Диссертация (1141600), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Для полного удаления этих загрязняющих веществ из торфа необходимо профильтровать объем водыпорядка 1,2 л на 1 г сухого торфа. Нефтепродукты и фенолы имеют гораздо меньшуюскорость вымывания. Экстраполяция кривых, построенных по уравнению (3.9), до значения C С0  1 , показала, что для полного вымывания фенолов потребуется 3,8 (рисунок 3.31), а для нефтепродуктов – 11 л воды на 1 г сухого торфа (рисунок 3.32).0123ω, л/г40,00,010,10,101,0010,00ω,л/г0,20,4ΔС/С0ΔС/С00,20,60,50,81,01,0Рисунок 3.31 – Экстраполяция зависимости снижения концентрации фенолов00,0369ω,12л/г0,010,10,101,0010,00ω, л/г0,20,60,2ΔС/С0ΔС/С00,40,50,81,01,0Рисунок 3.32 – Экстраполяция зависимости снижения концентрации нефтепродуктов90Выводы по главе 31. Предложена конструкция прибора и реализован метод определения водопроницаемости торфа в вертикальном и горизонтальном направлениях на одном и том же образце кубической формы.

Экспериментально установлено, что коэффициент фильтрацииверхового слаборазложившегося торфа в вертикальном направлении находится в диапазоне 1,3 - 6,5 м/сут и в среднем составляет 4,6 м/сут, в горизонтальном направлении12,5 - 27,6 м/сут при среднем значении 21,6 м/сут. Степень фильтрационной анизотропии торфа при росте давления от 0 до 30 кПа уменьшается с 4,75 до 4,10.2. Предложена конструкция прибора и реализован метод определения сорбционной способности торфа по отношению к поллютантам, содержащимся в фильтрующейсяжидкости, и выноса поллютантов водой из загрязненного торфа.

Проведенные эксперименты по исследованию сорбционных свойств показали, что сорбция торфом фенола игвякола, растворенных в фильтрующейся жидкости, не наблюдается или пренебрежимомала. Подобные поллютанты будут выноситься из болотного массива потоками грунтовых вод.3. Исследованиями по определению интенсивности выноса поллютантов из загрязненного торфа установлено, что зависимость снижения концентрации поллютантовΔС от расхода фильтрата ω может быть выражена степенным уравнением CС a .b0Для существенного снижения концентрации большинства загрязняющих веществ, черезнего необходимо профильтровать объем воды не менее 1 л на 1 г сухого торфа.91ГЛАВА 4.

ОЦЕНКА СКОРОСТИ САМООЧИЩЕНИЯ БОЛОТА4.1. Численное моделирование гидрогеологического режимаобъекта исследованияЧисленное моделирование гидрогеологического режима болота Конинник быловыполнено в программном комплексе «PLAXIS 3D», позволяющем учесть основныегидрогеологические показатели объекта исследования (водопроницаемость с учетомфильтрационной анизотропии, положение уровня грунтовых вод, интенсивность осадков и др.).

Этот программно-вычислительный комплекс находит широкое применение вгеотехнических расчетах [40, 58, 111, 130, 201].Математическая модель, описывающая гидродинамику грунтовых вод, включаетв себя уравнение движения и уравнение неразрывности. Уравнение движения фильтрационного потока постоянной плотности выражается законом Дарси, который для трехмерной задачи имеет вид [335]:qk g   g  , g(4.1)где – оператор набла;q – удельный расход (скорость фильтрации), м/сут;k – коэффициент фильтрации, м/сут;g – вектор ускорения силы тяжести; – плотность воды, г/см3; g – градиент порового давления воды.Для установившейся фильтрации уравнение неразрывности, описывающее баланспотока, имеет вид [335]:92(4.2) k   g   0T   gВ качестве расчетной модели грунта нами была использована модель МораКулона как наиболее надежная [335].

Исходные параметры торфа принимались по результатам лабораторных испытаний (таблица 4.1, рисунок 4.1).Таблица 4.1 – Физико-механические свойства грунтовГрунтХарактеристикаУдельный вес грунта, кН/м3Торф слабо-Торф средне-разложившийся разложившийся9,610,2Суглинок19,3Коэффициент пористости15,710,750,75Модуль деформации, кПа15020013200Коэффициент Пуассона0,200,220,35Удельное сцепление, кПа7911Угол внутреннего трения, град.8121421,60,30,014,60,30,01Коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении, м/сутКоэффициент фильтрации в вертикальном направлении, м/сутРисунок 4.1 – Окно задания свойств грунтов93Так как болото имеет размеры в плане гораздо большие, чем по глубине(4500х1500х10 м), то для качественной разбивки сетки конечных элементов и корректного расчета модель была создана разномасштабной (Мxy 1:1:50, Mz 1:1).Модель разбивалась на 15-узловые элементы с размером сторон не более 1,5 м.Границы модели задавались полностью водонепроницаемыми, за исключением поверхности болота (zmax) и северной вертикальной плоскости (места стока поверхностных водс болота) (ymax).

Конечно-элементная модель болота представлена на рисунке 4.2.Рисунок 4.2 – Конечно-элементная модель болотаРельеф поверхности болота и глубина торфа задавались по результатам геодезической съемки и инженерно-геологических изысканий [256].С запада болото ограничено железнодорожной насыпью, с востока - автомобильной дорогой, поэтому приток воды на болото с соседней прилегающей территории минимален.

Питание происходит только за счет атмосферных осадков. Годовое количествоатмосферных осадков по наблюдениям метеорологической станции г. Онега составляет608 мм. С учетом испаряемости 200 мм, поступление атмосферных осадков в моделипринималось 408 мм/год (см. п. 2.4).По результатам моделирования был сформирован фильтрационный поток грунтовых вод, позволяющий определить направление и скорость их движения в любой точке болотного массива (рисунок 4.3).бавв – вертикальный поперечный разрезб – вертикальный продольный разрез;а – горизонтальный разрез;фильтрационного потока:Рисунок 4.3 – Векторы скоростей расчетного9495Значение скорости в заданной точке определялось в следующем порядке: в необходимом месте на модели болота проводили поперечное сечение (рисунок 4.4, а), в появившемся окне изополей скоростей движения грунтовых вод в построенном сечениинаводили курсор на точку с заданными координатами и в контекстном меню находилитребуемое значение скорости (рисунок 4.4, б).абРисунок 4.4 – Схема расположения поперечного сечения (а),окно значения скорости в заданной точке (б)Скорость движения грунтовых вод по глубине уменьшается вследствие увеличения плотности торфа в залежи (рисунок 4.5).Моделирование показало, что скорость движения грунтовых вод в зависимости откоординат точки и глубины изменялась от 0,15 до 0,001 м/сут.96абвРисунок 4.5 – Векторы скоростей движения грунтовых вод на глубине 1, 2 м:а - расположение поперечных сечений,б - векторы скорости в сечениях на глубине 1 м,в - векторы скорости в сечениях на глубине 2 м974.2.

Прогноз продолжительности самоочищения болотаВ связи с тем, что уменьшение концентрации загрязняющих веществ в торфяноммассиве происходит за счет инфильтрации дождевых и талых вод и выноса их грунтовыми водами, а значит, зависит от скорости движения грунтовых вод и времени, применив уравнение (3.9) к торфяному массиву, получим:CС0 a b  a  t b  a b  t b  kt b ,(4.3)где  – скорость движения грунтовых вод, м/год;k – параметр, полученный при обработке данных полевых наблюдений;t – время наблюдения, год.Преобразуя уравнение (4.3), определяем зависимость концентрации поллютантовот времени:(4.4)C  С  1  kt b 0Параметр k находим обработкой данных мониторинга для каждого поллютанта вследующем порядке:1.

Совокупность данных наблюдений (рисунок 4.6, а) строим в координатах С  t иbопределяем параметры линейной зависимости А и С0 (рисунок 4.6, б):С  С0  A t b ,(4.5)где b – показатель степени, найденный по данным лабораторных испытаний.2. Приравняв значения концентрации из уравнений (4.4) и (4.5), получаем:С0  A  t b  С0 1  ktb ,(4.6)Отсюда находим значение параметра k :kAС0(4.7)98абвРисунок 4.6 – Определение параметров уравнения (4.4):а – результаты мониторинга,б – аппроксимация данных мониторинга в координатах С  t ,bв – построение расчетной зависимости снижения концентрации от времениПодставив значения параметров k и С0 в уравнение (4.4), строим график зависимости снижения концентрации поллютанта от времени в заданной точке (рисунок 4.6, в).Используя вышеуказанный алгоритм обработки данных мониторинга, определилипараметры уравнения (4.4) и построили расчетные кривые C = f(t) для поста № 2 (таблица 4.2, рисунок 4.7).

Как видно из таблицы 4.2, полученные зависимости имеют достаточно высокую величину достоверности аппроксимации R.Таблица 4.2 – Параметры уравнения (4.4) для поста № 2ПоллютантПараметры расчетной кривойВеличина достоверностиС0kаппроксимацииФенолы0,460,480,95Нефтепродукты0,400,370,88Аммоний солевой15,490,510,87Лигнинные вещества245,730,580,95Как было указано во второй главе, в 2008 году в период весеннего снеготаянияпроизошел перелив поверхностных вод со средней части болота в южную, что привело крезкому увеличению концентрации ряда поллютантов на посту № 4 (фенолы, аммонийсолевой, лигнинные вещества) в грунтовых водах.99Фенолы0,50,50,4С, мг/лС, мг/л0,40,30,20,30,20,10,10,020040,020042008201220162020Аммоний солевой203002008201220162020Лигнинные вещества250С, мг/л15С, мг/лНефтепродукты10520015010050020042008201220162020020042008201220162020Рисунок 4.7 – Изменение концентрации поллютантов на глубине 1 - 3 м на посту № 2:1 - данные мониторинга, 2 - расчетные кривые, 3 - фоновые значения,4 - среднее фоновое значение, 5 - ПДКПоэтому построение расчетных кривых C = f(t) для указанной точки выполнялосьот момента регистрации наибольшей концентрации - с 2008 года, а для аммония солевого- с 2009 года.

Характеристики

Список файлов диссертации