Задача 5 – условие 2

«Определение степени загрязнения водоносного пласта при разовом воздействии фактора загрязнения»

Условие задачи: при бурении вертикальной скважины с применением промывочной жидкости, содержащей добавку поверхностно- активного вещества – сульфанола, произошел в пределах водоносного пласта аварийный сброс бурового раствора.

Требуется определить: 1) предполагаемую конфигурацию размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте на время t₁, t₂, и t₃ после аварийного сброса; 2) степень разбавления загрязняющего потока по со- стоянию на время t₁, t₂, и t₃; 3) Интервал времени t₄, после которого концентрация сульфанола в водоносном пласте достигнет ПДК, т.е. санитарной нормы.

Исходные данные (см. табл. 11):

1. Водоносный горизонт представляет собой песчаниковый коллектор с эффективной пористостью П_эф,%;

2. Мощность водоносного горизонта Н, м;

3. Скорость потока в водоносном горизонте V, см/сек;

4. Скорость естественного рассеяния (диффузии) загрязняющего вещества V₀, см/сек;

5. Объем аварийного сброса (утечки) Q, м³;

6. Концентрация загрязняющего вещества (сульфанола) в промывочной жидкости С, %;

7. Условная ПДК для загрязняющего вещества, мг/л.

Таблица 11

 

Параметры водоносного пласта	Ед. изм.	Номер задания
		2
Мощность пласта, Н	м	4
Эффективная пористость, Пэф	%	4,5
Скорость потока, V	см/сек	1,9
Скорость диффузии V0	см/сек	0,3
Объем аварийного выброса, Q	м3	1
Концентрация загрязняющего вещества, С	%	2,5
Интервалы времени, t1 t2 t3	Час/сек Час/сек Час/сек	1/3600 5/18000 17/61200
Условные ПДК	мг/л	0,08

 

При решении делаем допущение, что загрязнение водоносного горизонта происходит по всей мощности одновременно, при V > V₀. Решение сопровождается рисовкой схемы положения ореолов загрязнения в плане (см. рис. 1) и построением графика зависимости концентрации загрязняющего вещества от времени (см. рис. 2)

1. Определяется концентрация и размеры предполагаемых ореолов загрязнения в различные моменты времени (t₁, t₂, и t₃). Для этого необходимо графически изобразить степень удаления фронта загрязнения от ствола скважины, который на плане обозначается точкой СКВ (рис. 1). Положение границы ореола на время t₁ в направлении стока определяется приближенно из расчета:

М₁= (V₀+ V₁)· t₁

и на плане в соответствующем масштабе отложить это расстояние в виде прямой линии. В поперечных стоку направлениях положение границ ореола определяется по концам векторов, являющихся гипотенузами прямо- угольных треугольников, в которых длины сторон (катетов) будут соответственно равны: b₁ = V₀· t₁, а₁ = V· t₁. Соединив концы векторов, окантуриваем приближенно, с учетом диффузии, границу ореола загрязнения на время t₁. Подставляя в те же расчеты t ₂ и t₃, можно получить размеры и конфигурацию соответствующих ореолов загрязнения. Далее, на миллиметровке строится план рассчитанных ореолов загрязнения, на котором графически измеряются площади этих ореолов - S₁, S₂, S₃.

Все длины векторов переводятся в метры согласно выбранному масштабу, а площади в квадратные метры.

2. Рассчитывается степень разбавления (N) загрязняющего вещества в ореолах водоносного горизонта на t₁, t₂, и t₃:

для t₁, N₁= ,

для t₂, N₂= ,

для t₃, N₃= ,

Далее рассчитывается концентрация загрязняющего вещества в ореолах по состоянию на t₁, t₂, и t₃ при плотности бурового раствора 1,5 г/см³. Для этого концентрацию загрязняющего вещества (она дана в процентах) необходимо перевести в мг/л по формуле: С мг/л=С % × 1,5 × 10⁴ = n × 10⁴ мг/л.

Затем определяется концентрация сульфанола в ореолах в мг/л. Она будет равна соответственно:

;

;

;

По полученным результатам строится график зависимости концентрации загрязняющего вещества в водоносном горизонте от времени (рис. 2). Проведя на графике линию, параллельную оси абсцисс на уровне заданного ПДК, путем экстраполяции определяется интервал времени, через который уровень загрязнения в водоносном горизонте придет к санитарной норме, т.е. к ПДК. Решение:

1) предполагаемую конфигурацию размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте на время t₁, t₂, и t₃ после аварийного сброса;

 

М₁= (V₀+ V₁)· t₁

b₁=V₀· t₁

а₁=V· t₁

 

М₁=(0,3+1,9) ·3600=7920см=79,2м

b₁=0,3· 3600=1080см=10,8м

а₁=1,9· 3600=6840см=68,4м

Подставляя в теже расчеты t1 и t₁, получаем размеры и конфигурацию соответствующих ореолов загрязнения.

М₂=(0,3+1,9) ·18000=39600см=396м

b₂=0,3· 18000=5400см=54м

а₂=1,9· 18000=34200см=342м

М₃=(0,3+1,9) ·61200=134640см=1346,4м

b₃=0,3· 61200=18360см=183,6м

а₃=1,9· 61200=116280см=1162,8м

S₁=1477м²

S₂=36928,4м²

S₃=400405,7м²

2) Рассчитываем степень разбавления загрязняющего потока по состоянию на время t₁, t₂, и t₃;

для t₁, N₁=  = 266,86

для t₂, N₂=  =6648,112

для t₃, N₃=  = 72074,026

Рассчитаем концентрации загрязняющего вещества в ореолах при плотности бурового раствора равного 1,5г/см³

С мг/л=С % · 1,5 · 10⁴ = n × 10⁴ мг/л.

С мг/л=2,5·1,5*10⁴⁼37500

Концентрация сульфанола в ореолах, мг/л

= = 140,5 мг/л

= = 5,64 мг/л

= = 0,52 мг/л

3. Уровень загрязнения в водоносном горизонте придёт к санитарной норме, т.е к ПДК=0,08 мг/л через t₄= 18часов (см. график)

Рис. 1. График расчетной схемы положения ореолов загрязнения водоносного пласта

 

Рис. 2. График зависимости концентрации загрязняющего вещества от времени

 

Список используемой литературы

1. Экология: учеб. пособие для вузов / А. И. Ажгиревич [и др.]; под ред. В. В. Денисова. - Изд. 3-е, испр. и доп. - М. [и др.]: МарТ, 2006. - 767 с.: a-ил.

2. Маринченко А. В. Экология: учеб. пособие: для вузов по техн. направлениям и специальностям / А. В. Маринченко. - М.: Дашков и К°, 2006. - 331 с.: a-ил.

3. Коробкин В.И. Экология: учеб. для вузов / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. - Изд. 10-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2006. - 571 с.: ил.

4. Розанов С. И. Общая экология: учеб. для вузов по дисциплине "Экология" для техн. направлений и специальностей / С. И. Розанов. - Изд. 6-е, стер. - СПб. [и др.]: Лань, 2005. - 288 с.: ил.

5. Денисов В. В. Экология / В. В. Денисов, В. В. Гутенев, И. А. Луганская. - М.: Вуз. кн., 2006. - 726 с.: ил.

6. Петров К. М. Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учеб пособие для вузов. СПб.: Химия, 1998.

7. Охрана окружающей среды: О. И. Родькин, В. Н. Копиця – Москва, 2010г.