Задача 5 - Контрольная по дисциплине: «Экология»

    «Определение степени загрязнения водоносного пласта при разовом воздействии фактора загрязнения» (из учебных материалов проф. В.А. Филонюка).

Условие задачи: При бурении вертикальной скважины с применением промывочной жидкости, содержащей добавку поверхностно-активного вещества – сульфанола, произошел в пределах водоносного пласта аварийный сброс бурового раствора.

Требуется определить: 1) предполагаемую конфигурацию размеры ореолов загрязнения в водоносном горизонте на время t1, t2, и t3 после аварийного сброса;  2) степень разбавления загрязняющего потока по состоянию на время t1, t2, и t3; 3) Интервал времени, после которого концентрация сульфанола в водоносном пласте достигнет ПДК, т.е. санитарной нормы.

Исходные данные (см. табл. 11):

1. Водоносный горизонт представляет собой песчаниковый коллектор с эффективной пористостью Пэф,%;

2. Мощность водоносного горизонта Н, м;

3. Скорость потока в водоносном горизонте V, см/сек;

4. Скорость естественного рассеяния (диффузии) загрязняющего вещества V0, см/сек;

5. Объем аварийного сброса (утечки) Q, м3; 

6. Концентрация загрязняющего вещества (сульфанола) в промывочной жидкости С, %;

7. Условная ПДК для загрязняющего вещества, мг/л.

Решение

При решении делаем допущение, что загрязнение водоносного горизонта происходит по всей мощности одновременно, при V>V0 . Решение сопровождается рисовкой схемы положения ореолов загрязнения в плане (см. рис. 1) и построением графика зависимости концентрации загрязняющего вещества от времени (см. рис. 2) 

1. Определяется концентрация и размеры предполагаемых ореолов загрязнения в различные моменты времени (t1, t2, и t3). Для этого необходимо графически изобразить степень удаления фронта загрязнения от ствола скважины, который на плане обозначается точкой СКВ (рис. 1). Положение границы ореола на время t1 в направлении стока  определяется приближенно из расчета:

М1= (V0+ V1)· t1

М1=(0,1+2,5)*3600=9360 см = 93,6 м

М2=(0,1+2,5)*18000=46800 см = 468 м

М3=(0,1+2,5)*61200=159120 см=1591,2 м

и на плане в соответствующем масштабе отложить это расстояние в виде прямой линии. В поперечных стоку направлениях положение границ ореола определяется по концам векторов, являющихся гипотенузами прямоугольных треугольников, в которых длины сторон (катетов) будут соответственно равны: b1=V0·t1 , а1=V·t1 .

b1=0,2*3600=720см=7,2 м                         a1=1,5*3600=5400см=54м

b2=0,2*3600=360см=3,6 м                         a2=1,5*18000=27000см=270м

b3=0,2*159120=31824см=318м                  a3=1,5*159120=238680 см=2386м                                                                                                                                  

Соединив концы векторов, окантуриваем приближенно, с учетом диффузии, границу ореола загрязнения на время t1. Подставляя в те же расчеты t 2 и t3 , можно получить размеры и конфигурацию соответствующих ореолов загрязнения. Далее, на миллиметровке строится план рассчитанных ореолов загрязнения, на котором графически измеряются площади этих ореолов - S1 , S2 , S3.

S1=М1*b1=93,6*7,2=673,92м

S2= М2*b2=468*3,6=1684,8м

S3= М3*b3=1591,2*318=506001,6м

Все длины векторов переводятся в метры согласно выбранному масштабу, а площади в квадратные метры.

2. Рассчитывается степень разбавления (N) загрязняющего вещества в ореолах водоносного горизонта на t1, t2, и t3:

для t1,   ,

для t2,   ,

для t3,  

.

Далее рассчитывается концентрация загрязняющего вещества в ореолах по состоянию на t1, t2, и t3 при плотности бурового раствора 1,5 г/см3. Для этого концентрацию загрязняющего вещества (она дана в процентах) необходимо перевести в мг/л по формуле:

С мг/л=С % × 1,5 × 104 = n × 104 мг/л.

C мг/л=2,3 % × 1,5 × 104 = 3,45 × 104 мг/л.

Затем определяется концентрация сульфанола в ореолах в мг/л. Она будет равна соответственно:

;

;

3. По полученным результатам строится график зависимости концентрации загрязняющего вещества в водоносном горизонте от времени (рис. 2). Проведя на графике линию, параллельную оси абсцисс на уровне заданного ПДК, определяется путем экстраполяции интервал времени, через который уровень загрязнения в водоносном горизонте придет к санитарной норме, т.е. к ПДК.

Таблица 11