Su kaynakları kıtlaştıkça, ortaya çıkan yeraltı kirleticileri

Geçen yıl bir şey netleşti: Hayatı risksiz yaşayamayız. Aslında günlük rutinlerimizin her parçası analize konu oldu: Eylem ne kadar riskli ve değeri potansiyel maliyete değer mi?

Risk analizi, bugün düşüncelerimizde daha çok mevcut gibi görünse de, her zaman nasıl çalıştığımızın ve etrafımızdaki sistemlerin nasıl çalıştığının bir parçası olmuştur. İklim değişikliği gibi yeni baskılar derinleştikçe, içme suyumuzun temizliği gibi temel konularda risk analizi modellerinin doğruluğu ve güvenilirliği her zamankinden daha önemli hale geldi.

USC Viterbi Mühendislik Okulu’nda inşaat ve çevre mühendisliği doçenti olan Felipe de Barros da dahil olmak üzere USC araştırmacıları, ortaya çıkan kirleticilerin nasıl dağıldığını, çözündüğünü ve nihayetinde su kalitesini ve akiferlerin direncini nasıl etkilediğini değerlendirmeye yardımcı olabilecek çeşitli modeller geliştirdiler.

De Barros, “Yeraltı ortamı çok karmaşık ve izlenmesi zor çünkü onu göremiyoruz” dedi. Kirleticilerin ne kadar derin olduğu, ne kadar uzağa yayıldıkları, nereden geldikleri, başka hangi kirleticilerle karıştıkları veya jeolojik özelliklerin uzayda nasıl değiştiği hakkında ayrıntılı bilgimiz yok” dedi.

Bu sorular tam olarak de Barros ve ekibinin üzerinde çalıştığı şeydir. Son zamanlarda, de Barros ve işbirlikçileri, farklı su akışı senaryoları altında kırık gözenekli ortamlarda kirletici yayılmasını tahmin etmeye yardımcı olabilecek bir analitik model geliştirdiler. Bu çalışma, Fizik İnceleme Akışkanlarında yer aldı . De Barros ve işbirlikçileri tarafından geliştirilen analitik modelin avantajı, su bir noktadan diğerine akarken bir kirleticinin çözünmesini nasıl etkilediğini görmek için değişen jeolojik ve fiziksel parametreler arasındaki ilişkilere bakmayı sağlamasıdır.

De Barros, “Alternatif gerçekleri incelemek gibi – bir çizgi roman evreninde olduğu gibi” dedi. “Her farklı senaryoda ne olduğunu anlayabilirseniz, sonuçları gerçek zamanlı olarak daha iyi tahmin edebilir ve sorunu azaltmak için kaynakları daha iyi tahsis edebilirsiniz.”

“Bunun gibi araçlarla, olasılıksal risk analizi yapabilir ve örneğin bir atık bertaraf tesisiyle veya kazara sızıntıyla ilgili riskleri hesaplayabilir ve değerlendirebilirsiniz” dedi. “Bu kimyasalların bu ortamlarda ne kadar hızlı hareket edeceğini de anlayabiliriz.”

Örneğin, bir akiferin yakınında kimyasal bir sızıntı olduğunu varsayalım. De Barros, çevredeki temel heterojen değişkenleri hesaba katan doğru risk modellemesiyle, sağlık uzmanları ve düzenleyici kurumların son su kaynağında ne kadar kirletici olmasını bekleyebileceklerini daha iyi anlayabileceklerini söyledi.

“Bu modelleme, ‘Halk sağlığına mı yoksa jeolojik alanı karakterize etmeye mi daha fazla para yatırmalı mıyım? Çok maliyetli olan kuyuyu kapatmalı mıyım, yoksa başka bir yerden musluk suyu mu getirmeli veya şişelenmiş satın almalı mıyım? su, ya da suyun arıtıldıktan sonra hala kullanılabileceğine dair makul bir bilgi var mı?” dedi.

Basitleştirilmiş Karmaşık Bir Sistem

Felipe de Barros ve ekibi, gözenekli bir zardan geçen sınırlı akışın, iki gözenekli yüzey arasındaki boşluk gibi serbest akışla buluştuğu farklı akış sistemlerinden geçen su akışının karmaşık fiziğine baktı. Bu alanların nasıl etkileşime girdiği, bir kimyasalın bir su kaynağında nasıl çözüldüğünü veya karıştığını belirlemede önemli olduğunu söyledi.

Ekip, farklı sonuçları modellemek için fiziksel denklemleri sayısal olarak çözmek yerine, hesaplama açısından ucuz olan analitik çözümler geliştirerek sorunu çözmeye çalıştı. Modelin öğeleri arasındaki ilişkileri belirlemek, bu eğilimleri daha az terime damıtarak ve daha sonra denklemlerine yerleştirerek ilgili matematiği basitleştirerek, modelin “yükseltilmesine” izin verdi.İlan

Bu temel parametreleri ve davranışları kapsayan bir model oluşturmak için araştırmacılar, yeraltı yapılarının geometrik özelliklerine baktılar. De Barros, yeraltı ortamının gözenekliliği ve geçirgenliği veya kırıkları karakterize eden en boy oranı, dikkate alınan temel unsurlar olduğunu söyledi.

Verilerle Karar Verme

Boşlukta karar vermek zordur. Bu nedenle de Barros, araştırma grubu içinde geliştirilen araçların su arıtma tesislerinin, düzenleyicilerin ve diğerlerinin çeşitli senaryolarda ne yapacaklarına karar verme şeklini değiştirebileceğini söylüyor. Yüzey suyu giderek kıt hale geldikçe, yeraltı kaynakları ve arıtma seçeneklerinden giderek daha fazla yararlanılması gerekecektir. Bununla birlikte, aynı zamanda, kirlilik ve kimyasal kirleticilerin su kaynaklarına sızmasıyla, zorluk, belirli bir akışın güvenliğini, onu etkileyen görünmez bilinmeyenleri tam olarak anlamadan nasıl ölçüleceğini belirlemektir.

De Barros, araştırmamızın gitmeyi hedeflediği şeylerden birinin, jeolojik ortam ile çözünen taşıma davranışı arasındaki etkileşim hakkındaki temel anlayışımızı geliştiren uygulamaya yönelik modeller geliştirmek olduğunu söyledi. Bu, kirletici dispersiyonunun değişen koşullardan nasıl etkilendiğini görmeye izin verecektir. Örneğin, bir kirletici, çatlakları olmayan bir kayaya karşı çatlak bir kayanın diğer tarafına nasıl sızar? Suda çok fazla potansiyel kirletici bulunabileceğinden, bu, söz konusu kirleticileri tam olarak bilmeden yeraltı sistemi hakkında genel bir anlayış oluşturmaya yardımcı olur.

Bu bilgi aynı zamanda, örneğin istenen bir kimyasal konsantrasyonun veya su kalitesi çıktısının elde edilmesine yardımcı olabilecek belirli hidrojeolojik koşullara sahip bir sistem inşa etmek gibi tersine mühendislik işlemlerine de izin verebilir.

De Barros, “Belirli bir sistemdeki bir kimyasal değişikliğin konsantrasyonunun uzay ve zaman yoluyla nasıl olduğunu anlamak, halk sağlığı, su arıtma işlemleri ve ayrıca örneğin ABD EPA tarafından yayınlanan düzenleyici politikalar üzerinde etkileri olabilir.”