Development of heat and mass transfer modulus to Feflow code for calculation of brine loaded to permafrost ground

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The article discusses the application of FreezeThaw75 module, developed by one of the authors to calculate heat and mass transfer taking into account water–ice and ice–water–water phase transitions. Numerical simulations are compared with the analytical solution and other software codes. The module was tested at one of the injection sites in Daldino-Alakitskii district of Yakutia. FreezeThaw75 module was developed in relation to Feflow v7.4–7.5 model environment. The module was tested on a model of brine injection into frozen rocks. The model simultaneously takes into account the movement of groundwater flow, heat and mass transfer and phase transitions. A feature of the calculations in the developed model is the consideration of large injected volumes of highly mineralized brines.It influences the degradation of permafrost and takes into account the cryohydrogeological conditions of the site. Brines are injected into permafrost rocks with a high absorption capacity especially in areas confined to zones of tectonic disturbances. The developed module can adjust the predicted potential of the operated injection sites. It can also act as an additional element of control over the injection process and the formation of an artificial aquifer in the permafrost rocks.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

I. Rastorguev

Kurchatov Institute; AK “Alrosa”

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: stiar@mail.ru
Ресей, pl. Kurchatova, 1, Moscow, 123098; ul. Sovetskaya, 5, Novosibirsk, 630007

I. Litvinova

AK “Alrosa”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Ресей, ul. Sovetskaya, 5, Novosibirsk, 630007

N. Iost

AK “Alrosa”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Ресей, ul. Sovetskaya, 5, Novosibirsk, 630007

A. Ilin

AK “Alrosa”

Email: LitvinovaIV@alrosa.ru
Ресей, ul. Sovetskaya, 5, Novosibirsk, 630007

Әдебиет тізімі

  1. Gol’dberg, V.M., Skvortsov, N.P., Luk’yanchikova L.G. [Subsurface disposal of industrial sewage]. Moscow, Nedra Publ., 1994, 282 p. (in Russian)
  2. Drozdov, A.V. Disposal of drainage brines to permafrost rocks (by the example of Siberian platform permafrost zone). Irkutsk, IGTU Publ., 2007, 296 p. (in Russian)
  3. Drozdov A.V. [Assessment of the prospects of Levoberezhny site for the disposal of drainage brines from the Udachnaya pit]. Izv. Sib. otd. Sektsii nauk o Zemle RAEN, 2013, no. 1 (42). pp. 146–156. (in Russian)
  4. Drozdov A.V. [Structural tectonic criteria of assessing rock massif capacity for disposal of industrial sewage from diamond-mining enterprises in the Western Yakutiya cryolithozone]. Kriosfera Zemli, 2006, vol. X, no. 2, pp. 27–45. (in Russian)
  5. Drozdov A.V. Gotovtsev, S.P. [Specific features of brine migration in the permafrost zone upon their subsurface disposal]. In: [Formation of groundwater in the cryolithozone]. Yakutsk, IMZ SO RAN, 1992, pp. 31–48. (in Russian)
  6. Drozdov, A.V., Iost, N.A., Lobanov, V.V. [Cryohydrogeology of diamond deposits in Western Yakutia]. Irkutsk, Izd-vo IGTU, 2008. 507 p. (in Russian)
  7. Egorov, A. G. [Filtration effects in the tasks of hat and mass transfer and deformation of saturated porous media]. Extended Abstract of Doctoral (Phys.-Math.) Dissertation, Kazan, 1999, 31 p. (in Russian)
  8. Ershov, E.D., Komarov, I.A., Chuvilin, E.M. [Forecast of interaction processes between liquid technogenic brines disposed in frozen rock massifs]. Geoekologiya, 1997, vol. 2, pp. 19–29. (in Russian)
  9. Kosterina, E.A. [Mathematical modeling and numerical solution of unidimensional tasks of saturated-unsaturated filtration]. Extended Abstract of Cand. Sci. (Phys.-Math.) Dissertation, Kazan, 1999, 15 p. (in Russian)
  10. Grenier, C., Anbergen, H., Bense, V., Chanzy, Q. et al. Groundwater flow and heat transport for systems undergoing freeze-thaw: Intercomparison of numerical simulators for 2D test cases. Advances in Water Resources, 2018, vol. 114, pp. 196–218.
  11. McKenzie, J.M., Voss, C.I., Siegel, D.I. Groundwater flow with energy transport and water–ice phase change: Numerical simulations, benchmarks, and application to freezing in peat bogs, Advances in Water Resources, 2007, vol. 30, issue. 4, pp. 966–983.
  12. Mohammed, A.A., Bense, V.F., Kurylyk BL. et al. Modeling reactive solute transport in permafrost-affected groundwater systems, Water Resources Research, 2021, 57(7), art. e2020WR028771. https://doi.org/10.1029/2020WR028771
  13. Diersch, H.-J.G. FEFLOW: Finite Element Modeling of Flow, Mass and Heat Transport in Porous and Fractured Media. FEFLOW, 2014, 1018 p. URL: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-38739-5

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Statement of the Lunardini problem.

Жүктеу (128KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Comparison of analytical calculation and calculation using the FreezeThaw75 module.

Жүктеу (176KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Comparison of calculations on the FreezeThaw75 module (left) and SUTRA (right). The top row is a comparison by temperature, the bottom row is a comparison by moisture saturation.

Жүктеу (374KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Initial and boundary conditions for the heat and mass transfer problem. The blue fill shows the initial ice content, the isolines show the initial pressures, and the red fill shows the initial concentration of industrial wastewater of 100 mg/l.

Жүктеу (209KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Comparison of heat and mass transfer calculations in FreezeThaw75 (left) and calculations from [12] (right). Ice content at the top, chloride concentration at the bottom.

Жүктеу (192KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Layout of the modeling object with a fault system (red lines). Wells: injections - red circles, observation - green; numbers - well numbers. The section line is shown in black.

Жүктеу (256KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Section diagram. On the left is the southern part of the model, on the right is the eastern part. Black lines are wells, white line is the repression curve, filling is the filtration coefficient 3 months after the start of injection.

Жүктеу (302KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Comparison of actual and calculated levels for piezometers No. 1–4 closest to injection wells.

Жүктеу (445KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Results of injection calculations for 2013–2022. Faults are shown in yellow, the 200 g/l mineralization halo is shown in green, and the unfrozen part is shown in white.

Жүктеу (135KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».