Simulating water flow and reactive transport in waste rock piles using stochastic properties

This report presents a numerical modeling approach to assess unsaturated water flow and geochemical transport in a sulphidic waste rock pile using selected realizations of stochastically distributed material properties. Such simulations can serve to better understand the long-term response of a typical waste rock pile. The water retention curve and hydraulic conductivity function are used to represent spatial variability for water flow, while distributed geochemical parameters are used for reactive transport. The results illustrate how the spatial correlation of hydraulic properties directly affects the moisture distribution and flow within the pile, which in some cases creates local preferential flow paths along the direction of the strongest correlation of hydraulic properties. The numerical simulations also show how sulphide mineral oxidation rates can be influenced by the grain size, sulphide fraction and moisture content distribution, which may explain large observed spatial variations in the composition of drainage water.

Résumé

Ce rapport présente une approche de modélisation numérique visant à évaluer l'écoulement d'eau et le transport géochimique dans une halde à stériles réactifs, en utilisant des propriétés stochastiques pour les matériaux sulfureux. De telles simulations peuvent servir à mieux comprendre la réponse à long terme d'une halde à stériles typique. La courbe de rétention d'eau et la fonction de conductivité hydraulique non saturée sont utilisées pour représenter la variabilité spatiale de l'écoulement de l'eau ; une distribution des paramètres géochimiques sert pour l'analyse du transport réactif. Les résultats illustrent comment la corrélation spatiale des propriétés hydrauliques affecte la distribution et la circulation de l'eau au sein de l'empilement, produisant, dans certains cas des chemins d'écoulement préférentiels dans la direction de la plus forte corrélation des propriétés hydrauliques. Les simulations numériques montrent également que les taux d'oxydation des minéraux sulfureux sont influencés par la taille des grains, la proportion de sulfure et la distribution de l'eau, qui peuvent être la cause de grandes variations spatiales dans la composition des eaux de drainage.

Uncontrolled Keywords

Drainage minier acide, Écoulement, Teneur en eau volumique, Conductivité hydraulique, Transport réactif, Acid Mine Drainage, Seepage, Volumetric Water Content, Hydraulic Conductivity, Reactive Transport