Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследования возможности определения миграционных параметров загрязнителей подземных вод по водопроницаемости водовмещающих пород на примере грунтовых вод равнины гельмим

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Исследования возможности определения миграционных параметров загрязнителей подземных вод по водопроницаемости водовмещающих пород на примере грунтовых вод равнины гельмим"

На правах рукописи

Салхи Абделлах

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИГРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПО ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ВОДОВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД НА ПРИМЕРЕ ГРУНТОВЫХ ВОД РАВНИНЫ ГЕЛЬМИМ (МАРОККО)

Специальность 25.00.07 - гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Московского государственного геологоразведочного университета.

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук, доцент Воронов А.Б.

Консультант: кандидат геолого-минералогических наук, профессор Кононов В.М.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Хаустов А.П. кандидат геолого-минералогических наук, Голицын М.С.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов МПР и РАН

Защита состоится 24 июня в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.121.01 в Московском государственном геологоразведочном университете по адресу: ул. Миклухо-Маклая, д. 23, ауд. 5-49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного геологоразведочного университета.

Автореферат разослан '-<■ 2ССА г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат

геолого-минералогических наук

доцент

Попов Е.В.

Актуальность работы заключается в том, что в настоящее время прогноз распространения загрязнителей в подземных водах сдерживается отсутствием параметров миграции этих загрязнителей, непосредственное определение которых требует проведения специальных опытно-миграционных исследований и больших затрат труда, времени и средств. Такие исследования обычно проводят на поздних стадиях работ или при возникновении реальной угрозы загрязнений подземных вод. Поэтому назрела необходимость разработки недорогих косвенных методов определения параметров миграции загрязнителей в подземных водах на основе определения фильтрационных свойств водоносных пород, представления о которых обычно получают на ранних стадиях гидрогеологических исследований.

В настоящее время методика лабораторных определений миграционных параметров нуждается в совершенствовании; особенно важно найти методику более рационального проведения аналитических работ, сопровождающих эти определения, учитывая большое количество проб воды и быстрое их накапливание; важно также использовать методику, требующую минимальный объем воды.

Как показывает анализ имеющихся материалов, территория города Гельмим и окружающие районы чрезвычайно подвержены нитратному загрязнению (в городе - наличие бойни, несовершенство и неисправность канализационной системы, в сельской местности - широкое использование азотных удобрений и т.д.). В этих условиях разработка быстрых и недорогих методов определения параметров миграции нитратных загрязнений является актуальной и необходимой.

Цель работы. Усовершенствовать методику гидрогеологических исследований, выявив возможности косвенного определения параметров миграции загрязнителей в подземных водах по коэффициенту фильтрации водовмещающих пород, что может существенно облегчить построение карты распределения параметров миграции нитратов в подземных водах района исследований.

Основные задачи работы;

1. Изучить и обобщить материалы по геолого-гидрогеологическим условиям равнины Гельмим применительно к поставленной цели. Составить карту распределения значений коэффициента фильтрации для основного водоносного горизонта равнины Гельмим, с последующим ее использованием для построения карты параметров миграции нитратных загрязнений.

2. Проработать основные положения по теории миграции загрязнений в подземных водах с целью выявления положений, требующих уточнения и развития.

3. Установить наиболее рациональный метод лабораторного определения параметров миграции (эффективной пористости и коэффициента гидродисперсии) и применить его в исследованиях для широкого диапазона горных пород, участвующих в строении плиоцен-четвертичного водоносного горизонта равнины Гельмим.

4. Провести комплексные лабораторные исследования параметров миграции и коэффициентов фильтрации в п е, пе^ча^Ь-^ЛиянглылыШи^эрбонат х

породах основного водоносного горизонта

(•.Петербург [г!/\ 1. ОЭ ЮО

5. Установить функциональные связи миграционных параметров нитратов с коэффициентом фильтрации различных водовмещающих пород плиоцен-четвертичного водоносного горизонта равнины Гельмим.

Исходными материалами для работы являются литературные данные по геологии и гидрогеологии района Гельмим и результаты собственных лабораторных определений миграционных параметров.

Методы исследований

- Теоретические проработки основополагающих материалов по миграции загрязнителей с целью выявления положений, требующих уточнения и развития;

- Экспериментальные лабораторные исследования, направленные на отработку методики определения миграционных параметров загрязнителей на модельных растворах: 70 определений;

- Экспериментальные лабораторные определения параметров миграции нитратов с использованием отработанной методики в различных по проницаемости горных породах: 56 определений;

- Анализ экспериментальных данных выполнялся с использованием методов корреляционного и регрессионного анализа.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые для данного района (равнины Гельмим, Марокко) предложена схема гидрогеологической стратификации разреза с выделением трех гидрогеологических единиц и разделяющих их водоупоров;

- обоснована возможность косвенного определения параметров миграции различных компонентов в подземных водах по значениям коэффициента фильтрации водовмещающих пород;

- впервые предложена методика построения карты параметров миграции на основе карты распределения значений коэффициента фильтрации;

- для • района Гельмим впервые" составлена карта параметров миграции нитратов в подземных водах основного водоносного горизонта;

- показано, что параметры миграции загрязнителей можно определять на модельных растворах.

Защищаемые положения

1. Впервые для впадины Гельмим и ее горных обрамлений предложена схема гидрогеологической стратификации разреза с выделением трех гидрогеологических единиц (водоносных горизонтов) и разделяющих их водоупорных толщ.

2. Существует определенная функциональная связь между параметрами миграции загрязнителей (эффективная пористость п,, коэффициент гидродисперсии В) в подземных водах и коэффициентами фильтрации различных песчано-глинистых и карбонатных водовмещающих горных пород. Конкретный тип связи для данного химического компонента устанавливается в результате регрессионного анализа определений миграционных параметров этого компонента в различных водоносных породах и коэффициента фильтрации.

3. Разработана методика лабораторного определения миграционных параметров загрязнителей подземных вод в образцах водоносных пород с использованием модельных растворов (искусственные растворы загрязнителей в питьевых водах) и кондуктометрии.

4. Разработана методика построения карт распределения параметров миграции (л, и В) компонентов химического состава подземных вод в различных водоносных горизонтах на основе карты распределения коэффициента фильтрации в этих' горизонтах. По этой методике построена карта распределения параметров миграции нитратов в плиоцен-четвертичном водоносном горизонте равнины Гельмим (Марокко).

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика определения миграционных параметров на модельных растворах практически не требует использования природных вод. Для химико-аналитических определений становится возможным применение кондуктометрии, не требующей высокой квалификации аналитиков и большого количества воды.

Полученная функциональная зависимость основных параметров миграции от коэффициента фильтрации расширяет возможности гидрогеологических исследований и экспертной экологической оценки территории и позволяет количественно определить параметры миграции нитратов (эффективную пористость и коэффициент гидродисперсии) по значениям коэффициента фильтрации водовмещающих пород. Разработанные методики получили практическую реализацию на примере оценки экологических условий равнины Гельмим.

Аналогичные методы могут быть использованы и для расчета параметров миграции других загрязнителей, а разработанные методики применены и для других районов.

Апробация работы; основные положения диссертации доложены на научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МГГРУ • и инженерного факультета РУДН "Молодые - наукам о Земле".

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы составляет 90 страниц, включая 22 рисунка и 7 таблиц. Список использованной литературы содержит 55 наименований, в том числе 35 наименований на иностранном языке.

Диссертационная работа выполнена под руководством проф. Воронова А.Б. и проф. Кононова В.М., которым автор выражает глубокую благодарность. Большую помощь и поддержку автору оказали заведующий кафедрой гидрогеологии проф. Швец В.М. и сотрудники этой кафедры, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Автор также выражает искреннюю признательность за оказанную помощь сотрудникам департамента водных ресурсов г. Агадир (DRHA), Агусину М'бараку и работникам геологического отдела города Гельмим.

Глава 1. Природные УСЛОВИЯ района Гельмнм (Марокко)

1. Физико-географический очерк. Район исследований расположен в 200км от г. Агадира в присахарской зоне. Он представляет собой равнину, входящую в водосборный бассейн р. Ассака (площадь порядка 6840км2), где сходятся многочисленные узкие уэды, спускающиеся со склонов гор Анти-Атласса, массива Бас-Драа и складчатого массива Бани-Плиссе.

Основным занятием населения равнины является полеводство и животноводство. В городе Гельмим развивается торговля и туризм, есть бойня и предприятия по производству кожи. Во многих населенных пунктах и оазисах равнины процветает орошаемое земледелие.

В целом для водосборного бассейна р. Ассаки абсолютные отметки поверхности изменяются от 1504 м в предгорной его части до 0 м в западной части (впадение р. Ассаки в океан), средняя отметка бассейна 610 м, средний уклон поверхности равнины 0,007 - 0,003. В центре равнины восточнее г. Гельмим отмечается поднятие в рельефе Жбель Таярт высотой до 300 м, длиной до 17 км, шириной до 6 км (это выступ коренных пород среднекембрийского возраста).

Климат района характеризуется следующими данными: среднегодовое количество осадков составляет 122 мм. Сезон дождей имеет место с ноября по март, сухой период длится с мая по сентябрь. Температура испытывает значительные дневные и месячные колебания, среднегодовая температура составляет 18,5'С, испарение с водной поверхности - 2896, с поверхности почвы -2407мм/год.

Гидрографическая сеть района представлена тремя уэдами: Ум-Эль-Ашар, Сейад и Уарнун, которые, сливаясь в западной части района, образуют единый уэд Ассака, впадающий в Атлантический океан. Моноголетний средний дебит р. Ассака составляет 1,5 м3/с, во влажные годы он достигает 3,85, а в сухие 0,169 MJ/C. УЭД VM-Эль-Ашар берет начало на плато Лаксас и его многочисленные притоки дренируют южные склоны Анти-Атласа. Уэды Сейад и Уарнун с их притоками дренируют южные обрамления района (Бас-Драа и Бани Плиссе).

Геолого-гидрогеологическое изучение данной территории началось с 1935года с составления карты Ж. Буркаром, продолжалось впоследствии французскими исследователями (П. Кунтз, Л. Пипито, Г. Шуберт, Дижон и др.) и продолжается до настоящего времени. Многочисленные работы и отчетные материалы по ним проведены управлением водных ресурсов г. Агадир (DRHA).OHH свидетельствуют о возможности получения порядка 115 л/с для целей водоснабжения за счет подземных вод равнины Гельмим, что требует более глубокого гидрогеологического изучения данной территории. Не менее важной является и проблема качества подземных вод и их охраны от возможных загрязнений, в том числе и от инженерной деятельности человека. В этой связи важнейшими задачами являются задачи изучения миграции в подземных водах различных загрязнителей, обусловленных выше указанной деятельностью человека и возможностями оценки основных параметров миграции загрязнений (нитратных, азотных и др.). Эффективному решению этих проблем предназначена способствовать и эта работа.

2. Геологическое строение. Равнина Гельмим образовалась в результате интенсивной эрозии образований юго-западного окончания Анти-Атласа и последующего заполнения этой депрессии плиоцен-четвертичными отложениями. В геологическом строении района принимают участие отложения докембрия, верхнего протерозоя, кембрия, ордовика, силура (отложения последних двух систем имеют распространение к востоку от изучаемого района) и комплекса плиоцен-четвертичных отложений. Горные породы докембрия, верхнего и среднего кембрия имеют распространение, в основном, в горных сооружениях Анти-Атласа, обрамляющих равнину Гельмим (в массивах Ифни, Бас-Драа, Кердус и в складчатом массизе Бани-Плиссе). Комплекс плиоцен-четвертичных отложений имеет широкое распространение в районе, выполняя эрозионную депрессию между западным Анти-Атласом и массивом Бас-Драа на площади порядка 7000км2. Собственно, в пределах равнины Гельмим нас, в основном интересуют плиоцен-четвертичные рыхлые отложения, в которых содержатся пресные подземные воды - (первый от поверхности водоносный горизонт). Коренные же породы (докембрийские и кембрийские образования) интересуют нас лишь в той степени, что они в пределах впадины подстилают основной водоносный горизонт и являются- объектами возможного распространения более глубоких подземных вод. Тем не менее разрез этих отложений в пределах впадины и, главным образом, ее горных обрамлений представлен, на рис. 1, где охарактеризованы литология, мощности, условия залегания, трещиноватость, водоносность и другие показатели горных пород. В пределах разреза верхнепротерозойских и нижнекембрийских ^^ пород

обращают на себя внимание мощные толщи карбонатных отложений (известняки, доломиты и доломитизированные известняки), сформировавшиеся в результате двух трангрессий (Адудонской и Нижнекембрийской) пришедших с юго-запада и покрывавших значительную часть Анти-Атласа. Эти две карбонатные толщи, так называемые "нижние и верхние известняки", по многим показателям, могут быть потенциальными резервуарами подземных вод. Непосредственно в пределах впадины отложения среднего кембрия (кварциты и песчаники) выходят на поверхность в поднятии Жбель Таярт и в виде небольших выступов вблизи г. Гельмим.

Плиоцен-четвертичные отложения залегают на эродированных и разбитых разломами кембрийских отложениях, имея общую мощность порядка 100 м. Это сложный комплекс отложений, представленных озерными карбонатными породами-(известняки, мергели и мергелистые известняки), конгломератами, отложениями конусов выноса, осыпями, аллювием (древним и современным) и суглинистыми отложениями склонов. Впервые для данного района нами предложена гидрогеологическая стратификация разреза, базирующаяся на анализе большой совокупности природных факторов: палеогеографических, структурно-тектонических, геолого-литологических, климатических, гидрогеологических и др. (см.- рис. 1). Конечно, в какой-то степени, предложенная схема гидрогеологической стратификации разреза является условной. Но, тем не менее, выделение трех водоносных горизонтов (комплексов) подтверждается последующим анализом гидрогеологических условий и

Эонотема, акротема | Эра, эратема Период система Эпоха отдел IX 8 О (U Z » 1 и Геологический ' разрез Характеристика горных пород, их мощности Гидрогеологическа! стратификация разреза Примечание

ФАНЕРОЗОЙ та о 'S о п о X '5 2 | N - Q i ' 1 1 Сложный комплекс отложений озерных (карбонатных), аллювиальных, конусов выноса, склоновых, покровных и др, мощностью до 100 м Водоносный горизонт плиоцен-четвертичных отложений равнины Гельмим Включая кору выветривания среднекембрийских отложений

Палеозойская Кембрийская Георгийский - Акадский Сг е, Песчаники, кварциты, кварцитовые песчаники

Региональный водоупор-сланцевая толща среднекембрийских отложений

¿.. V .- Сланцы с фауной Парадоксидов, с локальными прослоями песчаников, породы плотные в целом водонепроницаемые

.■-х- Сланцево-песчаниковая и песчаниковая серия, породы трещиноватые, водопроницаемые Сланцево-известняковая серия - известняки черные и оолитовые с вюочеиием сланцев Трещинно-карстовый водоносный горизонт (комплекс) нижнекембрийских карбонатных отложений "Верхние известняки" Источники Тимулей, Бу-Иза-карн, Таскала, Таггнт и др, скв. 854/83

i 1 < ' t.¡ i: i i i i iii i Верхние известняки известняки и доломиты (до 500 м), трещиноватые, карстующиеся, водопроницаемые

ПРОТЕРОЗОЙ Верхний протерозой Верхнепротерозойская | •ту-х y Серия "Ье-йе-уш" песчано-карбонатные, алеври-тистые породы, сланцы и кристаллыми гипса и соли («600 м), а целом водонепроницаемые Региональный водоупор отложений серии "ие-<1е- VI п"

pr2 Me i/al * Л s K ' t ' Л 1 ■ 1 няки, доломиты крупно плитчатые с прослоями сланцев и мергелистых известняков (100 м) Породы а целом трещиноватые, карстующиеся, водопроницаемые водоносный горизонт (комплекс) верхнепротерозойских карбонатных отложений "Нижние известняки"

> i Нижняя серия, крупнообломочная внизу, доломитовая в середине, аллевритовая вверху (100-200м) Водоупорные породы

ВЕРХНИЙ ДОКЕМБРИЙ PR? -ri„ л JV— JX ' ^i. ^г Риолиты, андезиты, базальты, сверху крупнообломочные конгломераты, сланцы (>100 м) Породы слабопронгцаемые

Рис. 1 Гидрогеологическая стратификация разрэза горных пород равнины Гельмим и ее горных обрамленеий

изученными водопроявлениями в пределах депрессии Гельмим и ее горных обрамлений. При этом выделенные гидрогеологические единицы; скорее всего, могут оказаться водоносными комплексами, а не горизонтами как' принято при описании гидрогеологических условий района. В пользу последнего говорят значительные мощности водоносных образований (500-ЮООм) и их слоистое строение. Тем не менее,

предложенная нами гидрогеологическая стратификация разреза горных пород района вносит определенный вклад в изучение гидрогеологических условий района и представляется нами как одно из защищаемых положений.

До настоящего времени ни один из исследователей не предлагал выделять и рассматривать как отдельные водоносные горизонты подземные воды трещинно-карстовых отложений (верхние и нижние известняки), хотя многие исследователи (такие, например, как DIJON, CHOUBERT, OLIVA и др.) указывали на обводненность этих пород и описывали источники карбонатных отложений западного Анти-Атласа. Даже в работе АГУСИНА М'БАРАКА, называемой "Вклад в изучение гидрогеологии равнины Гельмим" рассматривается единственный водоносный горизонт - это горизонт плиоцен-четвертичных отложений, хотя так же имеются многочисленные ссылки и указания на наличие водопроявлений в виде источников и реттар в трещинно-карстовых отложениях как в верхних так и з нижних известняках, в том числе и в пределах равнины Гельмим. В частности, наличие водоносного горизонта "верхние известняки" и его частичная разгрузка в плиоцен-четвертичный водоносный горизонт в пределах депрессии были доказаны моделированием. Конечно, в какой-то степени слабая изученность выделяемых нами водоносных горизонтов (комплексов) объясняется их значительной глубиной залегания в пределах равнины Гельмим. Однако это нисколько не умаляет того практического значения, которое могут играть водные ресурсы этих горизонтов в народно-хозяйственном освоении и развитии районов равнины Гельмим. Уже в настоящее время водоносный горизонт (комплекс) "верхние известняки" вскрыт поисково-разведочной скважиной 854 и эксплуатируется источниками в районах предгорных обрамлений депрессии Гельмим (Тагант, Тимулей, Таскала, Бу-Изаркан и др.).

3. Гидрогеологические условия района исследований. В соответствии с предложенной нами гидрогеологической стратификацией в районе исследований выделяются три водоносных горизонта:

а) Водоносный горизонт (комплекс) плиоцен-четвертичных отложений равнины Гельмим;

б) Водоносный горизонт нижнекембрийских трещинно-карстовых карбонатных отложений (верхние известняки);

в) Водоносный горизонт верхнепротерозойских трещинно-карстовых карбонатных отложений (нижние известняки).

Первый из названных водоносных горизонтов является основным, имеющим широкое региональное распространение в пределах депрессии Гельмим, второй и третий имеют распространение в горных обрамлениях депрессии и в ее пределах на глубине, являются сравнительно малоизученными, но представляются перспективными.

3.1. Водоносный горизонт плиоцен-четвертичных отложений. Он является первым от поверхности, в основном, грунтовым по своему характеру, содержится в рыхлых плиоцен-четвертичных отложениях впадины и коре выветривания кембрийских пород, имеет повсеместное распространение в пределах впадины. Площадь его распространения практически совпадает с границами развития рыхлых плиоцен-четвертичных образований, кроме поднятия Жбель Таярт и отдельных локальных выходов кембрийских отложений вблизи г. Гельмим. Он является .основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения и сельско-хозяйственного орошения для многих населенных пунктов равнины Гельмим. Этот водоносный горизонт сравнительно хорошо изучен и является основным объектом наших исследований. В диссертации дается достаточно детальная его характеристика, основанная на данных геофизических работ (электропрофилирование) и бурения 76 поисково-разведочных скважин, приведены многочисленные разрезы (8 геофизических профилей и 6 разрезов по скважинам), карты (мощностей плиоцен-четвертичных отложений, гидроизогипс, сухого остатка подземных вод, гидрогеологических параметров) и другие характеристики водоносного горизонта. Здесь же мы кратко остановимся лишь на тех аспектах характеристики водоносного горизонта, которые способствуют решению поставленных задач.

Наибольшее погружение и соответственно максимальная мощность рыхлых плиоцен-четвертичных отложений имеют место по направлениям современных речных долин (такая же закономерность наблюдается и в развитии коры выветривания кембрийских отложений). Минимальная мощность водоносных отложений отмечается в местах блочных поднятий кембрийских отложений (юго-восточная и западная части впадины). Наряду с рыхлыми плиоцен-четвертичными образованями водоносной является и выветрелая часть кембрийских отложений (сланцы и песчаники), так как во многих скважинах уровень подземных вод расположен в породах коры выветривания, подстилающих водоносный rqpaюHT кембрийских отложений.

Пгубина залегания уровня подземных вод горизонта изменяется от 40-30 м в предгорной части впадины (районы Анджа, Тагант, Тутлин и др.) до 10-5 м и менее в западной ее части (Асрир, Уарнун, Гельмим, Лексаби и др.), где уровень грунтовых вод приближается к поверхности, что может приводить к загрязнению подземных вод, тем более что здесь имеет место и повышенная техногенная нагрузка. Таким образом, плиоцен-четвертичный водоносный горизонт в литологическом отношении представляет собой весьма сложное как в плане, тик и в разрезе, образование. В разрезе горизонт имеет слоистое строение, в плане отмечается значительная неоднородность в связи с изменением мощности и состава плиоцен-четвертичных отложений (известняки, мергелистые известняки, мергели, конгломераты, конуса выноса, погребенные аллювиальные отложения, покровные суглинки).

Питание подземных вод горизонта, в основном атмосферное - это прямая инфильтрация атмосферных осадков через рыхлые породы зоны аэрации и поглощение поверхностных вод, собираемых сильно развитой сетью рек, уэдов м оврагов. Более благоприятные условия питания имеют место в северной части

впадины в предгорных районах (больше осадков, большая расчлененность рельефа, отсутствие покровных суглинков).

Значительным источником питания подземных вод плиоцен-четвертичного горизонта является латеральный подток подземных вод трещинно-карстового водоносного горизонта "верхние известняки" со стороны С-3, С и С-В обрамлений депрессии. Общее направление движения подземных вод имеет место с северовосточного и восточного обрамлений впадины в юго-западном и западном направлениях. При этом, общий поток подземных вод как бы разделяется поднятием Жбель Таярт на два отдельных потока, в какой-то мере огибающих непроницаемые породы массива Жбель Таярт. Поток подземных вод как бы наследует основные направления движения поверхностных вод в северной части по долине реки Ум-Эль-Ашар, а в южной - по долинам рек Сейад и Уарнун.

В районе Гельмим, западнее подножий Жбель Таярт происходит слияние северного и южного потоков подземных вод, аналогично слиянию потоков рек Ум-Эль-Ашар, Сейад и Уарнун.

Пьезометрический уровень подземных вод плиоцен-четвертичного водоносного горизонта изменяется от 545-560м в районе Анджа до 180м в районе Тилуин, то есть уровень грунтовых вод постепенно приближается к поверхности на западе и юго-западе от района Гельмим, где, в принципе, происходит частичная разгрузка подземных вод в погребенное и современное русло реки Ассака, а также их разгрузка путем испарения и транспирации через зону аэрации (что подтверждается и гидрогеохимическими исследованиями). Гидравлический уклон потока подземных вод изменяется в пределах от 0,1 до 0,05.

Обводненность горных пород горизонта характеризуется дебитом скважин при их опробовании (от долей до десятков л/с). По данным опытно-фильтрационных работ, выполненных вблизи г. Гельмим водопроводимость горизонта изменяется от 10 до 730 м2/сут. Физические свойства и химический состав подземных вод горизонта изучены на основе лабораторных работ (более 60 анализов), В целом, подземные воды горизонта характеризуются следующими показателями: рН изменяется в пределах от 7,3 до 8,5; температура - от 20,5°С до 27,5°С, составляя в среднем 23°С; сухой остаток возрастает от 450-500 мг/л в северной и северо-восточной частях депрессии до 2500-2700 мг/л в южной и юго-западной ее частях. Химический состав подземных вод изменяется от гидрокарбонатно-хлоридного натриево-кальциевого с .минерализацией менее 1 г/л до сульфатио-хлоридного натриево-кальциевого с минерализацией до 2-3 г/л. Таким образом, от верховий депрессии (ее северное и северо-восточное обрамления) к ее низовьям (юго-западная и западная части депрессии) отмечается постепенное увеличение минерализации и содержания основных макрокомпонентов вдоль по потоку подземных вод.

Изучение процессов химического обмена подземных вод с горными породами горизонта показывает, что в большинстве случаев (95% изученных образцов) горные породы отдают в воду Са и удерживают Подземные воды плиоцен-

четвертичного водоносного горизонта играют большую роль для хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения в пределах равнины Гельмим.

3.2. Трещннно-карстовый водоносный горизонт нижнекембрийских карбонатных отложений («верхние известняки»). Этот водоносный горизонт изучен совершенно недостаточно и его характеристика дается по весьма скудным данным об использовании источников и по гипотетическим представлениям. Он имеет практически повсеместное распространение в районе исследований. На поверхность выходит как в северной части района в пределах горных сооружений западного Анти-Атласа, так и на юге в пределах массива Бас-Драа. В пределах депрессии Гельмим, он залегает на глубине под покровом среднекембрийских и плиоцен-четвертичных отложений, однако он вполне может быть достигнут буровыми скважинами, особенно на участках блоковых поднятий отложений кембрия.

В пределах впадины Гельмим горизонт «верхние известняки» вскрывается единственной скважиной № 854 в районе Игиссель, где он встречен на глубине порядка 40 м и вскрыт лишь частично. В результате опробования скважины получен водоприток 7 л/с, уровень подземных вод установился на глубине порядка 13 м. Водоносными являются осадочные карбонатные отложения нижнего кембрия, а именно, доломиты и известняки, которые объединяют в серию «верхние известняки». Мощность этих отложений в пределах горных сооружений западного Анти-Атласа более 500м. Верхние известняки разбиты трещинами и разломами, поражены карстом. Глубина развития карста в карбонатных породах западного Анти-Атласа достигает по данным P. Oliva 300-400м и больше. Учитывая их широкое распространение, большую обнаженность в горах западного Ачти-Атласа, сравнительно обильные в горах атмосферные осадки, трещинно-карстовый характер вмещающих пород, водоносный горизонт «верхние известняки», представляется весьма перспективным для накопления в нем значительных ресурсов подземных вод. Об этом свидетельствуют известные источники, изученные в пределах горных обрамлений депрессии Гельмим, где, осуществляется естественная частичная разгрузка подземных вод описываемого горизонта путем их перелива в плиоцен-четвертичный водоносный горизонт.

Эта естественная разгрузка подземных вод горизонта «верхние известняки» в -плиоцен-четвертичный водоносный горизонт происходит из-за того, что в предгорных частях депрессии Гельмим (на СЗ, Си СВ) акадские и даже нижнекембрийские отложения эродированы, что сделало возможным прямой контакт верхних известняков нижнего кембрия с рыхлыми плиоцен-четвертичными отложениями и, соответственно, их гидродинамическую сообщаемость.

Водоносный горизонт «верхние известняки» имеет напорно-безнапорный характер: в пределах значительных по площади выходов верхних известняков в горных сооружениях западного Анти-Атласа и массива Бас-Драа водоносный горизонт является безнапорным. Однако с погружением верхних известняков под толщу среднекембрийских и плиоцен-четвертичных отложений, он должен приобретать '" напорный характер, о чем свидетельствуют замеры пьезометрического уровня в скв. № 854 и восходящий характер источников в виде струй и грифонов, (источники Тимулей, Таскала, Бу-Изакарн и Тагант). Нижним водоупором горизонта являются отложения серии «Ли-до-вен» (сланцы,

кремнистые, гипсовые и другие образования); верхним водоупором служат кембрийские образования. Питание подземных вод трещинно-карстового водоносного горизонта «верхние известняки» осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и поглощения поверхностных вод сетью оврагов и уэдов в зонах интенсивной трещиноватости, дробления и закарстованности верхних известняков на обширных пространствах горных сооружений западного Анти-Атласа и массива Бас-Драа. Об интенсивности поглощения атмосферных осадков и поверхностных вод свидетельствуют наблюдения за дебитом, которые показывают значительные возрастания дебитов источников и ухудшение качества воды в источниках сразу после ливней и гроз. Движение подземных вод водоносного горизонта «верхние известняки» осуществляется в сторону погружения карбонатных отложений, в частности, в сторону депрессии Гельмим.

Об обводненности «верхних известняков» можно судить по дебитам источников в горных обрамлениях депрессии. Так, источник Тимулей имеет средний дебит 32; источник Таскала -14, источник Аземрур - 13л/с. Подземные воды указанных источников используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов (Бу-Изакарн, Тагант и др.) и орошения пальмовых оазисов и оливковых рощ. Суммарный водоотбор из источников горизонта составляет порядка 200л/с.

По результатам откачек из источника Тагант были определены основные параметры водоносного горизонта «верхние известняки»: водопроводимость Т=2590м /сут и коэффициент водоотдачи ц=2*10"4.

Химический состав подземных вод горизонта «верхние известняки» по видимому, мало отличается от химического состава подземных вод плиоцен-четвертичных отложений в предгорных частях депрессии, тем более что здесь имеет место перелив подземных вод из горизонта «верхние известняки» в плиоцен-четвертичный водоносный горизонт и, следовательно, состав и качество' последних определяются этими условиями питания и разгрузки подземных, вод. Они являются пресными гидрокарбонатно-хлоридными натриево-магниево-кальциевыми и, очевидно, удовлетворяющими требованиям, предъявляемым к водам хозяйственно-питьевого назначения. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что источники Бу-Изакарн и Тагант известны очень давно и эксплуатируются в течение длительного периода времени.

Описанный водоносный горизонт «верхние известняки» обладает, по нашему мнению, значительными ресурсами пресных подземных вод и имеет большие перспективы для решения вопросов водоснабжения в пределах депрессии Гельмим и ее окрестностей.

33. Трещинно-карстовый водоносный горизонт верхнепротерозойских карбонатных отложений («нижние известняки»). По тем же причинам, что были рассмотрены выше для водоносного горизонта "верхние известняки" можно также предполагать наличие подземных вод и в верхнепротерозойских отложениях, в частности, в, так называемых, «нижних известняках», которые, по аналогии с выше описанным горизонтом, можно назвать водоносным горизонтом «нижние известняки».

Нижние ' известняки 'аналогично верхним имеют весьма широкое распространение в западном и даже в центральном Анти-Атласе и, таким образом, обладают значительной водосборной поверхностью в горных частях региона. Они имеют также значительную мощность (до 100м), смяты в складки, разбиты трещинами и тектоническими разломами и подвержены карсту. То есть, как и для верхних известняков, все показатели (литология, структура, тектоника, рельеф, климат и другие факторы) благоприятствуют накоплению ресурсов подземных вод и образованию водоносного горизонта в трещинно-карстовой среде. Достоверно установлена, в частности, водоносность этих отложений в районе плато Лаксас. Роль водоупора, разделяющего подземные воды нижних и верхних известняков, играют отложения серии "Ли-до-вен" (рис. 1). Таким образом, подземные воды нижних известняков во многом аналогичны подземным водам верхних известняков, поэтому, а также в виду отсутствия данных, характеристику данного водоносного горизонта приводить не имеет смысла.

Глава 2. Теоретическое и практическое значение определения параметров миграции загрязнителей в подземных водах

В главе рассмотрены теоретические и практические аспекты определения параметров миграции загрязнителей в подземных водах, проанализированы основные понятия и положения конвективно-дисперсной теории массопереноса, особенности миграции компонентов-загрязнителей по водоносному пласту, зональность в процессе миграции и основные типы индикаторных кривых (С = /(/) и С = /(/)) для несорбируемых и сорбируемых компонентов (рис. 2 и 3). Отмечено, что решение основного уравнения массопереноса имеет вид: где

- путь миграции; - скорость фильтрации; - время; - активная

пористость для несорбируемого компонента или эффективная пористость для сорбируемого; В - коэффициент гидродисперсии; С = С-Сц/С<>-Се относительная концентрация компонента-загрязнителя.

2.1. Определение параметров миграции п и '£> по результатам лабораторных

исследований *

v. Определение миграционных параметров проводится в стандартной 4 миграционной колонне. После преобразования выражения для £ получим: / v/n

(Лш,

=г, где п = па<е

2 4Щп

Последнее выражение является уравнением прямой в координатах

(рис. 4). Если процесс идет по прямой, то он соответствует теоретической модели.

Расчет параметров Миграции ведется по (Ьоомулам:

Г'-п

ш

vtf

л =—- и D = -" I

№

Рис. 4. Графики зависимости ¿¡^ от t

• - экспериментальная точка;

1 -прямаяэлиминирования (сорбции;)

2 - прямая ремобилизирования (десорбции)

2.2. Теоретическое обоснование связи между параметрами миграции и коэффициентом фильтрации водовмещающих пород

Практически все слои воды в порах водоносных пород от поверхности твердой фазы вплоть до центра самых крупных пор при движении в фильтрационном потоке преодолевают взаимодействие с центрами адсорбции. В результате молекулы воды и частицы растворенных компонентов испытывают торможение, усиленное силами вязкого трения. В фильтрационном потоке каждый мигрирующий компонент в данном водоносном горизонте и при данном напорном

градиенте имеет свою индивидуальную среднюю скорость его частиц и,-, для воды средняя скорость ее молекул будет и; и всегда больше щ.

Суть понятий "активная пористость" па и "эффективная пористость" пе связана с процессами сорбции (адсорбции). па применяется для несорбируемых компонентов, тогда как пе применяется для сорбируемых компонентов пш > п„.

Под сорбцией твердой фазой растворенных инградиентов в подземных водах понимают следующие процессы:

• физическая адсорбция (адгезия), обусловленная электростатическими силами притяжения к поверхности твердой фазы;

• химическая адсорбция, которая характеризуется образованием химических ассоциатов между ионами или молекулами в подземных водах и на поверхности твердой фазы (пород);

• ионный обмен - сорбция одних ионов, сопровождаемая десорбцией других ионов.

В соответствии с этими определениями физической и химической адсорбции, а также учитывая высокую трансляционную подвижность всех частиц подземного раствора, включая частицы, находящиеся в • ассоциированном (сорбированном) состоянии, мы приходим к выводу, что сорбция в подземных водах происходит практически целиком в поровом пространстве и сорбируемые частицы участвуют в фильтрационном потоке. Такой вид сорбции уместно называть гидродинамической сорбцией. Она проявляется в снижении средней скорости частиц различных компонентов подземных вод. Чем больше сорбируются частицы растворенных веществ, тем меньше их средняя скорость в фильтрационном потоке. Таким образом, смещение индикаторных кривых 2 на рис. 2 и 3 вызвано реальным отставанием сорбируемых частиц от движущихся с большей средней скоростью молекул воды.

Важно отметить, что коэффициент ф?и»ьтрации также связан с преодолением сил взаимодействия, но уже молекул воды, с поверхностью твердой фазы - вода также, как и растворенные вещества, преодолевает при своем перемещении силы вязкого трения, силы притяжения к центрам адсорбции и т.д.

Таким образом, физически оправдано предполагать существование функциональной связи между эффективными пористостями водовмегцаюгцих пород (для различных растворенных веществ) и коэффициентами фильтрации К тех же пород.

Коэффициент гидродисперсии D обычна прямопропорционален скорости фильтрации v, которая при данном напорном градиенте / определяется коэффициентом фильтрации К:

D = SKI,

где д - геометрический параметр механической дисперсии.

Из этого выражения становится ясным, что в разных по проницаемости водоносных породах коэффициенты гидродисперсии D для растворенных веществ должны быть прямопропорциональными коэффициентам фильтрации К. Желательно экспериментально подтвердить существование такой связи.

Глава 3. Методика лабораторного определения параметров мш рации н коэффициента фильтрации в образцах горных пород различного диалогического состава

Для массового определения параметров миграции использовались фильтрационные колонны объемом 0,5 л (делительная воронка для химико-аналитических работ).

Работа лабораторной установки проводилась в следующей последовательности. Предварительно определяется коэффициент фильтрации в режиме стационарной фильтрации. Затем в той же установке определяются параметры миграции. Сначала определение ведется в условиях элиминирования (сорбции) загрязнителя. Образец породы насыщается питьевой водой (фоновая

„ ЯС0,95504ЗС/2 .

вода, имеющая следующий состав: М„, ^ ^^ 27(ЛТ—К)! Эта вода вытесняется

модельным (искусственно приготовленным) раствором загрязнителя в фоновой воде. Определение относительных концентраций ведется методом кондуктометрии (кондуктометр КП-001)

где е - относительная электропроводность, пробы воды;

- текущая электропроводность (соответствует текущей концентрации загрязнителя);

- электропроводность фоновой воды;

с" - электропроводность вытесняющей воды.

Учитывая, что С = к-е, где * - коэффициент электропроводности, получим переход от £ к С:

где - превышение текущей электропроводности над фоновой

электропроводностью; Де" - превышение электропроводности вытесняющего раствора над фоновой электропроводностью;

Таким образом, окончательный рабочей формулой будет:

Расчет параметров миграции ведется по методике изложенной в главе 2.

После завершения определения миграционных параметров в процессе элиминирования переходим к определению этих параметров в процессе ремобилизирования; раствор с максимальной концентрацией загрязнителя насыщающий образец породы, вытесняется питьевой водой. Расчет ведется по тем же формулам, что и для элиминирования. На графике в спрямляющих координатах ¿¡-Л -ч (рис. 4) прямая 2 будет иметь уже положительный наклон. Это никак не влияет на определение величины но величина будет уже

отрицательной. Однако, взятая в квадрат для расчета коэффициента гидродисперсии Б по формуле 2.19: {¿¡Л^' она не изменит хода расчета.

В начальный период исследований модельные растворы (несколько десятков экспериментов) приготавливались путем растворения загрязнителей в дистиллированной воде, а вытесняемой жидкостью в процессе элиминирования также являлась дистиллированная вода (или вытесняющей жидкостью в процессе ремобилизирования). Была отмечено, что при переходе от дистиллированной воды к вытесняющему раствору электролита (загрязнителя) и наоборот весьма существенно изменялся коэффициент фильтрации К. Это приводило к заметным неточностям в результатах исследований (например, графики в координатах которые должны быть прямолинейными, представляли- собой искривленные линии). При переходе к методике с использованием питьевой воды в качестве фоновой коэффициент фильтрации К стал стабильным в процессе исследований, и точность стала заметно выше.

Таким образом, методика кондуктометрического определения относительной концентрации загрязнителей С имеет ряд преимуществ перед традиционными методами.

1. Пробы воды имеют минимальный объем (10 мл).

2. Определения ведутся с высокой скоростью (несколько секунд на 1 определение). Все определения производятся непосредственно в ходе эксперимента без накопления проб.

3. Точность аналитического определения с использованием кондуктометрии достаточно высокая - до 4%.

4. Отсутствует необходимость в аналитиках высокой квалификации. Основными водоносными породами на территории равнины Гельмим, как

было показано в главе 1, являются пески, известняки и сланцы. Образцы этих пород наряду с двумя типами подмосковных песков были исследованы на определение параметров миграции В тех же образцах предварительно

определялся коэффициент фильтрации. Всего было проделано 56 определений по методике, описанной выше. Этому предшествовала отработка методики (более 50 определений) с использованием, в качестве вытесняемых вод и вод для приготовления модельных растворов, дистиллированной и пресной питьевой воды. Следует подчеркнуть, что каждое определение параметров миграции включает до 40 и более измерений концентрации загрязнителей.

Кроме того, 4 определения миграционных параметров на песках были продублированы на установке, где в качестве фильтрационной колоны использовалась стеклянная трубка длиной I = 65с« и диаметр© мЦ елью этих определений было выяснение существования проскоков фильтрующейся воды по стенке. Если бы проскоки существовали, то параметры миграции заметно бы различались в узкой трубке и широкой колонне. Однако этого не произошло, из чего можно сделать вывод, что проскоков не было.

Песок загружался в колонну небольшими порциями в условиях насыщения водой снизу при постоянном утрамбовывании. Небольшие блоки известняков и

сланцев (до 4-5 см) помещались в фильтрационную колонну с максимальным уплотнением.

Для исследований в качестве вытесняющих вод были выбраны растворы нитратов калия КЯ01 и а м м о нЖЖ'на л и ч и е этих загрязнителей наиболее вероятно в стоках района равнины Гельмим). Вместе с изучением зависимости миграционных параметров от коэффициента фильтрации интересно было узнать, имеет ли какое-либо значение смена катиона в нитратах (смена К* на ЫН^).

Глава 4. Анализ результатов экспериментальных работ и выявление зависимостей п, = /(к) и Р-/(Л-)

Для анализа возможных функциональных связей между параметрами миграции и коэффициентом фильтрации применялась

компьютерная программа "Статистика 6". С помощью этой программы проводился регрессионный анализ по расположению экспериментальных точек, при этом подбиралась наиболее близкая кривая регрессии. В соответствии с математическим характером кривой определялась методика трансформации криволинейной связи в линейную. После трансформации криволинейной зависимости в прямолинейную определялся коэффициент корреляции и производилась оценка вероятности существования выявленной связи (или вероятность отрицательной гипотезы). С помощью регрессионного анализа было установлено, что зависимость является логарифмической и имеет

конкретное выражение (см. рис. 5):

л, = 0.6248 - 0,2384К (5.1)

При этом г = 0,9227. Такой тип кривой построенной в координ »¿г-а1хй м е е т уже линейный характер (см. рис. 6) и коэффициент корреляции г при этом вырастает до 0,9703 (вероятность существования связи Я >0,9999). Ниже выражение 5.1 использовалось для прогнозирования значений эффективной пористости по значениям коэффициента фильтрации для территории равнины Гельмим.

Регрессионный анализ, выполненный для зависимости О = /(АГ), показал, что эта функциональная связь является линейной (см. рис. 7):

£> = 00024 + 0,0022/: (5.2)

При этом коэффициент корреляции а вероятность существования

установленной связи Выражение 5.2 также может использоваться для

прогнозирования значения коэффициента дисперсии по значениям коэффициента фильтрации для района равнины Гельмим.

Выбор загрязнителей был сделан на основе того, что в районе Гельмим одними из самых распространенных загрязнителей являются нитраты (хозяйственно-бытовые стоки, удобрения, стоки, из боен и др.). Использовались соли составные части азотистых удобрений и сточных вод.

Важно отметить, что точки для обоих загрязнителей в анализируемых зависимостях ложатся на одни и те же линии регрессии, то есть подчиняются одним и тем же закономерностям.

Отметим также, что в наших экспериментах использовались как образцы гомогенных пород (разнообразные пески), так и образцы гетерогенных пород (известняки, мергелистые известняки, сланцы).

Необходимо отметить, что размещение точек на кривых рис. 5, 6 и 7 не зависит от того какая порода: гомогенная или гетерогенная, например, среди образцов с коэффициентом фильтрации до 12 м/сут имеются и пески и известняки, а среди гетерогенных пород с коэффициентом фильтрации от 20 м/сут до 55 м/сут находятся и гомогенные пески с коэффициентом фильтрации 34,6 м/сут.

Для данных загрязнителей практически единственным аргументом, влияющим на величины эффективной пористости и коэффициента дисперсии, является коэффициент фильтрации. Этот факт объясняется тем, что коэффициент фильтрации является обобщенным параметром, зависящим как от трещинной, так и от поровой водопроводимости.

Таким образом, определяемые параметры миграции - эффективная пористость и коэффициент дисперсии - также являются обобщенными показателями, зависящими как от трещинной, . так и от поровой водопроводимости.

Глава 5. Построение прогнозной карты распределения значений п. и Р

нитратного загрязнения в подземных водах плиоцен-четвертичного водоносного горизонта (комплекса) равнины Гельмим

С одной стороны, при известном характере функциональной зависимости параметров миграции от коэффициента фильтрации (см. гл. 4) построение карты миграционных параметров (п1 и В) не должно представлять особых затруднений. Однако, построение карты фильтрационных свойств изучаемого плиоцен-четвертичного водоносного горизонта является сложной задачей. Это связано со сравнительно слабой изученностью фильтрационных свойств плиоцен-четвертичного водоносного горизонта в пределах равнины Гельмим; значительной фильтрационной неоднородностью этого горизонта; с тем, что опробованы не все литологические разности пород, слагающих водоносный горизонт, а сами опытные скважины расположены вблизи действующих водозаборов г. Гельмим.

Водоносные плиоцен-четвертичные отложения литологически представлены многочисленными формациями, среди которых - конгломераты, отложения конусов выноса, аллювий, известняки и мергелистые известняки озерного происхождения, песчаники и сланцы коры выветривания (в).

Судя по геологическим разрезам, плиоцен-четвертичный водоносный горизонт повсюду представлен как минимум тремя-четырьмя литологическими разностями горных пород. В таких условиях для получения более или менее достоверной карты фильтрационных свойств указанного водоносного горизонта было решено использовать результаты моделирования гидрогеологических условий рлвнины

0.12

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

0.00

-0.02

О

о О у/ о

- 1 .4

-/О * О О

- о

г-0.9156

10

15

20

35

40

45

50 55

С-кмо,

• •НШГЮ]

25 30 Км/сут

Рис. 7. График зависимости коэффициента £> от Кф

£» =-0,0024 + 0,022-ЛГ

Гельмим, выполненные М'БАРАКОМ АГУСИНОМ. Карта водопроводимости была получена в результате моделирования при решении обратной задачи. Достоверность полученной в результате решения обратной задачи модельной карты водопроводимости подтверждена адекватностью построенной модели из>чаемого водоносного горизонта его реальным гидрогеологическим условиям и очень неплохой сходимостью полученной на модели карты гидроизогипс с картой гидроизоптс, построенной по результатам замеров положения уровня подземных вод в скважинах-пьезометрах (в 170 точках). Таким образом, уточненная моделированием карта водопроводимости изучаемого водоносного горизонта представляется обоснованной и достоверной. На основе полученной»карты распределения водопроводимости нами была составлена карта распределения коэффициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта, при этом значения мощности горизонта принимались на основе карты распределения мощностей. Максимальные значения коэффициента фильтрации отмечаются по долинам рек я погребенных русел, минимальные для коры выветривания На основе полученной таким образом карты распределения значений коэффициента фильтрации стало возможным построить прогнозную карту распределения значений миграционных параметров по площади равнины Гельмим (рис. 8). Для перехода от коэффициентов фильтрации к параметрам миграции использовались выявленные зависимости: и

£> = 0.0024 + 0,0022АГ. Была составлена таблица определения значений п( и Б для всех значений К (см. рис. 8).

На карте выделены 3 зоны с характерными значениями коэффициентов фильтрации и параметров миграции.

ктпмс гюопп сипи

Таблица определения значений л, и О0С] по значенияч Кф

Коэффициент Эффективная Коэффициент галродиспьренн

фильтрация К,. ш'сут пористость л. Лв„при/"0 05 и'/с>т

1 21 0605 0 0с»

113 056» 000106

2 1 0 54« ООО!«

2 42 0,533 0 00244

2» 0515 0 00336

3 45 0,497 00045

3 46 0 496 0 00452

52 0454 0(М!

5 77 0,443 000914

69 0425 00114

165 0401 001.9

10 4 0,382 0 0184

12 2 0367 00218

1«,4 0,349 0 0264

173 0330 00322

24.2 0,291 0.(Н6

34 6 0 251 0 0668

57 7 0,205 0 ИЗ

69 2 0186 0 136

Примечание Ди перехода ог £>,и « лольюыться формулой О, = 20 £>,„ /,, где О, • прогнозный коэффициент гнлрсджпсрсии при пропютном маченнн напорного градншта /а Рис. 8. Карта распределения шячеинй миграционных параметров по площади равцпны Гельмпм, полученная по шченлям коэффициента фильтрации

Заключение

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. В результате анализа большой совокупности природных факторов: палеогеографических, структурно-тектонических, геолого-литологических, климатических, палеогидрогеологических, гидрогеологических и других, а также материалов геолого-гидрогеологических исследований различных авторов впервые для данной территории (впадина Гельмим и ее горные обрамления) предложена гидрогеологическая стратификация разреза, слагающих ее горных пород, с выделением трех гидрогеологических единиц и разделяющих их водоупорных образований.

2. Анализ геолого-структурных, тектонических, литолого-фациальных, гидрогеологических и других данных свидетельствует, что основной водоносный горизонт равнины Гельмим так называемый "водоносный горизонт плиоцен-четвертичных отложений" представляет собой весьма сложное в литологическом отношении образование, представленное разнообразными формациями отложений (отложения конусов выноса, осыпи, озерные карбонатные отложения, аллювий, пролювий, покровные суглинки), имеющими значительную фильтрационную неоднородность как в плане, так и в разрезе. Все эти водовмещающие отложения залегают на эродированном, выветрелом и разбитом разломами кембрийском основании, выветрелая часть которого также' является водоносной и входит в рассматриваемый горизонт, который было бы более правильным по сложности гидрогеологических условий считать водоносным комплексом. Наиболее обоснованной в таких условиях является карта распределения коэффициента фильтрации, уточненная моделированием.

3. Все слои воды в порах водоносных пород от" поверхности твердой фазы вплоть до центра самых крупных пор при движении в фильтрационном потоке преодолевает взаимодействие с центрами адсорбции. В результате молекулы воды и частицы растворенных компонентов испытывают торможение, усиленное силами вязкого трения. В фильтрационном потоке каждый мигрирующий компонент в данном водоносном горизонте и при данном напорном градиенте имеет свою индивидуальную среднюю скорость его частиц. Сорбция в подземных водах происходит целиком в поровом пространстве и сорбируемые частицы участвуют в фильтрационном потоке.

4. При проведении массовых определений параметроз миграции в различных водовмещающих породах в качестве лабораторной установки удобно использовать стандартную химическую делительную воронку объемом 0,5 л. Такая установка не требует большого количества исследуемой воды, а применение кондуктометрии позволяет вести определения содержание загрязнителей с большей скоростью при достаточно высокой точности непосредственно в ходе эксперимента без накопления проб. *

5. Часть определений миграционных параметров на песках были продублированы на установках, где в качестве фильтрационной колоны использовалась стеклянная трубка длиной и диаметром

Если бы существовали проскоки по стенкам установок, то параметры миграции заметно бы различались в узких трубках и широких колоннах. Однако этого не произошло, из чего можно сделать вывод, что проскоков не было.

6. С помощью регрессионного анализа было установлено, что зависимость имеет конкретное выражение

Эта кривая, будучи построенная в координатах пе +1ёК, трансформируется в прямую регрессии с коэффициентом корреляции (вероятность

существования связи Найденная зависимость от

использовалась для прогнозирования значений п, по значениям К для района Гельмим.

7. Регрессионный анализ, выполненный для зависимости показал, что эта функциональная связь является линейной: О = 0,0024 + 0.0022Д: при г = 0,9156 и Р>0,9999. Эта зависимость также использовалась для прогнозирования значения Б по значению К для района Гельмим.

8. Точки для обоих загрязнителей (ШО, и Л'Я<М5)) в анализируемых зависимостях ложатся на одни и те же линии регрессии, то есть подчиняются одним и тем же закономерностям.

9. Исследования, сделанные для гомогенных пород (разнообразные пески) так же как и для гетерогенных пород (трещиноватые известняки и сланцы) показали, что размещение соответствующих точек на кривых подчиняется одним и тем же закономерностям.

10. В виду сложности строения объекта (водоносный комплекс плиоцен четвертичных отложений) в качестве основы для построения карты параметров миграции нитратов принята уточненная моделированием карта водопроводимости, которая была затем трансформирована в карту распределения значений коэффициента фильтрации с учетом характера изменения мощности плиоцен-четвертичного водоносного комплекса. Полученная таким образом фильтрационных свойств изучаемого объекта представляется достаточно обоснованной и достоверной, что доказывается хорошей сходимостью воспроизведенной на модели карты гидроизогипс с реальной картой гидроизогипс изучаемого объекта.

11. Используя теоретически установленные и подтвержденные опытным путем зависимости параметров миграции нитратов от коэффициента фильтрации (см. п.п. 6 и 7), на основе карты фильтрационных свойств объекта построена карта миграционных параметров для основного водоносного горизонта равнины Гельмим. Эта карта имеет предварительный характер, и в дальнейшем может уточняться.

Задачи дальнейших исследований

1. Продолжить лабораторные исследования с целью изучения зависимостей параметров от коэффициента фильтрации широкого спектра водоносных пород для других загрязнителей и индикаторов загрязнения; в том числе, таких, как: ХПК, БПК, пестициды, нитриты, фосфаты, железо

фенолы, тяжелые металлы и др.

2. Провести углубленные лабораторные исследования зависимостей миграционных параметров различных компонентов от таких факторов, как: концентрация загрязнителей; напорный градиент и скорость фильтрации; химический состав вытесняемых вод; миграция в условиях элиминирования и ремобилизирования и т.п.

3. Провести исследования, аналогичные указанным в п.п. 1 и 2, с применением опытно-миграционных работ, в том числе для района Гельмим.

4. Продолжить составление прогнозных карт распределения миграционных параметров с применением разработанной методики на стадии экспертных оценок для других регионов.

Подписано в печать /2.05.04. Объем (,0 п.л. Тираж -жз.

Редакционно-издательский отдел МГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23