Реферат: Прогнозирование качества подземных вод при эксплуатации

б) Почему (а) упрощенное ?

На самом деле фронт движения загрязнения в потоке "размазан" за счет процессов всякого рода дисперсии. Поэтому реально загрязнение водозабора начнется раньше, чем рассчитанное по схеме поршневого вытеснения , но и полное загрязнение наступит позже, чем (рис. 3). Для любого момента времени правильно будет записать концентрацию на водозаборе так:

,

где - текущее (на момент) значение концентрации воды в "грязной ленте" на стенке водозаборной скважины.

Рис.3. Характер поступления загрязнения в водозабор

Понятие "относительная концентрация" студентам уже знакомо :

т.е.

Соответственно при (нет загрязнения),

при (предельное загрязнение).

Таким образом, задача прогнозирования реального режима загрязнения во времени состоит в вычислении . Это делается либо аналитически (на основе подходящей миграционной схемы), либо (для реальных структур потоков) - моделированием миграции численными методами с использованием уравнений конвективно-диффузионного переноса.

Проблема таких прогнозов чрезвычайно сложна; достоверность их невысока - прежде всего, из-за методических и материально-технических сложностей полевых оценок параметров массопереноса. Подробные сведения по этим темам студенты получают из курсов "Гидрогеодинамика", "Физико-химическая гидрогеодинамика" и других. Здесь мы дадим лишь самые общие и упрощенные представления, минимально необходимые для правильного восприятия проблемы прогнозирования качества подземных вод при эксплуатации водозаборов.

Эффективная пористость - расчетный (формальный) параметр емкости, учитывающий не только физическую емкость водовмещающей породы (активную пористость ), но и физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз (сорбция-десорбция, химические реакции, катионный обмен...). Этот параметр характеризует суммарную поглотительную способность водовмещающих пород при движении вещества в подземных водах. Своеобразный фильтр, "изымающий" вещество из раствора, тогда как растворитель продолжает двигаться дальше. За счет этого при данной скорости фильтрации истинные скорости движения чистой воды и растворенного в ней вещества оказываются различными:

Для каждого компонента загрязнения или их соединений следует оценивать "свое" значение эффективной пористости, учитывающее их способность к сорбции, химическому взаимодействию с породами.

где - коэффициент распределения.

В диапазоне небольших концентраций можно принимать , где - концентрация компонента в жидкой фазе (в "грязном" растворе), - то же для породы при равновесном состоянии системы. Чем больше , тем меньше и соответственно - тем больше , т.е. этот компонент "охотно" поглощается породой в той или иной форме.

В силу формального характера может быть больше 1. Мощные сорбенты - тонкодисперсные породы (глины, опоки, диатомиты) за счет высокой удельной поверхности.

Коэффициент дисперсии - количественный параметр, характеризующий степень "размазывания" переходной зоны на фронте миграционного потока. Величина его зависит от природы процессов, вызывающих дисперсию:

- молекулярная диффузия - "слабый" процесс (характерный размер - см),

- микродисперсия - неоднородность поля скоростей в разрезе одной поры и между порами (пустотами) разного размера ("средний" процесс - м),

- макродисперсия - неоднородность поля скоростей за счет неоднородности пласта в разрезе и в плане (блоки, пропластки) - основной процесс, создающий фронт дисперсии в сотни м и более.

5. ЗАВЕРШЕНИЕ ПРОГНОЗА КАЧЕСТВА: если по этапам прогноза получены отрицательные ответы, то нужно либо "закрывать" месторождение (нет эксплуатационных запасов!), либо проектировать какие-то защитные меры:

1. Перемещение водозаборного участка - этим достигается увеличение длины пути (с соответствующим возрастанием ) или изменение положения зоны захвата.

2. Уменьшение проектной производительности водозабора (т.е. уменьшение ЭЗ !), чтобы уменьшить скорости и соответственно - величины .

3. Организация гидродинамической защиты (идеи без комментариев понятны из рис. 6.4):

Рис.4

Техническая откачка +Q_т

Проблемы:

- ЭЗ в принципе уменьшаются (при том же дебите понижения больше)