Численное моделирование инфильтрации жидких отходов из хранилища в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водоёмы
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2015.8.3.26Ключевые слова:
хранилища жидких отходов, перенос загрязнений в пористой среде, одномерная модель, трёхмерное численное моделированиеАннотация
Исследуется инфильтрация насыщенного рассола в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водные объекты из хранилища жидких отходов, находящегося в Верхнекамском месторождении калийных и магниевых солей (Пермский край, Российская Федерация) и содержащего высококонцентрированный рассол калийных, натриевых и магниевых солей. На основе аналитического решения одномерного уравнения переноса однородным стационарным фильтрационным потоком получены оценки времени распространения примеси по пористой среде до ближайшего поверхностного водного объекта и времени установления стационарного профиля её концентрации без учёта и с учётом слабой адсорбции пористой матрицей. Найдено значение концентрации примеси в точке поступления рассола в поверхностный водоём. В пакете ANSYS Fluent проведено прямое трёхмерное численное моделирование процесса инфильтрации рассола из хранилища в окружающую породу. Результаты моделирования позволили выделить основные стадии процесса распространения примеси в пористой среде. Найдено, что примесь распределяется в пределах обширной области, концентрация рассола в которой практически однородна и достигает высоких значений, близких к насыщению. Примерно через 20 суток от начала инфильтрации примесь достигает русла прилегающей реки. Определённые в трёхмерных численных расчётах значения времени продвижения фронта примеси до поверхностного водного объекта согласуются с аналитическими данными, полученными в рамках одномерной модели. Разработанный комплекс физических моделей достоверно описывает гидродинамические процессы, связанные с эксплуатацией крупного хранилища, и может быть успешно применён для прогнозирования положения границ загрязнения грунтовых вод в прилегающих к хранилищам породах.
Скачивания
Библиографические ссылки
Delleur J.W. The handbook of groundwater engineering. - Boca Raton: CRC Press, 2006. - 1320 p.
2. Berkowitz B., Dror I., Yaron B. Contaminant geochemistry. - Berlin: Springer, 2008. - 412 p.
3. Lick W. Sediment and contaminant transport in surface waters. - Boca Raton: CRC Press, 2009. - 416 p.
4. Макашов С.Э., Потапов А.А. Численное моделирование влияния аварийного затопления соляного рудника БКПРУ-1 на миграцию рассолов в надсолевом комплексе пород // Естественные и технические науки. - 2012. - № 2. - С. 201-205.
5. Баньковская В.М., Константинова С.А. Гидрогеологические аспекты образования провалов земной поверхности на шахтном поле Первого Березниковского калийного рудника // Вестник МАНЭБ. - 2000. - № 6. - С. 60-62.
6. Юй Лю, Лехов А.В. Моделирование изменения фильтрационных параметров загипсованных пород при фильтрации рассолов // Геоэкология. - 2012. - № 6. - С. 551-559.
7. Franz T.J., Rowe R.K. Simulation of groundwater flow and contaminant transport at a landfill site using models // Int. J. Numer. Anal. Met. - 1993. - Vol. 17, no. 7. - P. 435-455. DOI
8. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. - М: Наука, 1977. - 664 с.
9. Bear J., Cheng A.H.D. Modeling groundwater flow and contaminant transport. - Amsterdam: Springer, 2010. - 834 p. DOI
10. Anderson M.P., Woessner W.W. Applied ground water modeling: simulation of flow and advective transport. - New-York: Academic Press, 1992. - 381 p.
11. Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. К проблеме утилизации избыточных рассолов предприятиями калийной промышленности в водные объекты // ФТПРПИ. - 2012. - № 2. - С. 185-193. DOI
12. Бачурин Б.А., Бабошко А.Ю. О характере трансформации состава техногенно-минеральных образований горного производства в условиях гипергенеза // ГИАБ. - 2010. - № 7. - С. 336-342.
13. Chen B. Water pollution simulation and health risk assessment through a refined contaminant transport model // Water Air Soil Poll. - 2009. - Vol. 200, no. 1-4. - P. 323-339. DOI
14. Hall L.W.Jr., Ziegenfuss M.C., Fischer S.A., Sullivan J.A., Palmer D.M. The influence of contaminant and water quality conditions on larval striped bass in the Potomac River and upper Chesapeake Bay in 1990: An in situ study // Arch. Environ. Con. Tox. - 1993. - Vol. 24, no. 1. - P. 1-10. DOI
15. Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. - Berlin: Springer, 2013. - 778 p.
16. Vafai K. Handbook of porous media. - London: Taylor & Francis, 2005. - 742 p.
17. Barrenblatt G.I., Zheltov Iu.P., Kochina I.N. Basic concepts in the theory of seepage of homogeneous liquids in fissured rocks // J. Appl. Math. Mech. - 1960. - Vol. 24, no. 5. - P. 1286-1303. DOI
18. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. - М: Недра, 1972. - 288 с.
19. Лепихин А.П., Мирошниченко С.А. Техногенное воздействие Соликамско-Березниковского промузла на поверхностные водные объекты // Горный журнал. - 2008 - № 10. - С. 92-96.
20. Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. К проблеме отведения избыточных рассолов в водные объекты предприятиями калийной промышленности // Водное хозяйство России. Проблемы, технологии, управление. - 2010. - № 3. - С. 57-74.
21. Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. Численное моделирование разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в турбулентных потоках // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2010. - Т. 3, № 4. - С. 68-79. DOI
22. Максимович Н.Г., Первова М.С. Влияние перетоков минерализованных вод Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей на приповерхностную гидросферу // Инженерные изыскания. - 2012. - № 1. - С. 22-26.
23. Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. Комбинированный подход к описанию плотностных эффектов разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в водных объектах // Вестник ПГУ. Серия: Математика. Механика. Информатика. - 2011. - Т. 9, № 5. - С. 130-134.
24. Полянин А.Д. Справочник по линейным уравнениям математической физики. - М: Физматлит, 2001. - 576 с.
25. Van Genuchten M.Th., Šimůnek J. Evaluation of pollutant transport in the unsaturated zone // Regional approaches to water pollution in the environment. NATO ASI series: 2. Environment / Ed. by P.E. Rijtema, V. Eliáš. - Dordrecht: Kluwer, 1996. - P. 139-172.
###
Delleur J.W. The handbook of groundwater engineering. - Boca Raton: CRC Press, 2006. - 1320 p.
2. Berkowitz B., Dror I., Yaron B. Contaminant geochemistry. - Berlin: Springer, 2008. - 412 p.
3. Lick W. Sediment and contaminant transport in surface waters. - Boca Raton: CRC Press, 2009. - 416 p.
4. Makasov S.E., Potapov A.A. Cislennoe modelirovanie vliania avarijnogo zatoplenia solanogo rudnika BKPRU-1 na migraciu rassolov v nadsolevom komplekse porod // Estestvennye i tehniceskie nauki. - 2012. - No 2. - S. 201-205.
5. Ban’kovskaa V.M., Konstantinova S.A. Gidrogeologiceskie aspekty obrazovania provalov zemnoj poverhnosti na sahtnom pole Pervogo Bereznikovskogo kalijnogo rudnika // Vestnik MANEB. - 2000. - No 6. - S. 60-62.
6. Uj Lu, Lehov A.V. Modelirovanie izmenenia fil’tracionnyh parametrov zagipsovannyh porod pri fil’tracii rassolov // Geoekologia. - 2012. - No 6. - S. 551-559.
7. Franz T.J., Rowe R.K. Simulation of groundwater flow and contaminant transport at a landfill site using models // Int. J. Numer. Anal. Met. - 1993. - Vol. 17, no. 7. - P. 435-455. DOI
8. Polubarinova-Kocina P.A. Teoria dvizenia gruntovyh vod. - M: Nauka, 1977. - 664 s.
9. Bear J., Cheng A.H.D. Modeling groundwater flow and contaminant transport. - Amsterdam: Springer, 2010. - 834 p. DOI
10. Anderson M.P., Woessner W.W. Applied ground water modeling: simulation of flow and advective transport. - New-York: Academic Press, 1992. - 381 p.
11. Lepihin A.P., Lubimova T.P., Parsakova A.N., Tiunov A.A. K probleme utilizacii izbytocnyh rassolov predpriatiami kalijnoj promyslennosti v vodnye ob"ekty // FTPRPI. - 2012. - No 2. - S. 185-193. DOI
12. Bacurin B.A., Babosko A.U. O haraktere transformacii sostava tehnogenno-mineral’nyh obrazovanij gornogo proizvodstva v usloviah gipergeneza // GIAB. - 2010. - No 7. - S. 336-342.
13. Chen B. Water pollution simulation and health risk assessment through a refined contaminant transport model // Water Air Soil Poll. - 2009. - Vol. 200, no. 1-4. - P. 323-339. DOI
14. Hall L.W.Jr., Ziegenfuss M.C., Fischer S.A., Sullivan J.A., Palmer D.M. The influence of contaminant and water quality conditions on larval striped bass in the Potomac River and upper Chesapeake Bay in 1990: An in situ study // Arch. Environ. Con. Tox. - 1993. - Vol. 24, no. 1. - P. 1-10. DOI
15. Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. - Berlin: Springer, 2013. - 778 p.
16. Vafai K. Handbook of porous media. - London: Taylor & Francis, 2005. - 742 p.
17. Barrenblatt G.I., Zheltov Iu.P., Kochina I.N. Basic concepts in the theory of seepage of homogeneous liquids in fissured rocks // J. Appl. Math. Mech. - 1960. - Vol. 24, no. 5. - P. 1286-1303. DOI
18. Barenblatt G.I., Entov V.M., Ryzik V.M. Teoria nestacionarnoj fil’tracii zidkosti i gaza. - M: Nedra, 1972. - 288 s.
19. Lepihin A.P., Mirosnicenko S.A. Tehnogennoe vozdejstvie Solikamsko-Bereznikovskogo promuzla na poverhnostnye vodnye ob"ekty // Gornyj zurnal. - 2008 - No 10. - S. 92-96.
20. Lepihin A.P., Lubimova T.P., Parsakova A.N., Tiunov A.A. K probleme otvedenia izbytocnyh rassolov v vodnye ob"ekty predpriatiami kalijnoj promyslennosti // Vodnoe hozajstvo Rossii. Problemy, tehnologii, upravlenie. - 2010. - No 3. - S. 57-74.
21. Lubimova T.P., Lepihin A.P., Parsakova A.N., Tiunov A.A. Cislennoe modelirovanie razbavlenia i perenosa vysokomineralizovannyh rassolov v turbulentnyh potokah // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 4. - S. 68-79. DOI
22. Maksimovic N.G., Pervova M.S. Vlianie peretokov mineralizovannyh vod Verhnekamskogo mestorozdenia kalijno-magnievyh solej na pripoverhnostnuu gidrosferu // Inzenernye izyskania. - 2012. - No 1. - S. 22-26.
23. Lepihin A.P., Lubimova T.P., Parsakova A.N., Tiunov A.A. Kombinirovannyj podhod k opisaniu plotnostnyh effektov razbavlenia i perenosa vysokomineralizovannyh rassolov v vodnyh ob"ektah // Vestnik PGU. Seria: Matematika. Mehanika. Informatika. - 2011. - T. 9, No 5. - S. 130-134.
24. Polanin A.D. Spravocnik po linejnym uravneniam matematiceskoj fiziki. - M: Fizmatlit, 2001. - 576 s.
25. Van Genuchten M.Th., Simunek J. Evaluation of pollutant transport in the unsaturated zone // Regional approaches to water pollution in the environment. NATO ASI series: 2. Environment / Ed. by P.E. Rijtema, V. Elias. - Dordrecht: Kluwer, 1996. - P. 139-172.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2015 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
