Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Scale problems in assessment of hydrogeological parameters of groundwater flow models

Nawalany M., Sinicyn G.

Geologos

|

2015

|

Vol. 21, No. 3

179--185

EN

An overview is presented of scale problems in groundwater flow, with emphasis on upscaling of hydraulic conductivity, being a brief summary of the conventional upscaling approach with some attention paid to recently emerged approaches. The focus is on essential aspects which may be an advantage in comparison to the occasionally extremely extensive summaries presented in the literature. In the present paper the concept of scale is introduced as an indispensable part of system analysis applied to hydrogeology. The concept is illustrated with a simple hydrogeological system for which definitions of four major ingredients of scale are presented: (i) spatial extent and geometry of hydrogeological system, (ii) spatial continuity and granularity of both natural and man-made objects within the system, (iii) duration of the system and (iv) continuity /granularity of natural and man-related variables of groundwater flow system. Scales used in hydrogeology are categorised into five classes: micro-scale – scale of pores, meso-scale – scale of laboratory sample, macro-scale – scale of typical blocks in numerical models of groundwater flow, local-scale – scale of an aquifer/aquitard and regional-scale – scale of series of aquifers and aquitards. Variables, parameters and groundwater flow equations for the three lowest scales, i.e., pore-scale, sample-scale and (numerical) block-scale, are discussed in detail, with the aim to justify physically deterministic procedures of upscaling from finer to coarser scales (stochastic issues of upscaling are not discussed here). Since the procedure of transition from sample-scale to block-scale is physically well based, it is a good candidate for upscaling block-scale models to local-scale models and likewise for upscaling local-scale models to regional-scale models. Also the latest results in downscaling from block-scale to sample scale are briefly referred to.

2

Groundwater and mass transport modelling for documentation and protection of groundwater resources

Nawalany M., Przybyłek J., Staśko S.

Przegląd Geologiczny

|

2010

|

Vol. 58, nr 9/1

816-823

EN

Short history of mathematical modeling of groundwater flow and transport in Poland is described. It shows brilliant and long tradition of this advanced aspect of hydrogeology. Mathematical modeling has been extensively used in Poland for years in solving practical problems concerning mainly groundwater abstraction, protection of groundwater resources and, recently, as a routine tool for environmental impact assessment whenever groundwater is involved. Use of numerical models in documenting groundwater resources and conditions of their restoration within regional water balance units are recalled. In particular - documenting admissible volumes of groundwater to be abstracted including wells operating in river valleys, determining protection zones for water supply wells and groundwater reservoirs, in particular for major groundwater basins (in Polish: GZWP), investigating optimal ways of abstracting fresh groundwater in areas where mineral waters occur, investigating alternative groundwater sources for supplying large agglomerations. Three examples: defining changes in groundwater chemical composition in conditions of intensive anthropogenic stress on the environment - impact from urban and industrial waste landfills, agriculture, transportation and municipal facilities on groundwater; coexistence of fresh and mineral waters and, finally, quantitative assessments of impacts from open-pit mines on groundwater in the mining stricken area are described in more detail. Last paragraph of the paper is a future looking assessment of aspects of mathematical modeling in Polish hydrogeology that need to be further developed. The aspects concern scientific issues like: scale problem, inverse problems and chemical reactions in subsoil. Also a need of developing specialized software, setting hardware infrastructure and training staff are addressed as the necessary conditions for keeping pace with world's hydrogeology.

3

The velocity oriented approach revisited

Nawalany M., Zijl W.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2010

|

nr 441 Hydrogeologia z. 10

113--121

EN

A great deal of hydrogeological situations requires an extremely accurate calculation of the 3-dimensional groundwater discharge rates in the subsoil. Examples are: hydrology of wetlands, water balances of aquatic ecosystems depending on groundwater recharge, river-groundwater interaction, advective transport of pollution underneath waste disposal sites, particle trajectories in aquifer-aquitard systems with contrasting heterogeneities and many others. Numerical determination of the vertical groundwater velocity is a notoriously difficult problem. In nature this component may be two or three orders of magnitude smaller than the horizontal velocity components. In such cases application of Darcy’s law to the numerically calculated hydraulic heads obtained from a finite difference or finite element model may lead to relatively inaccurate vertical velocities. More specifically, when estimating vertical velocity components in cases where the Dupuit approximation – negligible vertical head gradient – holds, numerical differentiation of hydraulic heads yields zero vertical velocity. In the 1980s of the last century Zijl and Nawalany proposed to invert the order of calculating the velocity field by eliminating the head from Darcy’s law and to consider the Darcy velocity as the primary variable. For 2-dimensional flow this was already common practice and the challenge was a 3-dimensional extension, which was called the Velocity Oriented Approach (VOA). In two dimensions such methods were conventionally based on a stream function as primary variable. However, at that time application of a 3D stream function was not feasible and, therefore, the Darcy velocity itself was considered as the primary variable. This approach has been proven to yield a high accuracy for all three components of the specific discharge, including the relatively small vertical component, especially in cases where the subsoil is smoothly heterogeneous in the horizontal directions. In the 1990s the mixed-hybrid finite element method was developed. The physical interpretation of this method shows the way how to liberate the VOA from its smoothness requirement by introduction of a practical applicable 3D stream function. In conclusion, the velocity oriented approach indicates a change in paradigm regarding the accurate calculation of specific discharge in groundwater flow.

4

Modelowanie transportu substancji podlegających procesom fizykochemicznym i reakcjom chemicznym w strumieniu wód podziemnych

Nawalany M.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2008

|

nr 431, Hydrogeologia

169--177

PL

Artykuł zawiera przegląd aktualnych problemów badawczych towarzyszących modelowaniu matematycznemu transportu substancji, które w strumieniu wód podziemnych podlegają procesom fizykochemicznym lub reakcjom chemicznym. Na wstępie omówiono motywy uzasadniające pilną konieczność poszukiwania rozwiązań o charakterze praktycznym oraz odpowiedzi na szereg związanych z nimi fundamentalnych pytań teoretycznych. Następnie przedyskutowano zagadnienia podstawowe dotyczące formułowania modeli matematycznych tych procesów w odpowiedniej skali.W szczególności przedstawiono problemy związane z metodyką przejścia ze skal niższych do wyższych, która z punktu widzenia zastosowań jest najbardziej interesująca. Zaczerpnięty z literatury przykład transportu substancji podlegających sorpcji zilustrował problemy, jakie występują w przypadku zmiany skali. Podobne kwestie dotyczą także sytuacji, w których w strumieniu wody podziemnej zachodzą reakcje chemiczne. Na koniec krótko omówiono wyzwania o charakterze naukowym, jakie stawia modelowanie procesów fizykochemicznych i reakcji chemicznych w strumieniu wód podziemnych.

EN

The article presents an overview of the research problems accompanying the mathematical modelling of reactive transport of substances which undergo physical-chemical processes or chemical reactions in groundwater flow. In the introductory part motives that justify an urgent need for finding practical and theoretical solutions are discussed. There are discussed basic issues concerning formulation of mathematical physics models of these processes in the appropriate scales. In particular, problems arising in up-scaling is illustrated by an example involving process of sorption in groundwater flow, cited from the literature. Similar problems arise also in the presence of chemical reactions in groundwater. The article is concluded with a short overview of scientific challenges set by mathematical modelling of reactive transport in subsoil.

5

Stymulacja procesu napełnienia i opróżnienia zbiornika wyrównawczo-mieszankowego

Juszka H., Nawalany M.

Problemy Inżynierii Rolniczej

|

2003

|

R. 11, nr 1

89--96

PL

Wyniki badań symulacyjnych proponowanego systemu przedstawiono na wykresach ilustrujących oszczędności czasowe, które można osiągnąć przez modernizację działu pakowni. Największy wzrost wydajności dział ten osiągnie przy realizacji małych zamówień (poniżej 1 tony). Najmniejsze oszczędności czasu nowy system przynosi w przypadku napełniania komory do pełna (12 ton), ponieważ linia zasypowa zostaje wtedy wyłączona automatycznie. W proponowanym systemie automatycznego sterowania przewiduje się, na skutek takiego zapotrzebowania, produkcję mąki "na życzenie klienta", czyli pod indywidualne zamówienie. Zastosowanie procentowników elektronicznych daje możliwość sporządzenia dowolnej mieszanki mącznej o ściśle sprecyzowanych właściwościach.

EN

Paper presented the results of simulation study conceming the system of automatic filling and emptying of the flour mixing chambers. Time savings, possible to obtain through modernization of the packing section in amill, were illustrated on diagrams. The highest increase of throughput in this section is attainable at realization of small orders (batches below 1 ton).

6

Automatyczne sterowanie napełnianiem komór mieszankowych

Juszka H., Nawalany M.

Problemy Inżynierii Rolniczej

|

2003

|

R. 11, nr 1

81--88

PL

Przedstawiono opis i schemat systemu sterowania pakowania, mieszania i ekspedycji mąki. Zapewnia on kontrolę stanu napełnienia komór, programowanie żądanej ilości mąki w zbiorniku wyrównawczo-mieszankowym na linii pakowania jednostkowego. Dzięki zastosowaniu procentowników elektronicznych u wylotu każdej z trzech komór mieszankowych, w których znajduje się mąka o różnych własnościach, istnieje możliwość płynnej zmiany parametrów końcowego produktu.

EN

The system of automatic control for packing, mixing and flour expedition section in a mili was developed; its scheme was presented, too. Proposed system enables: programming of required flour quantity in the packing line; automatic filling control of mixing-levelling chamber; reduction of packing machine down-time; better work organization of packing section operators; easy incorporation of the system to existing equipment,

7

Analiza pracy zbiornika mieszankowego

Juszka H., Nawalany M.

Problemy Inżynierii Rolniczej

|

2003

|

R. 11, nr 1

73--80

PL

Przedstawiono charakterystyki napełniania i opróżniania zbiornika oraz przestojów w pracy maszyny pakującej mąkę, odpowiadające najczęściej spotykanym zamówieniom od kontrahentów - 1,10, 12, 20, 50 ton. Zwrócono uwagę na stosunkowo długi czas przestoju maszyny pakującej (20-100) min, co łącznie wydłuża realizację zamówienia. Wskazano na konieczność dalszej automatyzacji badanego odcinka technologicznego.

EN

Characteristics of filiing and emptying of the flour container were presented as well as the down-times of flour packing machine related to most often ordered flour batches - 1, 10, 12, 20, 50 ton. Attention was pajd to relatively long time of packing machine down-time (20-100 min) what prolongs the total time of realizing an order. The necessity of further automation of investigated technological mill section was pointed out.

8

Zagadnienie skali w hydrogeologii

Nawalany M.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

1999

|

nr 388 Hydrogeologia

179-189

PL

Zagadnienie skali parametrów fizycznych opisujących przepływ i transport w ośrodku porowatym zostało omówione głównie w aspekcie jego ważności dla modelowania podstawowych procesów hydrogeologicznych - filtracji oraz transportu zanieczyszczeń w utworach hydrogeologicznych. Oprócz przedstawienia definicji podstawowych pojęć, w artykule omówiono współczesne metody teoretyczne i numeryczne, umożliwiające analizowanie problemu skali oraz wytyczanie przyszłych kierunków badań w tej dziedzinie.

EN

Problem of up-scaling of physical parameters that describe flow and mass transport in porous media is discussed mainly from point of view of mathematical modelling of basic hydrogeological processes - filtration and pollution transport in rocks. In addition to presentation of definitions of major notions the article describes the modern theoretical and numerical methods that allow for analysing the scale problem and specifying directions of future research in this area.

9

Zastosowanie modelu matematycznego dopływu zanieczyszczeń z rzeki do studni ujęcia infiltracyjnego - przypadek ujęcia w gminie Gorzyce

Kochanek K., Czyżkowski B., Nawalany M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

1998

|

z. 26

91-101

PL

W pracy przedstawiono przykład praktycznego zastosowania analitycznych metod wyznaczania zmiennego w czasie stężenia zanieczyszczenia wody w studniach ujęcia infiltracyjnego (metody te zostały opisane w artykule pt. "Model matematyczny dopływu zanieczyszczeń z rzeki do ujęcia infiltracyjnego"). Porównano i opisano wyniki otrzymane z numerycznego odpowiednika metod analitycznych dla kilkunastu zestawów zmiennych wejściowych, opartych na przypadku infiltracyjnego ujęcia wód podziemnych, budowanego w gminie Gorzyce (województwo tarnobrzeskie).

EN

Following a brief description of the analytical formulae determining time-dependence of contaminant concentraction in wells within an infiltration intake of groundwater, the paper focuses on a real life appplication of the formulae. The groundwater intake built in Gorzyce (Tarnobrzeg Voivodship) is used as a case study. A series of breakthrough curves the intake is analysed. Dependence of pollution concentration in abstracted water on hydraulic and geometric parameters of the aquifer is discussed.

10

Model matematyczny dopływu zanieczyszczeń z rzeki do studni ujęcia infiltracyjnego

Kochanek K., Czyżkowski B., Nawalany M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

1998

|

z. 26

79-90

PL

Niniejszy artykuł przedstawia analityczne rozwiązanie zagadnienia dopływu zanieczyszczeń z rzeki do studni ujęcia infiltracyjnego. Przedstawiono wyprowadzenie wzorów na czas dopływu zanieczyszczeń z rzeki do studni, tor cząstek w warstwie wodośnej oraz przebieg czasowy stężenia substancji zanieczyszczających w wodzie ujmowanej studni. Rozważono dwie sytuacje hydrogeologiczne występowania wód podziemnych w warstwach wodonośnych - przepływ wody w warstwie o charakterze naporowym oraz w warstwie o charakterze swobodnym.

EN

This article presents an analytical solution to the problem of the pollution of an infiltration intake by contaminants from a river. The derivation of formulae describing the shape of the contaminant particle trajectory in the aquifer, particle travelling time and the time variation of the contaminant concentration in groundwater is given. Analytical breakthrough curves are derived for unconfined and confined groundwater flow situation.

11

Model hydrodynamiki zbiornika zegrzyńskiego

Filocha M., Nawalany M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

1998

|

z. 26

103-126

PL

W niniejszej pracy opisany został numeryczny model hydrodynamiki Zbiomika Zegrzyńskiego zbudowany na komputerowym systemie modelowania TELEMAC. Model ten, uwzględniający rzeczywistą batymetrię zbiomika, fizyczne właściwości wody, pomierzone dopływy, miał za zadanie estymować rozkład uśrednionych po głębokości prędkości wody, oraz wysokości lustra wody dla całego rozpatrywanego obszaru w dowolnej chwili czasowej. Numeryczne wartości pola prędkości mogą być podstawą do obliczeń wielkości chemicznych, fizycznych i biologicznych charakteryzujących jakość wody w zbiorniku.

EN

The paper presents a shallow water hydrodynamic model applied to a case study of the Zegrzyński Reservoir in Poland. The model, named TELEMAC, was developed in France and based on the finite element method. The TELEMAC code solves depth-averaged free surface flow Saint-Venant equations. At each node of the discretization mesh the depth of water aod depth-averaged velocity components are approximated. Computation of passive tracer and user-defined variables is also possible. The latter can be considered the main advantage of the TELEMAC system. The model contains a built-in triangular mesh generator which enables the description of the complex topography of the modelled object with specified accuracy. In the paper guidelines for obtaining and preparing bathymetric information, building the mesh and choosing numerical parameters are given. Also examples of the velocity fileld, trajectories and izochrones of the passive tracer as well as the concentration field of the tracer the use of TELEMAC, are presented.

12

Interpretacja stochastyczna wyników badań geochemicznych wód podziemnych w rejonie Huty Ostrowiec

Książek M., Nawalany M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

1998

|

z. 26

57-78

PL

W pracy przedstawiono interpretację statystyczną wyników badań geochemicznych wód podziemnych w rejonie Huty Ostrowiec. Analiza miała na celu wskazać genezę obserwowanych zanieczyszczeń i rozgraniczyć obszary będące pod wpływem dwóch różnych źródeł zanieczyszczeń, tj. pod wpływem składowiska odpadów przemysłowych i pod wpływem zanieczyszczeń przedostających się do wód podziemnych wraz z wodami opadowymi z pyłów zdeponowaanych na powierzchni terenu wokół Huty. Zmiany stężeń substancji zanieczyszczających w wodach podziemnych w czasie i przestrzeni zinterpretowano wykorzystując aparat analizy szeregów czasowych oraz analizy przestrzennej. Wyniki analizy pozwalają wnioskować, iż głównym źródłem zanieczyszczeń w wodach podziemnych w okolicy Huty Ostrowiec są pyły pochodzące z niezorganizowanej emisji elektrostalowni Huty.

EN

The paper presents a stochastic interpretation of a geochemical analysis of the groundwater contamination in the vicinity of the Huta Ostrowiec steel plant. The aim of the paper is to indicate the origin of groundwater contamination and to discriminate areas affected by two different sources of pollution i.e. by industrial waste disposal and by dust emitted from the electric furnaces of Huta Ostrowiec and deposited on the ground. Time and space variation of the contaminants concentration in groundwater were analysed and interpreted using the time series approach and spatial analysis tools. The major conclusion of the paper is that dust emitted from the electric furnaces and deposited on the ground is the main source of groundwater contamination in the Huta Ostrowiec steel plant region.