INVERSE PROBLEM OF NON-ISOTHERMAL MULTIPHASE FLOW AND REACTIVE TRANSPORT IN DEFORMABLE POROUS MEDIA

L. Zheng , J. Samper and L. Montenegro

E. T. S. Ingenieros de Caminos, Universidad de la Coruña, Campus de Elviña s/n, 15192 La Coruña, jsamper@udc.es

ABSTRACT. We present a methodology for solving the inverse problem of non-isothermal multiphase flow and multicomponent reactive solute transport which can take into account various types of data including heads or pressures, temperatures, stress/deformation, aqueous and total (dissolved plus sorbed) concentrations, water fluxes, water contents and exchanged cations as well as parameter prior information. The inverse problem is solved by minimizing a generalized least-squares criterion with a Gauss-Newton-Levenberg-Marquardt method. Approximate confidence intervals are computed from the parameter covariance matrix. All these features have been implemented in INVERS-FADES-CORE, a general code which solves both forward and inverse problems. The code can estimate a wide range of parameters including: intrinsic permeability, parameters of retention and relative permeability curves, parameters of the constitutive model of deformation, tortuosity of vapor, thermal conductivity, dispersivity, distribution coefficient, molecular diffusion coefficient, initial and boundary concentrations, pH and pE, selectivity coefficients, cation exchange capacity, specific surface of minerals and initial volume fraction of minerals. Synthetic data have been used to verify the formulation and study the convergence, uniqueness and stability of the algorithm. The methodology has been applied to the estimation of transport and chemical parameters from both laboratory and in situ tests performed during the FEBEX project (Full-scale Engineered Barrier EXperiment).

RESUMEN. Se presenta una metodología numérica para resolver el problema inverso del flujo multifásico no isotermo y transporte de solutos reactivos a través de medios porosos deformables que tiene en cuenta una amplia gama de diferentes datos: niveles o presiones, temperaturas, tensiones/deformaciones, concentraciones acuosas y totales (disuelta más adsorbida), caudales, contenidos humedad así como información previa de los parámetros. El problema inverso se resuelve minimizando una función objetivo mediante el algoritmo de Gauss-Newton-Levenberg- Marquardt. La incertidumbre de los parámetros estimados se calcula mediante intervalos de confianza aproximados de los parámetros estimados. La formulación se ha implementado en INVERS-FADES-CORE, un código que resuelve tanto el problema directo como el inverso. El código permite la estimación de distintos tipos de parámetros incluyendo: permeabilidad intrínseca, parámetros de la curva de permeabilidad relativa, parámetros de la curva de retención, parámetros de ecuaciones constitutivas para el comportamiento tensodeformacional del suelo, tortuosidad de los gases y del vapor, conductividades térmicas, dispersividad, coeficiente de distribución, coeficiente de difusión molecular, concentración inicial y de contorno, pH y pE, coeficiente de intercambio, capacidad de intercambio catiónico, superficie especifica de mineral y fracciones iniciales de minerales. Se han utilizado datos sintéticos para verificar la formulación y estudiar la convergencia, unicidad, y estabilidad del algoritmo inverso. La metodología se ha aplicado también a la estimación de los parámetros de la bentonita compactada utilizada en los ensayos de laboratorio e in situ del proyecto FEBEX..