Дренаж. Минерализация подземных вод. Сточные промышленные воды

Контрольная работа

По геологии

Задача 1

Аллювий первой надпойменной террасы представлен песками с коэффициентом фильтрации k=20 м/сут. Пески подстилаются горизонтально залегающими глинами. Поток грунтовых вод направлен от водораздела и дренируется рекой. Мощность подземных вод на урезе реки h_р =25 м.На расстоянии l= 2000 м от реки располагается городская застройка. Мощность грунтового потока здесьh_е=35м, глубина до воды h_а=8м. Выше по потоку подземных вод на водоразделе проектируется массив орошения шириной 2В = 4000м. Интенсивность инфильтрации от орошения составит: м/сут.

Определить необходимость сооружения дренажа при условии, что уровень грунтовых вод в районе застройки не должен быть ближе h_oc=3м от поверхности земли. Рассчитать расположение и условия работы вертикального защитного дренажа.

Решение:

1. Определим величину подпора уровня под городской застройкой в результате дополнительного орошения. Максимальная величина подпора при стабилизации повышения уровня определяется по формуле:

=

то есть происходит подтопление, поскольку

; 39.3-35=4.3 м 3 м.

2. Определим естественный расход потока и его направление:

м²/сут

знак <<->>показывает, что поток направлен против оси Х

3. Основным фактором подтопления является увеличение притока воды из-за дополнительной инфильтрации при орошении. Со стороны против зоны орошения величина притока при стационарном режиме фильтрации останется равной q_е, так как условия формирования потока с этой стороны дренажа не изменились.

4. Используем знание расхода со стороны водораздела после сооружения дренажа для определения мощности потока на контуре дренажа после его сооружения. Для этого воспользуемся формулой:

причем y_ос - мощность подземных вод под застройкой при соблюдении нормы осушения определяется по формуле: 35+8-3=40 м.

Выполним расчеты двух конкурирующих вариантов расположения дренажа на расстояниях l_д=0,5l от городской застройки параллельно границы зоны орошения: l_д1=1000 м (ниже городской застройки) и l_д2=1000м (выше городской застройки). Согласно формуле дляl_д1=1000 м получим:

Для второго варианта вначале определяется расход со стороны зоны орошения по формуле:

м²/сут,

затем определим мощность потока на линии дренажа по формуле:

5. Расход воды со стороны зоны орошения для первого варианта найдем по формуле:

м²/сут

6. Определим величину линейного дренажного модуля q_д для каждого варианта по формуле:

м²/сут

м²/сут

В этом случае целесообразно сооружение контурного дренажа, располагающегося между водоразделом и городской застройкой, по второму варианту.

7. Выполним гидродинамический расчет линейного ряда дренажных скважин с радиусом фильтра r₀=0.1м. При условии что имеем:

Из этого выражения необходимо определить расстояние между скважинами, заданное в неявном виде. Далее задача решается подбором и ход расчета сводится в таблицу:

Расстояние между скважинами

Задача 2

Девонский водоносный горизонт в песках мощностью m=200 м изолирован от зоны активного водообмена толщей глин мощностьюm_р=1000 м. Начальная минерализация девонских подземных водС_о=80 г/дм³, активная пористость n_а=0,15. Минерализация воды в зоне активного водообмена С^о=1г/дм³. Коэффициент диффузии глин D_м=5*10^{- 6} м²/сут. Требуется:

1. Определить время, за которое произойдет уменьшение минерализации подземных вод девонского горизонта до С_t=3г/дм³.

2. Определить время, в течение которого интенсивность выноса солей уменьшится в 2 раза по сравнению с первоначальной интенсивностью.

Решение:

1. Составим расчетную схему массопереноса соленых вод из девонского водоносного горизонта в зону активного водообмена.

2. Учитывая значительную мощность разделяющего прослоя глин, можно предположить, что скорость вертикальной фильтрации равна нулю. С другой стороны, между зонами застойного режима (воды девона) и активного водообмена (верхний водоносный горизонт) существует начальный градиент концентрации по сумме солей, равный:

Следовательно, массоперенос солей через толщу глин будет происходить по схеме диффузионного переноса.

3. Определим относительную концентрацию солей в девонском горизонте через искомое время t, исходя из заданного условия, что к этому времени она достигнет значения С_t=3,0 г/дм³:

и рассчитаем коэффициент b:

4. Найдем искомое время:

или 60млн лет

5. Начальная интенсивность выноса солей определялась разностью концентраций в нижней и верхней зонах, составившей:

()=80-1=79 г/дм³.

Двукратное уменьшение интенсивности выноса соответствует уменьшению этой разности до 39.5 г/дм³ и

,

тогда

сут или 11 млн лет

Задача 3

Из накопителя промышленных сточных вод будет происходить фильтрация в горизонт глинистых песков мощностью 20 м с коэффициентом фильтрации k=2м/сут, активной пористостью n_a=0,15. Определить положение границы поршневого вытеснения чистых подземных вод сточными водами и размеры переходной зоны от загрязнения в накопителе при =0,4%. Период прогноза t=25 лет. Миграционные параметры глинистых песков: D_м=1см²/сут, д₁=5см. Уклон естественного потока грунтовых вод I_е=0,010. Определить время, через которое загрязнение с =0,4% достигает водозаборной скважины, удаленной на расстояние l=400 м.

Решение:

1. Определим положение фронта поршневого вытеснения по формуле:

2. Определим коэффициент гидравлической дисперсии по формулам:

3. Исходя из заданного значения =0,4%=0.004 , определяем по таблице приложения №1 величину ??=2.3

Тогда из формулы выражаем :

Таким образом предельно допустимое загрязнение распространится на расстояние: от накопителя промышленных сточных вод.

4. Определим число Пекле:

т.е условие выполняется.

5. Определим время достижения фронтом поршневого вытеснения водозаборной скважины по формуле: полагая что l=x₀:

Через этот период времени в водозаборную скважину придет раствор с концентрацией =0,4. Однако загрязнение воды с более низкой концентрацией, соответствующее переднему фронту переходной зоны с =0,001 ,подойдут еще раньше.

Рассчитаем величину переходной зоны через t=0.3*10⁴по формуле:

Время прохождения поршневым фронтом этого расстояния определим по формуле полагая что :

Таким образом, загрязнение с концентрацией =0,001 придет в водозаборную скважину на 162 суток раньше фронта поршневого вытеснения т.еt=3000-162=2838 сут. или 8 лет.

Задача 4

Обработать результаты миграционного опыта. Определить миграционные параметры

Решение:

1. Для построения выходных кривой для аммония производится расчет относительной концентрации по формуле:

Результаты расчетов сведем в таблицу. Выходные кривые хлоридов и аммония строим на одном графике в координатах .

2. Анализ графиков показывает, что фронт поршневого вытеснения хлоридов соответствующий относительной концентрации 0.5 подходит к границе колонны через 8.5 мин.(0.006 сут.), фронт поршневого вытеснения аммония отстает и подходит через 52 мин (0.036 сут)

Выходные кривые для хлоридов и аммония

3. Миграция аммония протекает по типу равновесной сорбции - об этом свидетельствует форма выходной кривой по этому компоненту (наличие асимптоты на , параллельность выходной кривой по хлоридам). Параметры сорбции - действительную скорость миграции и коэффициент распределения найдем, используя опытные данные о времени выхода поршневого вытеснения ( аммония (52 мин.). Тогда действительная скорость миграции аммония составит:

4. Найдем значение эффективной пористости, имея ввиду, что в данном случае для сорбируемого вещества определяется не активная, а эффективная пористость:

5. Соотношение значений пористости: . Действительная скорость движения нейтрального компонента (хлоридов) определяется значением активной пористости, скорость движения аммония - значением эффективной пористости. Это означает, что скорость движения хлоридов будет в 4.5 раза выше по сравнению со скоростью миграции сорбируемого аммония: