Numerical simulation of ground waters contamination and protection

Abstract

EN: Purpose. Development of a numerical model to calculate the dynamics of ground waters contamination after spillages at railways and ground waters protection by using underground wall. Methodology. For the numerical simulation of contaminant transport in ground waters the 2D transport equation is used. This equation takes into account the effect of ground waters speed, dispersion process, the intensity of emission. For the numerical integration of the governing equation of contaminant transport the implicit finite-difference splitting scheme is used. The numerical calculation is divided into fifth steps of splitting and at each step of splitting the unknown value of the contaminant concentration is determined by the explicit scheme which is called “ scheme of running calculation”. On the basis of the numerical model generic model was developed. To code the finite – difference equations FORTRAN language was used. Computational experiments were carried out to estimate the possible contamination zone after spillage at Pridneprovskaya railway. Findings. The proposed model allows you to calculate the ground waters contamination due to the spillage of different cargo at railways. The model allows to determine the size of the ground waters contamination and its dynamics after spillage at railways. This model also allows to predict the contamination area development in the case of underground wall application to reduce dimensions of contamination area. Results of numerical experiments are presented. Originality. An efficient numerical model allowing to calculate quickly the ground waters contamination after spillages at railways was developed. Practical value. The developed numerical model can be used to estimate the size and intensity of contamination zone after spillages at railways. With the help of the developed numerical model it is possible to solve the problem of assessing the impact of accident spillage at railways and develop protection measures.

RU: Цель. Разработка численной модели для расчета динамики загрязнения подземных вод после разливов на железных дорогах и защиты подземных вод с использованием подземных стенок. Методика. Для численного моделирования переноса загрязнений в грунтовых водах используется двумерное уравнение переноса. Это уравнение учитывает влияние скорости грунтовых вод, дисперсионного процесса, интенсивности эмиссии. Для численного интегрирования моделирующего уравнения переноса загрязнений используется неявная конечно-разностная схема расщепления. Численный расчет разделен на пять этапов расщепления, и на каждом этапе расщепления неизвестное значение концентрации загрязнителя определяется по явной схеме, которая называется «схемой бегущего счета». На основе численной модели была разработана общая модель. Для кодирования конечно-разностных уравнений использовался ФОРТРАН. Проведены вычислительные эксперименты для оценки возможной зоны загрязнения после разлива на Приднепровской железной дороге. Результаты. Предложенная модель позволяет рассчитать загрязнение подземных вод в результате разлива различных грузов на железных дорогах. Модель позволяет определить размер загрязнения грунтовых вод и его динамику после разлива на железных дорогах. Эта модель также позволяет прогнозировать развитие зоны загрязнения в случае применения подземных стен для уменьшения размеров зоны загрязнения. Приводятся результаты численных экспериментов. Научная новизна. Разработана эффективная численная модель, позволяющая быстро рассчитать загрязнение грунтовых вод после разливов на железных дорогах. Практическая значимость. Разработанную численную модель можно использовать для оценки размера и интенсивности зоны загрязнения после разливов на железных дорогах. С помощью разработанной численной модели можно решить проблему оценки воздействия аварийных разливов на железных дорогах и разработать меры защиты.

UK: Мета. Розробка чисельної моделі для розрахунку динаміки забруднення підземних вод після розливів на залізницях і захисту підземних вод з використанням підземних стінок. Методика. Для чисельного моделювання переносу забруднень в грунтових водах використовується двовимірне рівняння переносу. Це рівняння враховує вплив швидкості грунтових вод, дисперсійного процесу, інтенсивності емісії. Для чисельного інтегрування моделюючого рівняння переносу забруднень використовується неявна кінцево-різницева схема розщеплення. Чисельний розрахунок розділений на п'ять етапів розщеплення, і на кожному етапі розщеплення невідоме значення концентрації забруднювача визначається за явною схемою, яка називається «схемою біжучого рахунку». На основі чисельної моделі була розроблена загальна модель. Для кодування кінцево-різницевих рівнянь використовувався ФОРТРАН. Проведено обчислювальні експерименти для оцінки можливої зони забруднення після розливу на Придніпровській залізниці. Результати. Запропонована модель дозволяє розрахувати забруднення підземних вод в результаті розливу різних вантажів на залізницях. Модель дозволяє визначити розмір забруднення ґрунтових вод і його динаміку після розливу на залізницях. Ця модель також дозволяє прогнозувати розвиток зони забруднення у разі застосування підземних стін для зменшення розмірів зони забруднення. Наводяться результати чисельних експериментів. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель, що дозволяє швидко розрахувати забруднення ґрунтових вод після розливів на залізницях. Практична значимість. Розроблену чисельну модель можна використовувати для оцінки розміру та інтенсивності зони забруднення після розливів на залізницях. За допомогою розробленої чисельної моделі можна вирішити проблему оцінки впливу аварійних розливів на залізницях і розробити заходи захисту.