Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование подземных вод района Амман-Эз-Зарка (Иордания) в условиях их интенсивного техногенного загрязнения

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование подземных вод района Амман-Эз-Зарка (Иордания) в условиях их интенсивного техногенного загрязнения"

Министерство науки, высшей школы и технической политики РФ

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октлбрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт имени Г.В.Плеосанова

.На правах рукописи

Аль-Хадиди Хайр Хасаи

ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕШЫХ ВОД РАЙОНА АМЫАН-ЭЗ-ЗАРКА (ИОРДАНИЯ) В УСЛОВИЯХ их интзнсишого ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗШНИЯ

Специальность 04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Саякг-Иетербург 19У2

Работа выполнена иа кафедре гидрогеологии Санкт-Петербургского горного института имени Г.В.Плеханова

Научный руководитель - доцент, каедидат геолого-минеграло-

гяческих наух АНТОНОВ В.В.

Официальные оппоненты:

- доктор геолого-минералогическкх наук, профессор Воронов Аркадий Николаевич

- каедидат геолого-минералогическкх наук Ыазима Виктор Николаевич

Ведущее предприятие - Всесоюзный научно-исследовательский

институт горной геомеханикм и маркшейдерского дела (ВНИШ)

I

Залита диссертации состоится "24 " июня 1992 года в 14 час, 30 мин. на заседании специализированного совета Д 063.15.07 при Санкт-Петербургском горном институте имени Г.Б.Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, ауд. 1156 .

Автореферат разослан " 9 " июня 1992 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке горного института.

Ученый секретарь специализированного совета, доцонт А.В.Куэьмш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: за последние десятилетия интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства послужило причиной ухудшения экологической ситуации в районе Амман-Эз-Зарка (Иордания) и, в частности, загрязнения подземных вод, которые являются единственны« источником хозяйственно-питьевого водоснабжения территории. Наибольшую тревогу вызывает загрязненность токсичными нитратами, тяжелыми металлами и другими компонентами техногенного генезиса.

Контроль и прогноз такого загрязнения требует создания специальной системы по предотвращению загрязнения подземных вод, а также разработки способов оздоровления (санирования) загрязненных территорий.

Цел ь работы заключается в исследозании существующих источников загрязнения, прогнозе развития и распространения загрязнения, а также разработке мероприятий по охране и предотвращении дальнейшего загрязнения з района. Амман-Эз-Зарка.

Задачи исследований: I) анализ общей гидрогеологической и гвдрогеохимической обстановки района Ашан-Ээ-Зарка; 2) выявление основных характеристик существующих источников загрязнения подзема вод в изучаемом районе; 3) обоснование и выбор методов прогнозирования загрязнения подземных вод; 4).прогноз развития загрязнения в условиях действующих источников загрязнения; 5) разработка мероприятий по предотвращению загрязнения подземных вод и спосо-'бов санирования загрязненных территорий.

Методика исследования включала в себя сбор и обобщение материалов по геологическим и гидрогеологическим условиям района, анализ и обобщение литературного материала, взятие проб и наблюдшие зд изменением химического состава природных вод при работе автора в Министерстве водоснабжения и орошения Иордании, а также обработка полученных данных на ЭВМ.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. За период многолетних наблюдений загрязненность водоносного горизонта нитратами росла с интенсивностью от I до 10 иг/л в год. Интерпретация этого роста как трендовой, так и цикличной составляющий многолетнего режима нуждается в дальнейших наблюдениях (мониторинг подземных вод).

2. Главное значение для распространения нитратного загрязнения в подземных водах района Амман-Эз-Зарка играет площадное загрязнение, вызванное просачиванием остатков азотных удобрений с сельскохозяйственных полей, через почву и зону аэрации под влиянием инфильтрации атмосферных осадков.

3. Численное моделирование распространения загрязнения подземных вод от локальных источников сточных вод в условиях резкой фильтрационной неоднородности водоносных комплексов в долине р. Эз-Зарка, наиболее точно может быть осуществлено методом случайного блуждания (Random-walk)

Научная новизна работы заключается: I) рассмотрено использование метода случайных блужданий для прогноза загрязнения подземных вод; 2) дан прогноз развития и распространения загрязнения подземных вод в районе Амман-Ээ-Зарка на период до 2015 г.; 3) исследованы новые методы устранения загрязнения и оздоровления загрязненной территории, в частности, методы дентрификацин.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основании выполненного комплекса гидрогеологических и гидрохимических исследований дается обоснование долгосрочного прогноза в подземных водах на загрязненных водозаборах, а также были разработаны методы эффективной защиты водозаборов подземных вод от действующих источников загрязнения.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на семинаре в Министерстве водоснабже-

тя ш орошения Иордании (Амман, 1991), а такие на еешшарах аафедры щдрогеологим ШбГИ (С.-Петербург, 1991, 1992 гг.).

ш о 61 ел работы. Дпссерта-цяя состоя? кэ введения, чти?ах глаз 51 эакяочшюя. Общий

объем работа 1130 отроклц, а ?ом числа 43 рас.» %{ 'габ-яяц. Слгаеоа иепольэотвдой литература вх-зчаст 95 кзиыекова~ . • ■ ¡юза.

Дотер ¡луросазг ряубоку» благодарность а прггштсльтас?ь кауоюму рукэшддиежэ, кандидату геодого-гзшерхлогачэ-еш ваэук» доцеяту и.Й„А»гганэиу9эа шстокзаюо юкдаанзш, пои цсзашэ совета в раЗото юд 'ДдосортздзгсЯ, автор тагло ¡Здагодарн? заоодуяцего зафедрсЭ яэдрзгеояапа профессора •

доцента Н.СЛсгрога зз зюялеятив кафедры падро-(?сааэгки за помощь, еэвзет 83 зшфшшя.

оодекшш РАБШ Г,зава 1, ШЛ0Ш-ГОда)ГШ)10ГЛ11Ейт УШВИЯ РАЙОНА

анш-эз-заш

3 дакнзй глава язяоаскы саютиъ сзсдскяя о гоологичс-ваем етроотн ш гадрог-гологичосках услосаях рассматриваемого ¡райзка. При этом, рдоешо шикание уделено рассмотрении пробам Ередсгавлсззук нзибсяши'А юктзрас ш рангах яемы ддссер-■кмроююй работы.

Йассматриоаемая террйтор;$я расположена а центрально?! чша йорласрги5 шюввдь райеш доставляет 500 та. Рвдьеф ка <3©глзей таета хз.упемоге района пэаэгяЯ з уклоном а сторону Аравийской ¡пустгагл, абсэяэтяиэ отаотки э среднем г'лходгггел а яредейад: +600 4 +900 п гвд урэгнег. моря; макскладьныа отметки достигают +1100 ы, ттшяъшв +Ъ00 м.

РойС51 принадлежит к регион иолузаеуалявого средизем-мокзрекога нажата, который характеризуется сухим летом и хо-дадаой док^ямзой зимой. Максимальная теетература зоздуха табявдаетел в августа а равна +40°С, а самая низкая температура в январе составяло? Количество атмосферных осад-

ков, выпадаекьос в течение года, в среднем составляет 200 мм. Инфильтрация составили около 20 млн.кРв 1909 г., что эквивалентно 14 % от общегочисла осадков.

Река Эз-Зарка считается основной водной артерией научаемого района. Среднегодовой расход воды реки Эз-Зарка составляет 14 млн.м3/год. .

В пределах исследуемого района отмечаются отложения триасовой и орской систем (толща Эз-Зарка), вскрытые на глубине буровыми скважинами, а таксе отложения меловой системы, вжлвчая нвжний отдел (толща Курноб) и верхний отдел (толща Ауажан), '

Отложения верхнего мела подразделены на яруса - сеноман-ский,туронский и объединенные сантон-кампанский. Из разреза выпадают отложения коньякского яруса. Сверху коренные породы перекрыты аетвертичныт отложениями!толща Эль-Белька).

Дитолого-етратиграфическое описание пород дано по резуль- . т&там геологической съемки района, выполненной в масштабе 1:100000 компанией Говард Хафрис в 1983 г., а также с учетом результатов бурения разведочных скважин в 1981-1963 гг. Иорданским управлением водных ресурсов.

В исследуемом районе господствует Амманская синклинальная структура, ось которой ориентирована с юго-запада на северо-восток. Она начинается ж игу от Аммана и продолжается приблизительно в северо-восточном направлении вдоль реки Эз-Зарка ч&-рез Анн Газал, Эр-Русейфу и Ауажан. К юго-востоку они переходят в антиклинальную структуру. Простирание сбросов разломов четко наблюдается по двум направлениям, с юго-запада на северо-восток X - сбросы и с северо-запада на юго-восток У - сбросы. В региональном плане территория Амман-Эз-Зарка является ' самостоятельным гидрогеологическим районом,.для которого ха-.рактерна тесная связь с областями долины реки Иордан, северного Рура и Аз рака. Основное значение для водоснабжения района играют водоносные горизонты меловых отложений, в пределах которых выделяются:

1. Верхи »-меловой турон-кампанский водоносный горизонт (Аммви-Вади Эс-Сир).

Данный водоносный горизонт охватывает две карбонатные толщи верхнемелового возраста. Мощность составляет в среднем 175 м, отметка уровня подземных вод колеблется от 700600 м. Уровень вод во многих скважинах находится значительно нижэ поверхности земли и достигает глубины 140 м. По составу вода относится к гидрокарбонатным-хальциевым пресным во- • дам и сульфатно-хлоридным натриевым солоноватым и соленым водам.

2. Нижне-верхнемеловой садоманский водоносный горизонт (Хуммар).

Водоносный горизонт Хуммар в сеноманских известняках изобилует трещинами, имеет кавернозность, вызванную карсто-ванием пород. Мощность достигает 45 м вдоль оси синклинали Аыман-Эз-Зарка. Минерализация вод не превышает 0,5 г/л, состав воды - гидрокарбонатно-кальцигвый.

3. Нижнемеловой водоносный горизонт (Курноб).

Песчаники Курноб обнажаются к северу от исследованного

района в долине Бакаа вдоль антиклинали Сувейлах. В иссле-душом районе он встречается на глубине приблизительно 480 м к югу от Аммана я 530 м вблизи Ээ-Зарки. Уровни подземных вод находятся в пределах между 5-150 м. Водоносный горизонт Курноб не обладает характеристиками, достаточно благоприятны- . ми для того, чтобы'позволить его широкомасштабную разрабЬтку.

Глава 2. ПРВДВАРИТЕШЬНЫи АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РАЙОНА АШАН-ЭЗ-ЗАРКА •

В условиях острого дефицита подземных вод, важное значение приобретает изучение проблемы их технического загрязнения. В данной главе дан предварительный анализ развития загрязнения подземных вод рассматриваемого района.

Для изучения условий загрязнения подземных вод преаде всего проведем сопоставительный анализ требований государственных стандартов Иордании, СНГ, а также Международного • стандарта для питьевой води.

Сравнивая требования названных выше стандартов можно отметить, что в целом требования Иордании соответствуют

Международному стандарту. Это касается органолептическ&г свойств, микробиологических показателей, содержания токсичнш: микрокоыпонентоа и показателей общего химического состава питьевой воды. Исключение составляет норматив на ртуть., который в Иорданском стандарте в 5 раз вше, чем рекомендуется 1: Международном стандарте.

Во многих случаях, источниками загрязнения подземное во£ являются промышленные стоки, сбрасываемые через зону аэрацик непосредственно в водоносные горизонты или в поверхностные воды, которые в свою очередь', инфильтруясь, могут существенно эа**рязнять водоносные горизонты.

Анализ общей гидродинамической и гидрохимической ситуации, сложившейся в районе исследований, свидетельствует о том, что в пределах изучаемой территории, наблюдается прогрессирующее ухудшение качества подземных вод. При этом можно выделить следующие основные источники загрязнения подземных вод (рис. I).

1. Промышленные предприятия. Основные и» них перечислены в таблице. Данные предприятия загрязняют прилегающие к .ним территории, а также сбрасыьают сточные воды в реку Эз-Зарка, часто с поваленные содержанием химических компонентов, превышающим нормативы, установленные для индустриальных объектов.

2. Использование удобрений в сельскохозяйственном производстве. В данном районе все территории, расположенные вдод реки Эз-Зарка, являются пахотными землями. Б связи с этим широко используются различные виды удобрений, в основном азотные и фосфорные приблизительно 250-300 кг/га, что послужило причиной накопления нитратов в почвах и породах зоны аэрации.

3. Потери сточных вод из системы очистки канализации. В районе расположена станция Аин-Газал, предназначенная для очистки канализационных вод..Здесь необходимо отметить, что работа этой станции не всегда эффективна, особенно в период, когда происходит перегрузка станции.

4. Отсутствие в некоторых участках изучаемого района канализационной системы иди наличие устаревшей, в результате

Гис.. X. Схема расположения основных источников загрязнения в района Аллан - Ээ-Зарка

- горол

- дорога у"- рока

□ - промышленное

.предприятие

О - сташшя очисти; пахстнаэ аег-ст каналазэдаоиюя »од

Д - городская свалка

эксплуатации которой происходит утечка канализационных вод в почву.

5. Проникновение стоков из городских свалок. Вблизи крупных населенных пунктов находятся свалки городского мусора, где допускается антисанитарное состояние территории, прилегающий к водозабору.

При наблюдении за изменением химического состава подземных вод отбирались пробы из 46 скважин режимной сети, включая частные скважины, расположенные вдоль реки Эз-Зарка и оборудованные на водоносный горизонт Ашшн Вадн-Сир и Хуммар. Взятие проб проводилось ежемесячно в течение пяти лет. Пробы анализировались в лабораториях Министерства водоснабжения, Министерства здравоохранения, а также Иорданского университета.

Обработка результатов режимных наблюдений проводилась о использованием программы 6 Е О 5Т АТ , разработанная на кафедре гидрогеологии СПбГИ. Программа предназначена для статистического анализа геологических данных.

Нитратное загрязнение является наиболее распространенным видом химического загрязнения подземных вод. Загрязнение происходит преимущественно за счет интенсивного использования минеральных удобрений, а также в результате сбросов промышленных и коммунальных отходов.

За последние 20 лет произошло интенсивное вторжение нит-чратов в водоносные горизонты в районе Амман-Эз-Зарка. Повышение содержания нитратов в подземных водах стало основной причиной озабоченности Министерства водоснабжения и орошения, особенное беспокойство вызывает этот процесс в скважинах, используемых для коммунально-бытового водоснабжения.

Результат предварительных данных химического анализа, показывает, что концентрация нитратов уменьшается с глубиной и составляет 100 мг/л на поверхности, а отметке 100 метров соответствует величина концентрации 45 мг/л. Это явление типично для водоносных горизонтов в сельскохозяйственных районах.

При интерпретации данных многолетних наблюдений за из-

нснекием ко|гцентра!р<н нитратов в подэекккх водах о покоса програгли GEO STAT о'ькй аэсгаплеет карта, демонстрируема распространенно гдтратов в района Акдал-Эз-Зарка а разные периоды прсмсгга 1993-1983 гг., концентрация катратов а подзеинкх водах гдоль рякн Эз-Зарка значительно возрасла, асобекяо з источниках Рас Es-Дкн, Акн Газая с; РусгЛфа, гдо достигла уровня 75 иг/я is Bice. На востоке по направленна ?eucfa!R постепенно возрастает к достигает 60 кг/я, а э от-деяышх частных сккжикзг била, зафиксирована 100 иг'/я»

В процессе и с сл рд о cs f г;' н бьет? п ояучены прямые гккеГлмо графические зависимости иеэду количеством вкпадаегк as-кзеферагх осадков в дактаи района ц изменением концентрата:;; цитратов в подзшазг водах. Нокшэ нитратного загрязнения для oxxcusaeuoti герриторш характерна тазеза упедагсте за-цей кхкерализаЁрв подземе« зад, особекко за посяедвео десятилетне з района произозея рос? минерализации? n citBasii-*нах» иезольэуеяав: для водоснабжекия и ороглегая, безо доцус- • тйио0 значение кзрвд 0,6-1,5 г/з» ■

Прг антерпретадеи данных по ккнерализагдш изучаемого раГюпа, бою- отмечено, -г«") величиям мкнерализацгш иачкк&О"? рост в теской близости к река Эз-Зарка я кмдо? тенденций посгсаглся s: по его к у гдоль каправясгз?яг стока,

В сйязн с этап возникла необходимость закрытия сквазккз для эксплуатация или сиеаекия их сод с водакя кенео usue$z-лизовогсаз«.

В заклочегзш декнзгэ nspsrpafa рассмотрено проявления . бактериального загрязняя с некоторых скважинах (произвел ствшюЗ яомванип ityceftg), • содеряакио бактерий, вызавагк^сх юаечшо згЛэлесания», ггреоааэт допустгалуо корку, в 100 ил иг» яревьаает доел?;;.

На пал ззгллд, гласной причиной лоЕиаенкя содерзанш: бактерий п иекотор^ екпо^нпазг явякэтек продукт;.? визнедея-гс'ьност:; кипаткьк и городские сгал::;;, а такг.со отсутствие иа-иалнзацпокной системы га некого pre: участках данного райока.

Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ЩВД>В ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНА ПОДЗШНХ ВОД

В рассматриваемой главе выполнен анализ существующих методов прогнозирования загрязнения подземных-вод с цель» выбора наиболее оптимальных из них, в максимальной степени учитывающих условия района Амман-Эз-Зарка.

А. Простейшие аналитические методы. Согласно классической теории макродисперсии миграции промышленных стоков в гомогенных средах может быть описана в рамках конвективно-диффузионных дисперсионных процессов осложненных физико-химическими взаимодействиями с подземными водами и вмещающими горными породами.

При рассмотрении распределения загрязнения от локальных очагов источников в двумерных потоках интерес представляет аналитическое решение для случаев, когда конвективный перенос осуществляется плоско-параллельным потоком, а дисперсия носит ярко-выраженный двумерный характер.

Б. Численное моделирование методами конечных разнос-.тей и конечных элементов. Рассматривались некоторые основные конечно-разностные схемы для решения уравнения конвекткз-. ного переноса.

Исходное дифференциальное уравнение чисто конвективного переноса в одномерном варианте может быть представлено з следующем виде:

где О* - дейогвильная скорость движения подземных вод { /П , где &<р - скорость фильтра-

ции; П - эффективная пористость.

В результате анализа вычислений по конечно-разностным схемам были получены некоторые выводы.

Теоретический и численный анализы показывают, что удовлетворительная точность рыпзния инженерных задач с использованием таких схем достигается при соблюдении условий

лх^8 и <гдудх^1

где 5 - параметр гидродиспсрски.

Первое иа условий фактыески диктует необходимый урго-ша> разбивки области переноса по пространству, из которого. следует, что размер расчетного блока не доляен превышать величину параметра гидродисперсии. Это условие является чрезвычайно я ост кмм, напотш, что о болышшстоа случаев параметр дисперсии не превыиаст первых метров.

Из вышеизложенного следует, что использовав ЬКР для решения инженерных задач массопереноса воашжно а достаточно узком диапазоне условий или требует привлечения мощной вычислительной техники.

В. Метод случайных блужданий является одним из интересна методов численного моделирования задач миграции подземных вод. По своей основе этот метод может быть отнесен к методам статистической физики.

Рассмотрим, прегзде всего, теоретические основы "метода случайных блужданий. Как известно, двумерное уравнение переноса идеального Трассера может быть представлено в следующем виде:

0С и„ бс ^ дС д 1п дС п 0С\ д

_ . их— + + -§г (I)

РД0 Пхх-Л-^ + <2> .

Оуу^т-^+^^+ВМ (3)

Дху-Бм-^С-¿т)-— (4)

Ч2

о*

Ом- коэффициент молекулярной диффузии.

С другой стороны, двумерное хаоуическое дгакенаэ часгкц в статистической физике описывается уравнением Нго-Фокквра-Нвадаа, которое кокет быть представлено в шдо:

^ /_ И Я2 / _ .1 д«

где { г- частота распределения случайно блуждаоцм); частиц. Уравнения (I) и (6) могут бить представлены в эквивалентной ¿Ьормо следузкцш образом: *

Исходя из. подобия уравнений (I) и (7), основной алгоритм метода. случайнж блузда?ий строится следующим образа«;

Начальное пслсжслие блуждавщик частиц определяется координатам:; ;

Х?(0Но . ; Ур(0) = У0 (а)

Новее положено, которое займет частица через врокя д! ее быть найдено ка::

. Хр(1+д1) = Хр (I)+ и* д1+ Рх (9)

(Ю) •

где

ии \ ■

и* и*т дх + Эи (П)

эх оу

Р,ф/иН-(иу/и]Рг (13)

РУ-(иУ/и)-Р,+(их/и)Рт (И)

(15)

сад

В свло очередь и И^ представляют собой значе-

ния случайных равномерно распределенных на отрезка 0,1 величин.

При использовании метода случайного блувдания но проявляется эффект численной дисперсии, поэтому применение метода случайного блуждания целесообразно в тех случаях, когда другие методы, вычислительные ошибки, связаны с численной дисперсией. В частности, методы конечных разностей и конечных элементов могут давать значительные ошибки при моделировании небольших локальных ореолов загрязнения, а тале.о з случае значительной разницы з продольной и попере^ой дисперсий.

Следующее прапгущество метода случайных блувдашй состоит в той легкости, с которой он может быть внедрен в любую модель потока. Кроме того "включение" численной дисперсии дает правильное представление об усредненных линиях тока, что чрезвычайно важно для большинства полевых приложений.

Главные недостатки метода случайных блужданий связаны с некоторым колебанием расчетных концентраций. Относительная роль колебаний концентрации может быть уменьшена за счет увеличения числа используемых при моделировании "крупных" частиц.

Дня оценки точности моделирования нами били выполнены специальные тестовые просчеты. Рассматривалась задача распространения загрязнения от локального источника в плоско-параа-яольиои потоке. Расчеты проводились по преграде А & И подробное описание которой дало в гдаво 4, а также по программе (автор В.В.Мтоиоа). Аналитическое ршшие

аодачн описывалось уравнением [1)

При этом оценивалась веяитана относительной ссибки, еоэ-дашшцей при сопоставлении релейного разымя яэ методу случайных блртдаюШ и аналитического ршшш. Принятые тасяш-кио значения фиьтрадеогашн и 1дграционньа параметров, а гакко значение отиосэтелышх скобок ршенил представасиа иа рас, 2. Как керош шдно нз рсузгхь краемлешэ оеабки на

бГь°10м

е(ти 4 Н II « \njrn И »

ПЭ=0О5 I -900 мг &Х-ДУ=50м

N•100

Рис. 2. '

Зависимость эеличи|ш относительной ошибки реиеиая (I; %) от общего числе частиц ( N );

1 - на расстоянии 50 м от источника загрязнения;

2 - то же на расстоянии 250 м.

не 5-Ю % били получены для общего числа частиц порядка 500700 шт, при этом число частиц, попадающих в расчетные блокне оказались равны 10-15 от.

Таким образом, метод случайных блужданий оказывается весьма перспективным методом для моделирования распространения очагов загрязнения от локальных источников в случаях значительного превышения конвективной составляющей по сравнению со вкладом даваемым дисперсионной составляющей, кроме того, он оказывается более точным, если обеспечивается значительная разница в поперечной и продольной составляющих гидродисперсионного потока. В этих условиях можно надеятся, что метод случайных блужданий наилучшим образом соответствует особенностям миграционных потоков района Аыман-Эз-Зар-ка.

Глава 4. ПГОЛЮЗ РАЗВИТИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНЕ АММАН-ЭЗ-ЗАРКА

В данной главе выполнены прогнозные расчеты по оценке развития загрязнения подземных вод, предложены метода охраны водозаборов от поступления некондиционных вод, даНы рекомендации по устранению существующего загрязнения.

Для построения численной миграционной модели нами, ' прсзде всего, была решена обратная геофильтрационная задача, которая позволила оценить распределение фильтрационных параметров в пределах исследуемой области. Наиболее проводящая зона, с проводимостью порядка 1700 ы^/сут, связана с центральной синклинальной зоной, контролируемой геолого-структурными факторами. На остальной территории проводимость оказалась существенно меньше и находится в пределах от 100 до 300 I*/су т .

Получетное по результатам решения обратной задачи, фильтрационное поле наглядно показывает, что параметры проводимости в направлении перпендикулярном к синклинальной зоне повышенной проницаемости практически на порядок меньше аналогичных параметров самой хорошо проницаемой зоны. Учитывая,

что параметры гидродисперсии в направлении потока и перпендикулярно к нему также разнятся между собой, по крайней мере, на один псрнцок, можно говорить, что показатели "квазианизотропии" практически разнятся между собой на два и болео порядков. В этих условиях стандартные методы численного моделирования будут излишне сильно "размазывать" фронт переноса загрязняющих веаеств. Для месторождений подземнтс вод * аналогичных рассматриваемому району это по существу приводит к кажущемуся (численному) относительно равномерному распределению загрязненного вещества по всему месторождению, Е то ке время, в реальности, схема развития ореола загрязнения ыокет иметь более сложную, как бы "струйную" картину дсиг.ения загрязняющих веществ. Данный вывод хорошо согласуется с результатами прогнозного моделирования (метод случайного блуждания) развития загрязнения от локальных источников в рассматриваемом районе (рис.3). Отчетливо видно, что максимально^ загрязнению будет подвергаться зона повышенной проводимости. Эта зона как некоторая "подземная река" собирает и транспортирует загрязнение в направлении к границам рассматриваемого гидрогеологического района. При этом общая кинерализацил подземных вод в наиболее загрязненной зоне в среднем за расчетный период поднимазтея в 3-4 раза.

В качестве одного из предлагаемых способов защиты водозаборов подземных вод в долине р.Эз-Зарка нами был рассмотрен вариант создания систем "гидравлического барража".

В данных условиях этот способ позволяет отжать загряз^..' ненные вода к центральной части структуры при относительно небольшом расходе закачиваемых вод. Результаты численного моделирования показали, что для получения положительного эффекта достаточно закачивать около 10 % от суммарного расхода грунтовых водозаборов.

Для устранения нитратного загрязнения подземных вод предложены методы микробиологической денитрификации. В этом случае процесс, восстановления нитратов происходит путем окисления органического вещества, причем кислород за-

»

(¿Щ& - зона загрязнения подземных вод

бирается у нитратов, а азот восстанавливается до свободного ?аза. Термодинамические расчеты s одномерном нисходящем потоке были выполнены с использованием программы NITfiAT ?автор В.Шефер). Ори этом была показана принципиальная возможность снижения содержания нитратов до предельно-до-яус"%№к концентраций С 45-Ю ыг/з).

ЗАШЧШИК

Таким образом^ основные результата диссертационной работы сводятся и сзедуодецу."

1, Детально зззучегш ¡¡»еэяоуогадрореологичвские условия района Адаак-Эй-Зарка, Вэдокасные вдризоиты района характеризуются эзеьма «жайоа природной защищенностью от про-эшююоския a mix текиогенньсс загрязнений» а ?рес?шош?о-користий характер основных коллекторов, отсутствие s разрезе гедерсанных водоупороа способствует распространению загрязнений как по глубине, ' так и »>'площади.

Реашш обратной задачи кетодаия численного моделиро-илш сыявидо значительную фильтра^ониуо неоднородность • зодеиосных хоаклоксос. Наиболее проводящая зона совпадает е центральной синклинальной дошй ы контролируется гсоло-з,'0-етр}'ктуртми осоЗетностя^л строения территории. В этой заме проводимость достигает величины 1700 ы^/сут. На остальной ?срр)1тории проводимость существе?««» меньше и находится а пределах XGÛ-330 ar/сут. Схема распределения аьяачини проводимости дня рассматриваемой территории была построена впервые.

2. Загрязнение подзешшс езд района Ашан-Эз-Зарка ©оуществляется по двум - сшшшы схемам: I) поступление токсичных компонентов ка- локальных очагов загрязнения; 2) клощадкоо праникнозшио ошовных загрязняющих компо-взеитои через почвенные слон и зону ел рации. Но первой ехше происходит загрязнение тяаевьаи металлами и другими химическими компонентами, которые в конечном итоге вызывают постепенное повышение общей минерализации под-

земных вод. Вторая схема, в основном, соответствует распределению нитратного загрязнеш'я подземных вод.

Как показывает результаты натурных наблюдений за последнее время в описываемом районе отмечается увеличение содержания нитратов со скоростью от I до 10 мг/л в год. Максимальные концентрации нитратов в верхней части водоносных комплексов достигают 100 мг/л, с глубиной Их содержание уменьшается до 30-45 мг/л. Впервые для описываемого района найдена корреляционная связь мекду количеством выпадающих атмосферных осадков и содержанием нитратов в подземных водах.

Техногенное загрязнение территории приводит к выходу из строя основных водозаборных сквааин. Общая минерализация ка некоторых из них достигает 5 г/л.

3. Построены геофильтрационная и геомиграционная модели, позволяющие выполнять прогнозы развития загрязнения подземных вод в районе Амман-Эз-Зарка.

Для выбора метода численного моделирования были проанализированы методы конечных разностей, конечных элементов и метод случайных блужданий. Показано, что метод случайных блужданий имеет несомненные преимущества при моделировании точечных источников загрязнения в условиях резко неоднородных фильтрационных полей.

Рассмотрены вопросы точности моделирования методом случайна блуаданий. На специальных тестовых примерах показано, что ошибки на уровне 5-10 % были получены для общего числа моделируемых частиц порядка 500-700 шт, при этом число частиц,попадающих в расчетные блоки, желательно иметь в пределах 10-15 шт.

4. Характер развития загрязнения подземных вод описываемого района от локальных источников оценивался с помощью численного моделирования по методу случайного блуждания. Было показано, что максимальному загрязнению будет подвергаться центральная зона повышенной проводимости. Эта зона собирает и транспортирует загрязнение в направлении к северной границе рассматриваемого гидрогеологического района.

При этой общая минерализация подавших вод в наиболее загрязненной зоне в сродней за расчетный период (т.е. примерно до 2015 года) поднимается в 3-4 раза.

В качестве эффективного способа защиты водозаборов подземных вод от некондиционных вод был рассмотрен вариант созд^я систем "гидравлического барража". Этот способ позволяет откать загрязненные воды к центральной части структуры при относительно небольшом дополнительном расходе (около 10 % от объема откачиваемых вод) закачиваемых

ВОД. ' •

5. Нитратное загрязнение подземных вод в районе Амкан-Эз-Зарка предлагается устранять методом микробиологической деш;тркф«1сг.цки. В микробиологической процессе восстановления нитратов участвует органическое вещество, которое окисляясь забирает, кислород нитратов,и восстанавливает азот до свободного газа. Расчет процессов денитрификации основывался ка оценке термодинамического равновесия между растворенными в подземных водах кислороде, органике и нитратов. В.диссертации описаны основные соотношения в нитратной слстеме. Выполнены специальные расчеты на ЭВЦ приме нительно к условиям вешнего водоносного горизонта. Показана возможность снижения содержания нитратов в подземных водах. Ори ликвидации источников нитратного загрязнения . процессы декитркфикации будут носить необратимый характер. Для устранения источников загрязнения рекомендован комплекс общезкологическшс мероприятий.

Заканчивая изложение основных результатов диссертационной работы отметим некоторые возможные направления дальнейших исследований по затрагиваемым проблемам.

Преиде всего, требует специального глубокого исследоы ния проо'лема миграции загрязняющих веществ в пределах зоны аз рации, поскольку именно эта зона определяет последующее распространение мигрирующих компонентов в водоносных горизонтах.

Требует также специального исследования проблема мони уоринга качества подземных вод. Развитие сети наблюдатель