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 П_эф,%;

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)· t_i

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.

S_i = M_i / 2 * b_i * 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*(П_эф/100%)+Q)/Q ,

N₁=(0.01*4*(4,5/100%)+1)/1=1,04 ,

Для t₂, N₂=(S₂*H*(П_эф/100%)+Q)/Q ,

N₂=(0.26*4*(4,5/100%)+1)/1=2,04 ,

Для t₃, N₃=(S₃*H*(П_эф/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.