Аналіз процесів забруднення та очищення грунтових вод

d. Перевіряється умова , вирішуючи рівняння (3.8), e - задана похибка критерію якості обчислення параметра m. Якщо ця умова виконується або кількість кроків s ітераційної процедури перевищило задане значення, то розрахованим параметром поля коефіцієнта турбулентної дифузії приймається значення ms+1 і процедура закінчується, в іншому випадку ітерації тривають з п. b.

Для проведення ідентифікації параметра поля проникності застосовується вищеописаний алгоритм, а співвідношення (3.8) - (3.14) перетворюються до вигляду:

критерій якості

лагранжан

похідна лагранжана по k

сполучена функція

з граничними

і кінцевими умовами

PX(T,z)=0

обмеження на параметр k

В результаті рішення даної задачі отримано математичну модель похибки, яка в місцях розташування вимірювальних свердловин коливається в межах від 5 до 10 %.

 

4. Процес очищення, визначення залишкової концентрації і прогнозований період часів примусового очищення забрудненого шару від хлористого вуглеводню

 

Як приклад роботи системи пропонується розрахунок залишкового вмісту (сумарна маса) хлористого вуглеводню в підземному водонасиченому шарі під однією з промислових майданчиків.

Хлористий вуглеводень - рідина, наприклад CH2Cl2 - метиленхлорид (хлористий метилен) або інші вуглеводневі молекули з заміщеними атомами водню атомами хлору, токсичний. Гранично допустима концентрація (ГДК) коливається від 5до 15 мг / м3 в залежності від норм встановлених в тій чи іншій країні [3].

 Розглянута область розкрита системою свердловин (рис.3.1), з яких активні 19-видобувних і 11-вимірювальними, але значення відомі тільки по 6 - І05, І06, І07. І08, та18, И21. Область протікання досліджуваного процесу (лінійні розміри 2000 на 3000 м.) Межі, якої мають нерівні краї. Потужність

(висота) водонасиченого  шару 90 м. з глибиною залягання  до 100м. Дебіти видобувної свердловини  відомі помісячно за період 2000 -липень 2002 рр., (Рис. 3.2) продуктивність 9 куб. м. / год.

Початкові умови, поле концентрації, отримані в результаті екстраполяції натурної вимірювальної інформації, знятої з шести вимірювальних свердловин І05 / 01, І06 / 01, І07 / 01. І08 / 01, та18 / 01, И21 / 01по всій глибині пласта в шести моментах часу синхронізуються між собою з дискретністю 2 місяці. Кроки дискретизації по висоті -10 м., Довжині і ширині - 50 м. Пористість -   за таблицею 3.

Частина параметрів уточнювалася, використовуючи процедуру ідентифікації.

Були зроблені допущення про стаціонарності перетікання через бічну кордон шару, відсутності забруднювача поза області та просторової однорідності полів дифузії, пористості і проникності. Так само не розглядалися питання хімічної трансформації домішки і її абсорбції породами грунту.

Рис. 1 Топографічна схема промислового майданчика над забрудненим водонасиченим шаром

 

На рис. 1 видно, що 15 з 19 видобувних свердловин знаходяться над промисловим майданчиком, а 10 з 11 вимірювальних свердловин в прилеглій зеленій зоні контролю. У цьому сенсі управління і спостереження за процесом рознесені в просторі, що в свою чергу погано для управління, але добре з точки зору ідентифікації параметрів середовища. Шість вимірювальних свердловин знаходяться в центрі майданчика і враховуючи міграцію води з боку річки, домішка з області під промисловою зоною поширюється в їхній бік. За рис. 3 видно, що максимальна концентрація, місцями в 20 разів перевищує ГДК, зосереджена на глибині від 40 до 60м. з невеликим відхиленням в районі свердловини І07 / 01. У районі та18 / 01 концентрація інгредієнта в межах норми, і значення зняті в І08 / 01 не мають яскраво виражених піків. Це пов'язано з тим, що дана свердловина - єдина, яка перебуває в центрі зони відкачування.

 

4.1. Прогнозування процесу фільтрації - перенесення хлористого вуглеводню, і часу очищення грунтового шару

 

Прогнозування проводилося з метою визначення часового періоду зміни стану процесу аж до досягнення рівня концентрації даного інгредієнта в контрольованій області до заданого гранично допустимого рівня (ГДК), в якості початкового моменту часу був вибраний січень 2000 року.

Рис 2 Динаміка очищення по місяцях з прогнозом на пів року

Завдання прогнозування вирішувалася з використанням уточненої моделі розглянутого процесу і описаних в розділі 2.2. чисельних процедур.

 

Рис. 3 Розподіл концентрацій по залягання глибині водонасиченого пласта в свердловині 

 

Робота вище наведеного алгоритму ідентифікації параметра турбулентної дифузії, ілюструється по зміні критерію якості і представлена на рис 4.

В результаті проведених розрахунків визначено, що у зазначеній просторової області на липень 2001 залишалося близько 84.000 кг. хлористого вуглеводню, що відповідає 8-кратного перевищення ГДК в середньому по всій області залягання забрудненого водонасиченого шару. Проведений аналіз результатів розрахунків дає підстави стверджувати, що при рівні продуктивності працюючої свердловини за даними на червень 2002 період примусового очищення водонасиченого шару до зниження максимального рівня концентрації цього інгредієнта до гранично допустимого рівня складе 11 років.

 

Рис. 4 Зміна значення критерію якості процедури ідентифікації за итерациям

 

 

3. Вихідні дані для ідентифікації та моделювання процесу очищення водонасиченого пласта

                                                                                                                                             Таблиця 1

 

Параметр	Значення в одиницях виміру параметра	Параметр	Значення в одиницях виміру параметра
Розмір пласта, W	3000x2000x90 м3	Размер шаг прогноза, Dtp	60 сут.
Крок дискретизації по просторовим координатам, Dx и Dy Dz	50м 10м	Коефіцієнт стисливості пористого середовища -пористість n	10-3 атм-1
Розміри сітки по просторових координатах, N, P, K	61; 41; 10	В’язкість n	1,2 10-3 Па с
Кількість тимчасових кроків вимірювань, tk	31	Пропускна здатність межі l	0,2
Розмір крок вимірювань, Dtk	30 сут.	Кількість свердловин відкачування	19
Кількість кроків прогнозу, tp	18	Кількість вимірювальних свердловин	11

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

 

1. Розроблено математичну модель процесу поширення шкідливих речовин в водонасичених грунтових пластах і їх очищення (представлена системою диференціальних рівнянь описують динаміки зміни тиску рідини у водонасиченому пласті і поля концентрацій шкідливого інгредієнта).
2. Проведена ідентифікація полів що не вимірюваних параметрів турбулентної дифузії домішки в рідині і поля проникності середовища, тобто водонасиченого пласта грунту по глибині залягання.
3. Виконано імітаційне моделювання та наведено чисельні розрахунки строків очищення (зведення існуючої концентрації до кордонів гранично допустимої концентрації) ґрунтового шару від хлористого вуглеводню методом відкачування.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

1. Фрид Ж. Загрязнение подземных вод. – М.: Недра, 1981. – 304 с.
2. Заводник В.В. Моделирование, идентификация параметров и оптимизация процесса очистки грунтовых вод. // Miedzynarodowa konferencja VI szkola geomechniki, – Gliwice–Ustron, 2003. – czesc II., – Р. 81 – 88.
3. Бювети Києва. Якість артезіанської води. / За ред. В.В. Гончарука – К.: Геопринт, 2003. – 110 с.
4. Черный И.А. Подземная гидромеханика. – М.: Гостехиздат,   1963. –

396 с.