В. А. Мироненко динамика ползших поп московский

At
0,1 м/сут (v_d =k_м1/ п_б *2,5 - 0,02/0,45 «0,11 м/сут). Напомним,
А1 At
что такая оценка справедлива для достаточно большого времени, которое ориентировочно определяется из первого критерия (6.51); оно измеряется примерно сотнями - тысячами суток .
Учитывая, что пески играют основную роль в общем расходе подземного потока: д_п/д_м ⁹⁰ к_пт_п/(к_мт_м) = (15 • 35)/(2,5* 10)« 20, для долговременных оценок, коща время измеряется сотнями- тысячами суток, можно принять основную расчетную формулу в виде v° * к_п1/п_п, где v°— средняя скорость движения фронта вытес­нения (на котором относительная концентрация 'с - 0,5). Принимая с запасом п_п = 0,35, т.е. считая, что некоторая доля пор в песке не будет участвовать в процессе конвективного переноса, получим для
нашего примерах° = к_пI t/n_n ~ 15 *0,02 t/0,35 «0,8 t, щех°— про­движение фронта (в метрах) за время t (в сутках), причем время в этой оценке должно измеряться, как минимум, сотнями суток. Сле­довательно, ориентировочная средняя скорость перемещения фронта загрязнения составляет около 300 м/год. Эта величина содержит, несомненно, солидный запас применительно к сорбируемым компо­нентам: сорбция на песках будет увеличивать расчетное значение пористости (см. формулу (6.11)), что приведет к соответствующему уменьшению длины переноса х
При самом неблагоприятном варианте влияние хвостохранили- ща на качество откачиваемых вод начнет сказываться не ранее чем через 10 лет.
Расчетные оценки средней скорости конвективного переноса должны быть дополнены рассмотрением дисперсионных эффектов. Для песков значение этих эффектов становится пренебрежимо ма­лым уже через сравнительно короткое время (см. раздел 6.3). Гораздо заметнее дисперсия в мелах; согласно изложенному в разделе 6.4.3,
коэффициент макродисперсии D* = v ²/(Р_м (2,5 0,102)² 'т§\
: (36*5*10~⁵) «1,4 т% (м²/сут); отсюда получаем, что при т_б^яв 2 м
размер переходной зоны определяется, согласно формуле (6.29), вы­ражением: 2 Ах_п =4 у174‘4 */0,45 «14 VF, где Ах_п измеряется в
метрах, a i — в сутках. Например, для t = 1600 сут получаем Ах_п=
560 м, что соизмеримо с областью переноса. Иначе говоря, перед расчетным фронтом вытеснения, отвечающим средней концентра­ции с = 0,5, по мелам будет распространяться зона загрязнения дли­ной в несколько сот метров, в которой концентрация постепенно падает от с = 0,5 до сотых долей (см. рис. 8.11). Особенно велико значение переходной зоны на первых этапах загрязнения, измеряе­мых сутками - первыми десятками суток. Например, расчет по реше­нию Ловерье (6.47) показывает, что через 10 сут после начала загряз­нения расчетная концентрация с = 0,01 отмечается^на расстоянии примерно 50 м и более, хотя фронт с концентрацией с = 0,5 подвига­ется за это время не более чем на 15 м.
При высоких значениях градиентов фильтрации на участке за­грязнения размеры зоны макродисперсии в мелах реально могут из­меряться — для тех же временных интервалов - первыми сотнями метров. Поэтому, в частности, локальные сбросы загрязненных вод непосредственно на поверхность меловых пород (на участках, где зона аэрации отсутствует или имеет малую мощность) могут приво­дить к быстрой фиксации загрязняющих компонентов на значитель­ных расстояниях (сотни метров) от очага загрязнения, в первую очередь по наблюдательным или водозаборным скважинам, пройден­ным на меловую толщу. В скважинах на пески загрязняющий ком­понент будет фиксироваться с большим отставанием и в концентра­циях, существенно меньших: соответствующий коэффициент раз­бавления равен отношению фильтрационного расхода мелового пла­ста к общему фильтрационному расходу (в нашем примере коэффи­циент разбавления к_р = (2,5:10)/(15*35) =0,05). Более того, кратко­временные «всплески» загрязнения в мелах могут практически пол­ностью «размываться» за счет сорбции и гидродисперсии в песчаных породах.
Итак, основными факторами, определяющими перенос, оказа­лись конвекция в песках и продольная гидродисперсия в мелах. Сле­довательно, главное значение для точности прогнозных Оценок име­ют (наряду с коэффициентами фильтрации) активная пористость песков и параметры меловых блоков т_б (или S₆); за исключением параметра т_б (или S₆), все они определяются с достаточно высокой надежностью, и поэтому основные погрешности долговременного прогноза (в оценке дисперсионных эффектов) связаны с погрешно­стями определения удельной поверхности трещин в меловых породах при опытно-миграционных работах (конечно, наряду с неточностями фильтрационной схемы).
Рассмотренные прогнозные оценки дают необходимые сведения для обоснования зон санитарной охраны водозаборов, откачивающих подземную воду для хозяйственно-питьевыз целей . В стандартном варианте соответствующие расчеты выполняются для определения размеров третьего пояса зоны санитарной охраны — так называе­мой зоны ограничений, в пределах которой не допускается сооруже­ние объектов, вызывающих опасность загрязнения откачиваемых подземных вод. Очевидно, эти размеры отвечают возможным рассто­яниям переноса загрязняющих компонентов за время существования водозабора (этот период рекомендуется выбирать в пределах 20-25 лет). В таком понимании, согласно только что проведенным прогно­зам, зона ограничений включает территорию в радиусе около 6 км от водозабора. Однако эта цифра отвечает, максимальным скоростям переноса при среднем гидравлическом градиенте / = 0,02; в более благоприятных условиях (/ < 0,01) размер упомянутой зоны не пре­вышает 2-3 км.
На основе детального анализа миграционной схемы в ряде слу­чаев могут разрабатываться и более узкие рекомендации по опти­мальной организации систем питьевого водоснабжения, позволяю­щие наиболее полно учесть требования их санитарной охраны для условий конкретных районов. Для пояснения последнего положения особо подчеркнем, в частности, важность учета при обосновании санитарной защищенности водозаборов эффектов «профильного раз-
* Как показано в работе (21 ], к таким водозаборам могут относиться и дренажные
системы карьеров.
бавления» загрязняющих компонентов (особенно при их кратковре­менном поступлении в водоносные пласты, например, с осадками) в условиях разреза, существенно неоднородного по фильтрационным свойствам.
В рассмотренном примере роль такого рода эффектов понятна уже из выполненных прогнозных оценок. Действительно, попадание загрязняющих веществ на поверхность грунтового водоносного гори­зонта, приуроченного к трещиноватым меловым породам, приводит к достаточно быстрому (имеются в виду начальные моменты време­ни) их переносу в направлении водозаборных систем. Однако, если в дальнейшем имеет место поступление тех же веществ в ниже распо­ложенный песчаный водоносный горизонт, то происходит из разбав­ление (по крайней мере, на порядок) при одновременном резком уменьшении скорости переноса. Поэтому важнейшие требования эффективной санитарной охраны для водозаборов района сводятся к следующему:
Ш откачку воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения надо вести скважинами, фильтры которых оборудованы только на песчаную толщу;
|2| на водозаборе необходимо создавать такие понижения, при которых граница пересечения депрессионной поверхности с подо­швой мелов расположится от водозабора на удалении (как минимум) нескольких десятков метров.
Дополнительной гарантией санитарной охраны могут служить режимные гидрохимические наблюдения за качеством подземных вод в песках и меловых породах. Основные рекомендации по органи­зации такого рода наблюдений рассматривались в разделе 7.4.3. По­нятно, что первоочередной объем наблюдательных скважин должен быть сконцентрирован на меловом водоносном горизонте, так как предвестниками начавшегося загрязнения будут малые концентра­ции вещества, переносимого по трещинам в мелах и намного опере­жающего основной фронт загрязнения.
Если считать в рассматриваемом примере, что бассейн промыш­ленных стоков является мощным источником фильтрационного воз­мущения (д₀ » д_е — см. раздел 7.4.3), то преобладающее движение загрязнителей будет происходить по фиксированным лентам тока при минимальном поперечном рассеянии, и тогда наблюдательные скважины целесообразно располагать по нескольким лучам, направ­ленным от бассейна к водозабору. При появлении признаков загряз­нения в меловом водоносном горизонте, необходимо резко увеличить частоту отбора контрольных проб откачиваемых вод (дифференци­рованно — по каждой эксплуатируемой скважине), и, если это по­требуется для более детального прослеживания фронта переноса, — пробурить дополнительные наблюдательные скважины на песчаный водоносный горизонт поблизости от водозабора.
Из приведенного примера видно, что приближенные аналитиче­ские оценки в рамках одномерных моделей переноса действительно позволяют выявить многие принципиальные особенности миграци­онного процесса и дать его ориентировочную количественную харак­теристику. Для более надежных прогнозов обычно приходится обра­щаться к аналоговому или численному моделированию миграцион­ных процессов [20, 21 ].

3. 
   Основные представления о математическом _¥ моделировании процессов загрязнения подземных вод
   

Возможности аналитических методов расчета процессов массо­переноса весьма ограничены и поэтому при решении многих инже­нерных задач необходимо обращение к математическому моделиро­ванию. В частности, возможно эффективное применение моделиро­вания в следующих основных направлениях:
1 анали з и обоснование физических моделей массопереноса;