Доступ онлайн
4 023 ₽
В корзину
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Российская академия наук ГЕОЭКОЛОГИЯ № 1 2024 Январь–Февраль Основан в 1979 году академиком Е.М. Сергеевым (до 1993 г. назывался “Инженерная геология”) Выходит 6 раз в год ISSN: 0869-7809 Журнал издается под руководством Отделения наук о Земле РАН Главный редактор Е.А. Вознесенский Зам. главного редактора В.Г. Румынин Ответственный секретарь Н.А. Румянцева Редакционная коллегия: Б.В. Боревский, А.В. Брушков, А.С. Викторов, И.В. Галицкая, А.Н. Галкин, Д.С. Дроздов, О.Н. Еремина, А.А. Лаврусевич, В.М. Макеев, Н.Г. Максимович, А.И. Малов, П.С. Микляев, В.И. Осипов, С.П. Поздняков, Л.С. Рыбникова, Е.Н. Самарин, Д.О. Сергеев, И.В. Чеснокова, С.В. Юдинцев Зав. редакцией О.А. Владимирская E-mail: geoeco@list.ru Russian Academy of Sciences GEOEKOLOGIYA № 1 2024 January–February The journal was founded by academician E.M. Sergeev in 1979 (before 1993, the previous title of the journal was “Inzhenernaya geologiya”) Geoekologiya journal is published bimonthly ISSN: 0869-7809 Editor-in-Chief E.A.Voznesensky Deputy Editor-in-Chief V.G. Rumynin Executive Editor N.A. Rumyantseva Editorial board: B.V. Borevskiy, A.V. Brushkov, A.S. Viktorov, I.V. Galitskaya, A.N. Galkin, D.S. Drozdov, O.N. Eremina, A.A. Lavrusevich, V.M. Makeev, N.G. Maksimovich, A.I. Malov, P.S. Miklyaev, V.I. Osipov, S.P. Pozdnyakov, L.S. Rybnikova, E.N. Samarin, D.O. Sergeev, I.V. Chesnokova, S.V. Yudintsev Managing Editor Olga Vladimirskaya Москва © Российская академия наук, 2024 © Редколлегия журнала “Геология” (составитель), 2024
СОДЕРЖАНИЕ Номер 1, 2024 МОДЕЛИ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ Моделирование интрузии морских вод при водоотборе из прибрежных водоносных горизонтов Дробязко Е. В., Расторгуев А. В. 3 Математическое моделирование формирования избытков 234U в подземных водах Токарев И. В. 13 Моделирование выщелачивания алюмофосфатного стекла в присутствии бентонита Болдырев К. А. 23 ПРИРОДНЫЕ И ТЕХНОПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ Новая технология оперативной защиты неподвижного объекта от оползневого давления Постоев Г. П., Казеев А. И., Кучуков М. М., Орлова Н. А. 33 Сейсмичность и сейсмический режим территории Свердловской области Осипова А. Ю., Осипов В. Ю., Бызов Д. Д. 42 Районирование северо-восточной части г. Уфа по условиям развития опасных геологических процессов Епифанова Д. Р., Травкин А. И., Криночкина О. К. 52 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Геоэкологическая оценка водных объектов водосборного бассейна Белого моря на основе геоморфометрического анализа рельефа Полякова Е. В., Кутинов Ю. Г., Чистова З. Б., Минеев А. Л. 60 Гидрохимические особенности реки Тузлов как индикатор последствий хозяйственной деятельности в Восточном Донбассе (Ростовская область) Сазонов А. Д., Закруткин В. Е. 73 УТИЛИЗАЦИЯ И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ Оценочное инженерно-геологическое районирование для размещения полигонов твердых коммунальных отходов (на примере Владимирской области Российской Федерации) Осипов В. И., Еремина О. Н., Козлякова И. В., Мамаев Ю. А., Кожевникова И. А., Анисимова Н. Г. 83 Шлаки сжигания твердых коммунальных отходов: состав, выщелачивание тяжелых металлов, обработка, возможности использования и допустимость захоронения Юганова Т. И., Путилина В. С. 96 МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ О рекультивации земель, нарушенных горными работами в Кузбассе, на основе применения прикладных геофизических технологий Соловицкий А. Н., Никулин Н. Ю. 111
CONTENTS No. 1, 2024 MODELS IN ENGINEERING GEOLOGY AND HYDROGEOLOGY Modeling seawater intrusion upon water withdrawal from coastal aquifers Drobyazko E. V., Rastorguev A. V. 3 Mathematical modeling of the excessive 234U formation in groundwater Tokarev I. V. 13 Modeling the leaching of aluminophosphate glass in the presence of bentonite Boldyrev K. A. 23 NATURAL AND TECHNONATURAL PROCESSES New technology of protecting a stationary engineering structure from landslide pressure Postoev G. P., Kazeev A. I., Kuchukov M. M., Orlova N. A. 33 Seismicity and seismic regime in Sverdlovsk region Osipova A. Yu., Osipov V. Yu., Byzov D. D. 42 Zoning of the northeastern part of Ufa according to the development of hazardous geological processes Epifanova D. R., Travkin A. I., Krinochkina O. K. 52 ENVIRONMENT CONTAMINATION Geoecological assessment of water bodies in the drainage basin of the White Sea based on geomorphometric analysis of the relief Polyakova E. V., Kutinov Yu. G., Chistova Z. B., Mineev A. L. 60 Hydrochemical features of the Tuzlov River as an indicator of the consequences of industrial and agricultural activities in eastern Donbass (Rostov-on-Don region, Russia) Sazonov A. D., Zakrutkin V. E. 73 UTILIZATION AND DISPOSAL OF WASTE Estimative engineering geological zoning for allocation of municipal solid waste landfills (by the example of Vladimir region, Russia) Osipov V. I., Eremina O. N., Kozliakova I. V., Mamaev Yu. A., Kozhevnikova I. A., Anisimova N. G. 83 Bottom ash from municipal solid waste incineration: composition, leaching of heavy metals, treatment, possibilities of application and permissibility of burial Yuganova T. I., Putilina V. S. 96 RESEARCH METHODS AND TECHNIQUES On the reclamation of land disturbed by mining in Kuzbass using applied geophysical technologies Solovitskii A. N., Nikulin N. Yu. 111
ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2024, № 1, с. 3–12 МОДЕЛИ В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ УДК 556.332.72 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТРУЗИИ МОРСКИХ ВОД ПРИ ВОДООТБОРЕ ИЗ ПРИБРЕЖНЫХ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ © 2024 г. Е. В. Дробязко1, *, А. В. Расторгуев1 1Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы, 1, Москва, 119991 Россия *E-mail: levic.kate@gmail.com Поступила в редакцию 09.10.2023 г. После доработки 24.10.2023 г. Принята к публикации 15.11.2023 г. Интрузии морских вод в прибрежные водоносные горизонты являются объектом исследования гидрогеологов с давних пор до настоящего времени. Для прогнозов развития интрузий применяется широкий спектр методов: аналитические, численно-аналитические и численные. В статье рассмотрен прибрежный водозабор, из-за интенсивной эксплуатации которого в извлекаемых водах выросли минерализация, общая жесткость и содержание хлоридов. Для доказательства продвижения интрузии морских вод было проведено химическое опробование воды из водозаборных скважин, по результатам которого были получены значения хлор-бромного коэффициента, указывающего на наличие примеси морских вод в пресных подземных. Оценка интрузии морских вод проводилась с помощью численно-аналитического и численного моделирования. При построении трехмерной численной модели особенное внимание уделено характеру связи эксплуатируемого водоносного горизонта с морем. На численной модели было получено изменение положения интрузии морских вод в разные периоды эксплуатации водозабора с различной величиной водоотбора, после чего было проведено сравнение результатов расчетов численно-аналитической и численной моделей. Ключевые слова: водозабор, интрузия, морские воды, минерализация, численное моделирование DOI: 10.31857/S0869780924010019, EDN: GOYOSA ВВЕДЕНИЕ ГЕОЛОГОГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Интрузии морских вод являются серьезной проблемой для всех водозаборов, расположенных в приморских районах [1, 3]. Продвижение соленых вод к водозаборным скважинам приводит к ухудшению качества подземных вод и к выводу скважин из эксплуатации на долгое время. Целью данной работы является выявление и оценка интрузии морских вод на примере прибрежного водозабора подземных вод. Для изучения интрузии морских вод был выбран прибрежный водозабор, на котором на протяжении истории эксплуатации отмечалось ухудшение качества подземных вод. Главным предположением причины роста минерализации, общей жесткости и хлоридов является интрузия морских вод. Для доказательства ее продвижения к водозаборным скважинам было проведено химическое опробование воды с определением хлор-бромного коэффициента. Для расчета интрузии морских вод были использованы численно-аналитическая и численные модели. Изучаемый водозабор расположен в приустьевой части долины реки, где развиты три водоносных горизонта (рис. 1). 1. Аллювиальный в песках, суглинках, супесях верхней части разреза аллювиальных отложений (основной водоносный горизонт аллювия) мощностью 20–50 м. От нижезалегающего серравальско-мессинского горизонта местами отделен толщей плотных глин мощностью, достигающей 7–8 м. На отдельных участках водовмещающие породы описываемого водоносного горизонта непосредственно залегают на известняках серравальского-мессинского водоносного горизонта. Удельные дебиты скважин изменяются от 0.1 до 10 л/с. 2. Серравальско-мессинский водоносный горизонт на данной территории является основным эксплуатационным и широко используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Известняки в долине реки обладают очень высокой проницаемостью, дебиты скважин при откачке составляют 6–60 л/с. Подстилается серравальско-мессинский водоносный горизонт толщей серравальских 3
ДРОБЯЗКО, РАСТОРГУЕВ À 5520 5516  ì 20 10 1037 Q N2zan-pia N1srv-mes 103.0 N1srv 123.0 Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ N1bur-srv Q Ñóïåñè, ñóãëèíêè è ïåñêè. ×åòâåðòè÷íûé âîäîíîñíûé êîìïëåêñ. Çàíêë-ïüÿ÷åíñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò. N2zan-pia Ïåñêè ñ ãàëå÷íèêàìè. 0 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 –150 –160 –170 –180 20 ì 10 0 –10 –20 –30 –40 –50 –60 –70 –80 –90 –100 –110 –120 –130 –140 –150 –160 –170 –180 N2zan-pia Çàíêë-ïüÿ÷åíñêèé îòíîñèòåëüíî âîäîóïîðíûé ãîðèçîíò. Ãëèíû, ñóãëèíêè, ïåñêè ñ ïðîîñëîÿìè ãàëå÷íèêîâ. Ñåððàâàëüñêî-ìåññèíñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò. N1srv-mes Èçâåñòíÿêè ñ ïðîñëîÿìè ãëèí, ïåñêîâ è ìåðãåëåé. Ñåððàâàëüñêèé îòíîñèòåëüíî âîäîóïîðíûé ãîðèçîíò. N1srv Ãëèíû. Áóðäèãàëüñêî-ñåððàâàëüñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò. N1bur-srv Èçâåñòíÿêè, ïåñ÷àííèêè, ïåñêè ñ ïðîîñëîÿìè ãëèí. Óðîâåíü ïîäçåìíûõ âîä ñåððàâàëüñêî-ìåññèíñêîãî âîäîíîñíîãî ãîðèçîíòà. Рис. 1. Гидрогеологический разрез в районе Орловского водозабора. и к изменению гидрохимической обстановки. В работе водозабора выделяется 6 периодов с характерными гидродинамическими и гидрохимическими условиями, из представленных в табл. 1 данных можно судить о связи интенсивности эксплуатации водозабора и повышении минерализации вод. глин, надежно отделяющих его от залегающего ниже бурдигальско-серравальского водоносного горизонта. Важной особенностью данного района является ограниченная область распространения серравальско-мессинских известняков, к которым приурочен эксплуатируемый водоносный горизонт. Известняки имеют распространение в виде полосы вдоль моря шириной 10–25 км. 3. Бурдигальско-серравальский водоносный горизонт распространен в долине реки повсеместно, залегает третьим от поверхности на глубине 140–214 м. Водовмещающие породы представлены известняками, песчаниками, песками с прослоями глин в нижней части разреза. Горизонт напорный, дебиты скважин составили 1.1–10 л/с при понижениях уровня 17–57 м. Подтверждение морской интрузии на основе хлор-бромного коэффициента Одна из основных характеристик морской воды — отношение содержания хлора к содержанию брома. Для мирового океана оно равно 293 [3]. Для пресных вод это отношение значительно больше 300, поэтому и для окраинных морей, куда поступает большое количество пресных вод, оно имеет также более высокое значение, например, значение хлор-бромного коэффициента для Черного моря составляет 316 [3]. Таким образом, хлор-бромный коэффициент является одним из показателей, позволяющих определить наличие интрузии морских вод в пресные подземные воды. Для выяснения природы загрязнения подземных вод на исследуемом водозаборе в июле 2021 г. были проведены полевые исследования, в ходе которых были отобраны пробы воды из эксплуатационных Опыт эксплуатации водозабора Изучаемый водозабор состоит из 16 эксплуатационных скважин, из них 2 резервные, а 7 скважин законсервированы. Эксплуатационные скважины водозабора оборудованы на серравальско-мессинский водоносный горизонт средне-верхнесарматских отложений. На протяжении работы водозабора дебит откачки изменялся, что приводило ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТРУЗИИ МОРСКИХ ВОД 5 Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ Ýêñïëóàòàöèîííûå ñêâàæèíû, îáîðóäîâàííûå íà ñåððàâàëüñêî-ìåññèíñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò Ñêâàæèíû ìîíèòîðèíãîâîé ñåòè, îáîðóäîâàííûå íà: ñåððàâàëüñêî-ìåññèíñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò áóðäèãàëüñêî-ñåððàâàëüñêèé âîäîíîñíûé ãîðèçîíò ìåëîâûå îòëîæåíèÿ Íîìåð ñêâàæèíû Çíà÷åíèå õëîð-áðîìíîãî êîýôôèöèåíòà Ñðåäíåñóòî÷íàÿ âåëè÷èíà âîäîîòáîðà èç ýêñïëóàòàöèîííûõ ñêâàæèí Ïðåäïîëàãàåìàÿ ãðàíèöà èíòðóçèè ìîðñêèõ âîä Ëèíèÿ ãèäðîãåîëîãè÷åñêîãî ðàçðåçà Рис. 2. Распределение значений хлор-бромного коэффициента в районе водозабора. скважин №№ 5574, 5516, 5520, 5561 (рис. 2). Также для проведения химического анализа были взяты пробы воды из скважин Государственной опорной наблюдательной сети (ГОНС), см. на рис. 2 точки под номерами 1515, 1037 и 1985. По результатам опробования был рассчитан хлор-бромный коэффициент для каждой из скважин (см. рис. 2). Согласно полученным данным, в эксплуатационных скважинах водозабора отмечаются значения хлор-бромного коэффициента, характерные для вод, содержащих примесь морской воды. В то же время в скважине ГОНС (см. рис. 2, № 1985), оборудованной также на серравальско-мессинский водоносный горизонт, это значение составляет в 1.75 раз больше и соответствует значению, присущему пресным водам. Можно сделать вывод, что данное различие связано с тем, что скв. 1985, расположенная выше исследуемого водозабора по потоку, не является эксплуатационной, следовательно, не подтягивает морские воды. Также по результатам химического опробования было рассчитано смешение пресных подземных и морских вод в районе исследования. В скважинах водозабора разбавление пресной воды морской по хлоридам составляет порядка 3.5%. При таком соотношении расчетное содержание брома в пресных подземных водах приближено к нулю, что подтверждается лабораторными исследованиями, согласно которым содержание брома в подземных водах, движущихся с берега ниже порога определения (< 0.05 мг/л). Данные расчеты подтверждают морское происхождение брома в скважинах водозабора. Результаты химических опробований воды из скважин водозабора, а также данные мониторинга, приведенные выше, позволяют сделать вывод о том, что причиной ухудшения качества подземных вод на исследуемом водозаборе является морская интрузия. Также полученные данные позволяют Таблица 1. Опыт эксплуатации водозабора Период Годы Водоотбор, тыс. м3/сут Минерализация, г/л 1 1970–1984 37.6–53.8 0.6–1.0 2 1984–1990 45.3–19.3 2.0–6.0 3 1990–1997 19.3–32.2 1.4–2.4 4 1998–2001 0.40–0.94 1.5–1.7 5 2001–2009 0.21–0.98 0.7–1.7 6 2009 — настоящее время 16.0–18.7 0.95–1.24 ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
ДРОБЯЗКО, РАСТОРГУЕВ Çîíû ôèëüòðàöèîííîé íåîäíîðîäíîñòè Ðåêà Ìîðå Âîäîçàáîðíûå ñêâàæèíû Ãðàíèöà çîí ñ ðàçëè÷íîé èíôèëüòðàöèåé Ãðàíèöà èíòðóçèè ìîðñêèõ âîä Рис. 3. Положение границы раздела пресных и соленых вод, полученное на основе МАЭ. провести предполагаемый контур интрузии морских вод в районе водозабора (см. рис. 2). Расчет интрузии морских вод с помощью численно-аналитического моделирования Первая оценка развития интрузии была выполнена на плановой модели численно-аналитически, методом аналитических элементов (МАЭ). При этом принималась предпосылка о резкой границе раздела пресных и соленых вод. На модели учтен эксплуатационный водоносный горизонт и неоднородность распределения фильтрационных свойств и инфильтрационного питания. Инфильтрационное питание получено на основе работ коллектива кафедры гидрогеологии. Модель рассчитывалась с современной величиной водоотбора, 18.7 м3/сут. Фильтрационные свойства серравальско-мессинского водоносного горизонта задавались в соответствии с проведенными ранее опытно-фильтрационными работами. Плотность морских и пресных вод задавалась 1012 кг/м3 и 1000 кг/м3, соответственно. Результаты расчетов МАЭ распространения интрузии с помощью программы GFLOW [8] приведены на рис. 3. Оценка, полученная на основе МАЭ, показывает наличие интрузии морских вод на исследуемом водозаборе. Однако эти расчеты дают предельную стационарную оценку развития интрузии. Допущениями при расчетах были: однослойное строение, прямая связь с морем и не учёт дисперсии. Для оценок более приближенных к реальности было выполнено численное моделирование. Уточнение связи водоносного горизонта с морем на основе численных расчетов на профильных моделях Согласно проводимым ранее исследованиям [5], морские донные отложения в районе изучаемого водозабора представлены песками, благодаря чему связь подземных вод с морем должна быть хорошей. Однако помимо четвертичных отложений между серравальско-мессинским водоносным горизонтом и морем залегают плиоценовые отложения (занкл-пьяченский относительно водоупорный горизонт). Определение состава плиоценовых отложений крайне важно для понимания характера связи морских вод с эксплуатируемым водоносным горизонтом. Согласно данным бурения, плиоценовые отложения представлены глинами с прослоями песков с галькой. Поскольку скважины пробурены только в сухопутной части района, а данных бурения на акватории нет, состав отложений плиоцена под морем остается неизвестным. Были выдвинуты два возможных предположения о составе этих отложений, основанных на имеющихся данных: 1. Плиоценовые отложения под морем представлены глинами. В этом случае морские воды будут проникать в серравальско-мессинский водоносный горизонт путем продвижения по четвертичному водоносному горизонту. После выклинивания плиоценовых глин, в районе исследуемого водозабора соленые воды будут проникать в серравальско-мессинские известняки. 2. Плиоценовые отложения под морем представлены песками с галькой, и морские воды могут проникать в эксплуатационный водоносный горизонт не только путем продвижения по четвертичному ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТРУЗИИ МОРСКИХ ВОД 7 хорошо проницаемым отложениям (4 м/сут) и глинам (0.0001 м/сут). Третий модельный слой соответствует серравальско-мессинскому водоносному горизонту, согласно проведенным опытно-фильтрационным работам, фильтрационные параметры которого на участке расположения скважин водозабора характеризуются более высокими значениями. Распределение коэффициентов фильтрации на профильных моделях представлено на рис. 4. В скважинах водозабора уровень подземных вод находится в пределах от –7.5 м до –7.8, минерализация достигает до 1300 мг/л. Результаты моделирования за 50 лет показали (рис. 5), что в случае наличия глин в плиоценовых отложениях под морем, существенного развития интрузии, наблюдаемой в виде увеличения минерализации на водозаборе, не отмечается, что не соответствует результатам мониторинга. Наличие песков в плиоценовых отложениях под морем позволяет объяснить наблюдаемое продвижение интрузии. водоносному горизонту, но и путем фильтрации через пески непосредственно под морем. Для уточнения состава плиоценовых отложений были построены профильные численные модели в программе FEFLOW [6] с разной степенью взаимосвязи моря и подземных горизонтов. Одна из моделей реализует прямую связь моря с подземными водами через пески, у другой связь затруднена глинами. В обоих вариантах была принята 3-слойная схематизация: четвертичный водоносный комплекс, водоупорные в сухопутной части плиоценовые отложения и серравальско-мессинский водоносный горизонт. Коэффициенты фильтрации на моделях были заданы в соответствии с проведенными ранее опытно-фильтрационными работами в скважинах исследуемого водозабора. Первый от поверхности слой соответствует четвертичному водоносному горизонту, представленному переслаиванием песков, супесей и суглинков. Коэффициент фильтрации первого модельного слоя составил 4 м/сут. Второй слой — занкл-пьяченский относительно водоупорный горизонт, в сухопутной части представленный глинами. Отложения горизонта под морем в разных вариантах расчета задавались с коэффициентом фильтрации, соответствующим Расчет интрузии морских вод на трехмерной численной модели Численные модели позволяют учесть больше факторов, определяющих миграцию (влияние дисперсии, диффузии и плотностной конвекции) Êîýôôèöèåíò ôèëüòðàöèè, ì/ñóò 200 12 4 0.0001 (à) ÃÓ II ðîäà ÃÓ II ðîäà ÃÓ I ðîäà (á) ÃÓ II ðîäà ÃÓ II ðîäà ÃÓ I ðîäà (ìîðå) 100 Y 1000 0 500 X [m] 50 FEFLOW (R) 0 [m] 0 [d] Рис. 4. Фильтрационная схема профильной модели. Плиоценовые отложения под морем представлены: а – глинами; б – песками. ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
ДРОБЯЗКО, РАСТОРГУЕВ Êîíöåíòðàöèÿ, ìã/ë (à) 18000 16200 14400 12600 10800 9000 7200 5400 3600 1800 0 (á) 100 Y 1000 0 500 75 X [m] FEFLOW (R) [m] 0 [d] 0 Рис. 5. Результаты расчетов на профильной модели (концентрации). Плиоценовые отложения под морем представлены: а – глинами; б – песками. I рода в верхнем модельном слое в виде полосы шириной 2.5–4.5 км, где, согласно проводимым ранее исследованиям, принято, что морские донные отложения представлены песками. Связь моря с серравальско-мессинским водоносным горизонтом помимо четвертичных отложений происходит через плиоценовые отложения, что заложено в модель. Внутренними границами модели являются реки (см. рис. 6), которые на модели задавались ГУ III рода (при значениях проводимости донных отложений равным единице). С учетом плотности морской воды ρs = 1012 кг/м3, пресной ρ0 = 1000 кг/м3, приведенный напор воды в граничных ячейках с отметками дна моря z задавался как h = – (ρs – ρ0) z, (1) ρ0 [2, 6, 7], в отличие от рассмотренных выше численно-аналитических методов. Следовательно, численное моделирование позволяет точно оценить распространение интрузии морских вод. Для расчета интрузии морских вод использовался компьютерный код SEAWAT [7], реализующий связанные уравнения фильтрации и миграции методом конечных разностей. В процессе эксплуатации исследуемого водозабора отмечалось 6 периодов (см. табл. 1), в которых эксплуатация водозабора велась с различной интенсивностью, что было учтено при расчете модели. При разработке модели расчетная область была разбита на блоки различного размера. Основной шаг дискретизации составляет 500×500 м. По мере приближения к рекам шаг дискретизации уменьшается до 15×15 м. Расчетная область была разделена на 69549 расчетных блоков, плановая дискретизация одинаковая для всех модельных слоев. Общий вид расчетной сетки приведен на рис. 6. Внешние граничные условия (ГУ) были заданы в соответствии с геофильтрационной схематизацией: северная граница задана ГУ II рода с нулевым расходом. В качестве границы модели на востоке и юге была выбрана граница распространения серравальско-мессинского водоносного горизонта (ГУ II рода с нулевым расходом, в процессе калибрации величина потока будет уточняться). Западная граница — Черное море, которая задается ГУ где ρs, ρ0 — плотность морской и пресной воды, соответственно, кг/м3; z — отметка дна моря, м. Поскольку исследуемый водозабор оборудован для эксплуатации серравальско-мессинского водоносного горизонта, приуроченного к породам неогенового возраста, на модели были выделены модельные слои, соответствующие следующим горизонтам и комплексам: − четвертичный водоносный комплекс, представленный переслаиванием супесей, суглинков и песков; ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТРУЗИИ МОРСКИХ ВОД 9 ∂ρ ∂C Таким образом, геофильтрационная модель исследуемого водозабора была разбита на 5 модельных слоев (табл. 2). На имеющейся расчетной области море было задано в качестве зоны с постоянной минерализацией, в данном случае указана минерализация Черного моря, полученная по результатам химического опробования, проведенного летом 2021 г.,— 18.4 г/л, которая была задана на модели в ячейках, расположенных под морем. Величина продольной дисперсивности составила 20 м, поперечной — 2 м. Для моделирования потока переменной плотности в программе SEAWAT необходимо задать коэффициент DRHODC = , который представляет отношение разности плотностей соленых и пресных вод к разности их концентраций и позволяет связать плотность и минерализацию: ρ = ρ0 + C (2) ∂ρ ∂C − занкл-пьяченцский относительно водоупорный горизонт, выполненный преимущественно слабопроницаемыми породами плиоценовых отложений: глинами, суглинками, песками с прослоями гравийно-галечниковых отложений; − серравальско-мессинский водоносный горизонт, представленный пористыми, трещиноватыми и закарстованными известняками с прослоями глин, песков и мергелей. Серравальско-мессинский водоносный горизонт подстилается глинами серравальского относительно водоупорного горизонта, кровля которого была принята в качестве водоупора. Особенностью строения водоносных горизонтов, представленных известняками, является чередование слабопроницаемых и высокопроницаемых зон. На модели это отразилось в разделении серравальско-мессинского водоносного горизонта на 3 модельных слоя: − верхняя слабопроницаемая часть водоносного горизонта; − средняя высокопроницаемая зона, полученная по данным резистивиметрии (мощность 4 м); − нижняя предположительно высокопроницаемая зона (будет уточняться в процессе калибрации). В данной модели коэффициент DRHODC составил 0.691. В процессе калибрации уточнялось распределение фильтрационных свойств гидрогеологических подразделений, соответствующих модельным ÃÓ II ðîäà Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ: Àêòèâíûå ÿ÷åéêè Íåàêòèâíûå ÿ÷åéêè ÃÓ I ðîäà Ëèíèÿ ðàçðåçà ÃÓ I ðîäà Ðåêà ÃÓ II ðîäà I I Ðåêà ÃÓ II ðîäà I I Рис. 6. Плановая дискретизация и граничные условия численной геофильтрационной модели и разрез по линии I–I по расчетной сетке. ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ № 1 2024
Доступ онлайн
4 023 ₽
В корзину