ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ физико-математических моделей миграции (макродисперсии) в гетерогенных водоносных комплексах из "Проблемы гидрогеоэкологии Том 1" Все приведенные выше решения и оценки были получены для идеализированной картины одномерного фильтрационного поля и могут претерпеть кардинальные изменения при нарушении плоскопараллельного характера течения жидкости. В частности, такого рода деформации могут быть вызваны гидродинамическим влиянием самого концентрационного источника, наличием вертикальной составляющей скорости фильтрации в профиле безнапорного потока, а также плотностной конвекцией. [c.102] Гораздо сильнее, в целом, проявляется профильная конвективная составляющая миграционного потока, наведенная процессами плотностной дифференциации растворов в пласте, когда в нем происходит совместное движение жидкостей, заметно различающихся содержанием химических компонентов. [c.106] уменьшается в сравнении с линейным потоком. [c.108] В целом, расчеты по представленным формулам показывают, что при Ар = 0,01 (что отвечает разности в минерализации приблизительно 20 г/л) размеры наклонной границы в хорошо проницаемых песчаных толщах могут измеряться — для масштабов прогнозных оценок — сотнями метров, а иногда и километрами. [c.108] Пока мы ограничились примерами задач о поршневом вытеснении двух жидкостей с разной плотностью. На самом деле, особенности их миграции во многом определяются комбинированньш[ действием двух механизмов — плотностной конвекции и поперечной гидродисперсии. Для облегчения исходного анализа, рассмотрим эти процессы как взаимно независимые, считая, к тому же, что источник вод повышенной плотности гидродинамически пассивен, т.е. не меняет исходной постоянной скорости одномерной фильтрации (у ). [c.109] Отсюда, в частности, следует, что мощность переходной зоны растет по направлению к морю. [c.110] ДЛЯ условий техногенного за язнения водоносных горизонтов из поверхностных бассейнов, содержащих промстоки с высокой минерализацией М 50-100 г/л). Сложность анализа подобных задач, помимо их трехмерности, усугубляется необходимостью совместного решения уравнений фильтрации и массопереноса (разд. 1.2.2). Поэтому качественные закономерности процесса удобно рассмотреть, опираясь на данные физического моделирования, причем сразу же следует отметить, что полученные результаты хорошо согласуются с данными наблюдений за загрязнением подземных вод на реальных объектах. [c.111] Опыты проводились в лотке, заполненном разнозернистым песком, где сначала задавался одномерный фильтрационный поток пресной воды срасходом 0,83 л/час. Раствор поваренной соли (исходная минерализация 230 г/л, плотность 1,16 г/л) подавался с расходом 0,9 л/час в бассейн диаме рром 0,1 м, устроенный в рабочей камере лотка на расстоянии 1,47 м от нижнего бьефа. По всему объему рабочей камеры располагались гирлянды резистивиметров, с помощью которых фиксировались пространственные и временные изменения в минерализации воды. По результатам наблюдений были построены эпюры распределения концентрации соли в вертикальной плоскости продольного осевого сечения и в плановых проекциях (рис. 2.7). [c.111] Как следует из приведенных данных, картина миграции в целом носит объемный (трехмерный) характер, причем на процесс массопереноса сильное влияние оказывают, с одной стороны, гравитационные силы, возникающие вследствие различий в плотностях инфильтрующейся жидкости и потока-носителя, а с другой — эффекты дисперсионного размыва интрузии мигрирующих растворов и дальнейшего рассеяния компонентов, снесенных с ее боковой поверхности потоком подземных вод. [c.111] Экспериментальная часть этого исследования выполнена Ф.Г.Атрощенко. [c.111] Обратим внимание на то, что интенсивность поперечного рассеяния при развитии процессов плотностной конвекции заметно превышает аналогичную характеристику пространственной микродисперсии физически инертного трассера. Это объясняется тем, что внедрение более тяжелой жидкости и плановая деформация линий тока фильтрационного потока, омывающего интрузию, приводят к возникновению ортогонального (по отношению к направлению основного переноса) компонента скорости фильтрации, который и вызывает дополнительное конвективное перемещение солей в направлении периферийных зон ореола. [c.113] Конечные этапы модельного процесса характеризуются устойчивым пространственно-временным положением ореола — наблюдается квазистационарное, а затем и стационарное (вследствие ограниченной длины модели) распределение концентрации солей, которое достигается, очевидно, в результате выравнивания массовых потоков Мд и М . Полученный результат имеет важное значение для понимания реальных процессов миграции разноплотностных жидкостей, он принципиально невозможен при традиционном двумерном рассмотрении и требует весьма сложного количественного анализа на численных трехмерных моделях (разд. 10.5.5 . [c.113] вязкостей наиболее сильно он выражен при внедрении менее вязкой жидкости, в частности — пресной воды в соленую. [c.114] Соответственно, и рассеивающие эффекты обусловлены свойствами не только фильтрующей среды, но и раствора, в первую очередь, его плотностью и вязкостью. Так, при закачке пресной воды в соленую показатели дисперсии оказываются — для тех же водосодержащих пород — в несколько раз вьппе, чем в противоположном варианте. При субвертикальном внедрении тяжелых растворов с пониженной вязкостью образование их языков , далеко опережающих основной фронт миграции, приобретает особенно большое значение, так что формальное описание миграции уравнениями диффузионного типа будет давать очень высокие величины коэффициента микродисперсии. При внедрении подобных несмешивающихся жидкостей, последние, занимая наиболее проводящие пути, продвигаются в виде языков , далеко опережающих основной фронт вытеснения. В свою очередь, поперечная дисперсия постепенно подавляет эти языки , способствуя выравниванию фронта. [c.114] До сих пор процессы переноса вещества рассматривались на микроуровне, точнее, для условий, когда среда считается гомогенной по емкости и проницаемости, а процессы массопереноса фильтрующимся потоком (так же, как и физико-химиче-ские реакции) — протекающими только на одном уровне, не зависящем от масштаба их изучения. Реальные водоносные системы часто неоднородны и гетерогенны, т.е. подразделяются на подсистемы с резко различающимися фильтрационными свойствами и уровнями процессов массообмена. Адекватное физико-математическое описание процессов миграции подземных вод в таких условиях требует обращения к расчетным моделям макродисперсии, отражающим реальную неоднородность и гетерогенность водоносных комплексов. [c.117] Ввиду отсутствия четкого подразделения двух упомянутых терминов, особенно в зарубежных публикациях (где оба они чаще всего объединяются понятием heterogeneity), мы будем настаивать на нем лишь в необходимых случаях. В частности, в контексте данного раздела, неоднородность нередко молчаливо отождествляется с гетерогенностью, ибо и та, и другая находят свое отражение в крупномасштабных эффектах рассеяния (макродисперсия). [c.119] Гетерогенность и неоднородность — всеобщие свойства водоносных систем. Для комплексов пористых (пес-чано-глинистых) пород их проявление обусловлено, преимущественно, фациальной изменчивостью, слоистостью и, соответственно, вариациями гидравлической проницаемости по профилю пласта для существенно трещиноватых коллекторов — разнородными механизмами массопереноса по трещинам и пористым блокам, а также наличием трещин и каналов разного порядка. В такого рода системах перемещение фронта вытеснения по более проницаемым слоям (трещинам) существенно замедляется благодаря поперечной гидродисперсии и молекулярной диффузии из них в менее проницаемые слои (в пористые блоки). При этом вблизи фронта переноса возникает, как и в случае микродисперсии, переходная зона, размеры которой предопределяются, однако, уже не столько собственно диффузионно-дисперсионными эффектами в проницаемых слоях (трещинах), сколько обменом веществом со слабопроницаемыми слоями (блоками). Таким образом, имеют место эффекты рассеяния, внешне сходные с результатами действия микродисперсии, но вызванные, однако, принципиально иной причиной — макроструктурой среды, гетерогенной ее проницаемостью и емкостью. По аналогии, эффекты такого рода могут быть названы макродисперсией. [c.119] МОДЕЛЕЙ МИГРАЦИИ (МАКРОДИСПЕРСИИ)... [c.120] Широкий спектр возможных масштабных уровней протекания миграционных процессов в гетерогенных средах обычно не укладывается в пределы единой расчетной модели. Поэтому гетерогенность пород целесообразно учитывать в рамках совокупности взаимо-перекрывающихся расчетных схем, увязанных с характерными пространственно-временными масштабами изучения миграционного процесса. Построение подобных моделей макродисперсии опирается на детерминированные или стохастические представления о структуре водоносных пластов. При этом стохастические модели следует рассматривать, скорее всего, как инструмент для исследования возможной степени неопределенности наших представлений о природе миграционных процессов, нежели как базу для прогнозов конкретных ситуаций информационное обеспечение стохастических моделей практически всегда не отвечает необходимым в этом смысле требовани5ш. [c.121] Вернуться к основной статье