Models of Subsurface Flow, Dissolved Contaminant Transport and Migration of Organochlorine Compounds at the Sardas Site Affected by Lindane Production in Sabiñánigo (Huesca)

Abstract

[Abstract] Groundwater contamination by hexachlorocyclohexane (HCH) residues from lindane production is a subject of major environmental concern. Long-term assessment of aquifer pollution in affected sites requires complex numerical models of groundwater flow and contaminant transport. This dissertation presents numerical models for the Sardas site, a lindane-contaminated area, including a vertical profile model of groundwater flow through the entire site, and groundwater flow and HCH transport models for the alluvial aquifer. The numerical models confirm that groundwater flows into the landfill mainly along perimeter ditches and from the underlying marly rock, while leachate flows underneath the front slurry wall through a shallow marl layer towards the alluvial floodplain. The models confirm the conceptual model of the site and highlight the relevance of the water level fluctuations in the Sabiñánigo reservoir in groundwater flow and contaminant transport in the aquifer. The hydrodynamic parameters of the aquitard that confines the aquifer underneath the reservoir are crucial in determining the oscillation of the piezometric head of the aquifer. Transport model simulations reveal that HCH concentration in the aquifer and contaminant discharge towards the reservoir are highly sensitive to source term assumptions and the distribution coefficient. To assess parameter uncertainties, global sensitivity analysis methods have been applied to the transient groundwater flow model of the Gállego alluvial aquifer. The results identify the most influential parameters affecting groundwater flow and aquifer/reservoir interactions and fluxes, such as the hydraulic conductivity of the aquifer, the vertical conductivity of the aquitard, and leachate flowing underneath the landfill. Sensitivity rankings vary over time, reflecting the dynamic of the tidal effect caused by reservoir oscillations. The numerical models developed in this dissertation contribute to improve the understanding of groundwater flow and contaminant transport at the Sardas site. The findings contribute also to refining the hydrogeological conceptual model, improving data acquisition strategies, and optimizing remediation measures for lindane-affected sites.[Resumen] La contaminación de las aguas subterráneas por residuos de hexaclorociclohexano (HCH) procedentes de la producción de lindano es un problema ambiental. La evaluación de dicha contaminación a largo plazo en acuíferos afectados requiere el uso de complejos modelos numéricos de flujo de agua subterránea y de transporte de contaminantes. Esta tesis presenta modelos numéricos para el emplazamiento del vertedero de Sardas, un entorno afectado por lindano. La tesis presenta un modelo de flujo de agua subterránea en un perfil vertical a lo largo del vertedero y los modelos de flujo y transporte de HCH en el acuífero aluvial. Los resultados numéricos confirman que el agua subterránea fluye hacia el vertedero principalmente a través de cunetas perimetrales y de la roca margosa subyacente, mientras que el lixiviado del vertedero fluye por debajo de la pantalla frontal a través de una capa superficial de margas alteradas hacia la llanura aluvial. Los modelos confirman el esquema conceptual del emplazamiento y destacan la relevancia de las fluctuaciones del nivel del embalse de Sabiñánigo en el flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en el acuífero. Los parámetros hidrodinámicos del acuitardo que confina el acuífero debajo el embalse son determinantes en la oscilación del nivel piezométrico. Los resultados del modelo de transporte indican que la concentración de HCH en el acuífero y la descarga de contaminantes hacia el embalse son muy sensibles a las hipótesis sobre la fuente de contaminación y al coeficiente de distribución. Para evaluar las incertidumbres en los parámetros, se han utilizado métodos de análisis de sensibilidad global para el modelo transitorio de flujo de agua subterránea en el acuífero aluvial del río Gállego. Los resultados del análisis indican que los parámetros más influyentes en el flujo de agua subterránea y los flujos entre el acuífero y el embalse son la conductividad hidráulica del acuífero, la conductividad vertical del acuitardo y el flujo de lixiviado desde el vertedero. La clasificación (ranking) de los parámetros más relevantes varía en el tiempo, reflejando la dinámica del efecto marea provocado por las oscilaciones del embalse. Los modelos numéricos desarrollados en esta tesis contribuyen a una mejora en la descripción del flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes en el entorno del vertedero de Sardas. Los resultados permiten mejorar los modelos conceptuales hidrogeológicos, optimizar las estrategias de adquisición de datos y perfeccionar las medidas de remediación en emplazamientos afectados por lindano[Resumo] A contaminación das augas subterráneas por residuos de hexaclorociclohexano (HCH) procedentes da produción de lindano é un problema ambiental de gran relevancia. A avaliación a longo prazo da contaminación en acuíferos afectados require o uso de complexos modelos numéricos de fluxo de auga subterránea e de transporte de contaminantes. Esta tese presenta modelos numéricos para o vertedoiro de Sardas, unha área afectada polo lindano. A tesis presenta un modelo de fluxo de auga subterránea nun perfil vertical ao longo do vertedoiro e do acuífero aluvial e de modelos de fluxo e transporte de HCH no acuífero aluvial. Os modelos confirman o esquema conceptual do emplazamento e destacan a relevancia das fluctuacións do nivel do encoro de Sabiñánigo no fluxo de auga subterránea e no transporte de contaminantes no acuífero. Os parámetros hidrodinámicos do acuitardo que confina o acuífero debaixo do encoro son determinantes na oscilación do nivel piezométrico. Os resultados numéricos confirman que a auga subterránea flúe hacia ao vertedoiro principalmente a través de cunetas perimetrais e da rocha margosa subxacente, mentres que os lixiviados do vertedoiro flúen por debaixo da pantalla frontal a través dunha capa superficial de margas hacia o aluvial. Os resultados do modelo de transporte indican que a concentración de HCH no acuífero e a descarga de contaminantes hacia ao encoro son moi sensibles ás hipóteses sobre a fonte de contaminación e ao coeficiente de distribución. Para avaliar as incertidumbres nos parámetros, utilizáronse métodos de análise de sensibilidade global para o modelo transitorio de fluxo de auga subterránea no acuífero aluvial do río Gállego. Os resultados indican que os parámetros máis influentes no fluxo de auga subterránea e nos intercambios de auga entre o acuífero e o encoro son a condutividade hidráulica do acuífero, a condutividade vertical do acuitardo e o fluxo de lixiviados desde o vertedoiro. A clasificación (ranking) dos parámetros máis relevantes varía ao longo do tempo debido a dinámica do efecto marea provocado polas oscilacións do encoro. Os modelos numéricos desenvolvidos nesta tese contribúen a unha mellor comprensión do fluxo de auga subterránea e do transporte de contaminantes no vertedoiro de Sardas. Os resultados permiten mellorar os modelos conceptuais hidroxeolóxicos, optimizar as estratexias de adquisición de datos e perfeccionar as medidas de remediación en áreas afectadas polo lindano.