Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
139
Рис. 5.1. Зависимость между минерализацией и осмотическим давлением почвенного раствора (по В. А. Ковде)
дить через перегородку, а молекулы растворенного вещества будут ею задерживаться, подвергаясь концентрированию. Это явление называется обратным осмосом. Как показано С. И. Смирновым, явление обратного осмоса в гидрогеохимнче-ских системах может иметь значение только в тех случаях, когда в системе двух геохимических типов .'подземных вод, разделенных формаций глинистых пород, гидростатическое давление превышает осмотическое. В рассмотренном нами случае сочетание ячеек с морокой и дистиллированной водой ' для увеличения солености морской воды за счет удаления НгО необходимо подвергнуть ее внешнему избыточному давлению, равному более 2,4 МПа, еще более возрастающему по мере увеличения солености осмотически концентрируемой морской воды.
, ? ? Осмос относится к числу мембранных эффектов, он может иметь геохимическое значение в тех случаях, когда подземные воды различных минерализации и химического состава разделены перегородкой мелкодисперсных пород. Такие ситуации являются частыми в гидрогеохимических системах. Например, измерение осмотического давления почвенных подземных вод показало, что с ростом их минерализации, происходящем при засолении почв в аридной зоне, осмотическое давление увеличивается до 2,5 МПа (рис. 5.1). Осмосом может также наводиться аномальное пластовое давление в !гидрогеологических структурах, содержащих мелкодисперсные глинистые породы.
5.2.3. Конвекция и конвективная диффузия
?
Конвективный перенос применительно к подземным водам хорошо изучен в том направлении гидрогеологии, которое называют гидрогеодинамикой и подробно рассмотрен в работах
140
В. М. Шестакова, Л. Лукнера, В. А. Мнроненко; В. А. Ми-роненко [28] определяет конвективный массодеренос как механический (гидравлический) перенос фильтрационным потоком (статистическим усредненным) без отделения от него. При этом считается, что вещество перемещается со средней действительной скоростью Vg9 связанной со скоростью фильтрации с* соотношением ve=v/n (где п — активная пористость), или несколько более сложным выражением, являющимся следствием закона Дарен
V кфНг ? п п
где Аф—коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации Нс — градиент фильтрации (градиент напора).
Так как скорости перемещения вещества фильтрующимся потоком усредняются согласно формуле ve=(kHc)/n, то в таком представлении конвективный перенос должен характеризоваться резкой границей раздела меэвду вытесняющей и вытесняемой жидкостью, т. е. перемешивания нет и говорят о поршневом вытеснении одной жидкости другою.
Модель поршневого вытеснения широко используется в гидрогеодинамике при решении различных задач, связанных с изменением качества подземных вод под влиянием поступления в них загрязняющих веществ, морских вод н т. д.
При конвективном переносе транспортируемое количество компонента пропорционально его концентрации и скорости движения среды, т. е. Jx=Cv (где /к — конвективный поток; С — концентрация (или активность) вещества; v — скорость потока).
На самом деле в реальных гидрогеологических (гидрогеохимических) условиях конвективный перенос сопровождается молекулярно-диффузжжными процессами и в таком случае совокупность обоих видов переноса (молекулярюо-диффузионно-го и конвективного) описывается понятием конвективной (или фильтрационной) диффузии. Процесс конвективной диффузии обусловливается наложением молекулярной диффузии на гидравлическое (конвективное) перемещение раствора.
Суммарный удельный поток вещества при конвективной диффузии имеет вид
J = Cv-D^ gradC,
где Cv — конвективный поток; DM grad С — молекулярно-диф-фузнонный поток. Следовательно, суммарный поток складывается из конвективного переноса со средней скоростью фильтрации V и диффузионного переноса с коэффициентом диффузии ?>м. Это уравнение справедливо для изотермических уеловий и -не учитывает действия внешних силовых полей (гравитационного и др.). При этом предполагается, что коэффициент •диффузия от концентрации не зависит. Это уравнение ве учитывает также изменений концентраций вещества, связанных с протеканием химических реакций при массопереносе. При изучении процесса конвективной диффузии в гидрогеохимяи используют коэффициент конвективной диффузии DK, являющийся в сущности эффективным коэффициентом диффузии, учитывающим оба возможных механизма рассеяния вещества (молекулярно-диффузионный и конвективный) и потому зависящим от коэффициента молекулярной диффузии Z)M и скорости фильтрации жидкости. Величина коэффициента продольной конвективной диффузии DK/ изменяется в/ широких пределах— от л-10-5 до п ом2/с. Основной причиной широкого варьирования коэффициента продольной конвективной диффузии шляется изменение скорости фильтрации жидкости. Если G=O, то DK/=DM. С ростом скорости фильтрации Dk1 увеличивается. Максимальные значения DK/ (п ом2/с) наблюдаются
лри значительных скоростях фильтрации. Характер связи между значениями коэффициента продольной конвективной диффузии и скоростью фильтрации жидкости показан на рис. 5.2.
