Прогнозирование качества подземных вод при эксплуатации (стр. 2 из 2)
,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 +Qт
Проблемы:
- ЭЗ в принципе уменьшаются (при том же дебите понижения больше)
- Что делать с откачиваемой "грязной" водой ?
Техническая закачка -Qт (гидродинамический барраж)
Проблемы:
- ЭЗ вроде бы даже увеличиваются, но за счет технической воды, что может создать свои проблемы
- Следовательно, какого качества должна быть техническая вода ?
- И где взять ее в нужном количестве ?