Estimation of Conservative Contaminant Travel Time through Vadose Zone Based on Transient and Steady Flow Approaches - Publikacja - MOST Wiedzy


Estimation of Conservative Contaminant Travel Time through Vadose Zone Based on Transient and Steady Flow Approaches


Estimation of contaminant travel time through the vadose zone is needed for assessing groundwater vulnerability to pollution, planning monitoring and remediation activities or predicting the effect of land use change or climate change on groundwater quality. The travel time can be obtained from numerical simulations of transient flow and transport in the unsaturated soil profile, which typically require a large amount of data and considerable computational effort. Alternatively, one can use simpler analytical methods based on the assumptions of steady water flow and purely advective transport. In this study, we compared travel times obtained with transient and steady-state approaches for several scenarios. Transient simulations were carried out using the HYDRUS-1D computer program for two types of homogeneous soil profiles (sand and clay loam), two types of land cover (bare soil and grass) and two values of dispersion constant. It was shown that the presence of root zone and the dispersion constant significantly affect the results. We also computed the travel times using six simplified methods proposed in the literature. None of these methods was in good agreement with transient simulations for all scenarios and the discrepancies were particularly large for the case of clay loam with grass cover.


  • 5


  • 6

    Web of Science

  • 6


Informacje szczegółowe

Publikacja w czasopiśmie
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
Water nr 10, wydanie 10, strony 1 - 11,
ISSN: 2073-4441
Rok wydania:
Opis bibliograficzny:
Szymkiewicz A., Gumuła-Kawęcka A., Potrykus D., Jaworska-Szulc B., Pruszkowska-Caceres M., Gorczewska-Langner W.: Estimation of Conservative Contaminant Travel Time through Vadose Zone Based on Transient and Steady Flow Approaches// Water. -Vol. 10, iss. 10 (2018), s.1-11
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/w10101417
Bibliografia: test
  1. Fenton, O.; Schulte, R.P.; Jordan, P.; Lalor, S.T.; Richards, K.G. Time lag: A methodology for the estimation of vertical and horizontal travel and flushing timescales to nitrate threshold concentrations in Irish aquifers. Environ. Sci. Policy 2011, 14, 419-431. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  2. Rossman, N.R.; Zlotnik, V.A.; Rowe, C.M.; Szilagyi, J. Vadose zone lag time and potential 21st century climate change effects on spatially distributed groundwater recharge in the semi-arid Nebraska Sand Hills. J. Hydrol. 2014, 519, 656-669. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  3. Wachniew, P.;Żurek, A.J.; Stumpp, C.; Gemitzi, A.; Gargini, A.; Filippini, M.; Różański, K.; Meeks, J.; Kvaerner, J.; Witczak, S. Toward operational methods for the assessment of intrinsic groundwater vulnerability: A review. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2016, 46, 827-884. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  4. Witkowski, A.J.; Rubin, K.; Kowalczyk, A.; Różkowski, A.; Wróbel, J. Groundwater vulnerability map of the Chrzanów karst-fissured Triassic aquifer (Poland). Environ. Geol. 2003, 44, 59-67. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  5. Krogulec, E.; Trzeciak, J. Drastic assessment of groundwater vulnerability to pollution in the Vistula floodplain in central Poland. Hydrol. Res. 2017, 48, 1088-1099. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  6. Miglietta, P.P.; Toma, P.; Fanizzi, F.P.; De Donno, A.; Coluccia, B.; Migoni, D.; Bagordo, F.; Serio, F.A. Grey water footprint assessment of groundwater chemical pollution: Case study in Salento (southern Italy). Sustainability 2017, 9, 799. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  7. Serio, F.; Miglietta, P.P.; Lamastra, L.; Ficocelli, S.; Intini, F.; De Leo, F.; De Donno, A. Groundwater nitrate contamination and agricultural land use: A grey water footprint perspective in Southern Apulia Region (Italy). otwiera się w nowej karcie
  8. Sci. Total Environ. 2018, 645, 1425-1431. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  9. Bachmat, Y.; Collin, M. Mapping to assess groundwater vulnerability to pollution. In Vulnerability of Soil and Groundwater to Pollutants; van Duijvenbooden, W., van Waegeningh, H.G., Eds.; TNO Committee on Hydrological Research: The Hague, The Netherlands, 1987; pp. 297-307. ISBN 90-6743-109-5.
  10. Charbeneau, R.J.; Daniel, D.E. Contaminant transport in unsaturated flow. In Handbook of Hydrology;
  11. Maidment, D.R., Ed.; McGraw-Hill: New York, NY, USA, 1993.
  12. Szestakow, W.S.; Witczak, S. Podstawy fizyczno-matematycznego opisu migracji substancji zanieczyszczających [Fundamentals of physical-mathematical description of pollutants]. In Ochrona Wód Podziemnych [Groundwater Protection];
  13. Kleczkowski, A.S., Ed.; Wydawnictwa Geologiczne: Warszawa, Poland, 1984. (In Polish)
  14. Witczak, S.;Żurek, A. Wykorzystanie map glebowo-rolniczych wocenie ochronnej roli gleb dla wód podziemnych [Use of soil-agricultural maps in the evolution of protective role of soil for groundwater].
  15. In Metodyczne Podstawy Ochrony Wód Podziemnych [Methodical Principles of Groundwater Protection]; otwiera się w nowej karcie
  16. Kleczkowski, A., Ed.; Akademia Górniczo-Hutnicza: Kraków, Poland, 1994. (In Polish)
  17. Macioszczyk, T. Czas przesączania pionowego wody jako wskaźnik stopnia ekranowania warstw wodonośnych [Time of vertical seepage as an indicator of the degree of aquifer insulation].
  18. Przegląd Geologiczny 1999, 47, 731-736. (In Polish)
  19. De Vries, J.J.; Simmers, I. Groundwater recharge: An overview of processes and challenges. Hydrogeol. J. 2002, 10, 5-17. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  20. Potrykus, D.; Gumuła-Kawęcka, A.; Jaworska-Szulc, B.; Pruszkowska-Caceres, M.; Szymkiewicz, A. Assessing groundwater vulnerability to pollution in the Puck region (denudation moraine upland) using vertical seepage method. E3S Web. Conf. 2018, 44, 00147. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  21. Sousa, M.R.; Jones, J.; Frind, E.O.; Rudolph, D.L. A simple method to assess unsaturated zone time lag in the travel time from ground surface to receptor. J. Contam. Hydrol. 2013, 144, 138-151. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  22. Vero, S.E.; Ibrahim, T.G.; Creamer, R.E.; Grant, J.; Healy, M.G.; Henry, T.; Kramers, G.; Richards, K.G.; Fenton, O. Consequences of varied soil hydraulic and meteorological complexity on unsaturated zone time lag estimates. J. Contam. Hydrol. 2014, 170, 53-67. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  23. Batalha, M.S.; Barbosa, M.C.; Faybishenko, B.; van Genuchten, M.T. Effect of temporal averaging of meteorological data on predictions of groundwater recharge. J. Hydrol. Hydromech. 2018, 66, 143-152. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  24. Szymkiewicz, A.; Gumuła-Kawęcka, A.; Šimůnek, J.; Leterme, B.; Beegum, S.; Jaworska-Szulc, B.; Pruszkowska-Cacers, M.; Gorczewska-Langner, W.; Jacques, D. Simulations of freshwater lens recharge and salt/freshwater interfaces using the HYDRUS and SWI2 packages for MODFLOW. J. Hydrol. Hydromech. 2018, 66, 246-256. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  25. Vero, S.E.; Healy, M.G.; Henry, T.; Creamer, R.E.; Ibrahim, T.G.; Richards, K.G.; Mellander, P.-E.; McDonald, N.T.; Fenton, O. A framework for determining unsaturated zone water quality time lags at catchment scale. Agric. Ecosyst. Environ. 2017, 236, 234-242. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  26. Šimůnek, J.; Šejna, M.; Saito, H.; Sakai, M.; van Genuchten, M.T. The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media, Version 4.0; HYDRUS Software Series 3; University of California: Riverside, CA, USA, 2008. otwiera się w nowej karcie
  27. Yu, C.; Yao, Y.; Hayes, G.; Zhang, B.; Zheng, C. Quantitative assessment of groundwater vulnerability using index system and transport simulation, Huangshuihe catchment, China. Sci. Total Environ. 2010, 408, 6108-6116. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  28. Lu, X.; Jin, M.; van Genuchten, M.Th.; Wang, B. Groundwater recharge at five representative sites in the Hebei Plain, China. Groundwater 2011, 49, 286-294. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  29. Fenton, O.; Vero, S.; Ibrahim, T.G.; Murphy, P.N.C.; Sherriff, S.C.; Ó hUallacháin, D. Consequences of using different soil texture determination methodologies for soil physical quality and unsaturated zone time lag estimates. J. Contam. Hydrol. 2015, 182, 16-24. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  30. Van Genuchten, M.Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 1980, 44, 892-898. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  31. Bittelli, M.; Campbell, G.S.; Tomei, F. Soil Physics with Python: Transport in the Soil-Plant-Atmosphere System; OUP Oxford: Oxford, UK, 2015; ISBN 0191505587. otwiera się w nowej karcie
  32. Peters, A. Simple consistent models for water retention and hydraulic conductivity in the complete moisture range. Water Resour. Res. 2013, 49, 6765-6780. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  33. Carsel, R.F.; Parrish, R.S. Developing joint probability distributions of soil water retention characteristics. Water Resour. Res. 1988, 24, 755-769. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  34. Clothier, B.E.; Green, S.R.; Deurer, M. Preferential flow and transport in soil: Progress and prognosis. Eur. J. Soil Sci. 2008, 59, 2-13. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  35. Allen, R.G. A Penman for all seasons. J. Irrig. Drain. Eng. 1986, 112, 348-368. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  36. Feddes, R.A.; Kowalik, P.J.; Zaradny, H. Simulation of Field Water Use and Crop Yield;
  37. Meyer, P.D.; Rockhold, M.L.; Gee, G.W. Uncertainty Analyses of Infiltration and Subsurface Flow and Transport for SDMP Sites; Nuclear Regulatory Commission: Washington, DC, USA, 1997. otwiera się w nowej karcie
  38. Hillel, D. Environmental Soil Physics: Fundamentals, Applications, and Environmental Considerations; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 1998; ISBN 0080544150. otwiera się w nowej karcie
  39. Charbeneau, R.J. Groundwater Hydraulics and Pollutant Transport; Waveland Press: Long Grove, IL, USA, 2006; ISBN 1478608315.
  40. Duda, R.; Winid, B.; Zdechlik, R.; Stępień, M. Metodyka Wyboru Optymalnej Metody Wyznaczania Zasięgu Stref Ochronnych Ujęć Zwykłych Wód Podziemnych Z Uwzględnieniem Warunków Hydrogeologicznych Obszaru Rzgw W Krakowie [Methodology of Selecting the Optimal Method of the Wellhead Protection Area Delineation Taking into Account the Hydrogeological Conditions in Areas Administered by the Regional Water Management Board in Cracow];
  41. Akademia Górniczo-Hutnicza: Kraków, Poland, 2013; ISBN 9788388927294. (In Polish)
  42. Stephens, D.B.; Hsu, K.C.; Prieksat, M.A.; Ankeny, M.D.; Blandford, N.; Roth, T.L.; Kelsey, J.A.; Whitworth, J.R. A comparison of estimated and calculated effective porosity. Hydrogeol. J. 1998, 6, 156-165. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  43. Dyck, S.; Chardabellas, P. WegezurErmittlung der nutzbarenGrundwasserreserven [Methods to estimate usable groundwater resources].
  44. Ber. Geol. Ges. DDR 1963, 8, 245-262. (In German) otwiera się w nowej karcie
  45. Hölting, B.; Coldewey, W. Hydrogeologie: Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie [Hydrogeology: Introduction to General and Applied Hydrogeology]; otwiera się w nowej karcie
  46. Springer-Verlag: Heidelberg, Germany, 2013; ISBN 3827423546. (In German)
  47. Beegum, S.; Šimůnek, J.; Szymkiewicz, A.; Sudheer, K.P.; Nambi, I.M. Implementation of solute transport in the vadose zone into the 'HYDRUS package for MODFLOW'. Groundwater 2018. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  48. Beegum, S.; Šimůnek, J.; Szymkiewicz, A.; Sudheer, K.P.; Nambi, I.M. Updating the coupling algorithm between HYDRUS and MODFLOW in the 'HYDRUS Package for MODFLOW'. Vadose Zone J. 2018, 17. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  49. Šimůnek, J.; van Genuchten, M.T. Modeling nonequilibrium flow and transport processes using HYDRUS. Vadose Zone J. 2008, 7, 782-797. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
Politechnika Gdańska

wyświetlono 23 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi