Этапы моделирования ореолов загрязнения пресных подземных вод

Этапы моделирования ореолов загрязнения пресных подземных вод

В данной статье приведены этапы создания модели ореолов загрязнения пресных подземных вод. Моделирование помогает упростить и наглядно продемонстрировать, а главное предотвратить любые (гидродинамические, гидрогеохимические) изменения техногенного характера в изучаемом слое. А также обосновать защищенность действующих водозаборов подземных вод хозяйственно-питьевого назначения от потенциального загрязнения с поверхности на объектах действующих нефтяных промыслов.

Авторы публикации

Рубрика

Геология

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 6 (8), март ‘21

Поделиться

Благодаря современному подходу к решению экологических задач, а именно - применение численного моделирования, стало возможным своевременно дать количественную оценку степени защищенности подземных вод от загрязнения. Актуальность данного вопроса не вызывает сомнений, т.к. без чистой воды человечеству просто не прожить. Формирование данного вида защищенности происходит под влиянием слоистого строения водовмещающей толщи и максимально достоверно может быть оценена при полном учете влияния многих взаимообусловленных факторов на основе уравнений водного баланса.

Проводимые исследования ориентированы на решение актуальной проблемы современного человечества - сохранение качества хозяйственно-питьевого водоснабжения, и особенно, в районах эксплуатации многочисленных нефтяных месторождений. В основу изучения данного вопроса положен известный принцип защиты подземных вод от загрязнения, который реализуется на действующих водозаборах хозяйственно-питьевого водоснабжения через организацию зон санитарной охраны.

Рассмотрим поэтапное решение задач гидродинамического моделирования. В основу работы необходимо внести результаты данных опробования хотя бы около 20-ти, либо 30-ти опорных гидрогеологических скважин. Фондовые картографические и отчётные материалы также помогут в составлении более подробной модели.  Обработка данных направляется на использование возможностей численного моделирования для оценки условий развития потенциального загрязнения с целью пространственного ориентирования ореолов загрязнения подземных вод. Главенствующим преимуществом изучения и практического использования моделирования является возможность учета нескольких элементов строения гидрогеологического разреза, например: слоистое залегание водовмещающих пород и разделяющих толщ, сложная форма внешних границ области фильтрации, пространственная неоднородность фильтрационных параметров, сложный характер работы возмущающих скважин и др., которые не могут быть учтены в рамках схематизации гидрогеологических условий для целей аналитических гидродинамических расчётов.

Лист топографической карты также необходим для определения точек привязки гидрогеологической карты. Обработка исходных данных выполняется поэтапно с использованием геоинформационных систем и в конечном итоге объединялась в среде программного комплекса GMS (Groundwater Modeling System). В настоящее время все чаще необходимо прибегать к помощи различного рода программ, нанотехнологий. Прогресс не стоит на месте и надо идти в ногу со временем. Предварительная обработка данных и решение прогнозных гидрогеологических задач осуществлялась благодаря таким довольно известным техническим средствам как: ПК Excel,  CorelDraw, GMS, ArcGis, Surfer.

Следующий этап это создание трёхслойной конечно-разностной сетки в границах гидрогеологической карты. Её размерность измеряется в зависимости от выбранного масштаба карты, с соответствующим абсолютным размером ячейки. Поверхность первого слоя модели должна, разумеется, соответствовать рельефу изучаемого полигона. Первый слой формируется на базе файла цифровой модели рельефа GTOPO30. Предварительно осуществляется выборка триады X, Y, Z в границах исследуемого района.

Рассмотрим пример одной из создаваемой модели. Изучая геологическое строение и гидрогеологическую стратификацию, по гидрогеологической карте и соответсвующих разрезах к ней, заносим условия модели - нижняя граница области фильтрации - кровля отложений тавдинской свиты. Вносим данные об абсолютных отметках. Их можно найти в составе электронной версии геологической карты масштаба 1:1 000 000 (Рисунок 1).

Рисунок 1. Результат создания конечно-разностной сетки численной модели на основе грид-файлов.

В геологическом отношении изучаемый эксплуатационный водоносный комплекс представлен отложениями атлымской и новомихайловской свит, перекрытых сверху рыхлыми водонасыщенными породами неоген-четвертичного возраста. Средние значения коэффициентов фильтрации приняты - 5 м/сут. Таким образом, модель области фильтрации схематизируется двумя слоями. Однако, необходимо предусмотреть границы  в палеогеновых отложений дополнительного слоя. Он понадобится для размещения в нем фильтров эксплуатационных скважин. В верхнем слое модели зададим реки, которые в нашем конкретном примере отмечались на карте. Так же они являются граничными условиями третьего рода. Не забываем задать программе еще один очень важный параметр - инфильтрационное питание [1].

Как правило, главным источником восполнения запасов подземных вод является инфильтрация атмосферных осадков. Как видно, на численной модели применено равномерное поступление инфильтрации в верхний слой с интенсивностью, которая соответствует первым процентам от среднегодовой суммы атмосферных осадков, которые можно узнать из известных источников.

Таким образом, по итогам прохождения всех необходимых этапов решается прогнозная гидрогеодинамическая задача. Результаты численного моделирования позволяют решить глобальную проблему человечества, наглядно продемонстрировать развитие потенциального загрязнения подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, вовремя обнаружить очаги загрязнения и устранить их, позволяя сохранить надлежащее качество подземных вод.

Список литературы

  1. Bespalova, J. V. Assessment of fresh groundwater vulnerability to contamination caused by production operations in oil and gas fields of Nizhnevartovsk Region (Western Siberia) [Electronic resource] / V. M.Matusevich, V. K. Popov, K. I.Kuzevanov. –Access mode: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.– 2016. – Volume 43. –P.1-6.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 2 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary