Изменение химического состава подземных вод в ограниченных карбонатных структурах при окислении пирита покровных отложений

Общее время миграции загрязнения складывается из времени миграции через покров и времени миграции по водоносному горизонту с различных участков месторождения. Расчеты для схемы пласт-полоса показывают, что время миграции по водоносному горизонту незначительно, с 90% площади месторождения загрязнение доходит за 2-10 лет. Основная задержка связана с миграцией загрязнения через покровные отложения.

Движение воды в толще покровных отложений происходит преимущественно в вертикальном направлении, поэтому задача миграции продуктов окисления в покровных отложениях может сводиться к одномерной со скоростью фильтрации равной средней величине инфильтрации. Дисперсионное рассеивание вещества в процессе массопереноса связано с молекулярной диффузией, микродисперсией и макродисперсией (гетерогенностью). Они зависят соответственно от нулевой, первой и второй степени скорости фильтрации. Диапазонные расчеты показали, что при столь низких скоростях фильтрации (1-5).10-4 м/сут все три вида дисперсии имеют коэффициент примерно одного порядка 10-5-10-4 м2/сут.

Как показывает численный анализ, при длине пути миграции 10-50 м, размер переходной зоны составляет соответственно 4-10 м. Учитывая небольшой размер переходной зоны, массоперенос может приближенно описываться схемой поршневого вытеснения: t = (m-z)n/v, где (m-z) - путь миграции равный мощности покровных отложений (m) под зоной окисления на глубине z, n - пористость доступная для миграции, v - скорость фильтрации.

В работе дан прогноз для Полдневского и Северо-Мазулинского водозаборов. Данные месторождения подземных вод, как и месторождения - аналоги, характеризуется крайней изменчивостью мощности покровных отложений (рис. 5). Это обусловливает сильное различие времени прихода загрязнения на кровлю водоносного горизонта на различных участках месторождения.

Прогноз изменения химического состава воды на водозаборах по режимным данным

Для прогноза изменения химического состава воды на действующих водозаборах обычно имеется следующая информация: 1) режимные данные по изменению химического состава воды за период эксплуатации водозабора; 2) данные по изменчивости мощности покровных отложений на площади месторождения и их литологическом составе (по геологическим колонкам скважин); 3) данные по величине инфильтрационного питания (по эксплуатационному модулю).

В настоящей работе разработан графоаналитический метод прогноза изменения химического состава воды на водозаборах. Он заключается в наложении двух графиков изменения относительной концентрации сульфатов во времени. Первый график строится по данным режимных наблюдений за составом воды на водозаборе. Для построения второго графика используется кумулятивная кривая мощностей покровных отложений.

Шаг 1: Построение графика по кумулятивной кривой мощности

Ось ординат кумулятивной кривой мощности покровных отложений может характеризовать долю площади месторождения, на которой (в данный момент времени) сульфатное загрязнение достигло кровли водоносного горизонта (P). Для этого по оси абсцисс вместо мощности (m) необходимо откладывать эквивалентное время миграции t = (m-z)n/w, где z - средняя глубина залегания пиритсодержащих пород, w - средняя величина инфильтрационного питания (на данных месторождениях - 3.10-4 м/сут). Таким образом, зная z и n можно легко преобразовать кумулятивную кривую мощности покровных отложений в теоретический график изменения относительной концентрации во времени.

Шаг 2: Построение графика по режимным данным

Для построения второго графика изменения относительной концентрации используются данные режимных наблюдений за изменением концентрации сульфатов на водозаборе, но для этого необходимо знать Сmax. Для Мазулинского и Северо-Мазулинского водозаборов эта величина известна. Мазулинский водозабор эксплуатируется более 70 лет и на нем максимальная концентрация достигнута. В последние 4 десятилетия концентрация сульфат иона на нем колеблется от 117 до 165 мг/л, составляя в среднем 142 мг/л. Данное значение условно принимается и для Северо-Мазулинского водозабора, так как оба эти водозабора эксплуатируют единое месторождение подземных вод.

Зоны окисления и на Северо-Мазулинском и на Полдневском участке образовались ориентировочно в 1975 году, когда было достигнуто максимальное понижение уровня подземных вод (до настоящего времени уровень подземных вод находится примерно на тех же отметках). При построении графиков относительной концентрации 1975 год может приниматься за 0 по оси абсцисс.

На Полдневском водозаборе дополнительным источником загрязнения являются карьеры и отвалы месторождения огнеупорных глин. Для устранения этого влияния рассматривались только те скважины водозабора, в область захвата которых техногенные ландшафты (карьеры, отвалы) не попадают.

Другие материалы

Секрет вращения земли и причины возникновения циклонов, тайфунов, торнадо
Почему Земля вращается? Почему ветры в циклонах в северном полушарии дуют против часовой стрелки, а в циклонах в южном полушарии дуют по часовой стрелке? Почему в экваториальной зоне Земли никогда не бывает тайфунов, смерчей и циклонов? На ...

Новейшие экспедиции и их открытия
Среди современных нам ученых-первооткрывателей и путешественников вряд ли можно назвать людей, имена которых были бы более известны миллионам читателей, нежели имена Тура Хейердала и Жака-Ива Кусто. Это объясняется и их личными человечес ...