In het laatste jaar, één ding is duidelijk geworden:we kunnen niet zonder risico leven. In feite, elk onderdeel van onze dagelijkse routines werd onderworpen aan analyse:hoe riskant is de actie en is de waarde de potentiële kosten waard?

Risico analyse, hoewel schijnbaar steeds meer aanwezig in onze gedachten vandaag, is altijd een onderdeel geweest van hoe we werken en hoe de systemen om ons heen werken. Als nieuwe druk, zoals klimaatverandering, verdiepen, de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van risicoanalysemodellen met betrekking tot fundamentele zaken als de reinheid van ons drinkwater zijn belangrijker dan ooit geworden.

USC-onderzoekers, waaronder Felipe de Barros, universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan de USC Viterbi School of Engineering, hebben een verscheidenheid aan modellen ontwikkeld die kunnen helpen beoordelen hoe opkomende verontreinigingen zich verspreiden, oplossen en uiteindelijk de waterkwaliteit en de veerkracht van watervoerende lagen beïnvloeden.

"De ondergrondse omgeving is zeer complex en uitdagend om te volgen, omdat we het niet kunnen zien, " zei de Barros. "We hebben geen gedetailleerde informatie over hoe diep de verontreinigingen zijn, hoe ver ze zijn verspreid, waar ze vandaan komen, met welke andere verontreinigingen ze zijn vermengd of hoe de geologische eigenschappen in de ruimte variëren."

Deze vragen zijn precies waar de Barros en zijn team aan werken. Onlangs, de Barros en medewerkers ontwikkelden een analytisch model dat kan helpen bij het voorspellen van de verspreiding van verontreinigingen in gebroken poreuze media onder verschillende waterstroomscenario's. Dit werk was te zien in Natuurkunde Beoordeling Vloeistoffen . Het voordeel van het analytische model dat door de Barros en medewerkers is ontwikkeld, is dat het de mogelijkheid biedt om de relaties tussen verschillende geologische en fysieke parameters te bekijken om te zien hoe deze van invloed zijn op het oplossen van een verontreiniging wanneer water van het ene punt naar het andere stroomt.

"Het is alsof je alternatieve realiteiten bestudeert, zoals in een stripboekuniversum, " zei de Barros. "Als je kunt begrijpen wat er met elk ander scenario gebeurt, je kunt de resultaten beter in realtime voorspellen en middelen beter toewijzen om het probleem te verhelpen."

"Met tools als deze, je kunt probabilistische risicoanalyses uitvoeren en de risico's van een afvalverwerkingsinstallatie berekenen en beoordelen, bijvoorbeeld, of met een accidenteel lek, " zei hij. "We kunnen ook begrijpen hoe snel deze chemicaliën in deze omgevingen gaan reizen."

Bijvoorbeeld, zeggen dat er een chemische lekkage was in de buurt van een watervoerende laag. Met nauwkeurige risicomodellering die rekening houdt met de belangrijkste heterogene variabelen in de omgeving, gezondheidswerkers en regelgevende instanties zouden beter kunnen begrijpen hoeveel van een verontreiniging ze kunnen verwachten in de uiteindelijke waterbron, zei de Barros.

"Deze modellering kan helpen bij vragen als, 'Moet ik meer geld investeren in de volksgezondheid of in het karakteriseren van de geologische vindplaats? Moet ik de put sluiten - wat erg duur is - of kraanwater van een andere locatie halen of flessenwater kopen, of is er redelijke kennis dat het water nog kan worden gebruikt, eenmaal behandeld?" zei hij.

Een complex systeem vereenvoudigd

Felipe de Barros en zijn team keken naar de complexe fysica van waterstroming door verschillende stromingssystemen, namelijk waar beperkte stroming, zoals door een poreus membraan, ontmoet vrije stroom, zoals de ruimte tussen twee poreuze oppervlakken. Hoe deze gebieden op elkaar inwerken, is belangrijk om te bepalen hoe een chemische stof oplost of zich vermengt in een waterbron, hij zei.

In plaats van de fysieke vergelijkingen numeriek op te lossen om verschillende uitkomsten te modelleren, het team leek het probleem aan te pakken door analytische oplossingen te ontwikkelen die rekenkundig goedkoop zijn. Door relaties tussen elementen van het model te identificeren, konden ze het "opschalen", de wiskunde vereenvoudigen door deze trends in minder termen te destilleren dan ingebed in hun vergelijking.

Om een ​​model te creëren dat deze belangrijke parameters en gedragingen omvat, de onderzoekers keken naar de geometrische kenmerken van de ondergrondse structuren. Porositeit en doorlaatbaarheid van de ondergrond of aspectverhouding die de breuken karakteriseren waren belangrijke elementen die werden overwogen, zei de Barros.

Besluitvorming met gegevens

Het is moeilijk om beslissingen te nemen in een vacuüm. Dit is de reden waarom de Barros zegt dat de tools die binnen zijn onderzoeksgroep zijn ontwikkeld, de manier kunnen veranderen waarop waterbehandelingsfaciliteiten, regelgevers en anderen beslissen wat te doen in verschillende scenario's. Naarmate oppervlaktewater schaarser wordt, ondergrondse bronnen en behandelingsmogelijkheden zullen steeds meer moeten worden aangeboord. Tegelijkertijd, echter, met vervuiling en chemische verontreinigingen die in waterbronnen lekken, de uitdaging is om te bepalen hoe de veiligheid van een bepaalde stroom kan worden gemeten zonder de onzichtbare onbekenden die erop van invloed zijn volledig te begrijpen.

Een ding dat ons onderzoek wil bereiken, de Barros zei, is het ontwikkelen van toepassingsgerichte modellen die ons fundamentele begrip van de interactie tussen de geologische media en het transportgedrag van opgeloste stoffen verbeteren. Dit zou het mogelijk maken om te zien hoe de verspreiding van verontreinigende stoffen wordt beïnvloed door verschuivende omstandigheden. Bijvoorbeeld, hoe lekt een verontreiniging door naar de andere kant van een gebarsten rots in plaats van een die geen scheuren heeft? Omdat er zoveel potentiële verontreinigingen in het water zitten, dit helpt bij het creëren van een algemeen begrip van het ondergrondse systeem zonder afhankelijk te zijn van de exacte verontreinigingen in kwestie.

Deze kennis kan ook zorgen voor reverse engineering, bijvoorbeeld het bouwen van een systeem om bepaalde hydrogeologische omstandigheden te hebben die kunnen helpen om een ​​gewenste chemische concentratie of waterkwaliteitsoutput te bereiken.

"Begrijpen hoe de concentratie van een chemische stof in een bepaald systeem door ruimte en tijd verandert, kan gevolgen hebben voor de volksgezondheid, waterbehandelingsactiviteiten en ook regelgevend beleid, bijvoorbeeld zoals uitgegeven door de U.S. EPA, ' zei de Barros.