Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
В таких гидрогеохимических ситуациях для прогнозных решений целесообразно использовать транспортные массопере-носные модели, учитывающие протекание геохимических процессов в гидрогеодинамической структуре потока подземных вод. Принципиальная схема соотношения между фигуративны-
440
Рис. 15.8. Схема положения фигуративных точек гидрогеохимических систем на диаграмме «концентрация компонентов в воде С — скорость фильтрации подземных вод у»:
1—2 — гндрогеохдшическне системы (/ — для которых возможен прогноз на основе термодинамических моде'лей, 2 для которых термодинамический прогноз огоанн-чен и целесообразен прогноз, основанный на массопереносных моделях)
**тах Состояние равновесий ^mIn
ми точками гидрогеохимических систем, для которых используют различные прогнозные методы в координатах С—v, показана на рис. 15.8.
15.5. СПОСОБЫ УЧЕТА ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В НЕРАВНОВЕСНЫХ И НЕОБРАТИМО ЭВОЛЮЦИОНИРУЮЩИХ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Среди таких процессов наиболее значимыми являются сорбционные (ионообменные), химические и биохимические. Эти процессы, протекающие при движении подземных вод, вызывают:
1) трансформации растворенных веществ подземных вод при изменении их химического состава, особенно их Eh—pH состояний;
2) переход дополнительных масс химических веществ вследствие взаимодействий подземных вод с вмещающими породами; .
3) самоочищение подземных вод от многих химических веществ.
В результате фронт движения растворенных веществ не соответствует фронту движения самого растворителя H2O и такое несоответствие необходимо учитывать в транспортных массопереносных прогнозных моделях.
Существуют три основных способа учета геохимических взаимодействий в транспортных массопереносных прогнозных моделях: 1) использование эффективных параметров, характеризующих процессы разделения растворенных веществ и растворителя в реальных гидрогеохимических системах; 2) внесение уравнений геохимических взаимодействий в уравнения массопереноса; 3) использование в уравнениях массопереноса кинетических параметров.
Первый способ наиболее прост, но он наименее отражает геохимическую сущность. процессов, происходящих при движении подземных вод (например, используют эффективные временные соотношения между скоростью движения подземной воды и кажущейся скоростью миграции определенного вещества).
441
Второй способ — внесение уравнений и параметров реальных геохимических процессов в уравнения массопереноса — сложен в вычислительном отношении. Он пригоден только для тех случаев, когда имеется малое число растворенных и взаимодействующих веществ. Увеличение числа реагирующих веществ с их разнообразием комплексообразования всегда приводит к быстрому росту вычислительных трудностей. С помощью этого способа можно моделировать только самые простые гидрогеохимические системы, состоящие всего из нескольких компонентов. Обычно этот способ используют в тех случаях, когда имеются простые сорбционные системы. Для более сложных гидрогеохимических систем с их разнообразием химических гомогенных и гетерогенных реакций такой способ отражения геохимических взаимодействий в массоперенос-
шх моделях обычно не дает адекватного отражения реаль-
юсти.
Поэтому, с позиций современной геохимии подземных вод наиболее оптимальным для решения прогнозных гидрогеохимических задач в настоящее время следует считать использование массопереносных моделей, учитывающих кинетические параметры геохимических процессов.
15.6. МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА С УЧЕТОМ КИНЕТИКИ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
15.6.1. Общие понятия и задачи моделирования, используемые модели
С помощью такого моделирования прогнозируют гидрогеохимические явления, происходящие в неравновесных преимущественно гетерогенных системах «вода — порода», поскольку для гомогенных систем подземных вод с их быстрой релаксацией к равновесным состояниям более пригодными являются термодинамические методы моделирования. Такое моделирование гидрогеохимических явлений позволяет прослеживать эволюцию во времени неравновесного состава гетерогенной системы в зависимости от скорости геохимических процессов и гидродинамических параметров среды. При этом используют различные-массопереносные модели и поэтому к моделированию прилагают термин массопереносное моделирование. При таком моделировании учитывается, что процессы фильтрации и массопереноса в подземной гидросфере тесно взаимосвязаны. Поле скоростей фильтрации подземных вод влияет на распределение концентраций в них химических элементов и веществ. Но в то же время геохимические процессы влияют на изменение фильтрационных свойств пород в результате их растворе
442
ния или кольматации фильтрационных путей и вследствие этого— на распределение скоростей фильтрации подземных вод.
Развитие массопереносного моделирования гидрогеохимиче-ски* явлений в СССР связано с работами Н. Н. Веригнна, В. С. Голубева, В. И. Лялько, Е. В. Добровольского* и др. Его становлению способствовали также работы "С. И. Смирнова, посвященные анализу процессов массопереноса в подземной гидросфере. При моделировании взаимодействий «вода — порода» используют транспортные модели гидрогеохимических процессов. Рассматривают неравновесную гидрогеохимическую систему, потоки вещества в которой связаны с градиентами напоров, определяющих фильтрацию раствора и градиентами химического потенциала, обусловливающими молекулярный перенос вещества и процессы взаимодействий в гетерогенных системах. Распределение концентраций растворенных веществ в водном растворе, фильтрующемся через водопроницаемые породы, в любой точке гидрогеологической структуры в любой момент времени может быть теоретически выражено математической моделью, представляющей собой уравнение или систему уравнений, которые описывают конвективное и диффузионное перемещения вещества, а также источники вещества и кинетику взаимодействия в системе «вода — порода».
