Численное моделирование инфильтрации жидких отходов из хранилища в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водоёмы
Автор: Любимова Татьяна Петровна, Лепихин Анатолий Павлович, Паршакова Янина Николаевна, Циберкин Кирилл Борисович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.8, 2015 года.
Бесплатный доступ
Исследуется инфильтрация насыщенного рассола в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водные объекты из хранилища жидких отходов, находящегося в Верхнекамском месторождении калийных и магниевых солей (Пермский край, Российская Федерация) и содержащего высококонцентрированный рассол калийных, натриевых и магниевых солей. На основе аналитического решения одномерного уравнения переноса однородным стационарным фильтрационным потоком получены оценки времени распространения примеси по пористой среде до ближайшего поверхностного водного объекта и времени установления стационарного профиля её концентрации без учёта и с учётом слабой адсорбции пористой матрицей. Найдено значение концентрации примеси в точке поступления рассола в поверхностный водоём. В пакете ANSYS Fluent проведено прямое трёхмерное численное моделирование процесса инфильтрации рассола из хранилища в окружающую породу. Результаты моделирования позволили выделить основные стадии процесса распространения примеси в пористой среде. Найдено, что примесь распределяется в пределах обширной области, концентрация рассола в которой практически однородна и достигает высоких значений, близких к насыщению. Примерно через 20 суток от начала инфильтрации примесь достигает русла прилегающей реки. Определённые в трёхмерных численных расчётах значения времени продвижения фронта примеси до поверхностного водного объекта согласуются с аналитическими данными, полученными в рамках одномерной модели. Разработанный комплекс физических моделей достоверно описывает гидродинамические процессы, связанные с эксплуатацией крупного хранилища, и может быть успешно применён для прогнозирования положения границ загрязнения грунтовых вод в прилегающих к хранилищам породах.
Хранилища жидких отходов, перенос загрязнений в пористой среде, одномерная модель, трёхмерное численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14320775
IDR: 14320775 | УДК: 532.5:556.18 | DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.3.26
Numerical modeling of liquid waste infiltration from storage facilities into surrounding groundwater and surface water bodies
The study focuses on infiltration of saturated brine from liquid waste storage facilities into the surrounding groundwater and surface water bodies. Storage facilities are located at the Verkhnekamsk Potassium and Magnesium Salt Deposit (Perm Region, Russian Federation) and contain highly mineralized brines of potassium, sodium and magnesium chlorides. Using the analytical solution of one-dimensional equation of contaminant transport by homogeneous stationary filtration flow, we have made estimates of the time it takes the contaminant to move from the storage facilities to the nearest surface water body and a settling time for the stationary concentration profile, neglecting and accounting for contaminant adsorption in the porous matrix. The contaminant concentration at the point of brine ingress into the surface reservoir is calculated. The direct 3D numerical modeling of brine infiltration into the surrounding medium is performed using ANSYS Fluent software package. The modeling results indicate different stages of contaminant propagation in the porous medium. It has been found that the contaminant spreads over a wide area with almost uniform concentration close to the saturation value. The contaminant reaches the nearest riverbed 20 days after the start of infiltration. The numerical results agree well with the analytical results obtained in the framework of the one-dimensional mode. The proposed physical models adequately describe hydrodynamic processes associated with the operation of large storage facilities and can be used to predict contamination propagation in groundwater around the storage facilities.
Список литературы Численное моделирование инфильтрации жидких отходов из хранилища в прилегающие грунтовые воды и поверхностные водоёмы
- Delleur J.W. The handbook of groundwater engineering. -Boca Raton: CRC Press, 2006. -1320 p.
- Berkowitz B., Dror I., Yaron B. Contaminant geochemistry. -Berlin: Springer, 2008. -412 p.
- Lick W. Sediment and contaminant transport in surface waters. -Boca Raton: CRC Press, 2009. -416 p.
- Макашов С.Э., Потапов А.А. Численное моделирование влияния аварийного затопления соляного рудника БКПРУ-1 на миграцию рассолов в надсолевом комплексе пород//Естественные и технические науки. -2012. -№ 2. -С. 201-205.
- Баньковская В.М., Константинова С.А. Гидрогеологические аспекты образования провалов земной поверхности на шахтном поле Первого Березниковского калийного рудника//Вестник МАНЭБ. -2000. -№ 6. -С. 60-62.
- Юй Лю, Лехов А.В. Моделирование изменения фильтрационных параметров загипсованных пород при фильтрации рассолов//Геоэкология. -2012. -№ 6. -С. 551-559.
- Franz T.J., Rowe R.K. Simulation of groundwater flow and contaminant transport at a landfill site using models//Int. J. Numer. Anal. Met. -1993. -Vol. 17, no. 7. -P. 435-455.
- Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. -М: Наука, 1977. -664 с.
- Bear J., Cheng A.H.D. Modeling groundwater flow and contaminant transport. -Amsterdam: Springer, 2010. -834 p.
- Anderson M.P., Woessner W.W. Applied ground water modeling: simulation of flow and advective transport. -New-York: Academic Press, 1992. -381 p.
- Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. К проблеме утилизации избыточных рассолов предприятиями калийной промышленности в водные объекты//ФТПРПИ. -2012. -№ 2. -С. 185-193.
- Бачурин Б.А., Бабошко А.Ю. О характере трансформации состава техногенно-минеральных образований горного производства в условиях гипергенеза//ГИАБ. -2010. -№ 7. -С. 336-342.
- Chen B. Water pollution simulation and health risk assessment through a refined contaminant transport model//Water Air Soil Poll. -2009. -Vol. 200, no. 1-4. -P. 323-339.
- Hall L.W.Jr., Ziegenfuss M.C., Fischer S.A., Sullivan J.A., Palmer D.M. The influence of contaminant and water quality conditions on larval striped bass in the Potomac River and upper Chesapeake Bay in 1990: An in situ study//Arch. Environ. Con. Tox. -1993. -Vol. 24, no. 1. -P. 1-10.
- Nield D.A., Bejan A. Convection in porous media. -Berlin: Springer, 2013. -778 p.
- Vafai K. Handbook of porous media. -London: Taylor & Francis, 2005. -742 p.
- Barrenblatt G.I., Zheltov Iu.P., Kochina I.N. Basic concepts in the theory of seepage of homogeneous liquids in fissured rocks//J. Appl. Math. Mech. -1960. -Vol. 24, no. 5. -P. 1286-1303.
- Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. -М: Недра, 1972. -288 с.
- Лепихин А.П., Мирошниченко С.А. Техногенное воздействие Соликамско-Березниковского промузла на поверхностные водные объекты//Горный журнал. -2008 -№ 10. -С. 92-96.
- Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. К проблеме отведения избыточных рассолов в водные объекты предприятиями калийной промышленности//Водное хозяйство России. Проблемы, технологии, управление. -2010. -№ 3. -С. 57-74.
- Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. Численное моделирование разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в турбулентных потоках//Вычисл. мех. сплош. сред. -2010. -Т. 3, № 4. -С. 68-79.
- Максимович Н.Г., Первова М.С. Влияние перетоков минерализованных вод Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей на приповерхностную гидросферу//Инженерные изыскания. -2012. -№ 1. -С. 22-26.
- Лепихин А.П., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Тиунов А.А. Комбинированный подход к описанию плотностных эффектов разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в водных объектах//Вестник ПГУ. Серия: Математика. Механика. Информатика. -2011. -Т. 9, № 5. -С. 130-134.
- Полянин А.Д. Справочник по линейным уравнениям математической физики. -М: Физматлит, 2001. -576 с.
- Van Genuchten M.Th., Šimůnek J. Evaluation of pollutant transport in the unsaturated zone//Regional approaches to water pollution in the environment. NATO ASI series: 2. Environment/Ed. by P.E. Rijtema, V. Eliáš. -Dordrecht: Kluwer, 1996. -P. 139-172.
