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Pathways of Liquid Effluents inGroundwater and Surface Water(Section 2.4.13 SAR)EXAMPLEPathways of Liquid Effluents inGroundwater and Surface Water(Section 2.4.13 SAR)
Pathways of Liquid Effluents inGroundwater and Surface Water(Section 2.4.13 SAR)EXAMPLEPathways of Liquid Effluents inGroundwater and Surface Water(Section 2.4.13 SAR)
FRAMES-2.0 Workshop
U.S. Nuclear Regulatory Commission
Bethesda, Maryland
November 15-16, 2007
Pacific Northwest National Laboratory
Richland, Washington
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PurposePurpose
PurposePurpose
Demonstrate Hierarchical Modeling
SSAR assessment:  instantaneous mixing, advection, retardation,decay
Modeling: mass balance, advection, dispersion, retardation, decay
Instantaneous release
Long-term release (20-yr leak)
Explore Conservative Assumptions
Full mixing over the Aquifer Depth
Largest Darcy Velocity
No Dispersion
Register and use an Excel Spreadsheet
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Problem DescriptionProblem Description(direct quote from SAR)
Problem DescriptionProblem Description(direct quote from SAR)
“Reactor Coolant Storage Tank is postulated to rupture,and 80% of its liquid volume (92 m3) is assumed to bereleased in accordance with Branch Technical Position 11-6…Flow from the rupture is postulated to flood the buildingand migrate past the building containment structure andsump collection system and enter the subsurface at the topof the building slab…(V)ertical downward flow ensues.  Apathway is created that would allow the entire 92 m3 toenter the groundwater system instantaneously.”
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Problem DefinitionProblem Definition
Problem DefinitionProblem Definition
No vadose zone, aquifer only
Uses known tank concentrations
Instantaneously places 80% (not 100%) of the tank’s mass into only theaquifer’s effective pore space
Uses tank’s total liquid volume to estimate the plan view area ofcontamination
NOT an instantaneous release scenario, which requires mass balancechecks on water and mass flux rates
Mixes contamination over the aquifer depth (conservative?)
Maximum Darcy velocity (noted as conservative)
Advection, Decay, and Retardation Only (noted as conservative)
No Dispersion (noted as conservative)
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5
With Dispersion
Fully Mixed
Plaid
Plaid
Upper Aquitard
Upper Aquifer Unit
Plume
Source
Plaid
Plaid
Plaid
River
Upper Aquitard
Source
Plaid
Plaid
Plaid
River
Plaid
Plume
Upper Aquifer Unit
Fully
Mixed
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6
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7
ModulesModules
ModulesModules
Source, Vadose Zone, and Aquifer Transport
FRAMES Constituent Database Selection
Source (User-defined source term) – WFF VadoseZone Module
MEPAS 5.0 Aquifer Module
MEPAS 5.0 River Module
Exposure/Intake/Risk
MEPAS 5.0 Exposure Pathways Module
MEPAS 5.0 Receptor Intakes Module
MEPAS 5.0 Health Impacts Module
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8
Model InputModel Input
Registering anExcel WorksheetRegistering anExcel Worksheet
(separate presentation)
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Constituent
Database
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“Source-Term” Module
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Aquifer Module
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River Module
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16
Chronic Exposure
Module
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Intake Module
Impacts Module
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Output ResultsOutput Results
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ConstituentConcentrations inAquifer at River’s Edge
pCi/mL
pCi/mL
pCi/mL
Years
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Comments InvestigationsComments Investigations
Comments InvestigationsComments Investigations
Modeling provides us with an opportunity to morefully understand the problem.  SAR case ignoresmass balance of water flux rate.
Maximum Darcy Velocity is conservative – ReduceSZ Darcy Velocity one order of magnitude
Fully mixed condition is conservative – Increasethe aquifer depth
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Check to see if a maximum saturated zoneDarcy velocity is conservative:
Check to see if a maximum saturated zoneDarcy velocity is conservative:
Reduce the saturated zone Darcy velocity by anorder of magnitude (i.e., 1/10th)
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Reduced by 1/10th
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Reduced by 1/10th
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Reduced by 1/10th
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Reduced by 1/10th
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ConstituentConcentrations in Aquiferat River’s Edge at 1/10ththe Darcy Velocity
pCi/mL
pCi/mL
pCi/mL
Years
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Hierarchical Modeling Results
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Check to see if fully mixed conditions inthe aquifer is conservative:
Check to see if fully mixed conditions inthe aquifer is conservative:
Increase the aquifer thickness.
This case was not run, but the modeling canprovide insight on how aquifer depth can impactthe conservative assumption.
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Rule-of-Thumb Relationships
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Rule-of-Thumb Relationship Definitions
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SummarySummary
SummarySummary
Many important factors determine whetherscenarios and assumptions are conservative
Interdependencies between parameters
Duration of release
Time of concentration
Water mass balance
Contaminant mass balance