Μεταφορά αντιδραστικής διαλυμένης ουσίας σε ασύμμετρο σύστημα μήτρας θραύσεως-βράχου
Η κατανόηση της μεταφοράς αντιδραστικής διαλυμένης ουσίας σε ένα σύστημα μήτρας μονής θραύσης-πετρώματος είναι η βάση για τη μελέτη της συμπεριφοράς μεταφοράς στα πολύπλοκα σπασμένα πορώδη μέσα. Η ποσοτικοποίηση της μεταφοράς διαλυμένης ουσίας στο σύστημα θραύσης είναι απαραίτητη για την αξιολόγηση της μακροπρόθεσμης τύχης της μεταφοράς διαλυμένης ουσίας και τον χαρακτηρισμό της ανακατανομής της μόλυνσης. Με ασύμμετρες ιδιότητες μεταφοράς στις μήτρες πετρωμάτων, η μεταφορά αντιδραστικής διαλυμένης ουσίας στη μήτρα μεμονωμένης θραύσης-πέτρας πρέπει να αντιμετωπίζεται ως ένα συζευγμένο πρόβλημα τριών τομέων.
Προηγουμένως, οι Zhu et al. (2016) παρείχε μια αναλυτική λύση για τη μεταφορά διαλυμένης ουσίας στο σύστημα θραύσης-μήτρας χωρίς να ληφθεί υπόψη η διασπορά. Οι Zhou et al. (2017) εξέτασε τη μεταφορά διαλυμένης ουσίας σε ένα γεμάτο σύστημα θραύσης-μήτρας με συμμετρικές ιδιότητες μεταφοράς. Ο στόχος αυτής της μελέτης είναι η κατασκευή ενός πλήρως συζευγμένου μοντέλου για την αντιμετώπιση του προβλήματος μεταφοράς σε ένα ενιαίο σύστημα μήτρας θραύσης-πέτρας με ασύμμετρη κατανομή των ιδιοτήτων μεταφοράς στις μήτρες πετρωμάτων. Σε αυτό το μοντέλο λαμβάνονται υπόψη η αιώρηση και η διασπορά κατά μήκος του μεμονωμένου ρήγματος, η διάχυση στη μήτρα του βράχου και η ραδιενεργή διάσπαση και η προσρόφηση σε ολόκληρο το σύστημα.
Τα προσομοιωμένα μοντέλα έδειξαν ότι η συγκέντρωση στη θραύση δεν είναι ευαίσθητη στην ασύμμετρη κατανομή των ιδιοτήτων μεταφοράς σε μήτρες πετρωμάτων σε σύγκριση με τη συμμετρική περίπτωση. Ωστόσο, η κατανομή της συγκέντρωσης και η αποθηκευμένη μάζα στις μήτρες πετρωμάτων συνδέονται άμεσα με τον τρόπο με τον οποίο κατανέμονται οι παράμετροι μεταφοράς στις μήτρες πετρωμάτων:Ένα μεγαλύτερο πορώδες μήτρας και υψηλότερος συντελεστής διάχυσης στη μήτρα θα οδηγήσει σε υψηλότερο επίπεδο συγκέντρωσης στη μήτρα. Επίσης, ένας μεγαλύτερος συντελεστής διάχυσης στη μήτρα βράχου σημαίνει καλύτερη ικανότητα αποθήκευσης περισσότερης μάζας ταυτόχρονα.
Για να μελετηθούν τα αποτελέσματα της διάχυτης ανταλλαγής μάζας μεταξύ διαφορετικών περιοχών, εφαρμόζεται μια φάση έκπλυσης νερού στο αριστερό όριο μετά από ορισμένο χρόνο. Τα προσομοιωμένα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η ασύμμετρη κατανομή των ιδιοτήτων μεταφοράς στη μήτρα βράχου έχει επηρεάσει σημαντικά τη μεταφορά στη μήτρα βράχου. Ωστόσο, η μεταφορά στο μεμονωμένο κάταγμα επηρεάζεται ελαφρά. Η μάζα διαλυμένης ουσίας που αποθηκεύεται στο κάταγμα έχει qua ick απόκριση στο χρονισμό της φάσης έκπλυσης. Εν τω μεταξύ, η μάζα που αποθηκεύεται στη μήτρα βράχου δεν είναι ευαίσθητη στη φάση έκπλυσης, η οποία έχει μια προφανή καθυστέρηση.
Η κύρια συμβολή αυτής της μελέτης είναι ότι κατασκευάζει ένα πλήρως συζευγμένο μοντέλο για το σύστημα μονής μήτρας θραύσης-βράχου με την εξέταση της ασύμμετρης φύσης στις άνω και κάτω μήτρες βράχου. Η βελτίωση σε σχέση με την κλασική έρευνα καθιστά δυνατό τον ποσοτικό προσδιορισμό των διαδικασιών μεταφοράς σε ρωγμές με διαφορετικά σώματα βράχου ή ασυμμόρφωση. Δεδομένου ότι η ομοιότητα μεταξύ διαλυμένης ουσίας και μεταφοράς θερμότητας σε πορώδη μέσα, το μοντέλο που αναπτύχθηκε πρόσφατα μπορεί επίσης να εφαρμοστεί για την εξέταση προβλημάτων μεταφοράς θερμότητας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ορισμένες πρακτικές σκηνές, όπως η ανάπτυξη της γεωθερμικής ενέργειας θερμού-ξηρού βράχου.
Ωστόσο, αυτή η μελέτη έχει και τους δικούς της περιορισμούς για την περαιτέρω διερεύνηση. Οι παράμετροι εδώ υποτίθεται ότι είναι ανεξάρτητες από το χρόνο και την κλίμακα, κάτι που μπορεί να μην ισχύει στην πραγματικότητα. Η διασπορά στο κάταγμα αναφέρθηκε ως παράμετρος που εξαρτάται από την κλίμακα σε ορισμένες μελέτες ενώ ο συντελεστής διάχυσης υποστηρίχθηκε ότι εξαρτάται από το χρόνο. Επίσης, το μοντέλο είναι κατασκευασμένο με βάση ένα εξιδανικευμένο μεμονωμένο κάταγμα. Ωστόσο, εάν το μεμονωμένο κάταγμα έχει ακανόνιστη τροχιά, θα χρειαστεί διαφορετική μέθοδος για την ανοικοδόμηση του μοντέλου.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Reactive solute transport in a asymmetrical fracture-rock matrix system, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Advances in Water Resources . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Renjie Zhou και Hongbin Zhan από το Texas A&M University.
Αναφορές:
- Zhou, R.J., Zhan, H.B., 2018. Μεταφορά αντιδραστικής διαλυμένης ουσίας σε ένα ασύμμετρο σύστημα μήτρας θραύσης-πετρώματος. Adv. Υδάτινος πόρος., 112:224-234. DOI:10.1016/j.advwatres.2017.12.021
- Zhou, R.J., Zhan, H.B., Chen, K.W., 2017. Μεταφορά αντιδραστικής διαλυμένης ουσίας σε ένα γεμάτο σύστημα μονής θραύσης-μήτρας υπό μονόπλευρες και ακτινικές ροές. Adv. Water Resource., 104:183-194. DOI:10.1016/j.advwatres.2017.03.022
- Zhu, Y.H., Zhan, H.B., Jin, M.G., 2016. Αναλυτικές λύσεις μεταφοράς διαλυμένης ουσίας σε σύστημα θραύσης-μήτρας με διαφορετικούς ρυθμούς αντίδρασης για θραύση και μήτρα. J. Hydrol., 539:447-456. DOI:10.1016/j.jhydrol.2016.05.056
