Определение степени загрязнения водоносного пласта при разовом воздействии фактора загрязнения» (из учебных материалов проф. В.А. Филонюка).
Условие задачи: При бурении вертикальной скважины с применением промывочной жидкости, содержащей добавку поверхностно-активного вещества – сульфанола, произошел в пределах водоносного пласта аварийный сброс бурового раствора.
Требуется определить: 1) предполагаемую конфигурацию размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте на время t1, t2, и t3 после аварийного сброса; 2) степень разбавления загрязняющего потока по состоянию на время t1, t2, и t3; 3) Интервал времени t4, после которого концентрация сульфанола в водоносном пласте достигнет ПДК, т.е. санитарной нормы.
Исходные данные (см. табл. 7):
Табл. 7
| Мощ-ность пласта, Н | Эффек-тивная порис-тость, Пэф | Скорость потока, V | Скорость диффузии V0 | Объем аварий-ного выброса, Q | Концентра-ция загрязняю-щего вещества, С | Интер-валы времени | Условные ПДК | ||
| t1 | t2 | t3 | |||||||
| 4,5 | 1,9 | 0,3 | 2,5 | 0,08 |
1. Водоносный горизонт представляет собой песчаниковый коллектор с эффективной пористостью Пэф,%;
2. Мощность водоносного горизонта Н, м;
3. Скорость потока в водоносном горизонте V, см/сек;
4. Скорость естественного рассеяния (диффузии) загрязняющего вещества V0, см/сек;
5. Объем аварийного сброса (утечки) Q, м3;
6. Концентрация загрязняющего вещества (сульфанола) в промывочной
жидкости С, %;
7. Условная ПДК для загрязняющего вещества, мг/л.
Решение. При решении делаем допущение, что загрязнение водоносного горизонта происходит по всей мощности одновременно, при V>V0 . Решение сопровождается рисовкой схемы положения ореолов загрязнения в плане (см. рис. 1 стр. 27) и построением графика зависимости концентрации загрязняющего вещества от времени (см. рис. 2 стр. 27)
1. Определим концентрацию и размеры предполагаемых ореолов загрязнения в различные моменты времени (t1, t2, и t3). Для этого необходимо графически изобразить степень удаления фронта загрязнения от ствола скважины, который на плане обозначается точкой СКВ (рис. 1 стр. 27). Положение границы ореола на время t1 в направлении стока определяется приближенно из расчета:
Мi = (V0+ V)· ti
M1 = (0.3+1.9)*1 = 2.2
и на плане в соответствующем масштабе отложим это расстояние в виде прямой линии. В поперечных стоку направлениях положение границ ореола определяется по концам векторов, являющихся гипотенузами прямоугольных треугольников, в которых длины сторон (катетов) будут соответственно равны: b1=V0*t1, а1=V*t1. Соединив концы векторов, окантуриваем приближенно, с учетом диффузии, границу ореола загрязнения на время t1. Подставляя в те же расчеты t2 и t3, получаем размеры и конфигурацию соответствующих ореолов загрязнения.
b1=V0*t1=0,3*1=0,3
b2=V0*t2=0,3*5=1,5
b3=V0*t3=0,3*17=5,1
а1=V*t1=1,9*1=1,9
а2=V*t2=1,9*5=1,9
а3=V*t3=1,9*17=32,3
M2 = (0.3+1.9)*5 = 11
M3 = (0.3+1.9)*17 = 37.4
Далее, строим план рассчитанных ореолов загрязнения, на котором графически измеряются площади этих ореолов(рис. 1 стр. 27) - S1, S2, S3.
Si = Mi / 2 * bi * π
S1 = 2.2 / 2 * 0.3 * 3.14 = 1,0362
S2 = 11 / 2 * 1.5 * 3.14 = 25,905
S3 = 37.4 / 2 * 5.1 * 3.14 = 299,4618
Все площади переводим в квадратные метры.
1,0362=0,010362≈0,01 м3
25,905=0,25905≈0,26 м3
299,4618=2,994618≈2,99 м3
2. Рассчитываем степень разбавления (N) загрязняющего вещества в ореолах водоносного горизонта на t1, t2, и t3:
Для t1, N1=(S1*H*(Пэф/100%)+Q)/Q ,
N1=(0.01*4*(4,5/100%)+1)/1=1,04 ,
Для t2, N2=(S2*H*(Пэф/100%)+Q)/Q ,
N2=(0.26*4*(4,5/100%)+1)/1=2,04 ,
Для t3, N3=(S3*H*(Пэф/100%)+Q)/Q ,
N3=(2,99*4*(4,5/100%)+1)/1=12,96
Далее рассчитываем концентрацию загрязняющего вещества в ореолах по состоянию на t1, t2, и t3 при плотности бурового раствора 1,5 г/см3. Для этого концентрацию загрязняющего вещества (она дана в процентах) переводим в мг/л по формуле: С мг/л=С % * 1,5 * 104= n × 104мг/л.
С мг/л=2,5*1,5*104=37500
Затем определяем концентрацию сульфанола в ореолах в мг/л. Она будет равна соответственно:
C1=Cмг/л)/N1 ;
C1=37500/1,04=36057,7 ;
C2=Cмг/л)/N2 ;
C2=37500/2,04=18382,35 ;
C3=Cмг/л)/N3 ;
C3=37500/12,96=2893,52.
1. По полученным результатам строим график зависимости концентрации загрязняющего вещества в водоносном горизонте от времени (рис. 2 стр. 27). Проведя на графике линию, параллельную оси абсцисс на уровне заданного ПДК, путем экстраполяции определяем интервал времени, через который уровень загрязнения в водоносном горизонте придет к санитарной норме, т.е. к ПДК.
Рис.1 Расчетная схема положения ореолов загрязнения водоносного пласта
Рис. 2 График зависимости концентрации загрязняющего вещества от времени
Список использованной литературы
1. Закон Российской Федерации об охране окружающей природной среды. М.: Республика. – 1992. – 64 с
2. Экология: Метод. указания/ Составители: Захаров С.В., Голодкова А.В., Сосновская Е.Л., Захарова Е.С.Иркутск: Изд-во ИрГТУ.-2010.-48 с.
3. Экология : учеб. пособие для вузов / А. И. Ажгиревич [и др.]; под ред. В. В. Денисова. - Изд. 3-е, испр. и доп. - М. [и др.] : МарТ, 2006. - 767 с.
4. Экология. Коробкин В.И., Передельский Л.В. -Ростов-на-Дону: Феникс.-2006.-571 с.
5. Экология : учеб. пособие : для вузов по техн. направлениям и специальностям. А. В. Маринченко. - М. : Дашков и К°, 2006. - 331 с.