Диссертация (Прогнозная оценка продолжительности восстановления загрязненного торфяного массива для строительно-хозяйственного освоения), страница 5

Численно водопроницаемость характеризуется коэффи-23циентом фильтрации [67]. При определении водопроницаемости используются полевыеи лабораторные методы.К полевым методам относят: налив воды в шурфы и скважины (метод инфильтрации) [65, 192], откачку воды из скважины [65, 145, 223], метод трубок с постояннымнапором [192, 262, 145].Недостатками полевых методов являются: высокая стоимость, значительные трудозатраты, длительность проведения опытных работ, чувствительность к условиям проведения опытных работ, изменение свойств грунта прискважинной зоны при бурении[176, 223].Сущность лабораторных методов заключается в том, что испытуемый образецпомещают в специальный прибор, в котором создают одномерный фильтрационный поток [12, 67, 85, 288,290, 314].Достоинствами лабораторных методов являются возможность многократного повторения опыта и статистической обработки результатов испытаний, возможность исследования анизотропии фильтрационных свойств.

К недостаткам можно отнести то,что фильтрационные параметры определяются не для всего массива грунта, а для отдельных образцов.Торф, в силу своего происхождения, представляет собой крайне неоднороднуюсреду, поэтому его водопроницаемость не является постоянной величиной для всейтолщи торфяного массива и изменяется в широких пределах в зависимости от его вида,плотности, степени разложения [41, 145].

Например, по данным К.Е. Иванова [106] коэффициент фильтрации в метровом слое торфа уменьшается с глубиной до 100 раз.В.В. Крамаренко при оценке водопроницаемости торфов Томской области подразделяет их не по типам: на низинный и верховой, а по групповому и видовому составу, в зависимости от соотношения в торфе остатков отдельных групп растенийторфообразователей [134]. Исследованные образцы торфа имели коэффициент фильтрации от 0,01 м/сут (сосново-сфагновый и травяно-сфагновый вид) до 7,2 м/сут (кустарничковый вид).В естественном состоянии водопроницаемость торфа главным образом зависит отботанического состава и степени разложения. При увеличении степени разложения вторфе увеличивается количество коллоидных частиц, уменьшающих активную пористость, а следовательно, и водопроницаемость торфа.24В таблице 1.8 приведены значения коэффициентов фильтрации верхового и низинного торфов Западной Сибири, полученные К.Е. Ивановым на основании своих исследований и при анализе данных А.Д.

Дубаха, К.Я. Кожанова, А.Д. Брудастова,А.Ф. Печкурова [106]. С приведенными данными хорошо коррелируют результаты исследований Б.С. Маслова (таблица 1.9) [156].Таблица 1.8 – Зависимость водопроницаемости торфа от степени разложения [106]Тип торфаDpd, %ВерховойНизинныйКоэффициент фильтрации, м/сутПредел измененияСреднее значение5 - 108,64 - 21,612,9615 - 201,73 - 6,053,4635 - 450,22 - 0,860,435 - 201,73 - 8,644,3230 - 450,17 - 2,590,69Таблица 1.9 – Водопроницаемость верхового торфа [156]Dpd, %Коэффициент фильтрации, м/сут5 - 101310 - 123,535 - 450,455 - 650,04Близкие значения коэффициента фильтрации слаборазложившегося верховоготорфа приводят Б.В Бабиков и А.В.

Никитин [12, 172]: 0,2 - 6,9 м/сут, и 2,9 - 5,1 м/сут. Вработе [286] для того же торфа получены существенно меньшие значения коэффициентафильтрации: от 0,1 до 0,5 м/сут.Экспериментальная зависимость коэффициента фильтрации верхового торфа отстепени разложения (Dpd) получена К.П. Лундиным [145]:k  17 ,50 e0 , 22 D pdfгде,е - основание натурального логарифма.Несколько иную зависимость приводит Л.С. Евстафьев [41]:(1.6)25k  D ,(1.7)fгдеpdα, β - постоянные, зависящие от ботанического состава и направления фильтрации.Графики зависимостей k  f D  , построенные с использованием уравненийfpd(1.6), (1.7) приведены на рисунке 1.5.kf2,0,м/сут11,51,00,520,002040Dpd,60%Рисунок 1.5 – Зависимости коэффициента фильтрации от степени разложения торфапо данным: 1 – К.П. Лундина [145], 2 – Л.С. Евстафьева [41]Значениякоэффициентафильтрацииверховоготорфа,полученныеК.П.

Лундиным и Л.С. Евстафьевым (рисунок 1.5), примерно в два раза ниже значений,указанных в работах Б.С. Маслова и К.Е. Иванова (таблица 1.8, 1.9).Причиной уменьшения водопроницаемости торфа с ростом степени разложенияслужит, прежде всего, уменьшение размеров частиц и водопроводящих пор [260].Отличие результатов, полученных разными исследователями, объясняется тем,что на водопроницаемость торфа влияют несколько факторов: ботанический состав,дисперсность, давление вышележащих слоев, состав и температура фильтрующейсяжидкости, время (продолжительность) фильтрации, напор и начальные условия фильтрации.

К тому же неоднородность торфа повышает вариативность полученных результатов. В работе Е.Н. Беллендира указывается, что у однородных минеральных грунтовкоэффициент вариации коэффициента фильтрации составляет более 20% [18]. Очевид-26но, что для торфа эти значения будут гораздо выше. Так А.И. Голованов для осушенногонизинного торфа приводит следующий интервал изменения: 23 - 73% [54].По данным различных авторов коэффициент фильтрации верхового слаборазложившегося торфа со степенью разложения 5 - 10 % может изменяться в широком интервале – от 0,02 до 21,6 м/сут.Торфу, сложенному растительными остатками и волокнами, определенным образом ориентированными в пространстве, присуща фильтрационная анизотропия [13, 15,30, 138, 156, 295, 331, 344].Анизотропность торфа обуславливается его структурой. Структура торфа определяется соотношением и характером связей между неразложившимися остатками растениями-торфообразователями, продуктами их распада и минеральными частицами [253].Торфы моховой группы имеют явно выраженную горизонтальную укладку слагающих их элементов.

Чешуйчато-слоистая структура характерна для малоразложившихся гипновых торфов, при которой стебли гипновых мхов сохраняют горизонтальноеположение, а листья на них выглядят как чешуйки. Волокнистая структура свойственнаторфам слабой степени разложения пушицевого и шейхцериевого групп [127].Степень анизотропии выражают обычно отношением:  kГ kВ ,где(1.8)kГ, kВ - коэффициенты фильтрации в горизонтальном и вертикальном направле-ниях, соответственно.Для изучения фильтрационной анизотропии образцы торфа вырезаются из подготовленных монолитов режущим кольцом в вертикальном и горизонтальном направлениях [228]. Анализ литературных данных показал, что у низинных торфов вертикальнаяфильтрация, как правило, преобладает над горизонтальной, α < 1 [145].

Для верховыхторфов, наоборот, наблюдается обратное соотношение [15].В.И. Косов в работе [131] установил, что для верхового торфа α ≥ 3,и отметил, чтоэтот вопрос недостаточно изучен из-за сложных текстурных особенностей торфа. Поданным Л.С. Евстафьева α = 3,1 - 4,1 [41].В.В. Крамаренко при характеристике водопроницаемости торфов Томской области выявила, что вертикальная фильтрация доминирует в следующих видах торфа: древесно-травяном, тростниковом, щейхцериевом, осоко-сфагновом, а горизонтальная27фильтрацияпревалируетвторфах:пушницевом,сосново-сфагновом,травяно-сфагновом [134].Т.В.

Чикирева приводит следующие зависимости коэффициентов фильтрации вгоризонтальном и вертикальном направлениях от давления [290]:Г k Г  k0  ekВ  k0где,11В(1.9),(1.10)kГ - коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении;kВ - коэффициент фильтрации в вертикальном направлении;k0 - коэффициент фильтрации в неуплотненном состоянии;e - основание натурального логарифма; , - безразмерные коэффициенты;ВГ - относительное уплотнение.Значения коэффициентов фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях и степени анизотропии, найденные Н.Ф. Бондаренко, Н.П.

Коваленко [25], даныв таблице 1.10.Таблица 1.10 – Значения коэффициента фильтрациии степени анизотропии верхового торфа [25]Dpd, %kГ, м/сутkВ, м/сут10 - 155,960,76,8 - 73,025 - 300,0020,0046,5 - 7,5А.М. Силкин установил, что торф может иметь не только «вертикальную», но и«горизонтальную» (плановую) анизотропию [222]. Объясняется это тем, что растенияторфообразователи, отмирая, укладываются горизонтально под действием ветра, преимущественно по его господствующему направлению, в котором торф и будет иметьмаксимальную водопроницаемость.При разложении растений-торфообразователей могут образовываться крупныепоры и даже «ходы», размер которых может доходить до 15 - 20 мм [106]. Так,Н.И.

Ильин выделяет две составляющих движения воды в торфяных грунтах: фильтра-28ционное движение (по порам) и струйное движение (по системам крупных водопроводящих путей) [107]. Причем, по его мнению, в верховых торфяниках доля воды, перемещающаяся струйным путем, может достигать 50 %. Поэтому при проведении лабораторных испытаний торфа более достоверные значения коэффициента фильтрации будутдавать образцы больших размеров.В связи со значительным расхождением данных из-за особенностей происхождения и структуры торфа не представляется возможным использование значений водопроницаемости, полученных другими авторами, даже и для торфов Архангельской области.Поэтому одной из задач, поставленных в настоящей работе, является изучение водопроницаемости торфа и его фильтрационной анизотропии.1.6. Анализ исследований сорбционных свойств торфаПри изучении сорбционных свойств торфа по отношению к неорганическим веществам, особенное внимание исследователями уделялось сорбции тяжелых металлов,радионуклидов, как наиболее опасным загрязняющим веществам.

В частности, следуетупомянуть работы И.И Волковой, М.А. Глазовской, Е.Э. Езупенок, А.В. Жуйковой,Е.Г. Захаровой, Л.В. Карпенко, Т.Я. Кашинской, Е.Е. Ляпиной, Л.К. Мамаевой, А.М.Межибор,А.Э. Овсепян,Я.В. Пащенко,Т.А. Подворко,Л.И. Разворотневой,Л.И. Шабаровой, M.P. Koivula, F. Winde и др. [39, 46, 54,96, 99, 100, 114, 115, 126, 148,152, 159, 179, 189, 203, 294, 304, 328, 339 - 343].

Болотный массив, загрязненный стоками промышленных предприятий, аккумулирует в себе ионы тяжелых металлов и радионуклидов являясь, таким образом, природным геохимическим барьером [114, 148, 159,339]. Однако большинство указанных поллютантов непрочно связывается c растительными остатками и продуктами их разложения, образующими так называемую твердуюфазу торфа и в дальнейшем могут выноситься из болота грунтовыми водами.При изучении сорбции торфом органических веществ основное внимание уделялось нефти и нефтепродуктам.

Изучением сорбции данных загрязнителей занималисьР.Ф. Абдрахманов,Т.П. Алексеева,Т.И. Бурмистрова,С.Г МасловИ.А. ТябовН.В. Чухарева и др. [1, 32, 33, 267, 293]. Следует отметить, что по отношению к нефте-29продуктам наибольшей сорбционной способностью обладает верховой малоразложившийся торф.Значительная нефтеемкость, гидрофобность, плавучесть, экологическая безопасность торфа позволяют создавать сорбенты для очистки воды от нефтепродуктов.