Геохимическая .... в промышленной гидросистеме Ашержуков, Бронислав Сергеевич

Введение к работе

Актуальность. Проблема задній окруаавдей среда оъ последствий хозяйственно!} двятояьнооїя челоивка стопт на первом плане кап а нашей стране, їак я во всей пире. Честьэ этоЯ проблемы яелксгся охрана поверхностных м подземных под от техногенного загрязнения сточкизн зодкм а о?ходш.га промышленных п горнорудная продпряятий, ,ч яакяз сельского п ~ог.му:;ального яозяЯсїзп.

Нарлду с зспольгюйанмем разигпішіт нгтодоз очистка отолите иод и утііл;!Сй;."л:: тзердіу; отходса, безотходной гелнсдогіг." проазіад-

массоперєноса d гидрогеохимических расчетах определяет достоверность прогнозов и надегаюсть назначаемых при проектировании и эксплуатации защитных мероприятий.

Разработка теоретических положений геохимической гидродинамики п методов гидрогеохимических расчетов п промышленной гидротехнике является новым направлением в решении весьма актуальной народнохозяйственной задачи защиты окружающей среды от техногенного загрязнения. Исследования по этому направлению проводилась во ВІШ ВОДГЕО по программам ГКНТ, Мкнатомэнергопрома и по договорам с предприятиями, изыскательскими и проектными организациями.

Цель и задачи работы. Целью выполненных исследований являлась разработка теоретических положений геохимической гидродинамики и методов гидрогеохимических расчетов в промышленной гидротехнике. Для достижения этой цели были поставлены задачи:

1. Сформулировать основные принципы и модели геохимической гидродинамики с,максимальным учетом действующих факторов, обосновать краевые задачи с обобщенными параметрами.

2. Обобщить существующие к рассмотреть новые задачи геохимической .гидродинамики, включающие кинематику потоков разнородных жидкостей с учетом гидродинамической дисперсии и процессов масео-сбмена в системе раствор-горная порода.

3. Разработать методы гидрогесхимических расчетов наземных хранилищ нидких к твердых отходов с учетом реальных гидрогеологических условий и режимов эксплуатации.

4. Разработать и унифицировать методы гидрогеохимических расчетов подземных хранилищ жидких отходов в естественных водоносных пластах и скальных горных породах, разрушенных взрывами большой мощности.

5. Разработать методы расчета процессов растворения солей в теле, основании и боковых примыканиях сооружений промышленной гидротехники, а также в породах и грунтах в зоне их влияния.

6. Разработать методы определения основных гидрогеохимических параметров в лабораторных и полевых условиях.

7. Апробировать и внедрить методы гидрогеохимических расчетов в практику изысканий, проектирования и строительства сооружений промышленной гидротехники.

.'іотодикп исследований. Для решения поставленных задач исполь-

_ 5 -

зозанн ?еорв№;еспи8_с иетодическио н экспериментальные исследования. Теоретические исследования новых краевых задач геохимической пздродяншгаки выполнены с использованием методов прикладной мате-ыатнкп н всего массива знаний по отой и смежным проблемам. Методические разработки для практических гадрогеохимических расчетов зхяючаяа решения конкретних задач_с six анализ и численную реализации а использованием ЗЕЇ в удобной форме. Лабораторные и полевые экспериментальные исследования применялись для изучения закономерностей гидрогеохимических процессов к определения параметров разработанных математических моделей.

Научная новизна работы. В диссертации представлены результаты коипясксиых исследований теоретического а методического характера по соэданйп методов гидрогеохммического расчета сооружений промышленной гидротехника, Оня основан» на следующих новых результатах:

I. Проведена систематизация к обобщение гидродинамических и фазнпо-хкынческнх процессов, определяющих двнпение растворов в горных породах и грунтах. Составлена общая математическая модель геохимической гадроданаынки применительно к задачам, решаемым в промышленной гидротехнике.

Е. Поставлена и решена задача о движении разнородних несиеши-вшэщяхея жидкостей с новым кинематическим условием на границе рая-дела а интегральной и дифференциальной формах, шелючающим гидро-емность'пласта, дяя линейных моделей упругого н гравитационного рсяииоп фильтрации.

3, Получены строгие и при ближені we решения задач гидродинами
ческой дисперсии и массообмэна при фильтрации растпороп в горных
юродах а грунтах, у том числе для моделе:):

гидродинамической дисперсии :: рашювесногс массообнена s зздиалышй фильтрационное потоках;

r/.дродинаккчесной дисперсии л потоках, измен лтадих скорость ; направленна движения со времени;

гидродинамическое дисперсии г( нераинопесного массообнена и юлуограчрченных и ограничениях по длине пластах.

4. рошеїш і; исследован» задачи фильтрации hj наземных хра-
нлнц отходов различно!: з плане фор:лц:

- при условии заданного напора а храннлице при неоднородно')
троении водоносной толщ:;

- б -

- при условии баланса расходов подачи, накопления к фильтрации промстоков.

5. Предложен и-обоснован метод поправочных коэффициентов для комплексного учета действующие факторов пр;і гидрогеохнмическнк расчетах подземных хранилищ промстоков в естественных водоносных горизонтах. Для хранил:^ з скальных породах, образованных взрывами-, получено автомодельное решение для схеми сферического источника при проницаемости, распределенной по гиперболическому закону. Произвольный закон изменения проницаемости для любой геометрии источника реализуется с помощью метода обобщенных фильтрационных сопротивлений.

6. Решены линейные и плоские задачи прогноза растворении солей d теле к основаниях гидротехнических сооружений пря объемном и пластовом засолении горных пород. Для нестационарной задачи растворения пласта соли в основании сооружения использован метод конформных отображений.

7. На основе полученных решений задач фильтрации к скважинам для схем мгновенного налива или откачкм, а также продолжающегося притока после остановки с учетом емкости ствола скважины предложены экспресс-методы определения гидродинамических параметров водоносных пород.

8. Построены и реализованы математические модели для определения гидрогеохимических параметров горных пород и грунтов по данным лабораторних и полевых исследований. Для сложных моделей гидродинамической дисперсии и неравновесного массообмена в радиальных потоках обосновано применение метода статистических моментов.

На защиту пыноептся следующие основные положения:

1. Развитие теоретических положений геохимической гидродинамики применительно к практическим задачам промышленной гидротехники.

2. Методы гидрогеохимических расчетов, наземных хранилищ жид-ких и твердых отходов производства, учитывающие реальные гидродинамические и физико-химические условия фильтрации растворов и режимы эксплуатации сооружений.

3. Метод поправочных коэффициентов для комплексного расчета подземш,*х хранилищ промстоков в естественных водоносных горизонтах с учетом основных действующих факторов.

4. Методы расчета подземных хранилищ промстоков в скальных горных породах, образованных взрывом, на основе автомодельных ре-шэннй соответствующих задач и использования обобщенных фильтрационных сопротивлений.

5. Методы прогнозе, растворения солей в теле, основании и боковых примыканиях гидротехнических сооружений для объемного, пластового и многопланового засоления горных пород к грунтов.

6. Экспресс-методы определения гидродинамических и гидрохимических параметров горных пород при изысканиях и исследованиях в районах сооружений промышленной гидротехники.

5i?iS^HIifiJiS.?bS.2IiMi' Результаты, представленные в диссертации получены на основе изучения и использования теоретических'и иетодичоских разработок отечестяеншк ц зарубежных ученик. Они в большинстве являются оригинальными и отражай? вклад автора в развитее геохимической гидродинамике. Из публикаций с участием другая авторов использована, с зспозком, та часть, которая пплнется личной разработкой.

Практ «ческп я_ ценност', у, ве'илзпцчя результатов. Проведені то ИССЛЄДОВВШ4Я явились основой для созданан принципиально нового подхода в ^егодох расчета пря проектировании сооружения промышленной гпдооте:-;н'ииі a оценки тпологачеемх последствия их строительства sj эксплуатации* Разработенные методы применялись при проектировании подземных г.рани.чищ промстоков предприятий радиохимической промышленности (а гг.Томске, Красноярске, Мелекесе), Новомосковс-кого завода оргелнтеза, Тамбовского ПО "Пигмент", Рубокаяекого ПО "Краситель", Дзеркинского НО "Корунд" н др. Методы гидрогеохими-ческих расчетов такие использовались при проектировании хранили;; гладких отходои, возведенных з скальных горных породах с помслыа ядерного взрыпа (гг. Стерлу, тама д. Оренбург л др.).

Результаты роботы били внедрены d практику изысканий h. проектирования хг.остохопнклнд ііинз'і'омгінергоптюі.'.п.. Для зтой \уаля бы.чи. разработаны "Рзкомонвацич по определенны фильтрационных гіарамеї-роь горных пород її грунтов..." (І97У) п "Методические указания по прог і'озчч олгрязненил подоєний* лод п ряііо:і.-;,.ч пг.остох;'онили:ч \лиу-\:с--гзлл.ург'.г-і^ск;'.-' г:т;-.-;д!и::^,,';т:'..'г livvO). !'^;е .'-оды яр-іГН0:!а ;..'іствореі^;:і;і спрй'А її cc\'OV>\y,:\!i:. rn_Ji,nnTO'.;i!^:,.^,,.'j!.:".i;'. '.'асіїу-'Смг.Гі ;;-'fio/iь;-;:г 'їм! її ::-

Экономический эффект от внедрения разработок состави» 6,3млн. руб (в том числе по построенным сооружениям 3,0 млн.руб).

Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на Всесоюзном совещании по подземному захоронению промстоков радиохимической промышленности (ИФХ АН СССР, Москва, 1966г.), на Генеральной ассамблее международного союза геодезии и геофизики (Берн, 1967г.), на Координационных совещаниях по гидротехнике (ВНИИГ, Ленинград, 1967 и 1970гг. ), на У :і Ш Всесоюзных съездах по теоретической и прикладной механике (Москва, 1968г. и Алма-Ата, 1981г.), на семинаре "Динамика сплошной среды" (СО АН СССР, Новосибирск, 1959г.), на совещании по применению математических методов и ЭВМ в мелиорации и водном хозяйстве (Минск, 1969г.), на I-ом Республиканском научно-техническом совещании (Киев, 1969г.), на Всесоюзном совещании "Математические методы и моделирование в мелиоративной гидрогеологии (СО АН СССР, Новосибирск, 1973г.), на ХУ конгрессе МАГИ (Турция, 1973г.), на Ш Международном симпозиуме по фильтрации воды в пористых средах (Киев, 1978г.), на Всесоюзном совещании-семинаре "Краевые задачи теории фильтрации" (Ровно, 1979г.), на ІУ Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессов (Киев, 1983г.), на 1-ом советско-американском семинаре по гидрогеологии (Москва, 1989г.).

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 50 статьях и тезисах докладов, 4 монографиях и в методических рекомендациях, в которых автор принимал участие.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, объединяющих 8 глав, заключения с общими выводами, списка литератур*!, включающего 468 наименований и приложения. Она изложена на 570 страницах машинописного текста и имеет Iidl рисунок и 50 таблиц.