Проблемы гидрогеоэкологии. Том 2 - Мироненко В.А.
ISBN 5-7418-0123-4
Скачать (прямая ссылка):
Г = C2/C0l (DM t/Ll - п/6) , (12.8)
где {$ = FJLJ VK2 — постоянная прибора (?0 и FQ — длина образца и площадь его поперечного сечения); = L*n0/(2DM). Отсюда по тангенсу угля <р наклона прямой к оси времени на графике с+? находится параметр
DM - V tg <рф.
Возможна и другая модификация опыта, предполагающая проведение наблюдений за изменением концентрации в обеих камерах, в одну из которых в начальный момент инъецируется фиксированная масса индикатора. Обработку опыта (при достижении квазистацио-нарного режима переноса в образце) проводят путем нанесения экс-
-С02у
периментальных точек на график в координатах In —
14 2
где С01 и С02 — исходная (в запускной камере) и фоновая концентрации компонентов, a Cj и С2 —- текущие значения концентрации в камерах. Для достаточно больших значений времени график должен иметь линейный вид: по тангенсу угля <р наклона прямой к оси времени определяется искомый параметр [3 ]:
DM ~ A tg<p, (12.9)
где А = (FKl + Vk2)Lq/Fq — постоянная прибора; L0 и FQ — длина и площадь поперечного сечения образца; VKl и Vjq, — объемы камер.
Наконец, стационарная постановка опыта предполагает поддержание на обеих границах образца постоянных концентраций, а расчет параметра DM производится по установившемуся значению массового потока через образец (в соответствии с законом Фика).
Недостатком рассмотренных опытов является наложение на их результаты осмотического процесса, обусловленного движением растворителя (воды) через образец навстречу диффундирующим солям (разд. 1.1.4). Вместе с тем, интенсивность осмоса может быть резко снижена, если в опыте использовать растворы с близким физико-химическими параметрами. Для этою в регистрационную камеру заливается электролит, не содержащий маркирующей метки (аниона), но имеющий ионную силу, близкую к таковой исследуемого раствора; подобны-
ми эквивалентами могут служить, например, растворы солей Nal и NaN03 одинаковой молярносш.
В опытах с твердыми разностями пород (пористыми блоками) целесообразно ориентироваться на режим мо-лекулярно-диффузионного насыщения образца, погруженного в сосуд с раствором (объемом F, соизмеримым с объемом n0V0 поровош пространства). Жидкость в сосуде в процессе опыта постоянно перемешиваестя, и поэтому текущая концентрация вещества в растворе С равна концентрации вещества на верхности образца. Для опытных оценок используют результаты наблюдений за уменьшением концентрации (от исходного значения С0) компонентов в жидкости, окружающей образец, — по датчикам, не требующим отбора проб. В качестве расчетной используется формула [2]
С = С0 exp (a2 f) erf с (a tl/l), (12.10)
справедливая при DMt / (тБ2 пJ < 0,02; a=w (DM n0)1</2 / V
(со — площадь поверхности образца). При о? t< 0,1 функция С имеет асимптотическое представление:
С = С0 (1-2ссу/Ш), (12.10,а)
позволяющее обрабатывать опытные результаты по графику зависимости (1 - С/С0) + tl/l, который должен иметь прямолинейный вид. По тангенсу угля 9? наклона прямой к оси абсцисс рассчитывается коэффициент молекулярной диффузии: DM = ж V tg1 <р/{4а? п0).
Дополнительную информацию об интенсивности молекулярной диффузии дает оценка концентрации индикатора в поровых растворах, экстрагируемых из блоков после прекращения опыта [1].
При изучении закономерностей миграции вод с повышенной минерализацией необходимо считаться с возможной зависимостью интенсивности диффузии от суммарного содержания солей в растворе, т.е. с нелинейностью
процесса*. Использование методик, ориентированных на изменения концентрации солей в исходных растворах, ограничено малой чувствительностью существующих способов регистрации компонентов при высоком содержании последних. Предпочтительными здесь оказываются экспериментальные схемы, обеспечивающие измерения концентрации в условиях достаточно высокой степени разбавления диффундирующих компонентов; таковой, в частности, является схема опыта, ориентированная на измерение концентрации вещества внутри самого образца (после экстрагирования поровых растворов); дополнительное преимущество такого опыта заключается в возможности фиксации резко нестационарной фазы процесса, при которой наиболее рельефно проявляется его нелинейный характер.
Малоразработанным остается вопрос о влиянии на конечные результаты подобных опытов осмотических процессов, проявление которых неизбежно при миграции рассолов через слабопроницаемые образцы; по сути дела, при этом определяется некоторый фиктивный коэффициент диффузии (разд. 1.1.4), неинвариантный по отношению к задаваемым опытным условиям**. Понятно, что в этой ситуации исследование осмоса приобретает самостоятельное значение.
Если осмотические процессы рассматриваются вне связи с их влиянием на напряженное состояние испытуемых пород, т.е. без учета их возможной осмотической консолидации (разд. 1.1.4), то эти процессы целесообразно изучать в стационарной постановке. При этом можно использовать ту же двухкамерную установку, регистрационная камера которой дооснащается капилляром; по
