Abstracts
Résumé
Des simulations numériques de l’écoulement de l’eau souterraine et du transport de masse ont été réalisées pour étudier l’influence des fractures présentes dans un massif rocheux sur l’écoulement souterrain autour de dépôts miniers entreposés dans une mine à ciel ouvert. Les simulations de l’écoulement et du transport de contaminants ont été effectuées à l’aide du modèle numérique HydroGeosphere. Les analyses présentées ici ont été réalisées en deux dimensions. Les simulations incluent la zone non saturée et utilisent les propriétés des matériaux obtenues expérimentalement. Elles considèrent différentes conditions aux limites. Les effets des propriétés hydrogéologiques des matériaux (c.a.d la courbe de rétention d’eau et la fonction de conductivité hydraulique), des caractéristiques du réseau de fractures (fractures verticales seulement, réseau de fractures orthogonales) et de la perméabilité des fractures ont été étudiés. Les simulations montrent que l’écoulement de l’eau et le transport de contaminants sont fortement affectés par le type de dépôts placés dans la fosse (stériles miniers ou rejets de concentrateurs), la nature des conditions initiales et aux limites imposées et la fracturation du massif rocheux avoisinant. La présence de fractures perméables cause une migration plus rapide des contaminants provenant des rejets et le panache de contamination peut alors atteindre des distances plus élevées, ce qui peut augmenter le risque de contamination des eaux souterraines ou des eaux de surface. La perméabilité de fractures du massif rocheux autour d’une fosse de rejets miniers devrait donc être caractérisée pour améliorer la prédiction de la migration de contaminants à partir de la fosse.
Mots clés:
- Écoulement,
- contaminants,
- rejets miniers,
- HydroGeosphere,
- simulations numériques,
- fractures
Abstract
Produced mining wastes can be placed in open pits or underground excavations. The adjacent rock mass is often fractured and the discontinuities may control the flow of water and transport of contaminants from the wastes. Numerical simulations have been carried out to assess the influence of joints on underground flow and mass transport in and around a surface mine opening. The influence of a regional hydraulic gradient was also analyzed. To conduct these investigations, contaminant transport and unsaturated flow modelling was performed using the HydroGeosphere numerical model. Analyses including the vadose zone were conducted by simulating various 2D cases using experimentally obtained material properties and controlled boundary conditions. The effects of material hydrogeological properties (i.e., the water retention curve and hydraulic conductivity function), fracture network characteristics and joint conductivity were also investigated. The simulations show that water flow and contaminant transport are significantly affected by the type of filling material (tailings or waste rock material), the nature of initial and boundary conditions and the degree of rock mass fracture (vertical fractures or an orthogonal fracture network). Fractures significantly influence the water flow network and contaminant concentrations. In fact, the presence of joints induces a more rapid migration of contaminants from mining wastes, and the contaminant plume can reach greater distances that can increase the risk of surface and ground water contamination. The effect of the regional hydraulic gradient can be additional to that of the fracture network. Thus, the level of fracture of the rock mass must be characterized to better predict contaminant migration from open pits.
Keywords:
- Water flow,
- contaminant,
- tailings,
- waste-rock,
- HydroGeosphere,
- simulation,
- fractures
Appendices
Références bibliographiques
- Amtec Engineering Inc. (2003). Tecplot, Version 10. États-Unis Amtec Enginneering Inc. Fichier informatique sur CD-Rom.
- Aubertin M., B. Bussière et B. Zagury (2011). La gestion des rejets miniers au Québec. Dans : L’État du Québec 2011. Institut du Nouveau Monde, Boréal (Éditeur), pp. 225-232.
- Aubertin M., O. Fala, J. Molson, A.G. Rochette, B. Lahmira, V. Martin, R. Lefebvre, B. Bussière, R.P. Chapuis, M. Chouteau et W.G. Wilson (2005). Évaluation du comportement hydrogéologique et géochimique des haldes à stériles. Dans : Symposium Rouyn-Noranda: l’Environnement et les Mines, 15-18 mai 2005, Rouyn-Noranda, Canada, compte-rendu sur CD-Rom.
- Aubertin M., B. Bussière et L. Bernier (2002). Environnement et gestion des rejets miniers. Presses Internationales Polytechniques (Éditeur), Manuel sur CD-Rom.
- Bear J. (1972). Modeling flow and contaminant transport in fractured rocks. Dans : Flow and Contaminant Transport in Fractured Rock, Academic Press, Inc. (Éditeur), San Diego, CA, pp. 1-35.
- Ben Abdelghani F. (2009). Analyse numérique des écoulements et du transport de contaminants dans les rejets miniers entreposés dans les massifs rocheux fracturés. Thèse de Doctorat, Génie minéral, École Polytechnique de Montréal, Canada, 546 p.
- Cifuentes E. (2005). Modélisation numérique des écoulements non saturés dans les couvertures à effets de barrière capillaire inclinées. Rapport de projet de maîtrise présenté en vue de l'obtention du diplôme de M. Ing., Génie Minéral, École Polytechnique de Montréal, Canada, 166 p. (+Annexes sur CD-rom).
- Doughty C. (2010). Numerical model of water flow in a fractured basalt vadoze zone: Box Canyon site, Idaho. Water Resour. Res., 36, 3521-3534.
- Freeze R.A et J.A. Cherry (1979). Groundwater. Prentice-Hall, Inc. (Éditeur), Englewood Cliffs, N.J., USA, 604 p.
- Freeze R.A. et P.A. Witherspoon (1966). Theoretical analysis of regional groundwater flow: analytical and numerical solutions to the mathematical model. Water Resour. Res., 2, 641-656.
- Gale J. (1990). Hydraulic behaviour of rock joints. Dans : Proceedings of the International Symposium on Rock Joints, Balkema, Rotterdam, Barton and Stephansson (Éditeurs), pp. 351-362.
- Indraratna B. et P. Ranjith (2001). Hydromechanical aspects and unsaturated flow in jointed rock. A.A. Balkema (Éditeur), 294 p.
- McLaren R. (2005). GridBuilder [logiciel, v.5.61]. A 2D triangular mesh generator.
- Martin V., M. Aubertin et J. McMullen (2006). Surface disposal of paste tailings. Dans : Proc. 5th ICEG Environmental Geotechnics: Opportunities, Challenges and Responsibilities for Environmental Geotechnics, 26-30 juin, Cardiff, UK. Thomas H.R. (Éditeur.),Thomas Telford, vol. 2, pp. 1471-1478.
- Molson J., M. Aubertin et B. Bussière (2012). Reactive transport modelling of acid mine drainage within discretely fractured porous media: Plume evolution from a surface source zone. Environ. Model. Software, 38, 259-270.
- Neretnieks I. (1980). Diffusion in the rock matrix: An important factor in radionuclide retardation? J. Geosphys. Res., 85, 4379-4397.
- Pouget R. (1998). Analyse de sensibilité de l’écoulement à saturation variable et du transport de contaminants en milieu poreux fracturé. Mémoire M.Sc.A., Génie géologique, Université Laval, Québec, Canada, 110 p.
- Richards L.A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous medium. J. Phys., 1, 318-333.
- Schwartz F., L.W. Smith et S.A. Crowe (1983). A stochastic analysis of macroscopic dispersion in fractured media. Water Resour. Res., 19, 1253-1265.
- Sharma D.H. et R.K. Reddy (2004). Geoenvironmental engineering, site remediation, waste containment, and emerging waste management technologies. Dans: Contaminant Transport and Fate.John Wiley and Sons (Éditeurs), Hoboken, N.J., USA, pp. 167-211.
- Thériault V. (2004). Étude de l’écoulement autour d’une fosse remblayée par une approche de fracturation discrète. Mémoire M.Sc.A., Génie minéral, École Polytechnique de Montréal, Canada, 184 p.
- Therrien R. et E.A. Sudicky (1996). Three dimensional analysis of variably saturated flow and solute transport in discretely fractured porous media. J. Contam. Hydrol., 23, 1-44.
- Therrien R., R.G. McLaren et E.A. Sudicky (2005). HydroGeosphere, A three-dimensional numerical model describing fully-integrated subsurface and surface flow and solute transport. Draft (Éditeur), 252 p.
- Tsang W.Y. (1984). The effect of tortuosity on fluid flow through a single fracture. Water Resour. Res., 20, 1209-1215.
- Van Genuchten M.Th. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892-898.
- Wang J.S.Y. et T.N. Narasimhan (1985). Hydrologic mechanicms governing fluid flow in a partially saturated, fractured,porous medium. Water Resour. Res., 2, 1861-1874.
- Wang J.S.Y. et T.N. Narasimhan (1993). Unsaturated flow in fractured porous media. Dans : Flow and Contaminant Transport in Fractured Rock, San Diego, CA, USA, Academic Press, Inc. (Éditeur), pp. 169-236.
- Witherspoon P.A., W.Y. Tsang, S.C.J. Long et J. Noorishad (1981). New approaches to problems of fluid flow in fractured rock masses. Dans : Proceedings of the 22nd US Symposium on Rock Mechanics, Rock Mechanics From Research to Application, Massachusetts Institute of Technology, 28 juin-?? juillet, vol. 2, pp. 3-22.
- Witherspoon P.A., J.S.Y. Wang, K. Iwai et J.E. Gale (1980). Validity of cubic law for fluid flow in a deformable rock fracture. Water Resour. Res., 16, 1016-1024.
- Xu J. et B.X. Hu (2005). Stochastic analysis of contaminant transport through non-stationary fractured porous media: a dual-permeability approach. Water Resour. Res., 41, 13 p., W05004, .