Ricostruzione geostatistica di mezzi porosi eterogenei mediante approccio gerarchico : applicazione alla migrazione di contaminanti

The development of models for the description of the toxic and\or radioactive contaminants’ migration in nature porous media is very important in order to provide prediction tools useful for evaluating feasibility of deposits of radioactive waste and storage sites of toxic contaminant. The high degree of heterogeneity that characterizes the nature media makes complex the description of transport phenomena, due to the difficulties inherent in the spatial variability of flow and transport parameters of the medium. To overcome this problem, involving the use of concentrate parameter. This thesis has involved the development of geostatistic methodology of hierarchical type for the reconstruction of heterogeneous porous media. The work is computational type. The simulation has covered three model blocks of porous medium, excavated within a hollow in the Ticino Valley. The three model blocks, analyzed by sedimentology view in previous works, represent three different types of sedimentary facies and they are formed by different hidrofacies, in which the spatial distribution is known on some lateral sections. For each model block the experimental variograms of each facies have been calculated, and procedure of 3-D reconstruction have been developed by mean a hierarchical approach or step by step approach. The approach allows the reconstruction of porous heterogeneous medium through a sequence of geostatistical simulations, that they have been performed by theoretical variograms. The sequence of simulations can be defined a priori, by considerations regarding the volumetric distributions of the facies and the spatial and geological correlations present between the facies. Through the hierarchical approach, the reconstructions of the medium have been defined for each model blocks. In the reconstructed media the flow and advection transport simulations have been performed. The breakthrough curves obtained by numerical experiments have been interpreted by the classical model, and they have provided estimation of average values of velocity of fluid in the pores and dispersion coefficient.

La messa a punto di modelli per la descrizione della migrazione di contaminanti tossici e/o radioattivi nei mezzi porosi naturali è di fondamentale importanza per disporre di strumenti previsionali utili alla valutazione di fattibilità di depositi di rifiuti radioattivi e siti di stoccaggio di contaminanti tossici. L’alto grado di eterogeneità che caratterizza i mezzi naturali rende complessa la descrizione dei fenomeni di trasporto, a causa della difficoltà insita nella variabilità spaziale dei parametri di flusso e trasporto del mezzo. Per ovviare a questa difficoltà si ricorre all’utilizzo di parametri concentrati. Questo lavoro di tesi ha riguardato la messa a punto di una metodologia geostatistica di tipo gerarchico per la ricostruzione di mezzi porosi eterogenei. L’attività svolta è stata di carattere computazionale. Le simulazioni hanno riguardato tre parallelepipedi di mezzo poroso scavati all’interno di una cava nella Valle del Ticino.I tre parallelepipedi, analizzati dal punto di vista sedimentologico in precedenti lavori, rappresentano tre diverse tipologie di facies sedimentarie e sono costituiti da idrofacies differenti la cui distribuzione spaziale è nota su alcune facce laterali. Per ciascun parallelepipedo sono stati calcolati i variogrammi sperimentali di ciascuna facies e sono state sviluppate procedure di ricostruzione 3D del mezzo mediante un approccio gerarchico o a cascata. L’approccio permette di ricostruire il mezzo attraverso una sequenza di simulazioni geostatistiche effettuate utilizzando i variogrammi teorici. La sequenza di simulazioni può essere definita a priori tramite considerazioni riguardanti le distribuzioni volumetriche delle facies e le correlazioni geologiche e spaziali presenti tra le facies. Utilizzando l’approccio gerarchico sono state ottenute, per ciascun parallelepipedo, ricostruzioni equiprobabili del mezzo. Nei mezzi ricostruiti sono state effettuate simulazioni di flusso e di trasporto advettivo. Le curve di breakthrough ottenute dagli esperimenti numerici sono state interpretate mediante il modello classico ed hanno fornito stime dei valori medi della velocità del fluido nei pori e del coefficiente di dispersione.