Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Зависимость скорости растворения от скорости фильтрации воды может меняться при приближении процесса к равновесию в связи с изменением при этом механизма растворения. Следует отметить, что кинетика природных процессов стала объектом исследований только в последние годы, поэтому существует острый недостаток кинетических параметров. Прогресс в прогнозировании зависит от того, насколько быстро будут получены эти параметры. В настоящее время имеется достаточно много материалов по кинетике конгруэнтного рас-, творения, значительно меньше — по кинетике инконгруэнтного и совсем мало — по кинетике окислительно-восстановительных взаимодействий. Выполнены основательные исследования по изучению кинетики растворения и осаждения кальцита, флюо
445
рита сульфидов и сульфатов. Несмотря на многолетнюю историю экспериментальных исследований сорбции, играющей важную роль в различных процессах взаимодействий в системе «вода — порода», кинетика сорбции в природных системах изучена слабо. Согласно имеющимся данным, поверхностная сорбция протекает быстро, равновесие достигается в пределах часов, максимум суток. Объемные сорбция и десорбция породами могут быть весьма длительными, так как их скорость определяется скоростью диффузии сорбируемого вещества пород.
Основным путем получения кинетических параметров является эксперимент. Но при этом всегда существуют трудности в переносе опытных экспериментальных параметров на реальные гидрогеохимические процессы вследствие: 1) частой несоизмеримости скоростей потока в экспериментальных и реальных природных условиях; 2) несоответствия состава растворителей реальному химическому составу подземных вод; 3) влияния микробиологических процессов на реальные процессы взаимодействий в системе «вода — порода», 4) многокомпонентное™ химического состава подземных вод и взаимовлияния этих компонентов. Все это не позволяет иногда непосредственно переносить определяемые в лабораторном эксперименте значения скоростей химических реакций на соответствующие гидрогеохимические процессы. В действительности коэффициенты скорости реальных гидрогеохимических процессов имеют эффективный характер и поэтому их следует находить не только из лабораторных экспериментов, но и на основе рассмотрения обратных задач моделирования — путем сопоставления результатов математического моделирования с геологическими данными. Совершенно очевидно, что разные методы определения кинетических параметров должны быть взаимодополняющими. 4
Параметры, характеризующие геохимическое и термодинамическое состояние системы. Из ранее изложенного ясно, что граничным геохимическим условием в отношении концентраций, прогнозируемых при моделировании массопереноса, является равновесный химический состав подземных вод в частных гидрогеохимических системах. Однако для этого необходимы знания миграционных форм элементов в конкретных подземных водах и степени их насыщенности по отношению к конкретным соединениям твердой фазы. Эти знания мы получаем на основе термодинамического моделирования (см-, раздел 15.4). Отсюда следует, что первым этапом прогностического массопе-реносного моделирования в любом случае должно быть термодинамическое моделирование гидрогеохимических явлений, с помощью которого необходимо определить то предельное равновесное состояние, к которому стремится данная гидрогеохимическая система. Такие решения на основе методов хи-
? .
446
мической термодинамики, которые для равновесных или квазиравновесных систем оказываются вполне достаточными для установления вероятных концентраций элементов в подземных водах, для неравновесных систем являются первой стадией решения задач прогноза. •
Таким образом, для выполнения моделирования массопереноса в гидрогеохимических системах необходима совокупность гидрогеодинамических и гидрогеохимических параметров, характеризующих геохимические процессы, происходящие на, фоне движения подземных вод. Для получения этих параметров необходимы экспериментальные гидрогеохимические и гидрогеодинамические исследования. В практике моделирования массопереноса такие параметры могут быть получены также на основе решения обратных задач. Но решение обратных задач имеет высокую степень неопределенности, увеличивающуюся при уменьшении числа известных параметров. Поэтому в массопереносном геохимическом моделировании в лучшем случае преобладают одномерные модели, характеризующие процессы в направлении фильтрационного потока (например, учитывают коэффициенты продольной конвективной диффузии коэффициент продольной дисперсии и т. д.). Гораздо реже строятся двух- и трехмерные модели.
При наличии необходимых для составления модели параметров создаются математические алгоритмы, реализуемые с помощью различных компьютерных программ. Примеры решения различных задач гидрогеохимии на основе реализации таких программ приведены в работе [26].
Здесь изложены только геохимические основы подхода к моделированию процессов массопереноса в гидрогеологических системах. Но такое моделирование имеет и хорошо разработанные гидрогеодинамические основы. Они рассмотрены в специальных работах и учебниках по динамике и физико-химической гидродинамике подземных вод [2, 7, 25, 28, 39]. Совершенно очевидно, что моделирование процессов массопереноса должно объединять в себе достижения не только гидрогеохимии, но и гидрогеодинамики. В нем должен быть осуществлен синтез гидрогеодинамических транспортных и геохимических моделей.
