Yer radarı yöntemi ile gelişmiş üç boyutlu DNAPL modelleme

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı yeraltı su sistemlerini kirletici olarak doğrudan etkileyen suya karışmayan faz sıvıları (NAPL) olarak tanımlanan akışkanların yer radarı yöntemi için 3B sayısal modelleme çalışmaları ile incelenmesidir. Bu amaçla laboratuvar ortamında mini akifer sistemlerini temsil eden deney setleri yer radarı (GPR) yöntemine vereceği tepkiler incelenmek üzere sayısal olarak modellenmiştir. Elektromanyetik dalga yayınımı benzetimleri zaman ortamında sonlu farklar (FDTD) yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Bu çalışmada NAPL türü olarak yoğun suyla karışmayan faz sıvıları (DNAPL) kullanılmıştır. Çalışmada, yer radarı yöntemi için sayısal modelleme çalışmalarında aranan nesne veya gömülü yapının model geometrisi içerisine dahil edilmesi ile ilgili olarak üç adet yöntem sunulmaktadır. Bu yöntemlerden ilki; basit geometrik şekiller kullanarak hedef yapıların oluşturulması, ikinci yöntem resimden gömülü nesne geometrisi elde etme yöntemi ve son yöntem ise gömülü nesneye ait önceden elde edilmiş geometrinin sayısal model içerisine dahil edilmesidir. Bu çalışmada incelenmek istenen hedef madde akışkan yapıda kirleticilerden meydana geldiği için model geometrisi ikinci yöntem kullanılarak resimden model geometrileri elde edilmiştir. Bunun için laboratuvar ortamında deney esnasında çekilmiş fotoğraflar kullanılmıştır. Ortama ait göreceli dielektriksel geçirgenlik değerlerinin hesaplanmasında Complex Refractive Index Model (CRIM) ve Dobson (Peplinski) modelleri kullanılmıştır. DNAPL bölgesinin göreceli dielektriksel geçirgenlik değerini hesaplamak için ise NAPL araştırmaları için düzenlenmiş özel bir CRIM modeli kullanılmıştır. Elde edilen sentetik sonuçlar gerçek yer radarı ölçüleri ile karşılaştırılmıştır. Bu tez çalışması göstermiştir ki; DNAPL türü kirleticilerin laboratuvar fotoğrafları kullanılarak sayısal modellemeye dahil edilmesi mümkün; ancak ortama ve kirletici bölgesine ait dielektriksel parametrelerin hesaplanması üzerinde hassasiyetle durulması gereken bir konudur.

The aim of this thesis is to examine the fluids defined as Non-Aqueous Phase Liquids (NAPL) which directly affect groundwater systems as a contaminant by 3D numerical modeling for Ground-Penetrating Radar (GPR). For this purpose, the experimental sets representing a mini aquifer system in the laboratory conditions were modeled numerically to investigate the response to the GPR. The simulations of electromagnetic wave propagation were performed by using the finite-difference time-domain (FDTD) method. In this study, Dense Non-Aqueous Phase Liquids (DNAPL) was used as NAPL type.In this study, three methods are introduced to include the geometry of an object into the numerical model. The first method is to create target structures using simple geometric shapes, the second is to obtain the object geometry from a picture in PNG format, and the last method is to include the pre-obtained geometry of the embedded object into the numerical model. In this study, since the material to be investigated is fluid, the model geometry is obtained by using the second method. For this purpose, photographs taken during the experiment were used in the laboratory.Complex Refractive Index Model (CRIM) and Dobson (Peplinski) models were used to calculate the relative dielectric permittivity of the surrounding medium. A special CRIM model was used in order to calculate the relative dielectric permittivity of the NAPL zone. Synthetic results were compared with real GPR results. This study suggests that; it is possible to create numerical models of DNAPL contaminants by using pictures; however, calculation of dielectric properties of the surrounding medium and contaminant zone is an issue that needs to be considered with precision.