Adapting the bundle of capillary tubes model (BCTM) for vertical soil solute transport modelling
(2019) MVEM12 20191Studies in Environmental Science
- Abstract
- This study explores an approach for adapting the bundle of capillary tubes soil model for vertical soil solute transport modelling. The soil is split into thin layers allowing vertical water flow between capillaries of differing width with concomitant advective flow of solutes. Diffusion is included to improve realism. Modelling software is developed to apply the proposed adaption. Case studies are performed to test the software. The transport modelling reacts in a way which makes qualitative sense to physical soil factors as well as chemical properties of modelled compounds.
- Popular Abstract (Swedish)
- Modelleringsmjukvara för läckage av föroreningar till grundvatten
Det finns en stor mängd förorenad mark i Sverige. För att kunna uppskatta läckagerisken till grundvatten behövs enkla modelleringsverktyg som utgår från relativt billig och lättmätt data. Jag har utvecklat en modell och mjukvara för modellering av läckage utifrån markpartiklarnas storleksdistribution och litteraturvärden.
I det här arbetet beskrivs en adaptering av en klassisk markmodell som använts med stor framgång för att modellera vertikalt vattenflöde i 70 år till modellering av vertikal transport i samband med flödet. Den modell som adapterats beskriver marken som en samling lodräta tuber med olika storlekar, antalet tuber med olika storlekar beroende på... (More) - Modelleringsmjukvara för läckage av föroreningar till grundvatten
Det finns en stor mängd förorenad mark i Sverige. För att kunna uppskatta läckagerisken till grundvatten behövs enkla modelleringsverktyg som utgår från relativt billig och lättmätt data. Jag har utvecklat en modell och mjukvara för modellering av läckage utifrån markpartiklarnas storleksdistribution och litteraturvärden.
I det här arbetet beskrivs en adaptering av en klassisk markmodell som använts med stor framgång för att modellera vertikalt vattenflöde i 70 år till modellering av vertikal transport i samband med flödet. Den modell som adapterats beskriver marken som en samling lodräta tuber med olika storlekar, antalet tuber med olika storlekar beroende på markpartiklarnas storlek (sandig mark har mindre tuber än grusig mark). För att modellera transport krävs förutom en statistisk beskrivning av vattenflödet även en statistisk fördelning av transporterade partiklar, både mellan markbundet och vattenlöst tillstånd samt mellan snabbt och långsamt flytande vatten.
Min lösning på fördelningen mellan markbundet och vattenlöst tillstånd var en enkel partitionskoefficient på lokal nivå. För att skapa en så realistisk fördelning som möjligt mellan snabb och trögflytande vatten introducerades två möjligheter för omfördelning baserade på de två huvudsakliga transportsätten för vattenlösta ämnen, advektion och diffusion. För att inkludera advektionens bidrag justerades den fysiska modellen. Istället för att modellera marken mellan yta och grundvatten som en samling långa rör som går hela vägen hackades modellen upp i centimetertjocka lager. Flödet mellan olika lager definierades enligt principen ’minst fylls först’ vilket motiveras av kapillärkraften som orsakar att små porer suger upp vatten som en papperstuss. Denna justering tillåter vatten och därmed lösta partiklar att rinna genom tuber av olika tjocklek på sin väg ner till grundvattnet vilket bättre simulerar transportvägen genom mark än de långa tuber som ingår i den klassiska tubmodellen. I riktigt smala tuber står dock vattnet mestadels stilla eftersom de hålls kvar av kapillärkraften. För att inte dessa ska hålla kvar föroreningar orealistiskt länge introducerades dessutom en diffusionsmodell som tillåter transport av föroreningar mellan tuber av olika tjocklek och intilliggande lager.
Modellen testades genom programmering av en modelleringsmjukvara som utgår ifrån modellen. Mjukvaran testades i sin tur genom modellering av extrema markförhållanden och ett par riktiga förorenade marker med hjälp av data från Niras. Modellens prediktionsförmåga återstår att kalibreras med och testas mot empirisk tidsseriedata. Modelleringsprogrammet visade däremot realistisk respons på lätttillgängligt input i form av nederbörd, marksilningsresultat, organiskt innehåll och partitionskoefficienter. Resultatet i form av lodrät föroreningstransport och läckage till grundvattnet är enkelt att skala upp och utgör användbart beslutsunderlag vid frågor om sanering och grundvattenföroreningsrisk. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8974529
- author
- Larsson, Martin LU
- supervisor
- organization
- course
- MVEM12 20191
- year
- 2019
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- soil solute vertical transport modelling vadose
- language
- English
- id
- 8974529
- date added to LUP
- 2019-07-04 14:12:08
- date last changed
- 2019-07-04 14:12:08
@misc{8974529,
abstract = {{This study explores an approach for adapting the bundle of capillary tubes soil model for vertical soil solute transport modelling. The soil is split into thin layers allowing vertical water flow between capillaries of differing width with concomitant advective flow of solutes. Diffusion is included to improve realism. Modelling software is developed to apply the proposed adaption. Case studies are performed to test the software. The transport modelling reacts in a way which makes qualitative sense to physical soil factors as well as chemical properties of modelled compounds.}},
author = {{Larsson, Martin}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Adapting the bundle of capillary tubes model (BCTM) for vertical soil solute transport modelling}},
year = {{2019}},
}