авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

Гидрогеохимия зоны активного водообмена юго-запада причерноморского артезианского бассейна (геоэкологические аспекты)

-- [ Страница 3 ] --

Таким образом, геометрические параметры зоны активного водообмена юго-запада Причерноморского артезианского бассейна (на примере территории Молдовы) характеризуются следующими особенностями: а) мощность зоны активного водообмена колеблется неравномерно в интервале 10.0 – 550.0 м от поверхности земли. В зону активного водообмена вовлечены: на севере территории – четвертичные, неогеновые и мел-силурийские водоносные горизонты; в центре территории – четвертичные и неогеновые водоносные горизонты; на юге – четвертичные и неогеновые водоносные горизонты (до нижнего сармата); б) мощность зоны активного водообмена увеличивается в юго-западном и южном направлениях и контролируется геологическим строением и гидрогеологическими условиями межпластовых водоносных горизонтов; в) в плане распространение зоны активного водообмена совпадает с местоположением областей питания подземных вод; г) территории, занятые зоной активного водообмена, характеризуются наибольшей плотностью водозаборных скважин для питьевого водоснабжения; д) в процентном отношении от общей площади распространения водоносных горизонтов зона активного водообмена имеет следующие количественные значения: меловой горизонт – 55%, нижний сармат – 64%, средний сармат – 71%, верхний сармат - понт – 91% и четвертичные водоносные горизонты – 100%.

Граничные условия и процессы верхней части зоны активного водообмена. Граничные условия и процессы верхней части зоны активного водообмена анализированы с позиции роли зоны аэрации как пористой среды для миграции неорганических загрязнений в вертикальном направлении до уровня грунтовых вод или до первого от поверхности водоносного

горизонта. Предложено понятие о квазиконечной глубине миграции загрязнителя (lk). Обоснование этой величины следующее. Известно, что одномерная миграция какого-либо химического элемента в пористой однородной водонасыщенной геологической среде описывается дифференциальным уравнением вида [Ogata A., Banks R.B., 1961; Рошаль А.А., 1980; Пашковский И.С., 1985]:

, (1)

где - эффективная пористость, доли единиц (, - активная пористость, доли единиц); - коэффициент распределения; - сорбционная емкость среды для определенного компонента при его концентрации в воде ); - коэффициент гидродинамической дисперсии, м2/сут; - скорость фильтрации воды, м/сут; , С – определяемая концентрация химического элемента в точке , мг/л, Со – начальное содержание химического элемента в горных породах, мг/л, Со – содержание химического элемента в воде на входе в исследуемую пористую среду, мг/л (если Со = 0, то ); t – время, сут.; x – координата пространства в Декартовой системе отсчета.

При следующих граничных и начальных условиях:

, , , > 0.1

уравнение (1) имеет простое численное решение [Ogata A., Banks R.B., 1961]:

, (2)

где - обратная функция ошибок Гаусса.

Формула (2) позволяет определить содержание химического элемента-загрязнителя и величину . Для этого необходимо знать величины D и n, которые определяются экспериментально.

В данной работе предлагаются численный, статистический и экспериментальный методы определения величины (lk) для пористых горных пород зоны аэрации.

Численное определение величины lk

Рассмотрим формулу (2) в виде:

,

откуда

.

Пусть ,

тогда (3)

В уравнении (3) при t = const > 0 и росте х величина А стремится к нулю и при малых ее значениях достигается условие:

(4)

Это указывает на следующее: а) миграция химического элемента с начальным содержанием Co окончена и дальнейшее его поступление в пористую среду не будет изменять существующие геохимические условия; б) расчеты lk имеют смысл только при С(x,t) > Co.

Физический смысл квазиконечной миграции (за определенный период времени t) химического элемента в пористых породах в соответствии с формулами (3, 4) заключается в следующем. Когда выполняется условие , функция пересекается с в точке . Отображение этой точки на оси Х представляет собой:

(5)

Статистическое определение величины lk

Пусть в породах зоны аэрации параметры D и n для иона хлора имеют следующие значения (таб. 2).

Выполним определения для заданных величин х из таб. 2 по формуле (3) с использованием значений v, t, Co, Со из условий:

v = 0.5 . 10-3 м3/сут., t = 90 сут., Co = 60 мг/л, Co = 10 мг/л.

Таблица 2. Значения коэффициента гидродинамической дисперсии (D) и эффективной пористости (n) суглинистых пород зоны аэрации (для хлора)

№ п/п Глубина залегания пород х, м D, n.10-3, м2/сут. n, усл. единицы
1 2 3 4 5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.8 12.0 1.0 40.0 4.0 0.50 0.60 0.40 0.70 0.65

В этом случае величина lk составляет 3.0 м при Со = 10 мг/л. Исходя из предположения, что загрязнитель кумулятивно аккумулируется по глубине x, подсчитываем кумулятивное содержание хлора по всему разрезу зоны аэрации (сверху – вниз) следующим образом (см. рис. 1):

х = 0 С = 60 мг/л

х = 1 С1 = С + С1 = 88 мг/л

х = 2 С2 = С1 + С2 = 113 мг/л

..............

хn = m Сn = C(n – 1) + Cn,

где n = 1, 2, 3, …, … и m > 0.

Рис.1. Содержание хлора в породах зоны аэрации (график слева – природное состояние и график справа – кумулятивное; lk - конечная глубина миграции загрязнителя)

График функции состоит из двух простых линейных функций (см. рис. 1). Первая функция отражает кумулятивное содержание загрязнителя (рис. 1, для х от 0.0 до 3.0 м), а вторая функция – кумулятивное содержание этого же элемента в природных условиях (рис. 1, для х > 3.0 м). Проекция точки пересечения этих функций на оси Х представляет собой величину lk =3.0 м. Выявленные кумулятивные свойства характерны для целого ряда химических элементов и компонентов неорганического происхождения (макро- и микроэлементы и их комплексные соединения).

Экспериментальное определение величины lk

В природных условиях на небольшой площадке проводились экспериментальные работы с целью определения величины lk. Методика эксперимента заключалась в следующем. В пробуренной скважине были отобраны образцы пород в природном состоянии до глубины 1.2 м через каждые 10 см. В лабораторных условиях были определены фоновые концентрации хлора, общая влажность и параметры миграции n и D, соответственно равные 0.3 и 0.4 м2/сут.

На поверхности земли через металлическое кольцо с диаметром d = 0.22 и на расстоянии h = 0.245 м в породы зоны аэрации подавался раствор NaCl при условиях:

t = 0.0416 сут., v = 0.504 м3/сут., Co = 330 мг/л, Co = 19 мг/л.

Затем в этом же месте бурились вторая скважина и на расстоянии 0.25 м от нее третья скважина. В них также были отобраны образцы пород и в лабораторных условиях определялись содержание хлора и общая влажность. По данным распределения хлора была определена величина lk. (lk. = 0.58 м). Численное определение составляет lk. = 0.63 м. По кумулятивным содержаниям хлора величина lk = 0.58 м.

Анализ численного, экспериментального и статистического методов показывает, что результаты определения величины lk сопоставимы между собой с хорошей точностью (расхождение до 5 %). Статистический метод является наиболее практичным и имеет следующие принципиальные преимущества: а) не нужны лабораторные и полевые определения миграционных параметров загрязнителей; б) получаемые результаты адекватны природным условиям; в) существенная временная экономичность одного определения величины lk; г) не требуется использовать квалифицированный персонал для проведения работы.

Проведен анализ зависимости величины lk от параметров v, t, D, n, Co (см. формулу 1). Выявлено, что положительный рост величины lk происходит с увеличением значений v, t, D, Co. С увеличением значений n величина lk уменьшается. Наибольший рост lk имеет место при увеличении v и t. Изменение содержания Co в источнике загрязнения практически не влияет на величины lk. Например, если Co изменится от 60 мг/л до 600 мг/л, то это приведет всего лишь к увеличению lk на 0.64 м.

В общем случае параметр lk не является постоянной величиной. Во времени и под влиянием аномальных инфильтрационных подтоков воды величина lk имеет свойства ступенчатой функции и может соответствовать модели поршневого вытеснения.

Граничные условия и процессы нижней части зоны активного водообмена. Анализ многочисленных гидрогеологических разрезов позволяет констатировать, что нижняя граница зоны активного водообмена имеет неровную форму. Она сформировалось под влиянием разломов, которые определяют тектоническую раздробленность горизонта. Гидрогеологический смысл тектонической раздробленности выражается через флюидопроводность разломов и наличие взаимосвязи между водоносными горизонтами. В конечном итоге это определяет граничные условия нижней части зоны и, соответственно, характер гидрогеологических процессов. Нами впервые для установления гидравлической взаимосвязи горизонтов использован гелиеметрический метод. Для подтверждения информативности гелия проведен совместный анализ его содержания и распределения напоров различных водоносных горизонтов. Между этими параметрами выявлена положительная корреляция.

На основании рассмотренных закономерностей распределения гелия в подземных водах выявлено: 1) аномалии гелия являются показателями местонахождения активных зон тектонических разломов, по которым осуществляется взаимосвязь водоносных горизонтов; 2) фоновое поле гелия соответствует участкам, на которых отсутствуют водопроводящие тектонические разломы; 3) связь поля гелия с геоморфологическими структурами, температурой, химическим составом, напорами подземных вод, содержанием в них трития позволяет констатировать: 3а) аномалии гелия являются показателями местонахождения очагов разгрузки восходящих подземных вод; 3б) фоновые содержания гелия указывают на наличие площадей, благоприятных для нисходящего движения подземных вод. Эти выводы послужили основой для оценки взаимосвязи водоносных горизонтов. На картографической модели взаимосвязи водоносных горизонтов четко выделяется нижняя граница зона активного водообмена.

Для оконтуривания участков взаимосвязи между водоносными горизонтами необходимо выделить площади распространения локальных аномалий гелия. Ниже приводится схема-последовательность оконтуривания локальных аномалий поля гелия: 1) на основании гелиевого опробования подземных вод строится карта поля гелия по водоносным горизонтам. Шаг сечения изолиний выбирается в зависимости от представительности фактического материала и масштаба карты; 2) на основании математико-статистических методов выделяются аномальные (Саном.) и фоновые (Сфон.) составляющие поля гелия; 3) для аномальных гелиевых площадей выделяются региональная аномальная составляющая (Срег.) и локальные аномалии (Слок.) следующим образом:

,

где – сумма аномальных содержаний гелия; n количество Саном.

Чисто математически Слок. = Саном. – Срег. При таком преобразовании локальные гелиевые аномалии примут значения содержания гелия, отличные от исходных данных (замеренных). Поэтому выделение Слок. эффективнее осуществлять графически, т.е. непосредственно на картах поля гелия. Локальные аномалии оконтуриваются изолиниями, значение которых выше значения Срег.

Для достоверной оценки Слок. вычисляются доверительные интервалы колебаний значений Срег. Последовательность такого вычисления аналогична определению доверительных интервалов фоновых значений. Окончательно Слок. оконтуриваются по значениям содержания гелия больше верхнего предела Срег. (таб. 3).

На основе выявленных закономерностей геохимии гелия построены карты

взаимосвязи следующих пар водоносных горизонтов: N1S1 - нижележащие горизонты; N1S2 - N1S1; N1S3 - N1m -N2p-N1S2. В каждом случае нижняя часть зоны активного водообмена характеризуется преимущественно восходящими очагами напорных вод. Эти картографические модели были использованы для районирования подземных вод по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов.

Таблица 3. Математико-статистические расчеты региональной составляющей поля гелия по водоносным горизонтам

№ п/п Водоносный горизонт Количество аномальных значений Срег. n.10-5, мл/л Доверительные интервалы Срег., n.10-5 мл/л
1 Верхнемеловой 41 964.7 758.5 < 964.7 < 1096.5
2 Нижнесарматский 141 824.4 707.9 < 824.4 < 933.2
3 Среднесарматский 34 1282.2 1000.0 < 1282.2 < 1584.9
4 Верхнесарматско-мэотис-понтический комплекс 13 1122.0 1023.3 < 1122.0 < 1230.3


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.