2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Защищенность и уязвимость подземных вод к загрязнению............. 16
1.1. Методы изучения процессов формирования качества подземных вод. 16
1.2. Модельно - картографический метод изучения оценки защищенности и уязвимости подземных вод к загрязнению......................... 20
1.2.1. Некоторые аспекты современного состояния проблемы оценки условий защищенности подземных вод и построения карт защищенности................................................. 20
1.2.2. Основные принципы оценки защищенности подземных вод от
загрязнения..............................................24
1.3. Среднемасштабная оценка защищенности подземных вод от загрязнения высокотоксичными загрязняющими веществами (радионуклидами)...31
1.4. Среднемасштабная оценка защищенности подземных вод от загрязнения слаботоксичными загрязняющими веществами (макрокомпонентами на
нефтяном месторождении).........................................50
1.5. Мелкомасштабная оценка защищенности подземных вод..............66
2. Экспериментальные исследования процессов загрязнения подземных вод и
ненасыщенной зоны.................................................71
2.1. Специальное гидрогеохимическое районирование...................71
2.1.1. Условия формирования гидрогеохимического режима и задачи гидрогеохимического районирования...............................71
2.1.2. Таксонометрия районирования..............................73
2.2. Выбор математических моделей...................................81
2.3. Экспериментальные гидрогеохимические исследования..............85
2.3.1. Выбор и оборудование воднобалансовых участков............89
2.3.2. Устройство и оборудование лабораторной установки.........93
2.3.3. Подготовка опыта.........................................96
2.3.4. Методика проведения опыта................................100
2.3.5. Анализ экспериментальных исследований....................102
3
2.4. Определение параметров солепереноса.............................107
2.4.1. Определение параметров солепереноса по модели
макродисперсии.............................................108
2.4.2. Определение параметров солепереноса по модели микродисперсии (микрогетерогенная среда)........................................110
2.4.3. Определение параметров по модели растворения солей........113
2.5. Оценка достоверности параметров солепереноса....................116
2.6. Использование параметров солепереноса в прогнозных решениях.....120
3. Эволюция химического состава подземных вод под влиянием техногенеза..........................................................129
3.1. Природно - техногенные условия на территории месторождения 129
3.2. Гидрогеохимическое районирование................................132
3.3. Геохимическая эволюция подземных вод под влиянием техногенной нагрузки........................................................137
3.3.1. Особенности эволюции химического состава подземных вод на территории нефтяного месторождения...............................142
3.3.2. Моделирование формирования щелочных вод на первой стадии эволюции подземных вод...........................................146
3.3.2.1. Геохимические особенности щелочных вод............148
3.3.2.2. Методы и результаты геохимического моделирования... 150
3.3.2.3. Моделирование минерального состава и форм миграции макрокомпонентов в подземных водах.........................151
3.3.3. Геохимические трансформации вод первого от поверхности четвертичного водоносного горизонта..............................154
3.3.4. Трансформации вод первого от поверхности пермского водоносного горизонта........................................................159
3.3.5. Геохимическая эволюция подземных вод второго от поверхности водоносного горизонта............................................161
3.4. Оценка чувствительности подземных вод к кислым атмосферным осадкам........................................................164
4. Прогнозы загрязнения подземных вод и ненасыщенной зоны..............171
4.1. Прогноз загрязнения макрокомпонентами с использованием численно -
аналитических методов............................................171
42
форме и соответственно передвигается (мигрирует) в десятки раз интенсивнее 137Сэ, механизм его движения в большей степени отвечает условиям конвективного переноса. При движении фронта загрязнения возникает дисперсия скоростей потока. С позиций математического моделирования массопереноса в нашем понимании [36, 41] для переноса радионуклидов можно выделить диффузионную модель для 37 Сэ и дисперсионную модель для 9С8г, в зависимости от строения фильтрационной среды она имеет две модификации: микродисперсию для гомогенной среды с двойной пористостью и макродисперсию для гетерогенной среды (гетерогенно-блоковой и среды с упорядоченной неоднородностью). Диффузия характеризуется коэффициентом молекулярной диффузии, дисперсия - коэффициентом дисперсии для каждого радионуклида и структурным параметром среды, определяемыми по нейтральному ингредиенту.
Миграция радионуклидов сопровождается физико-химическими процессами. К таким процессам могут быть отнесены: ионный обмен, сорбция-десорбция, растворение-осаждение, выщелачивание, радиоактивный распад, осмос, комплексообразование и другие. Сорбция радионуклидов почвами наиболее изучена по сравнению с сорбцией породами зоны аэрации, остальные процессы практически не изучены. Основной параметр, характеризующий сорбцию -коэффициент распределения радионуклида.
В связи с тем, что на территориях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в пределах России, экспериментально параметры массопереноса радионуклидов не определялись, был проанализирован и обобщен опыт наблюдений отечественных и зарубежных специалистов за поведением радионуклидов чернобыльского происхождения на Украине и в Белоруссии и результаты исследований по глобальным выпадениям радионуклидов на территории бывшего СССР (начиная с 50-х годов), данные экспериментальных и натурных наблюдений проведенные за рубежом [10, 25, 26, 69, 113, 123, 129, 239, 274, 275, 315, 356, 402, 439 и др.].
Было установлено следующее: по интенсивности миграции 90Эг значительно опережает 137Св (первому соответствует конвективный, а второму - диффузионный механизм переноса, что выражается в различии, в основном на два порядка, коэффициентов дисперсии и диффузии): 903г меньше сорбируется почвами и породами зоны аэрации, чем |37Сэ. Наибольшими сорбционными способностями обладает чернозем Кр = 490-
43
1150 ( ^Эг) и 1200-10000 мл/г (137Св). Для серых лесных почв Кр = 6-180 ( 908г) и 36-6100 мл/г ( 137Сэ). Для подзолистых почв Кр = 3-700 ( 908г) и 40-1500 мл/г ( П7Сб) (супесчаные и суглинистые почвы). Для аллювиальных и подзолистых песчаных почв Кр= 5-10(100) ( 9Э8г) и 20-400 мл/г (137Св). Наименьшей сорбционной способностью обладают торфяники Кр = 2-10 ( ^Эг) и 5-190 мл/г ( 13'Св). Для пород зоны аэрации характерны следующие значения: пески Кр = 1-100 ( 90вг) и 10-300 мл/г ( 137Сэ); суглинки (глины) К р = 6-200 ( "Бг) и 26-1000 мл/г ( 137С8).
Почвы обладают наибольшей удерживающей способностью по отношению к радионуклидам, что и определяет их как буфер более высокого порядка, чем зона аэрации. При оценке защищенности подземных вод их необходимо учитывать.
На карте естественной защищенности грунтовых вод от радиоактивного загрязнения выделяются различные типы строения защитной зоны, отличающиеся друг от друга свойствами почв, сложением зоны аэрации (однослойным, двухслойным, трехслойным) и глубиной залегания грунтовых вод. Для каждой выделенной типовой характеристики защитной зоны в экспликации приведены количественные значения свойств фильтрационной среды и параметров процессов. На карте каждый тип строения защитной зоны показан условным знаком с цифровым обозначением.
Следующий этап построения карты - установление категорий степени естественной защищенности грунтовых вод от загрязнения. Они вводятся для характеристики природного потенциала защитной зоны и ее способности защитить грунтовые воды от загрязнения любого типа (радионуклидов, тяжелых металлов, нитратов и др.). Выделяются три категории защищенности грунтовых вод от загрязнения: незащищенные, слабо защищенные, условно защищенные. Защищенных подземных вод в природе в настоящее время практически нет, о чем свидетельствует наличие нитратного загрязнения в глубоких водоносных горизонтах, а также существование "быстрых" путей миграции естественного и техногенного происхождения. При выделении категорий учитывается следующее: 1) наличие или отсутствие защитных свойств у почвенного покрова (если почвы сложены суглинками и глиной, защитные свойства присутствуют, если песками и супесями - отсутствуют); 2) наличие или отсутствие защитных свойств пород зоны аэрации: а) при однослойном строении зоны аэрации выбор произ-
- Київ+380960830922