Предотвращение загрязнения водоносных горизонтов и водных объектов нефтепродуктами, просочившимися в почву в результате утечек, проливов и аварий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство морского и речного транспорта

ФБОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта

Кафедра: Водных путей, гидравлики и гидроэкологии

Дисциплина: "Основы природообустройства"

Предотвращение загрязнения водоносных горизонтов и водных объектов нефтепродуктами, просочившимися в почву в результате утечек, проливов и аварий

Выполнила: ст. гр. ГЭ-51

Протодьяконова А.В.

Проверила:

Герус Т.И.

Новосибирск 2011

Содержание

топливный смазочный загрязнение грунт экологический

Введение

1. Годовой оборот нефтепродуктов. Общий объем потерь

2. Загрязнение земель нефтепродуктами

2.1 Смещение пятна загрязнения

2.2 Определение содержания нефтепродуктов в воде и оценка экологической ситуации

3. Расчет содержания нефтепродуктов в грунте

3.1 Эпюры насыщенности грунта водой и нефтепродуктами

3.2 Запасы нефтепродуктов в загрязненном слое грунта

3.3 Определение площади загрязнения

3.4 Определение количества нефтепродуктов, удаляемых гидравлическим способом

3.5 Технология удаления нефтепродуктов и локализация очага загрязнения

4. Расчет вытеснений нефтепродуктов водой

4.1 Определение количества воды, необходимого для насыщения свободных пор грунта

4.2 Длительность заполнения пор водой и определение требуемого расхода воды

4.3 Расчет нагнетательных скважин

5. Долговременная локализация очага загрязнения

5.1 Технология строительства стены в грунте

5.2 Строительство чеков и оборудование участка

5.3 Завершающие работы и доочистка территории

Заключение

Список литературы

Введение

Природообустройство - это инженерно-техническая деятельность, направленная на рациональное, экологически безвредное использование земельных и водных ресурсов, их охрану. Оно включает также деятельность по изменению компонентов природы для повышения потребительской стоимости (полезности), их восстановлению и защите от негативных последствий природопользования.

Одной из актуальных проблем является загрязнение геосистем нефтью и нефтепродуктами. Причины такого загрязнения различны: это потери при добыче, транспортировке, хранении и т.д. В частности, в местах расположения нефтеперерабатывающих заводов, крупных складов топливно-смазочных материалов (ТСМ) в грунтах скапливается огромное количество легких нефтепродуктов (бензина, реактивного керосина, дизельного топлива) в результате проливов, утечек и аварий.

Часть пролитых нефтепродуктов, прежде всего их легких фракций, улетучивается с поверхности почвы, загрязняя воздух. Значительное их количество просачивается вниз, достигает поверхности грунтовых вод. При этом из-за меньшей, чем у воды, плотности нефтепродукты наслаиваются на подземные воды. В этом случае создается зона загрязнения с переменным в пространстве содержанием нефтепродуктов, которая смещается с потоком грунтовых вод и выклинивается в реки, озера, водохранилища.

Экологическую угрозу представляют не только крупные аварии и катастрофы, но и широко распространенные потери нефтепродуктов в результате многолетнего функционирования многочисленных районных баз ТСМ.

По данным А.И. Голованова и Ф.М. Зимина [1] в РФ имеется около 2,5 тыс. районных и 36 тыс. хозяйственных баз ТСМ, через которые ежегодно проходит около 10 млн.т. бензина и 20 млн.т. дизельного топлива. Вследствие несовершенства оборудования этих баз, небрежного обращения с нефтепродуктами их потери составляют 0,4-2,3% от годового оборота, что достигает по РФ 120-690 тыс.т.

Несмотря на относительно малые потери, приходящиеся на одну базу, они представляют серьезную экологическую опасность, т. к. создают мелкоочаговое, но практически повсеместное загрязнение территорий.

В курсовой работе очагом загрязнения является база ТСМ, расположенная вблизи небольшого ручья Карапуз, которая впадает в более крупный водоем.

Целью работы является оценка экологической ситуации, сложившейся на территории базы ТСМ, ее окрестностях и водных объектах, расположенных в данной местности. Она включает также проведение мероприятий по локализации очага загрязнения, очистке грунтов и грунтовых вод от нефтепродуктов и последующей рекультивации почвенного покрова.

1. Годовой оборот нефтепродуктов. Общий объём потерь

Размеры зоны загрязнения, образовавшейся в результате деятельности базы ТСМ, зависят от длительности ее работы и годового оборота нефтепродуктов.

Годовой оборот нефтепродуктов определяется количеством автомобилей, тракторов и другой техники, которые обслуживаются базой ТСМ, а также ежегодной их потребностью в бензине или дизельном топливе.

Расчет годового оборота нефтепродуктов приведен в таблице 1.1

Таблица 1.1- Годовой оборот нефтепродуктов

Механизмы	Количество, шт.	Годовая потребность	Годовой оборот нефтепродуктов W
		бензин	дизельное топливо
Автомобили	300	17,5т		5250
Трактора	560		10,8т	6048
Всего	860			11298

Ежегодные потери нефтепродуктов W_r учитываются исходя из того, что в результате протечек и проливов обычно теряется около 1,6% годового потребления.

Тогда ежегодные потери нефтепродукта составят:

Где: W - годовой объем нефтепродуктов, т/год

Общие потери нефтепродуктов за весь период работы равны:

Где: t - время работы базы ТСМ, лет.

При известной средней плотности нефтепродуктов с_н=0,8 т/м³, общий объём потерь составит:

2. Загрязнение земель нефтепродуктами

По данным изысканий под территорией конкретной базы ТСМ и на прилагаемом к ней пространству ниже по склону формируется пятно загрязнения с высоким содержанием нефтепродуктов.

Территория базы представляет собой квадрат. Расстояние от базы ТСМ до водного объекта устанавливается согласно заданию по плану участка (рис. 2.1)

Рисунок 2.1 - пример плана участка

2.1 Смещение пятна загрязнения

Как отмечалось, под территорией базы ТСМ сформировалось пятно загрязнения с высоким содержанием нефтепродуктов, которое за период функционирования базы смещается вместе с потоком грунтовых вод, проходящих под нефтебазой, и разгружается в ручей.

Необходимо определить насколько переместился очаг загрязнения за период работы базы ТСМ и через какой промежуток времени он достигнет водного объекта.

Фильтрационная скорость потока определяется по формуле Дарси:



Где: k_В- коэффициент фильтрации воды в песчаном грунте, м/сут.

- уклон грунтового потока.

Истинная скорость движения воды в порах грунта будет выше

Где: - фильтрационная скорость, м/сут;

- пористость

Тогда за период работы базы ТСМ пятно загрязнения сдвинется по склону к водному объекту на расстояние L_З, м

По плану участка определяем расстояние между границей базы и поймой ручья L_р=170м (лист задания). Тогда расстояние между границей загрязнения и поймой водного объекта составит:

Возможно, также рассчитать число лет, за которые нефтепродукты могут выйти на пойму Определяем через сколько лет нефтепродукты выйдут на пойму:

Учитывая, что вблизи поймы поток грунтовых вод ускоряется, возникновение угрожающей экологической ситуации может произойти за более короткий срок.

2.2 Определение содержания нефтепродуктов в воде и оценка экологической ситуации

В этом разделе рассчитывается ожидаемая концентрация нефтепродуктов в воде в случае выхода очага загрязнения на пойму ручья, и затем в водный объект.

Для определения содержания нефтепродуктов в воде необходимы гидрологические данные: график колебания уровней, кривая зависимости Q=f(H).

Поскольку ближайшим водным объектом районных баз ТСМ является небольшой ручей, по которому не ведутся гидрологические наблюдения, то среднегодовой сток и расход воды в водном объекте определяют по известной водосборной площади и среднегодовому слою стока, характерному для ландшафта данной зоны.

Среднегодовой сток в водном объекте W_с, м³ равен

Где: F₁ - водосборная площадь ручья, м²; (12 км²)

h_cл - среднегодовой слой стока, м.

Среднегодовой расход воды в ручье Q₁, м³/с определяется по формуле

В разделе 2 рассчитано среднегодовое поступление нефтепродуктов в грунтовые воды, соответственно и в ручей, W_г т/год.

Учитывая это, определяем среднегодовое содержание нефтепродуктов в воде С_Н1, кг/м³, рассчитываемое по формуле

Для нефтепродуктов ПДК составляет 0,1мг/л. Концентрация их в ручье значительно превышает допустимые нормы. Учитывая это, определяем среднее годовое содержание нефтепродуктов в реке:

Если ручей является притоком реки, то содержание нефтепродуктов , мг/л в ней составит:

Где: F₁ и F₂ - площадь водосбора ручья и реки, км².

С_н - превышает ПДК в три раза, возникает угрожающая экологическая ситуация на территории нефтебазы и прилегающих объектов.

Необходимо провести мероприятия по предотвращению загрязнения водного объекта в плоть до закрытия базы. необходимо разработать специальные инженерные мероприятия по локализации очага загрязнения, по очистке грунтов и грунтовых вод и последующие рекультивационные мероприятия.

3. Расчёт содержания нефтепродуктов в грунте

При обосновании мероприятий по удалению подвижных нефтепродуктов используется теория их совместного передвижения с водой в пористых средах и разработанные на ее основе математические модели. Характерной особенностью рассматриваемого процесса является то, что несмешивающиеся жидкости находятся под действием внешних сил и одновременно между ними появляется давление на границе раздела из-за разности сил поверхности натяжения и разного смачивания твердой фазы.

Эти жидкости по-разному взаимодействуют с газами в капиллярной кайме. В представленном объеме пористой среды при полном насыщении жидкостями существует два тела - водное и нефтепродуктов со сложной границей раздела, имеющей большую площадь. В капиллярной кайме дополнительно присутствует и газовое тело.

3.1 Эпюры насыщенности грунта водой и нефтепродуктами

Зона загрязнения начинается от поверхности земли и распространяется до глубины L. Количество воды и нефтепродуктов в грунте обычно выражают через насыщенность S, т. е. отношение объема жидкости к объему пор. В дальнейшем насыщенность пор грунта нефтепродуктами и водой будем обозначать соответственно S_н и S_в.

Содержание нефтепродукта и воды в порах грунта изменяется по глубине. При этом выделяются две зоны:

Зона неполного насыщения, или капиллярная кайма, от поверхности земли до глубины Н, где часть объема пор занята газом и поэтому S_H+ S_B< 1

Зона полного насыщения, где объем жидкости равен объему пор, а S_H+S_B=1 (рисунок 3.1).

Нефтепродукты и вода, попавшие в поры грунта, образуют две несмешивающиеся жидкости, по разному взаимодействующие между собой и твердой фазой почвы. Вода сильнее смачивает твердую фазу, чем нефтепродукты , поэтому она занимает мелкие поры и создает вокруг скелета пленку. Нефтепродукты занимают более крупные поры.

Между нефтепродуктами и водой из-за разных сил поверхностного натяжения образуется скачек капиллярного давления или напора h_вн, который зависит от искривленности поверхности раздела вода-нефтепродукт.

Известно, что в загрязненном грунте ни вода, ни нефтепродукты не занимают весь объем пор, т. к. при вытеснении воды нефтепродуктом в порах остается часть воды S_B^* сильно удерживаемой сорбционными силами грунта.

Рисунок 3.1 - Зоны полного и неполного насыщения

При вытеснении нефтепродукта водой, он также удаляется неполностью, часть его образует изолированные объемы в тупиковых и внутриагрегатных порах. Относительный объем гидравлически неподвижного нефтепродукта обозначается через S_H^*.

Для расчета содержания нефтепродуктов в зонах полного и неполного насыщения необходимо построить эпюры насыщенностей по глубине.

Зона полного насыщения. Насыщенность пор грунта водой изменяется с глубиной и определяется по формуле:

(3.1)

Насыщенность нефтепродуктами в зоне полного насыщения равна:

Где: х - глубина от поверхности земли, м;

L - глубина нижней границы загрязнения, м;

h_вн - максимальный капиллярный скачек напора на границе вода-нефтепродукт, м;

Где: р_н, р_в - плотность нефтепродукта и воды соответственно, г/см³.

Зона неполного насыщения

В зоне неполного насыщения, т.е. при 0 ? х ?Н,

Где: Н - глубина верхней границы зоны полного насыщения водой и нефтепродуктами, насыщенность водой определяется по той же формуле (3.1), а насыщенность нефтепродуктами рассчитывается по формуле:

(3.2)

Где: h_в - максимальная высота капиллярного подъема воды в грунте, м.

По этим формулам рассчитываем насыщенность грунта нефтепродуктами и водой на разной глубине.

Расчет выполнен для следующих данных:

L = 4,00 m, H = 3,40 m, S_Н^*=0,08, S_в^*=0,12

Таблица 3.1 - Расчет насыщенности грунта водой и нефтепродуктами

X	Sв	Sн	Sв+Sн
0,0	0,187	0,015	0,202
0,2	0,205	-0,001	0,204
0,4	0,227	-0,019	0,208
0,6	0,253	-0,038	0,215
0,8	0,283	-0,058	0,225
1,0	0,318	-0,076	0,242
1,2	0,357	-0,089	0,268
1,4	0,400	-0,096	0,304
1,6	0,447	-0,094	0,353
1,8	0,497	-0,081	0,417
2,0	0,550	-0,056	0,494
2,2	0,604	-0,020	0,584
2,4	0,658	0,023	0,680
2,6	0,710	0,067	0,777
2,8	0,760	0,106	0,866
3,0	0,805	0,132	0,937
3,2	0,844	0,139	0,984
3,4	0,877	0,123	1,000
3,6	0,900	0,100	1,000
3,8	0,915	0,085	1,000
4,0	0,920	0,080	1,000

По данным таблицы 3.1 строим эпюры насыщенности грунта водой, нефтепродуктами и суммарную (рисунок 3.2).

3.2 Запасы нефтепродуктов в загрязненном слое грунта

Из формул 3.1 и 3.2 после интегрирования получены зависимости для расчета средней насыщенности нефтепродуктами по зонам полного и неполного насыщения, используя которые можно установить запасы нефтепродуктов в м³/м². Так, средняя насыщенность в зоне полного насыщения равна



а в зоне неполного насыщения:

В этих формулах erf(x) - специальная функция, называемая интегралом вероятности:

значение которой приведены в приложении 3(методички) при х> 2.5 erf(x) ? 1.

Запасы нефтепродуктов в зоне полного насыщения составят

,

а в зоне неполного насыщения, т. е.в капиллярной кайме

Общие запасы во всем загрязненном слое равны

3.3 Определение площади загрязнения

В разделе 1 был определен объем нефтепродуктов, просочившихся в грунт за время функционирования базы ТСМ - V м³. Тогда площадь загрязнения составит:

Как показывает практика, контур загрязнения обычно имеет форму эллипса с соотношением осей а/b = 2, где а и b - полуоси. Пятно вытянуто по направлению потока грунтовых вод. Зная площадь, найдем большую полуось и малую полуось b = а/2.

Следовательно, размер пятна загрязнения по направлению потока грунтовых вод равен 2а, а поперек - 2b (рисунок 3.3)

Периметр пятна загрязнения можно принять за периметр эллипса



Рисунок 3.3 - Схема контура очага загрязнения

3.4 Определение количества нефтепродуктов, удаляемых гидравлическим способом

Как отмечалось в разделе 3.1, при вытеснении нефтепродуктов водой невозможно полностью очистить грунт и в порах остается гидравлически неподвижный объем нефтепродукта.

С учетом гидравлически неподвижной насыщенности максимально возможное удаляемое количество нефтепродуктов равно:

Оставшийся нефтепродукт гидравлическими способами удалить нельзя. Поэтому в грунте и фунтовых водах на многие годы сохранится очаг загрязнения.

м³

Оставшиеся нефтепродукты растворяются в грунтовом потоке и со временем вымываются. Время их вымывания примерно можно определить, исходя из величины среднегодового потока грунтовых вод, проходящего под территорией базы ТСМ, и растворимости нефтепродукта в нем.

Среднегодовой расход потока грунтовых вод Q_r м³/год, проходящий под нефтебазой находим по формуле:

Где: k_в - коэффициент фильтрации воды в песке, м/сут;

i - уклон потока;

Т_г - мощность потока, м,

В - ширина потока, м.

Этот поток грунтовой воды растворит определенное количество нефтепродукта, Wp, кг/год. Известно, что растворимость нефтепродукта в воде составляет 20 г/м³. Поэтому

Количество нефтепродукта, оставшегося после удаления, равно:

Следовательно, время вымывания составит



Удаление подвижных нефтепродуктов предохраняет от залпового загрязнения водотоков, но не устраняет угрозы длительного загрязнения подземных и поверхностных вод. Поэтому наряду с удалением нефтепродуктов осуществляется специальные мероприятия, локализирующие очаг загрязнения.

3.5 Технология удаления нефтепродуктов и локализация очага загрязнения

База ТСМ из-за несовершенной технологии приема, хранения и выдачи нефтепродуктов, а так же вследствие значительного износа оборудования представляет большую экологическую опасность и ее необходимо закрыть, демонтировав все оборудование. Затем осуществляют работы по очистке загрязненной территории.

Загрязненная территория, во избежание длительного загрязнения подземных и поверхностных вод, сначала ограждается водонепроницаемой стеной в грунте. Затем на огражденной территории на всю мощность песчаного грунта бурят скважины, а на предварительно спланированной поверхности с помощью земляных валиков устраивают чеки подобные рисовым оросительным системам (рисунок 4.4). В скважины нагнетают воду, которая вытесняет вверх грунтовые воды и нефтепродукты до тех пор, пока зона полного насыщения достигает поверхности земли. Затем подачу воды в скважины прекращают, а в чеках оставляют небольшой слой воды. Нефтепродукты всплывают на поверхность воды, а в почву и подстилающий грунт впитывается такой же объем воды.

Всплывшие нефтепродукты, переливаясь через валики, попадают в канал, а из него в сборную емкость в виде небольшого бассейна, вырытого в грунте внутри огражденной территории. Чеки подпитывают водой так, чтобы слой всплывших нефтепродуктов не касался поверхности почвы. В сборной емкости (бассейне) нефтепродукты отслаиваются от воды, их выкачивают в автоцистерны и транспортируют на ближайший нефтеперегонный завод для очистки и последующей утилизации.

Используемая для вытеснения вода загрязнена, и перед сбросом в водоприемник ее то же подвергают очистке. По окончании этапа гидравлического вытеснения нефтепродуктов, загрязнение почвенного горизонта остается еще очень высоким; загрязнен также грунт, из которого сделаны валики. Поэтому необходимы специальные мероприятия по доочистке территории и рекультивации нарушенного почвенного покрова.

4. Расчёт вытеснений нефтепродуктов водой

Процесс вытеснения нефтепродуктов водой происходит в две фазы:

Нагнетание воды в скважины, вытеснение вверх грунтовых вод и нефтепродуктов, перемещение нижней границы зоны полного насыщения до поверхности земли.

Прекращение нагнетания воды, всплывание нефтепродуктов и одновременное впитывание воды, предварительно поданной на поверхность чеков.

Процессы, происходящие во второй фазе, простым расчетам не поддаются. Вытеснение нефтепродуктов водой рассчитывают по уравнению движения двух несмешивающихся жидкостей в пористой среде, учитывающих разную их плотность, скачек капиллярного напора на границе раздела, различную смачиваемость и вязкость. Вертикальное движение описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка параболического типа.

В курсовой работе рассчитываем только первую фазу вытеснения.

4.1 Определение количества воды, необходимого для насыщения свободных пор грунта

Как отмечалось, вытеснение нефтепродуктов начинается с нагнетания воды в скважины, что приводит к подъему уровня грунтовых вод и соответственно нефтепродуктов.

Количество необходимой для насыщения воды, должно соответствовать свободному объему пор: W_b=W_СВ.

Общий объем пор в слое зависит от пористости и толщины загрязненного слоя:



Общие запасы нефтепродуктов в загрязненном слое определены в разделе 2. Запасы воды W_в, м³/м² в загрязненном слое определяется как

Где: S_B^cp - средняя для слоя насыщенность грунта водой.

Средняя насыщенность грунта водой определяется по уравнению (4.1), полученному после интегрирования уравнения (3.1)

(4.1)

Таким образом, общее содержание жидкости W_Ж, м³/м² в расчетном слое L равно:

W_Ж = W_Н + W_В, м³/м²

W_Ж=0,64 + 0,87 = 1.51 м³/м²

а свободный объем пор в слое:

W_СВ = W_П - W_Ж, м³/м²

W_СВ=1,56 - 1,51 = 0,05 м³/м²

т.е. это и есть, как отмечалось, необходимый объем воды на нагнетание.

4.2 Длительность заполнения пор водой и определение требуемого расхода воды

Длительность заполнения пор водой связана с интенсивностью нагнетания воды в скважины, которая не должна быть большой, чтобы исключить слишком неравномерный подъем УГВ вблизи и вдали от скважин. Иногда около скважин при большой подаче воды возможно фонтанирование. Предпочтительнее малая скорость подъема уровня грунтовых вод (около 0,1 м/сут), при которой происходит лучшее вытеснение нефтепродуктов вверх.

Продолжительность нагнетания воды в скважины Т_н, сут равна времени заполнения свободных пор и соответственно продолжительности подъема нефтепродуктов к поверхности земли

Где: q - интенсивность нагнетания воды в скважины, м3/м2 /сут;

q= 0,02 м³/м² /сут.

Требуемый расход воды Q, м³/сут для насыщения пор в загрязненном слое на пощади F₃ (площадь загрязненного участка рассчитана в разделе 2) определяем по формуле

На этом заканчивается расчет первой фазы.

Во второй фазе происходит всплытие нефтепродуктов с начальной высокой скоростью до 20мм/сут, которая постепенно уменьшается и через 30-40 сут после начала всплытия может составить менее 1 мм/сут, т. е. меньше скорости их испарения с поверхности залитых чеков.

После этого, во избежание сильного загрязнения атмосферного воздуха, процесс всплывания нефтепродуктов прекращают.

4.3 Расчет нагнетательных скважин

Для обеспечения процесса вытеснения нефтепродуктов из загрязненного слоя необходимо определить количество нагнетательных скважин, которые обеспечат равномерный подъем УГВ вблизи и вдали от скважин. Это возможно, если при нагнетании воды в скважины напор h, м в начале нагнетания не будет превышать поверхности земли, что исключает прорыв воды на поверхность у скважин (рисунок 4.1)

Рисунок 4.1 - Расчетная схема для нагнетательной скважины

Для расчета нагнетания воды в систему скважин воспользуемся формулой Дюпюи.

Где: Q_C- подача воды в скважину, м³/сут;

R_C - радиус влияния скважины, м;

к_в - коэффициент фильтрации воды в песчаном горизонте, м/сут;

Т - мощность водоносного горизонта, м;

h - напор в скважине над поверхностью зоны полного насыщения, м

r - радиус скважины с учетом фильтра, принимаем равным 0,15м.

Задав число скважин равное п, находим площадь влияния одной скважины и радиус действия

Подача воды в одну скважину при расчетной интенсивности нагнетания 0,02 м/сут составит

Из формулы находим требуемый напор h, м

Если полученный в начале нагнетания напор намного превышает поверхность земли, т.е. более глубины залегания границы полного насыщения Н, что нежелательно, увеличиваем число скважин и повторяем расчет.

Задачу можно решить подбором, задавая не менее трех значений n.

1) n = 5

м

2) n = 7

м

3) n = 10

По результатам этих расчетов строим график h=f(n), по которому определяем требуемое количество скважин (рис 4.1)

n = 6

Скважины бурят до водоупора, глубину которых определяют по геологическому разрезу. Внизу скважин располагают фильтр, длиною 1,0 м, который должен быть ниже зоны загрязнения.

5. Долговременная локализация очага загрязнения

Для долговременной локализации очага загрязнения сначала осуществляют строительство непроницаемой для нефтепродуктов и воды завесы в виде стены в грунте.

5.1 Технология строительства стены в грунте

Стена в грунте представляет собой траншею, заглубленную на 0,5м в водоупорный глинистый горизонт, заполненную непроницаемым материалом (рисунок 6.1). Непроницаемый материал обычно представляет собой песчано-цементно-глинистую смесь (10% цемента, 60% песка, 30% глины по массе).

Такая смесь при затвердении создает жесткое пористое тело, заполненное глиной, и становится практически непроницаемой и для воды и для нефтепродуктов.

Технология строительства включает разработку траншеи с вертикальными стенками специальным землеройным механизмом. В процессе рытья, траншею заполняют тяжелым глинистым раствором с плотностью около 1,1 г/см³ с целью предотвращения обрушения откосов, особенно под уровнем грунтовых вод.

Ширина траншеи определяется размером земляного органа. Для применяемого в мягких грунтах траншеекопателя марки ЭГТ-570, например, она составляет 0,6 м. Предельная глубина траншеи, выкопанной этой машиной достигает 12,5м.

Траншея, отрытая до проектной отметки, заполняется заранее подготовленной смесью по технологии подводного бетонирования.

Дня получения смеси воздушносухую глину размалывают до пылеобразного состояния и смешивают с песком и цементом, затем доливают воды и перемешивая доводят до консистенции, пригодной для перекачивания растворонасосами. Глинистый раствор, вытесняемый после укрепления стенок, откачивают, очищают от крупных примесей и используют повторно.

5.2 Строительство чеков и оборудование участка

На территории, огражденной стеной в грунте, предварительно снимают с незагрязненного пространства верхний гумусово-аккумулятивный горизонт толщиной около 20 см и удаляют за границу загрязнения. Работы выполняют скрепером.

Для лучшего всплытия нефтепродуктов оголенный грунт и всю оставшуюся огражденную территорию рыхлят на глубину 30-40см, разрушая его плотный слой. Затем планируют участок с уклоном, равным среднему уклону поверхности земли.

Планировку осуществляют планировщиками или грейдерами, с точностью до ± 5см. Площадь рыхления и планировки равна размерам пятна загрязнения.

На спланированном участке, как отмечалось, устраивают чеки путем отсыпки земляных валиков (см. рисунок 3.4). Высота валиков и ширина чеков должна обеспечить относительно равномерный слой затопления водой.

Минимальный слой затопления h_мз должен превышать слой всплывших нефтепродуктов h_сн на 5 см и составляет около 10 см. Во избежание прорыва валиков максимальный слой должен быть не более 60-70см.

Необходимый для чеков объем воды определяют с учетом уклона местности. При длине пятна загрязнения равном 2а или 300м, например, достаточно устроить два чека шириною а каждый.

Для определения объема воды при затоплении рассчитываем разность отметок поверхности земли чека по направлению уклона местности

Где: J - уклон поверхности, определяемый по плану участка.

J=0,0021

Максимальная глубина воды в чеке составит

h_ч=0,1+0,19=0,29 м

Высота валика устанавливается с учетом предотвращения перелива всплывших нефтепродуктов по формуле

Z_B = h_ч + 0,20 м

Z_B = 0,29+ 0,20 = 0,49 м

Объем воды для затопления чеков равен

Где: h_чрз- средняя глубина затопления

Насосы, используемые для нагнетания воды в скважины, должны обладать производительностью, обеспечивающей заполнение чеков примерно за двое суток. Следует проверить, обеспечит ли дизельная насосная станция марки СНП-25/60А с производительностью до 40л/с и напором около 40м необходимый расход воды и заполнение чеков за требуемое время.

Один насос подаёт воды за 1 час 2,48% от Q_{ср. сут}

Определяем производительность насоса

Так как чеки должны заполняться за двое суток, то необходимый расход можно определить как:

Q_C- подача воды в скважину, тогда на 6 скважин расход составит:

Общий расход воды, необходимый для нагнетания скважин и затопления чеков:

Определяем необходимую высоту подъёма воды насосами в час максимального водопотребления

Н_г - геометрический напор, м. Определяется по рисунку 5.1.

h_нс - сумма потерь напора во всасывающих и напорных трубопроводах насосной станции (принимается от 3 до 5 м);

Н - полные гидравлические потери, м.

Необходимо определить потери напора в водоводах систем подачи и распределения воды, они вызываются гидравлическим сопротивлением труб и стыковых соединений, а также арматуры и соединительных частей.

Потери напора на единицу длины трубопровода ("гидравлический уклон") i с учетом гидравлического сопротивления стыковых соединений следует определять по формуле

Где - коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по формуле

Где d - внутренний диаметр труб, м;

V - средняя по сечению скорость движения воды, м/с;

g - ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²;

Re - число Рейнольдса

v - кинематический коэффициент вязкости транспортируемой жидкости, м²/с. Для воды при t = 10°C v = 1,3 10^-6 м²/с.

Значения показателя степени m и коэффициентов А₀, А₁ и С для труб из различных материалов должны приниматься согласно табл. 5.1.

А₀ = 1; А₁ = 0,016; С =3,51; m = 0,19.

Далее определяем полные потери по длине участка

Где L - длина трубы рассматриваемого участка, м.

Расчеты удобно вести в табличной форме (таблица 5.1)

Таблица 5.1 - к расчету потерь напора в трубопроводах

Участок	d, мм	V, м/с	л	Re	i	L	hi
1-2	69	2	0,0322	106154	0,0952	60	5,712
3-4	69	2	0,0322	106154	0,0952	70	6,664
5-6	69	2	0,0322	106154	0,0952	60	5,712
Магистральный	148	1	0,0306	113846	0,0105	650	6,825
Сумма							24,913

При отсутствии данных о числе соединительных частей и арматуры, устанавливаемых на трубопроводах, потери напора в них допускается учитывать дополнительно в размере 10 - 20 величины потери напора в трубопроводах (местные потери).

Полные гидравлические потери:

Вычисленные по расчетному расходу потери напора равны действительным потерям напора в трубопроводе с равномерной раздачей воды по длине.

Необходимая высота подъема воды:

Таким образом, предлагаемая насосная станция не полностью обеспечит необходимый режим работы по нагнетанию воды в скважины, нужно взять насосную станцию с большей производительностью или установить две насосные станции СНП-25/60А для обеспечения нужного подъема воды.

5.3 Завершающие работы и доочистка территории

После удаления нефтепродуктов на участке, огражденном стеной в грунте, необходимо понизить уровень грунтовых вод, так как на нем отсутствует естественное дренирование. Это достигается посредством нагнетательных скважин, используемых в качестве вертикального дренажа. Откачку воды совершают, создавая в них вакуум.

Разравнивают валики, засыпают подводящий канал и сборный бассейн, затем осуществляют глубокую вспашку, чтобы загрязненный грунт проветрился и освободился от нефтепродуктов. После этого возвращают снятый чистый слой почвы, слегка его уплотнив, вносят ограничение и минеральные удобрения. Затем осуществляют посев злаково-бобовой травосмеси, которая неплохо всходит даже на относительно загрязненной почве. Для биологической доочистки почвы необходимо создавать требуемый водный режим, поддерживая влажность почвы в пределах 0,7-0,9 ППВ (предельная полевая влагоемкость).

Объем основных работ, связанных с доочисткой загрязненной территории ТСМ, сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2- Объемы основных работ

Виды работ, требуемое оборудование, единицы измерения	Количество единиц
Стена в грунте, м3
Наблюдательные скважины, шт
Нагнетательные скважины, шт.
Снятие почвенного слоя, м3
Рыхление и планировка поверхности, м3
Нарезка валиков, м3
Нагнетание воды и затопление чеков, м3/сут
Разравнивание валиков, м3
Вспашка, м2
Восстановление почвенного слоя,м3
Внесение удобрений и посев трав,м2
Стальные трубопроводы d=148мм
Стальные трубопроводы d=69 мм
Насосная станция, шт.
Дождевальные агрегаты ДД-30

Заключение

В данной курсовой работе мы оцениваем экологическую ситуацию очагового загрязнения почвы нефтепродуктами на базе ТСМ, ее окрестностях и водных объектах, расположенных в данной местности.

Мы определили, что очаг загрязнения за период работы базы ТСМ переместится на 145 м и через 4 года достигнет ручья. Также рассчитали содержание нефтепродуктов в воде С_н=0,14 кг/л, что превышает ПДК в 1400 раз. Общие запасы во всем загрязненном слое равны 0,64 м³/м². Возникает угрожающая экологическая ситуация, необходимо провести специальные инженерные мероприятия.

Ограждаем территорию водонепроницаемой стеной в грунте, пробуриваем скважины. Снимаем слой почвы, рыхлим и планируем поверхность. На спланированном участке устраиваем чеки путем отсыпки земляных валиков. После удаления нефтепродуктов, возвращаем снятый чистый слой почвы, вносим органические и минеральные удобрения. Все инженерные мероприятия проводим с выполнением предварительных расчетов.

Список литературы

1. Т.И. Герус, Н.Г. Силкина Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине "Основы природообустройства" студентами специальности 280302 "Комплексное использование и охрана водных ресурсов" "Предотвращение загрязнения водоносных горизонтов и водных объектов нефтепродуктами, просочившимися в почву в результате утечек, проливов и аварий", Новосибирск 2007г.

2. Т.И. Герус, Конспект лекций по дисциплине "Основы природообустройства", Новосибирск 2002г.

3. Обращев И.А., Хмелев В.А. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине "Водоснабжение и водоотведение", Новосибирск 2010г.

Размещено на Allbest.ru