Contaminant transport in groundwater induces major threat and harmful effect on the environment; hence, the fate of the contaminant migration in groundwater is seeking a lot of attention. In this paper a two dimensional numerical flow and transport model through saturated layered soil is developed. Groundwater flow and solute transport has been simulated numerically using proposed model. The model implements the finite volume time splitting method to discretize the main equations. The performance, accuracy and efficiency of the out coming numerical models have been successfully examined by two test cases. The verification test cases consist of two-dimensional, groundwater flow and solute transport. The final purpose of this paper is to discuss and compare the shape of contaminant plume in homogeneous and heterogeneous media with different soil properties and control of solute transport using a zone for minimizing the potential of groundwater contamination; furthermore, this model leads to select the effective and optimum remedial strategies for cleaning the contaminated aquifers.
Park, Chung-Kyun;Lee, Jae-Kwang;Baik, Min-Hoon;Jeong, Jong-Tae
Nuclear Engineering and Technology
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v.44
no.1
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pp.79-88
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2012
Migration tests were performed with conservative tracers in a fractured zone that had a single fracture of about 2.5 m distance at the KURT. To interpret the migration of the tracers in the fractured rock, a solute transport model was developed. A two dimensional variable aperture channel model was adopted to describe the fractured path and hydrology, and a particle tracking method was used for solute transport. The simulation tried not only to develop a migration model of solutes for open flow environments but also to produce ideas for a better understanding of solute behaviours in indefinable fracture zones by comparing them to experimental results. The results of our simulations and experiments are described as elution and breakthrough curves, and are quantified by momentum analysis. The main retardation mechanism of nonsorbing tracers, including matrixdiffusion, was investigated.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2000.11a
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pp.69-73
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2000
We systematically analyze the influence of fracture junction, solute transfer characteristics on transport patterns in discrete, two-dimensional fracture network models. Regular lattices and random fracture networks with power-law length distributions are considered in conjunction with particle tracking methods. Solute transfer probabilities at fracture junctions are determined from analytical considerations and from simple complete mixing and streamline routing models. For regular fracture networks, mixing conditions at fracture junctions are always dominated by either complete mixing or streamline routing end member cases. Moreover bulk transport properties such as the spreading and the dilution of solute are highly sensitive to the mixing rule. However in power-law length networks there is no significant difference in bulk transport properties, as calculated by assuming either of the two extreme mixing rules. This apparent discrepancy between the effects of mixing properties at fracture junctions in regular and random fracture networks is explained by the statistics of the coordination number and of the flow conditions at fracture intersections. We suggest that the influence of mixing rules on bulk solute transport could be important in systematic orthogonal fracture networks but insignificant in random networks.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2002.05b
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pp.1027-1033
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2002
The solute transport in a two-dimensional heterogeneous porous medium is numerically studied by using a random walk particle tracking (RWPT) method. Lognormally isotropic hydraulic conductivity fields are generated by using the turning band methods with mean zero and four different values of standard deviation. The numerical transport experiments are carried out to investigate the large time and spatial effects of the variable pore velocity field on solute plumes. The behavior of the solute plume through numerical simulations is presented in terms of longitudinal and transverse spatial moments: displacement of center-of-mass, plume spread variance and skewness coefficient. It was observed that the dispersive behavior of the solute plume is strongly affected by the degree of heterogeneity in the flow domain.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2001.09a
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pp.27-30
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2001
Flow and transport at fracture intersections, and their effects on network scale transport, are investigated in three-dimensional random fracture networks. Fracture intersection mixing rules complete mixing and streamline routing are defined in terms of fluxes normal to the intersection line between two fractures. By analyzing flow statistics and particle transfer probabilities distributed along fracture intersections, it is shown that for various network structures with power law size distributions of fractures, the choice of intersection mixing rule makes comparatively little difference in the overall simulated solute migration patterns. The occurrence and effects of local flows around an intersection (local flow cells) are emphasized. Transport simulations at fracture intersections indicate that local flow circulations can arise from variability within the hydraulic head distribution along intersections, and from the internal no flow condition along fracture boundaries. These local flow cells act as an effective mechanism to enhance the nondiffusive breakthrough tailing often observed in discrete fracture networks. It is shown that such non-Fickian (anomalous) solute transport can be accounted for by considering only advective transport, in the framework of a continuous time random walk model. To clarify the effect of forest environmental changes (forest type difference and clearcut) on water storage capacity in soil and stream flow, watershed had been investigated.
The time-series resident solute concentrations, monitored at two field plots using the automated 144-channel TDR system by Kim (this issue), are used to investigate the dominant transport mechanism at field scale. Two models, based on contradictory assumptions for describing the solute transport in the vadose zone, are fitted to the measured mean breakthrough curves (BTCs): the deterministic one-dimensional convection-dispersion model (CDE) and the stochastic-convective lognormal transfer function model (CLT). In addition, moment analysis has been performed using the probability density functions (pdfs) of the travel time of resident concentration. Results of moment analysis have shown that the first and second time moments of resident pdf are larger than those of flux pdf. Based on the time moments, expressed in function of model parameters, variance and dispersion of resident solute travel times are derived. The relationship between variance or dispersion of solute travel time and depth has been found to be identical for both the time-series flux and resident concentrations. Based on these relationships, the two models have been tested. However, due to the significant variations of transport properties across depth, the test has led to unreliable results. Consequently, the model performance has been evaluated based on predictability of the time-series resident BTCs at other depths after calibration at the first depth. The evaluation of model predictability has resulted in a clear conclusion that for both experimental sites the CLT model gives more accurate prediction than the CDE model. This suggests that solute transport at natural field soils is more likely governed by a stream tube model concept with correlated flow than a complete mixing model. Poor prediction of CDE model is attributed to the underestimation of solute spreading and thus resulting in an overprediction of peak concentration.
This paper performs two-dimensional numerical simulation of surface water-groundwater coupled flow and solute transport to investigate the effect of the hyporheic exchange at the sediment-water interface (SWI) on surface solute transport. For the impermeable bed case in the absence of hyporheic flow, the trapping effect of flow recirculation associated with the ripple bed controls the shape of breakthrough curves (BTCs). However, the permeable bed case with hyporheic flow stimulates the extended tailing of the BTCs more significantly due to the elevated concentration of the BTC tailing resulting from slow hyporheic velocity. Also, the increased bottom pressure at the SWI with an increase in surface velocity shortens the BTC tailing because of increasing hyporheic velocity. These results infer that hyporhiec flow is critically important in predicting solute residence times in surface water.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.2
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pp.123-140
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2009
The effect of a solute concentration difference on the osmotic transport of water through the semi-permeable membrane of a simple cell model is investigated. So far, most studies on osmotic phenomena are described by simple diffusion-type equations ignoring all fluid motion or described by Stokes flow. In our work, as the governing equations, we consider the coupled full Navier-Stokes equations which describe the fluid motion and the full transport equation that takes into account of convection and diffusion effects. A two dimensional finite difference model has been developed to simulate the velocity field, concentration field, and semi-permeable membrane movement. It is shown that the cell swells to regions of lower solute concentration due to the uneven water flux through the semi-permeable membrane. The simulation is applied on a red blood cell geometry and the relevant results are presented.
Numerical simulations for fluid flow and solute transport in a fracture rock masses are performed by using a transient flow model, which is based on the three-dimensional stochastic and discrete fracture network model (DFN model) and is coupled hydraulic model with mechanical model. In the numerical simulations of the solute transport, we used to the particle following algorithm which is similar to an advective biased random walk. The purpose of this study is to predict the response of the tracer test between two deep bore holes (GPK1 and GPK2) implanted at Soultz sous Foret in France, in the context of the geothermal researches.l The data sets used are obtained from in situcirculating experiments during 1995. As the result of the transport simulation, the mean transit time for the non reactive particles is about 5 days between two bore holes.
In this paper, solute transport in heterogeneous aquifers using a modified Fokker-Planck equation (MFPE) is investigated. This newly developed mathematical model is characterised with a time-, scale-dependent dispersivity. A two-dimensional finite volume quadrilateral mesh method (FVQMM) based on a quadrilateral background interpolation mesh is developed for analysing the model. The FVQMM transforms the coupled non-linear partial differential equations into a system of differential equations, which is solved using backward differentiation formulae of order one through five in order to advance the solution in time. Three examples are presented to demonstrate the model verification and utility. Henry's classic benchmark problem is used to show that the MFPE captures significant features of transport phenomena in heterogeneous porous media including enhanced transport of salt in the upper layer due to its parameters that represent the dependence of transport processes on scale and time. The time and scale effects are investigated. Numerical results are compared with published results on the some problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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