MODELING GROUNDWATER FLOW AND SOLUTE TRANSPORT IN THE TWIN LAKE TRACER TEST

Abstract

The economic importance of groundwater has increased in recent times. The problem of groundwater contamination and the consequent health threat has been of major concern to groundwater engineers and scientists. This has given rise to an increase in the use of numerical models in predicting contaminant concentrations and travel times in aquifers. In this paper, the numerical model code MOTIF (Model Of Transport In Fractured/porous media) is used to predict the groundwater flow pattern and conservative tracer transport in the Twin Lake aquifer, Ontario. The MOTIF code is a three-dimensional finite element code designed to model the coupled processes of groundwater flow, contaminant and heat transport in porous media. The groundwater flow pattern in the Twin Lake aquifer is simulated in both two- and three-dimensions and the results are compared to field data. The influence of dimensionality on the flow simulation is evaluated by comparing the results of two- and three-dimensional flow simulations. The two sets of flow simulation results were in good agreement with the field data. The results of the three-dimensional flow simulation compared better with the field measurements than those of the two-dimensional simulation. The velocities calculated from the three-dimensional flow model were projected onto a two-dimensional section through the model and used to predict the spatial and temporal distribution pattern of the tracer concentration in a tracer test in the aquifer. The predicted tracer plume compared well with the observed plume in the initial stages but began to show some deviations with time.

L’importance économique des eaux souterraines s’est accrue ces derniers temps. Le problème de la contamination des eaux souterraines et la menace pour la santé qui en résulte sont devenus causes de préoccupation majeure pour les ingénieurs et scientifiques experts en eaux souterraines. Cela a donné lieu à une hausse de l’utilisation des modèles numériques pour la prédiction des concentrations de contaminants et des temps de parcours dans les aquifères.Dans le présent document, le modèle numérique MOTIF (Model Of Transport In Fractured/milieu poreux) est utilisé pour prédire la courbe de débit des eaux souterraines et le transport des traceurs rémanents (non biodégradables) dans l’aquifère Twin Lake, en Ontario. Le code MOTIF est un élément fini à trois dimensions conçu pour modéliser les processus combinés de débit des eaux souterraines et de transport de contaminants et de chaleur en milieu poreux. Le modèle d’écoulement (courbe de débit) des eaux souterraines dans l’aquifère Twin Lake est simulé à la fois en deux et en trois dimensions et les résultats sont comparés aux données sur le terrain. L’influence de la dimensionalité sur la simulation du débit est évaluée par la comparaison des résultats des simulations de débit en deux et en trois dimensions. Les deux séries de résultats de simulation de débit étaient en harmonie avec les données sur le terrain. Les résultats de la simulation de débit en trois dimensions soutenaient mieux la comparaison avec les mesures sur le terrain qu’avec les résultats de la simulation en deux dimensions.Les vitesses calculées à partir du modèle d’écoulement en trois dimensions furent projetées sur une section en deux dimensions à travers le modèle et ont servi à prédire la distribution spatio-temporelle de la concentration du traceur dans un test de traçage dans l’aquifère. La trainee prédite laissée par le traceur a bien soutenu la comparaison avec la trainée observée dans les stades initiaux, mais elle a commencé à accuser certains écarts avec le temps.