Контрольная работа
По геологии
Задача 1
Аллювий первой надпойменной террасы представлен песками с коэффициентом фильтрации k=20 м/сут. Пески подстилаются горизонтально залегающими глинами. Поток грунтовых вод направлен от водораздела и дренируется рекой. Мощность подземных вод на урезе реки hр=25 м.На расстоянии l= 2000 м от реки располагается городская застройка. Мощность грунтового потока здесьhе=35м, глубина до воды hа=8м. Выше по потоку подземных вод на водоразделе проектируется массив орошения шириной 2В= 4000м. Интенсивность инфильтрации от орошения составит: />м/сут.
Определить необходимость сооружения дренажа при условии, что уровень грунтовых вод в районе застройки не должен быть ближе hoc=3м от поверхности земли. Рассчитать расположение и условия работы вертикального защитного дренажа.
Решение:
/>
1. Определим величину подпора уровня под городской застройкой в результате дополнительного орошения. Максимальная величина подпора при стабилизации повышения уровня определяется по формуле:
/>=/>
то есть происходит подтопление, поскольку
/>; 39.3-35=4.3 м > 3 м.
2. Определим естественный расход потока и его направление:
/>м2/сут
знак >показывает, что поток направлен против оси Х
3. Основным фактором подтопления является увеличение притока воды из-за дополнительной инфильтрации при орошении. Со стороны против зоны орошения величина притока при стационарном режиме фильтрации останется равной qе, так как условия формирования потока с этой стороны дренажа не изменились.
4. Используем знание расхода со стороны водораздела после сооружения дренажа для определения мощности потока на контуре дренажа после его сооружения. Для этого воспользуемся формулой:
/>
причем yос -мощность подземных вод под застройкой при соблюдении нормы осушения определяется по формуле: 35+8-3=40 м.
Выполним расчеты двух конкурирующих вариантов расположения дренажа на расстояниях lд=0,5lот городской застройки параллельно границы зоны орошения: lд1=1000 м (ниже городской застройки) и lд2=1000м (выше городской застройки). Согласно формуле дляlд1=1000 м получим:
/>
Для второго варианта вначале определяется расход со стороны зоны орошения по формуле:
/>м2/сут,
затем определим мощность потока на линии дренажа по формуле:
/>
5. Расход воды со стороны зоны орошения для первого варианта найдем по формуле:
/>м2/сут
6. Определим величину линейного дренажного модуля qддля каждого варианта по формуле:
/>
/>м2/сут
/>м2/сут
В этом случае целесообразно сооружение контурного дренажа, располагающегося между водоразделом и городской застройкой, по второму варианту.
7. Выполним гидродинамический расчет линейного ряда дренажных скважин с радиусом фильтра r=0.1м. При условии что имеем:
/>
Из этого выражения необходимо определить расстояние между скважинами, заданное в неявном виде. Далее задача решается подбором и ход расчета сводится в таблицу:
М3/сут
/>
/>
A=
300
90
1.43
478
6.17
8.82
0,1
500
150
2.39
796
6.68
15.97
0,2
600
180
2.87
955
6.86
19.69--PAGE_BREAK--
0,22
800
240
3.82
1274
7.15
27.3
0,3
1000
300
4.78
1592
7.37
35.2
0,4
1500
450
7.17
2388
7.78
55.78
0,62
1700
510
8.12
2707
7.9
64.1
0,71
2000
600
9.55
3185
8.07
77.07
0,85
2500
750
11.94
3981
8.29
98.98
1,1
/>
Расстояние между скважинами
Задача 2
Девонский водоносный горизонт в песках мощностью m=200 м изолирован от зоны активного водообмена толщей глин мощностьюmр=1000 м. Начальная минерализация девонских подземных водСо=80 г/дм3, активная пористость nа=0,15. Минерализация воды в зоне активного водообмена Со=1г/дм3. Коэффициент диффузии глин Dм=5*10— 6 м2/сут. Требуется:
1. Определить время, за которое произойдет уменьшение минерализации подземных вод девонского горизонта до Сt=3г/дм3.
2. Определить время, в течение которого интенсивность выноса солей уменьшится в 2 раза по сравнению с первоначальной интенсивностью.
Решение:
1. Составим расчетную схему массопереноса соленых вод из девонского водоносного горизонта в зону активного водообмена.
/>
2. Учитывая значительную мощность разделяющего прослоя глин, можно предположить, что скорость вертикальной фильтрации равна нулю. С другой стороны, между зонами застойного режима (воды девона) и активного водообмена (верхний водоносный горизонт) существует начальный градиент концентрации по сумме солей, равный:
Следовательно, массоперенос солей через толщу глин будет происходить по схеме диффузионного переноса.
3. Определим относительную концентрацию солей в девонском горизонте через искомое время t, исходя из заданного условия, что к этому времени она достигнет значения Сt=3,0 г/дм3:
/>
/>
и рассчитаем коэффициент b:
/>
4. Найдем искомое время:
/>
/>или 60млн лет
5. Начальная интенсивность выноса солей определялась разностью концентраций в нижней и верхней зонах, составившей:
()=80-1=79 г/дм3.
Двукратное уменьшение интенсивности выноса соответствует уменьшению этой разности до 39.5 г/дм3и
/>,
тогда
/>сут или 11 млн лет
Задача 3
Из накопителя промышленных сточных вод будет происходить фильтрация в горизонт глинистых песков мощностью 20 м с коэффициентом фильтрации k=2м/сут, активной пористостью na=0,15. Определить положение границы поршневого вытеснения чистых подземных вод сточными водами и размеры переходной зоны от загрязнения в накопителе при />=0,4%. Период прогноза t=25 лет. Миграционные параметры глинистых песков: Dм=1см2/сут, δ1=5см. Уклон естественного потока грунтовых вод Iе=0,010. Определить время, через которое загрязнение с />=0,4% достигает водозаборной скважины, удаленной на расстояние l=400 м. продолжение
--PAGE_BREAK--
Решение:
Определим положение фронта поршневого вытеснения по формуле:
/>
2. Определим коэффициент гидравлической дисперсии по формулам:
/>
/>
3. Исходя из заданного значения />=0,4%=0.004, определяем по таблице приложения №1 величину =2.3
Тогда из формулы />выражаем :
/>
Таким образом предельно допустимое загрязнение распространится на расстояние: от накопителя промышленных сточных вод.
/>
4. Определим число Пекле:
/>
т.е условие выполняется.
5. Определим время достижения фронтом поршневого вытеснения водозаборной скважины по формуле: полагая что l=x:
/>
Через этот период времени в водозаборную скважину придет раствор с концентрацией />=0,4. Однако загрязнение воды с более низкой концентрацией, соответствующее переднему фронту переходной зоны с />=0,001, подойдут еще раньше.
Рассчитаем величину переходной зоны через t=0.3*104по формуле:
/>
Время прохождения поршневым фронтом этого расстояния определим по формуле полагая что :
/>
Таким образом, загрязнение с концентрацией />=0,001 придет в водозаборную скважину на 162 суток раньше фронта поршневого вытеснения т.еt=3000-162=2838 сут. или 8 лет.
Задача 4
Обработать результаты миграционного опыта. Определить миграционные параметры
NH4-
t, мин
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
С
Ct
.003
0.010
0.418
1.579
3.091
4.318
4.950
5.269
5.407
5.473
5.489
5.50
С
5.5
Хлор-ион
t, мин
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
С
20.0 продолжение
--PAGE_BREAK--
Ct
20
20.05
20.19
27.6
48.7
76.2
98.5
110
115.8
118.3
119.5
119.8
120
С
100
Решение:
1. Для построения выходных кривой для аммония производится расчет относительной концентрации по формуле:
/>
Результаты расчетов сведем в таблицу. Выходные кривые хлоридов и аммония строим на одном графике в координатах .
аммоний
Хлор-ион
t, мин
Ctмг/дм3
/>
t, мин
Ctмг/дм3
/>
42
2
20
44
0.003
0.00055
4
20.05
0.000625
46
0.01
0.0018
6
20.19
0.002
48
0.418
0.076
8
27.6
0.095
50
1.579
0.287
10
48.7
0.359
52
3.091
0.562
12
76.2
0.703
54
4.318
0.785
14
98.5
0.981
56
4.95
0.9
16
110
1.125
58
5.269
0.958
18
115.8
1.198
60
5.407
0.983
20
118.3
1.229
62
5.473
0.995
22
119.5
1.244
64
5.489
0.998
24
119.8
1.248
66
5.50
1
26
120
1.25
2. Анализ графиков показывает, что фронт поршневого вытеснения хлоридов соответствующий относительной концентрации 0.5 подходит к границе колонны через 8.5 мин.(0.006 сут.), фронт поршневого вытеснения аммония отстает и подходит через 52 мин (0.036 сут)
Выходные кривые для хлоридов и аммония
/>/>/>
3. Миграция аммония протекает по типу равновесной сорбции — об этом свидетельствует форма выходной кривой по этому компоненту (наличие асимптоты на, параллельность выходной кривой по хлоридам). Параметры сорбции – действительную скорость миграции и коэффициент распределения найдем, используя опытные данные о времени выхода поршневого вытеснения ( аммония (52 мин.). Тогда действительная скорость миграции аммония составит:
/>
4. Найдем значение эффективной пористости, имея ввиду, что в данном случае для сорбируемого вещества определяется не активная, а эффективная пористость:
/>
5. Соотношение значений пористости: />. Действительная скорость движения нейтрального компонента (хлоридов) определяется значением активной пористости, скорость движения аммония — значением эффективной пористости. Это означает, что скорость движения хлоридов будет в 4.5 раза выше по сравнению со скоростью миграции сорбируемого аммония:
/>
/>