Efterhånden som vandkilder bliver knappe, forståelse af nye forureninger under overfladen er nøglen

I det sidste år, én ting er blevet klart:vi kan ikke leve livet uden risiko. Faktisk, hver del af vores daglige rutiner blev analyseret:Hvor risikabel er handlingen og er dens værdi værd at de potentielle omkostninger?

Risikoanalyse, selv om det tilsyneladende er mere og mere til stede i vores tanker i dag, har altid været en del af, hvordan vi fungerer, og hvordan systemerne omkring os fungerer. Som nyt pres, såsom klimaforandringer, uddybe, nøjagtigheden og pålideligheden af ​​risikoanalysemodeller vedrørende spørgsmål lige så grundlæggende som renheden af ​​vores drikkevand er blevet vigtigere end nogensinde.

USC -forskere, herunder Felipe de Barros, lektor i civil- og miljøteknik ved USC Viterbi School of Engineering, har udviklet en række modeller, der kan hjælpe med at vurdere, hvordan nye forurenende stoffer spredes, opløses og i sidste ende påvirker vandkvaliteten og akvifereres modstandsdygtighed.

"Undergrundsmiljøet er meget komplekst og udfordrende at spore, fordi vi ikke kan se det, "sagde de Barros." Vi har ikke detaljerede oplysninger om, hvor dybe forurenerne er, hvor langt ud er de spredt, hvor de kommer fra, hvilke andre forurenende stoffer de har blandet sig med, eller hvordan de geologiske egenskaber varierer i rummet. "

Disse spørgsmål er præcis, hvad de Barros og hans team arbejder med. For nylig, de Barros og samarbejdspartnere udviklede en analysemodel, der kan hjælpe med at forudsige spredning af forurenende stoffer i brudte porøse medier under forskellige vandstrømningsscenarier. Dette arbejde blev omtalt i Physics Review Fluids . Fordelen ved den analysemodel, der er udviklet af de Barros og samarbejdspartnere, er, at den gør det muligt at se på forholdet mellem forskellige geologiske og fysiske parametre for at se, hvordan de påvirker opløsning af en forurening, når vand strømmer fra et punkt til et andet.

"Det er som at studere alternative virkeligheder - som i et tegneserieunivers, "sagde de Barros." Hvis du kan forstå, hvad der sker med hvert enkelt scenario, du kan bedre forudsige resultater i realtid og bedre tildele ressourcer til at afbøde problemet. "

"Med værktøjer som dette, du kan foretage sandsynlighedsrisikoanalyse og beregne og vurdere de risici, der er forbundet med et affaldsbortskaffelsesanlæg, for eksempel, eller med en utilsigtet lækage, "sagde han." Vi kan også forstå, hvor hurtigt disse kemikalier kommer til at rejse i disse miljøer. "

For eksempel, sige, at der var et kemisk spild nær en akvifer. Med nøjagtig risikomodellering, der tegner sig for de vigtigste heterogene variabler i miljøet, sundhedspersonale og tilsynsmyndigheder kunne bedre forstå, hvor meget en forurening de kan forvente at være i sidste ende vandkilde, sagde de Barros.

"Denne modellering kan hjælpe med spørgsmål som, 'Skal jeg investere flere penge i folkesundheden eller i at karakterisere det geologiske sted? Skulle jeg lukke brønden - hvilket er meget dyrt - eller bringe postevand fra et andet sted eller købe flaskevand, eller er der rimelig viden om, at vandet stadig kan bruges, engang behandlet? "sagde han.

Et komplekst system forenklet

Felipe de Barros og hans team kiggede på vandets komplekse fysik gennem forskellige strømningssystemer, nemlig hvor begrænset flow, som gennem en porøs membran, møder frit flow, som rummet mellem to porøse overflader. Hvordan disse områder interagerer er vigtigt for at bestemme, hvordan et kemikalie opløses eller blandes i en vandkilde, han sagde.

I stedet for at løse de fysiske ligninger numerisk for at modellere forskellige resultater, teamet så tacklet problemet ved at udvikle analytiske løsninger, der er beregningsmæssigt billige. Identifikation af forhold mellem elementer i modellen tillod dem at "opskalere" den, forenkle den involverede matematik ved at destillere disse tendenser til færre termer, derefter integreret i deres ligning.

For at oprette en model, der indkapslede disse centrale parametre og adfærd, forskerne kiggede på de geometriske træk ved undergrundens strukturer. Porøsitet og permeabilitet i undergrundsmiljøet eller aspektforhold, der kendetegner bruddene, var vigtige elementer, der blev overvejet, sagde de Barros.

Beslutningstagning med data

Det er svært at træffe beslutninger i et vakuum. Det er derfor, de Barros siger, at de værktøjer, der er udviklet inden for hans forskningsgruppe, kan ændre, hvordan vandrensningsanlæg, tilsynsmyndigheder og andre beslutter, hvad de skal gøre i forskellige scenarier. Efterhånden som overfladevand bliver mere og mere sparsomt, underjordiske kilder og behandlingsmuligheder skal bruges i stigende grad. På samme tid, imidlertid, med forurening og kemiske forurenende stoffer, der lækker ud i vandkilder, udfordringen er at identificere, hvordan man måler sikkerheden ved et bestemt flow uden fuldt ud at forstå de usynlige ubekendte, der påvirker det.

En ting er vores forskning at gå efter, de Barros sagde, er at udvikle applikationsorienterede modeller, der forbedrer vores grundlæggende forståelse for interaktionen mellem de geologiske medier og opløst transportadfærd. Dette ville gøre det muligt at se, hvordan forurenende spredning påvirkes af skiftende forhold. For eksempel, hvordan lækker en kontaminant igennem til den anden side af en revnet sten versus en, der ikke har revner? Fordi der kan findes så mange potentielle forurenende stoffer i vandet, dette hjælper med at skabe en generel forståelse af underjordiske system uden at stole på at kende de nøjagtige forurenende stoffer.

Denne viden kan også give mulighed for reverse engineering, for eksempel at bygge et system til at have visse hydrogeologiske forhold, der kan være med til at opnå en ønsket kemisk koncentration eller output af vandkvalitet.

"Forståelse for, hvordan koncentrationen af ​​et kemikalie ændrer sig i et givet system gennem rum og tid kan have konsekvenser for folkesundheden, vandrensningsoperationer og også lovgivningsmæssige politikker, for eksempel som udstedt af U.S.EPA, "sagde de Barros.