Capture-zone design in an aquifer influenced by cyclic fluctuations in hydraulic gradients

Abstract.

Design of a groundwater pumping and treatment system for a wood-treatment facility adjacent to the tidally influenced Fraser River estuary required the development of methodologies to account for cyclic variations in hydraulic gradients. Design of such systems must consider the effects of these cyclic fluctuations on the capture of dissolved-phase contaminants. When the period of the cyclic fluctuation is much less than the travel time of the dissolved contaminant from the source to the discharge point, the hydraulic-gradient variations resulting from these cycles can be ignored. Capture zones are then designed based on the average hydraulic gradient determined using filter techniques on continuous groundwater-level measurements. When the period of cyclic fluctuation in hydraulic gradient is near to or greater than the contaminant travel time, the resulting hydraulic-gradient variations cannot be ignored. In these instances, procedures are developed to account for these fluctuations in the capture-zone design. These include proper characterization of the groundwater regime, assessment of the average travel time and period of the cyclic fluctuations, and numerical techniques which allow accounting for the cyclic fluctuations in the design of the capture zone.

Résumé.

L'étude d'un système de pompage et de traitement de l'eau souterraine d'une usine de traitement du bois proche de l'estuaire de la rivière Fraser, influencé par les marées, a nécessité la mise au point de méthodologies pour prendre en compte les variations cycliques de gradients hydrauliques. L'étude de tels systèmes doit considérer les effets de ces variations cycliques sur l'extraction des contaminants en phase dissoute. Lorsque la période des variations cycliques est très inférieure au temps de parcours du contaminant dissous entre la source et le point d'émergence, les variations du gradient hydraulique résultant de ces cycles peuvent être ignorées. Les zones d'extraction sont alors réalisées sur la base du gradient hydraulique moyen déterminé au moyen de techniques de filtrage sur des mesures continues de la piézométrie. Lorsque la période de la fluctuation cyclique dans le gradient hydraulique est proche de ou supérieure au temps de parcours du contaminant, les variations résultantes de gradient hydraulique ne peuvent plus être ignorées. Dans ces cas-là, des procédures ont été mises au point pour prendre en compte ces fluctuations dans la conception de la zone d'extraction. Celles-ci prennent en considération la caractérisation propre du régime de la nappe, l'évaluation du temps de parcours moyen et de la période des fluctuations cycliques, et des techniques numériques qui permettent de considérer les fluctuations cycliques dans la conception de la zone d'extraction.

Resumen.

El diseño de un sistema de bombeo y tratamiento de aguas subterráneas para una instalación de manufactura de madera que está próxima al estuario del río Fraser, sometido a la influencia de las mareas, ha requerido el desarrollo de metodologías para tener en cuenta las variaciones cíclicas de los gradientes hidráulicos. El diseño de tales sistemas debe considerar los efectos de las fluctuaciones cíclicas en la captura de contaminantes en fase disuelta. Cuando el período de la fluctuación cíclica es mucho menor que el tiempo de tránsito del contaminante disuelto entre el punto de entrada y el de descarga, se puede ignorar las variaciones del gradiente hidráulico provocadas por dichos ciclos. Las zonas de captura se diseñan entonces en función del gradiente hidráulico promedio, que se determina mediante técnicas de filtrado de medidas continuas del nivel piezométrico. Cuando el período de la fluctuación cíclica del gradiente hidráulico es comparable o mayor que el tiempo de tránsito del contaminante, no puede ignorarse las variaciones resultantes en el gradiente hidráulico. En ese caso, se tiene que desarrollar procedimientos para contar con las fluctuaciones en el diseño de las zonas de captura. Ello implica una adecuada caracterización del régimen de las aguas subterráneas, el establecimiento del tiempo de tránsito y del período de las fluctuaciones cíclicas, y el uso de técnicas numéricas que permitan incluirlas en el diseño de la zona de captura.