PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

The verification of the estimation of transport and sorption parameters in the MATLAB environment. A column test

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
Mathematical modelling of the migration of pollutants in the groundwater environment requires knowledge of the values of transport and sorption parameters. The aim of this study was 1) to determine the values of advection, dispersion and sorption parameters of selected tracers that are transported through a porous medium, and 2) to verify the applied parameters estimation procedure. The authors examined the migration of a solution containing conservative and reactive tracers (chloride, nitrate, lithium and ammonium ions) through a sample of medium sand. The soil sample for the column test was taken from an aquifer near the Tursko groundwater intake (Wielkopolska province, Poland). The parameter estimation procedure, conducted in the MATLAB environment, included the numerical solution of the differential equations of transport and sorption, and the application of the numerical optimization method. During the identification, the authors tested twelve mathematical models including the advection-dispersion model, as well as single and hybrid (i.e. two-site) sorption models. The authors made a comparison of parameter values obtained by means of the global and local optimization method. The fitting quality was assessed by calculating the root mean square error RMSE and correlation coefficient r. As a result of the research, the authors determined the values of the advection-dispersion parameters: hydraulic conductivity k, effective porosity n e, and longitudinal dispersivity α. The authors found out that the nature oflithium ions migration is best captured by the single sorption model (equilibrium sorption), whereas the nature of ammonium ions migration is by the hybrid model with irreversible sorption. Lithium ions on the tested soil revealed low sorption intensity, ammonium ions showed medium intensity, while nitrate ions were transported at the same rate as chloride ions, exhibiting no retardation. The verification of parameter estimation in the MATLAB environment was carried out by comparing it against the alternative, well-known and often tested method, based on analytical solutions of the transport and sorption equation, combined with optimization within the FIELD and KLUTE-STEP programmes.
Wydawca
Rocznik
Strony
213--227
Opis fizyczny
Bibliogr. 30 poz., wykr., rys., tab.
Twórcy
autor
  • Adam Mickiewicz University in Poznań, Institute of Physical Geography and Environmental Planning; ul. B. Krygowskiego 10, 61-680 Poznań, Poland, okonska@amu.edu.pl
autor
  • Kazimierz Wielki University in Bydgoszcz, Institute of Mechanical Engineering of the Environment and Applied Information Technology; ul. Kopernika 1, 85-074 Bydgoszcz, Poland, mmk@ukw.edu.pl
  • AGH University of Science and Technology, Department of Hydrogeology and Engineering Geology; al. A. Mickiewicza 30, 31-871 Krakow, Poland
autor
  • Adam Mickiewicz University in Poznań, Institute of Physical Geography and Environmental Planning; ul. B. Krygowskiego 10, 61-680 Poznań, Poland
Bibliografia
  • Boutilier L., Jamieson R., Gordon R. & Lake C., 2008. Tranport oflithium Tracer and E. coli in Agricultural Wastewater Treatment Wetlands. Water Quality Research Journal of Canada, 43, 2/3, 110–117.
  • Cameron D.R. & Klute A., 1977. Convective-dispersive solute transport with a combined equilibrium and kinetic adsorption model. Water Resources Research, 13, 183–188.
  • Coleman T.F. & Li Y., 1994. On the convergence of reflective Newton methods for large-scale nonlinear minimization subject to bounds. Mathematical Programming, 67, 2, 189–224.
  • Deng H., Dai Z., Wolfsberg A.V., Ye M., Stauffer Ph.H., Lu Z. & Kwicklis E., 2013. Upscaling retardation factor in hierarchical porous media with multimodal reactive mineral facies. Chemosphere, 91, 3, 248–257.
  • Dragon K., Kasztelan D., Górski J. & Najman J., 2016. Influence of subsurface drainage systems on nitrate pollution of water supply aquifer (Tursko well-field, Poland). Environmental Earth Sciences, 75, 100. DOI: 10.1007/s12665- 015-4910-9.
  • Fernandez-Garcia D., Illangasekare T.H. & Rajaram H., 2004. Conservative and sorptive forced-gradient and uniform flow tracer tests in a three-dimensional laboratory test aquifer. Water Resources Research, 40, W10103. DOI:10.1029/2004WR003112.
  • Fetter C.W., 2001. Applied Hydrogeology. Prentice-Hall Inc., Upper Saddle River, New Jersey.
  • Fohrmann G., Małoszewski P. & Seiler K.-P., 2001. Experimental determination of the copper & antimony mobility in calcareous and none-calcareous aquifer sediments in columns and 1-D reactive transport modeling. [in:] Seiler K.-P. & Wohnlich S. (eds.), New Approaches Characterizing Groundwater Flow, A.A. Balkema, Lisse, 315 –319.
  • Gomez-Hernandez J.J., Fu J. & Fernandez-Garcia D., 2006. Upscaling retardation factors in 2-D porous media. [in:] Calibration and Reliability in Groundwater Modeling: From Uncertainty to Decision Making, IAHS Publication, 304, IAHS, 130–136.
  • Hendry M.J., Lawrence J.R. & Małoszewski P., 1999. Effects of velocity on the transport of two bacteria through saturated sand. Ground Water, 37, 1, 103–112.
  • Jellali S., Diamantopoulos E., Kallali H., Bennaceur S., Anane M. & Jedidi N., 2010. Dynamic sorption of ammonium by sandy soil in fixed bed columns: Evaluation of equilibrium and non-equilibrium transport processes. Journal of Environmental Management, 91, 897–905.
  • Katalog parametrów hydrogeologicznych, 2016, [on-line:] www. hydrometria.amu.edu.pl/badania-naukowe/badania-kolumnowe-migracji-zanieczyszczen/ [access: 20.01.2017].
  • Kleczkowski A.S., 1984. Ochrona wód podziemnych. Wyd. Geologiczne, Warszawa.
  • Leibundgut C., Małoszewski P. & Külls C., 2009. Tracers in Hydrology. Wiley-Blackwell, Sussex.
  • Małoszewski P., 1981. Computerprogramm Field für die Berechnung der Dispersion und der effektiven Porosität in geschichteten porösen Medien. GSF-Bericht R 269, Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung, München-Neuherberg.
  • Małoszewski P., 1997. Program Klute-Step (Version for step function). Neuherberg.
  • Małecki J.J, Nawalany M., Witczak S. & Gruszczyński T., 2006. Wyznaczanie parametrów migracji zanieczyszczeń w ośrodku porowatym dla potrzeb badań hydrogeologicznych i ochrony środowiska. Poradnik metodyczny. Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Warszawa.
  • Marciniak M,. Kaczmarek M., Okońska M. & Kazimierska-Drobny K., 2009. Identyfikacja parametrów hydrogeologicznych z zastosowaniem numerycznej symulacji krzywej przejścia oraz metod optymalizacji. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
  • Moazed H., 2008. Ammonium ion removal from wastewater by a natural resin. Journal of Environmental Science and Technology, 1, 11–18.
  • Nocedal J. & Wright S. J., 2006. Numerical Optimization. Springer Series in Operations Research, Springer Verlag.
  • Okońska M., 2006. Identyfikacja parametrów migracji zanieczyszczeń w porowatym ośrodku hydrogeologicznym metodą modelowania eksperymentu kolumnowego. Geologos – Uniwersytet im. Adama Mickiewicza. Instytut Geologii, 9, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
  • Okońska M., Kaczmarek M., Małoszewski P. & Marciniak M., 2016. Identyfikacja parametrów filtracji i migracji z wykorzystaniem eksperymentu kolumnowego i optymalizacji w środowisku obliczeniowym MATLAB. [in:] Witczak S. & Żurek A. (red.), Praktyczne metody modelowania przepływu wód podziemnych, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Kraków, 175–185.
  • Osmęda-Ernst E. & Witczak S., 1991. Niektóre problemy związane z laboratoryjnymi badaniami parametrów migracji metali ciężkich w wodach podziemnych. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Sozologia i Sozotechnika, 1367, 31, 9–27.
  • Parker J.C. & van Genuchten M.Th., 1984. Determining transport parameters from laboratory and field tracer experiments. Virginia Agricultural Experiment Station Bulletin, 84-3, Virginia Agricultural Experiment Station, Blacksburg.
  • Reimus P.W., Haga M.J., Adams A.I., Callahan T.J., Turin H.J. & Counce D.A., 2003. Testing and parameterizing a conceptual solute transport model in saturated fractured tuff using sorbing and nonsorbing tracers in cross-hole tracer tests. Journal of Contaminant Hydrology, 62–63, 613–636.
  • Toride N., Leij F.J. & van Genuchten M.Th., 1995. The CXTFIT code for estimating transport parameters from laboratory or field tracer experiments. Version 2.0. Research Report No. 137, U. S. Salinity Laboratory, USDA, ARS, Riverside, CA.
  • Weber W.J. Jr., Mcginley P.M. & Katz L.E., 1991. Sorption phenomena in subsurface systems: Concepts, models and effects on contaminant fate and transport. Water Research, 25, 499–528.
  • Witczak S., Kania J. & Kmiecik E., 2013. Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Warszawa.
  • Wrenn B.A., Suidan M.T., Strohmeier K.L., Eberhart B.L., Wilson G.J. & Venosa A.D., 1997. Nutrient transport during bioremediation of contaminated beaches: evaluation with lithium as a conservative tracer. Water Research, 31, 3, 515–524.
  • Venkataraman P., 2009. Applied optimization with MATLAB programming. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey.
Uwagi
PL
Opracowanie w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-42da01a7-fdcc-48b1-9556-47d22a23fa3a
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.