dans l'eau souterraine), la dilution et la dégradation biologique. Ces facteurs sont pris en compte en fonction des propriétés physiques et chimiques du polluant respectif et des conditions environnementales dans l'espace modèle. L'équation de dégradation du polluant est utilisée pour déterminer les facteurs de proportionnalité ou les gradients de réduction de concentration correspondants pour toutes les combinaisons de points de mesure. En substituant la valeur ½ c(0) pour c(s) dans l'équation de dégradation du polluant et en résolvant l'équation pour s, on obtient la demi-distance de division par deux, c'est-à-dire la distance à laquelle la concentration de polluant est réduite de moitié. La cellule de grille est également utilisée pour déterminer la largeur d'un tube d'écoulement.
L'hydrogéologie
Pour appliquer la loi de filtration de Darcy, j'ai seulement besoin des valeurs suivantes de votre part : la perméabilité kf, l'épaisseur de la nappe phréatique et le gradient hydraulique i.
Matrice de calcul
Avec ces données, les critères d'évaluation suivants pour un dommage aux eaux souterraines seront calculés :
- L'étendue spatiale du dommage aux eaux souterraines
- Le volume du dommage aux eaux souterraines
- La concentration moyenne en polluants et le facteur de dépassement de la valeur du PGS
- La concentration moyenne s'écoulant de chaque niveau d'évaluation
- Le débit quotidien s'écoulant dans le niveau d'évaluation
- Le débit entrant dans un cours d'eau de surface
La bande de déversement est subdivisée en cellules carrées formant une grille de calcul. À chaque distance croissante de la source, la bande s'élargit d'une nouvelle cellule de chaque côté. Cela entraîne une expansion latérale de la bande à 45° par rapport à la direction principale de l'écoulement des eaux souterraines. Si le calcul de l'expansion est interrompu en raison de la non-conformité avec les valeurs de référence, il n'y a plus d'élargissement. Le transfert des concentrations de polluants de la ligne de grille considérée aux lignes de grille de plus en plus éloignées de la source est effectué à l'aide d'un algorithme de calcul éprouvé par des exemples. Celui-ci consiste à calculer, dans chaque cellule de la nouvelle ligne de grille plus éloignée, la valeur extrapolée en fonction de la distance et des concentrations présentes dans les trois cellules symétriquement situées au-dessus dans la ligne de grille précédente. Cependant, si une concentration de polluant est déjà connue dans une cellule car un point de mesure des eaux souterraines avec une valeur réellement mesurée s'y trouve, cette valeur mesurée a priorité sur la valeur estimée théoriquement. Il est important de noter que les valeurs estimées sont incertaines et ne reflètent pas les valeurs réelles. Elles doivent donc toujours être traitées avec prudence et ne pas être considérées comme des valeurs définitives.
La formule pour la valeur extrapolée pour les cellules de grille situées dans le même ruisseau est la suivante :
c(inferieur) = c(superieur) /e^s*Lambda = c(superieur)/2
La formule pour la valeur extrapolée pour les cellules de grille situées en dehors du même ruisseau est la suivante :
c(inferieur) = c(superieur) /e^s*Lambda = c(superieur)/2^√2
LAWA / LABO Diagramme [B 16]
Le dommage aux eaux souterraines n'est "pas petit", car le losange rouge se situe en dessous de la ligne de séparation "petit" et "pas petit".
La concentration moyenne en polluants est la quantité moyenne de polluant présente dans la source et le panache de la contamination des eaux souterraines. Elle est utilisée pour quantifier la charge moyenne de polluants dans les eaux souterraines. Le calcul selon l'algorithme mentionné ci-dessus est interrompu lorsque le seuil de négligibilité est atteint. La somme des concentrations dans les cellules de la grille avec des valeurs dépassant le seuil de négligibilité, divisée par le nombre de cellules de la grille, donne la concentration moyenne en polluants du dommage aux eaux souterraines (cKGW).
Le nombre de cellules dépassant la GFS, multiplié par le volume d'eau d'une cellule de la grille (carré de la moitié de la distance de demi-vie multiplié par la hauteur de la couche aquifère et la porosité), donne le volume de la source et du panache avec dépassement du seuil de négligibilité. Sur la base de ce volume, il est désormais possible d'estimer si le dommage aux eaux souterraines est localement limité au sens de l'article 4, paragraphe 7, de la BBodSchV [R 02] ou de l'article 15, paragraphe 8, de la BBodSchV [R 04].
Représentation d'un cas de pollution avec deux sources de contaminants dans un diagramme en 2D
Dans le diagramme 2D ci-dessus, un dommage aux eaux souterraines est représenté, qui s'est propagé du nord-est au sud-ouest à partir de deux sources de contaminants.
Représentation d'un cas de pollution avec deux sources de contaminants dans un diagramme en 3D
Dans le diagramme 3D ci-dessus, un dommage aux eaux souterraines est représenté, qui s'est propagé du nord-est au sud-ouest à partir de deux sources de contaminants.
Les différentes représentations des évolutions des contaminants dans les diagrammes servent à contrôler et approfondir la compréhension du processus.
Frétages cumulés perpendiculaires à la direction d'écoulement des eaux souterraines.
La charge journalière dans une cellule de grille ou dans une section de tube de courant est obtenue en multipliant la concentration de polluants estimée ou mesurée dans la cellule respective par le débit d'eau souterraine sortante (QKGW) de cette cellule. Le débit d'eau souterraine sortante indique la quantité d'eau souterraine qui traverse la cellule, et donc également la quantité de polluants transportée.
La sommation des charges journalières des cellules de la grille individuelles dans le transect ou le plan d'évaluation respectif donne la charge à évaluer. Avec l'aide de ce diagramme, il est possible de lire quelle charge s'écoule dans n'importe quel plan d'évaluation. Par exemple, à environ 300 m, une charge de polluants de 100 g/jour continue de s'écouler. Les transects ou les plans d'évaluation sont des coupes transversales tirées perpendiculairement à la direction d'écoulement des eaux souterraines.
Évolution de la concentration dans la direction de l'écoulement des eaux souterraines
La représentation graphique de la dégradation des polluants le long d'un cours d'eau montre généralement, avec un positionnement approprié des puits de surveillance des eaux souterraines le long d'une ligne de courant, que la dégradation des polluants peut être très bien décrite par une fonction exponentielle.
L'amplitude des déviations au-dessus ou en-dessous de la ligne de tendance exponentielle est un bon indicateur de l'existence de conditions homogènes ou anisotropes dans un aquifère.
Le coefficient de dégradation des polluants dans la fonction exponentielle est la grandeur qui décrit la vitesse à laquelle un polluant est dégradé dans la direction de l'écoulement des eaux souterraines. Ce coefficient de dégradation des polluants varie selon les différents polluants et les différentes conditions hydrogéologiques. Un coefficient de dégradation des polluants élevé signifie que le polluant est dégradé après une courte distance d'écoulement, tandis qu'un coefficient de dégradation des polluants faible signifie que la dégradation du polluant nécessite une distance d'écoulement plus longue. Le taux exact de dégradation des polluants dépend de divers facteurs tels que le type de polluant, les conditions du processus de dégradation et les microorganismes présents.
Dans l'équation de dégradation des polluants, tous les processus de sorption, de désorption, de diffusion et de dégradation biologique sont intégrés dans le facteur de proportionnalité, pour simplifier, en fonction des propriétés physiques et chimiques spécifiques de chaque polluant (viscosité, densité, solubilité dans l'eau, volatilité, etc.) pour l'ensemble de l'espace de modèle ou de réaction.
Tendance à long terme pour la concentration moyenne en polluants dans la source et le panache
De plus, je propose la possibilité d'afficher l'évolution sur toutes les années d'observation pour tous les points de mesure des eaux souterraines et pour la contamination moyenne du contact des eaux souterraines (cKGW) dans un diagramme, où le tendance à long terme peut également être examinée. Dans l'exemple, la tendance linéaire est descendante. Le coefficient de détermination de la tendance linéaire est de 85%. La diminution à long terme des polluants est clairement visible. Je propose la possibilité de réaliser des analyses similaires pour chaque point de mesure des eaux souterraines observé.
Tendance à long terme pour un point de mesure des eaux souterraines
Dans l'exemple, la tendance linéaire pour le point de mesure GWM 01 est également descendante. Cependant, le coefficient de détermination de la tendance linéaire n'est que de 57%.
Diagramme de prévision avec des limites de confiance
Les limites de confiance sont une mesure de la fiabilité de la prédiction. Elles dépendent de la taille de l'échantillon et de la dispersion des données. Plus la taille de l'échantillon est grande et plus la dispersion des données est faible, plus les limites de confiance sont généralement rapprochées.
En utilisant les cinq années suivant l'année de bilan, je calcule la limite inférieure de confiance, l'estimateur (limite de confiance moyenne) et la limite supérieure de confiance, pour autant que six valeurs d'observation soient disponibles pour cette période annuelle.
Dans notre exemple, la concentration moyenne de polluants dans les eaux souterraines (cKGW) passe en dessous du seuil de signification de la LAWA pour la limite inférieure de confiance en 2030, pour l'estimateur (limite de confiance moyenne) en 2034 et pour la limite supérieure de confiance en 2040. Cela signifie qu'un état des eaux souterraines "bon" (cKGW inférieur au GFS) pourrait être rétabli au plus tard en 2040.
Diagramme en rayons
[B 20] Bestimmung von Redoxzonen in einem mineralölbelasteten Grundwasserleiter, Rudolf Huth, Rainer Hartmann, Michaela Kiesel, Wilhelm Pyka, Annette Stallauer
Les polluants peuvent être oxydés par des micro-organismes et servir de source de carbone et d'énergie. En raison des différentes conditions environnementales dans les eaux souterraines, différentes zones de rédox se forment. Dans des conditions aérobies, l'oxygène agit comme donneur ou accepteur d'électrons. Les accepteurs d'électrons jouent un rôle important et essentiel dans la production d'énergie des cellules. Les accepteurs d'électrons sont des composés chimiques capables de capturer des électrons et de devenir ainsi chargés positivement. Lors des réactions de rédox, les électrons sont transférés d'un réducteur à un oxydant. Une fois que l'oxygène dissous dans l'eau est épuisé, les atomes d'oxygène sont utilisés par le nitrate, les oxydes de fer et de manganèse, et le sulfate. Après l'épuisement de tous les accepteurs d'électrons, la dégradation des polluants par méthanogenèse se produit, produisant du CO2 et du méthane, ce qui entraîne une augmentation du HCO3 dans les eaux souterraines, perturbant ainsi l'équilibre carbonaté. Cela entraîne la formation de Ca(HCO3)2 soluble à partir de CaCO3 insoluble, entraînant ainsi une augmentation des concentrations de Ca2+ dans les eaux souterraines. La dégradation des hydrocarbures par les micro-organismes entraîne donc une zonation rédox caractéristique et une modification des paramètres secondaires tels que le calcium et les bicarbonates. Une évaluation à l'aide d'un diagramme en rayons suppose bien entendu que les paramètres respectifs ont été mesurés dans les points de mesure représentatifs de la source, du panache et de l'extrémité du panache.
Représentation des résultats des calculs dans des systèmes d'information géographique graphiques, tels que QGIS.
Dommage fictif aux eaux souterraines à la Porta Nigra à Trève
Dans la carte, les résultats des calculs de concentration ont été entrés. Pour dessiner la grille, des polygones de Voronoi ou de Thiessen ont été générés à l'aide de QGIS sur la base des concentrations importées. Les dimensions des cellules de la grille correspondent aux demi-distances calculées.
Par exemple, il pourrait maintenant être vérifié dans quelles zones des mesures d'air ambiant pourraient éventuellement être nécessaires dans les sous-sols, si l'on constatait qu'à partir d'un certain seuil de concentration, il existe un risque que des polluants organiques volatils du sol contaminé puissent se diffuser dans l'air des sous-sols. Je peux également superposer des zones particulièrement sensibles, telles que les jardins d'enfants, les salles de sport, etc., pour les localiser.
Présentation des résultats des calculs dans des systèmes d'information géographique graphiques, tels que QGIS.
Le procédé de pondération des distances inverses (IDW)
Dans l'exemple ci-dessus, une pondération inverse des distances (IDW) a été appliquée aux concentrations exportées à partir de QGIS, ce qui donne un dégradé de couleurs fluide à partir de la représentation en raster de l'évolution des dommages. Cet exemple montre qu'en combinant l'utilisation de deux méthodes, on peut obtenir une meilleure "image" et approfondir la compréhension des processus. Il convient de noter que la véritable contour de la nappe de pollution ne peut jamais être déterminée avec une certitude absolue, même avec un grand nombre de points de mesure de la nappe phréatique et des programmes de modélisation plus précis. Cela rappelle le vieil adage minier selon lequel "il fait sombre devant la pioche".
Fermeture des lacunes dans la clôture de jardin
Comme le montre l'illustration ci-dessus, il n'y a pas de points de mesure des eaux souterraines (étoiles rouges) dans les veines du courant ou dans les colonnes AV et BA. En quelque sorte, deux lattes manquent dans la clôture du jardin. Un point de mesure des eaux souterraines dans la colonne AV serait peut-être souhaitable pour surveiller la situation des polluants dans la zone de la fontaine Petrus sur la place principale, dans la cellule de la grille AV56, car dans notre exemple, cette fontaine puise son eau dans l'aquifère contaminé et, comme la fontaine de la rue des Cloches (AX54), la fontaine Saint-Georges (AS59) et la fontaine Balduin (BE55) dans l'exemple fictif, elle est utilisée à des fins d'approvisionnement en eau potable. Cependant, aucun risque ne peut être exclu pour la fontaine Saint-Georges dans la cellule de la grille AS59, car le ruisseau Weberbach passe entre ce récepteur et la source de pollution, agissant ainsi comme une ligne de démarcation ou un terme qui empêche la propagation des polluants vers le sud et la concentration calculée, sans tenir compte du ruisseau Weberbach, est déjà inférieure au seuil de négligeabilité avec 12.
Mon engagement
E m'engage à remplir votre mission rapidement et de manière fiable en tant que votre partenaire en consultation environnementale et en génie environnemental.
Je vous garantis un traitement rapide et discret de toutes les missions que vous m'avez confiées.
Contact : Conseil TR-EX "Eau & Déchets & Sol"
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