Математическое моделирование глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов

Данилов, Владислав Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Математическое моделирование глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов
ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов"

00'

0246

На правах рукописи

Данилов Владислав Владимирович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЛУБИННОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (на примере Сибирского химического комбината)

Специальность 25.00.07 - Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 4 ОКТ 2010

Томск-2010

004610246

Работа выполнена в Северском технологическом институте - филиале Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Носков Михаил Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Покровский Дмитрий Сергеевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор Лехов Алексей Владимирович

Ведущая организация: ФГУГП "Гидросиецгеология" г. Москва

Защита состоится «20» октября 2010 г. в 14— часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.269.03 при Национальном исследовательском Томском политехническом университете по адресу: 634034, Томск, пр. Ленина, 30

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета по адресу г. Томск, ул. Белинского, д.55.

Автореферат разослан «_» сентября 2010 г.

Ученый секретарь совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Работа предприятий атомной промышленности привела к накоплению большого количества радиоактивных отходов, значительная часть которых имеет жидкое состояние. Одним из способов изоляции жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от сферы активной жизнедеятельности человека является их захоронение в глубоко залегающие геологические формации на специально оборудованных полигонах. Безопасность - одно из главных требований при захоронении ЖРО. Обеспечение безопасности основывается на возможности прогнозирования изменения состояния пласта-коллектора и распределения компонентов отходов в геологической среде. Для прогнозирования последствий глубинного захоронения ЖРО целесообразно применение математического моделирования. Значительный вклад в развитие моделирования гидрогеологических и систем, в том числе с использованием методов численного моделирования внесли: М.Б. Букаты, А.И. Зинин, A.A. Куваев, И.С. Карпов, Ю.В. Ми-роненко, В.Н. Озябкин, В.Г. Румынии, JI.H. Сипдаловский, Г.А. Соломин, Ю.Г. Шваров, В.М. Шестаков, P.C. Штенгелов, W. Chiang, W. Kinzelbach, N. Remy, С.-F. Tsang, др. Результаты применения моделей, описывающих процессы, протекающие при захоронении ЖРО, отражены в работах: M.JI. Глинского, Е.В. Захаровой, И.М. Косаревой, Ю.В. Макушина С.П. Позднякова, А.И. Рыбальченко, JI.M. Самсоновой и др.

Однако, существующие в настоящее время модели, используемые для описания глубинного захоронении ЖРО и его последствий, рассматривают объекты и процессы, имеющие различные пространственные и временные масштабы. Вследствие того, что объекты различных масштабов, от прифильтровой зоны скважины до всего района расположения полигона глубинного удаления ЖРО, являются частями единой гидрогеологической системы, возникает необходимость комплексного рассмотрения процессов в ней протекающих. Поэтому для описания эволюции этой системы целесообразно использование многоуровневой иерархической модели.

Цель работы - создание многоуровневой модели геологической среды района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО Сибирского химического комбината (СХК) и оценка последствий захоронения отходов методом математического моделирования.

Основные задачи исследования:

- разработать методику построения цифровых иерархических моделей стратифицированных геологических объектов;

- выполнить анализ и интерпретацию результатов геологических и гидрогеологических работ, проведенных в районе расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК;

- определить область моделирования, установить число рангов в иерархической модели и количество субмоделей, необходимых на каждом из

рангов иерархии;

- создать многоуровневую гидрогеологическую модель района расположения полигона;

- выполнить с помощью построенной иерархической модели эпи-гнозные (ретроспективные) и прогнозные расчеты изменения состояния гидрогеологической системы под действием фильтрата ЖРО;

- дать комплексную оценку влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК на подземную гидросферу района.

Объектом исследования является геотехнологическая система, сформировавшаяся в районе расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, в результате поступления отходов в песчаные горизонты стратифицированной толщи осадочного чехла Западно-Сибирской плиты. Предметом исследования является комплексная оценка последствий эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО СХК для подземной гидросферы.

Теоретическая и методологическая база исследования. При выполнении работы автор опирался на теоретические подходы к математическому моделированию геологических объектов и исследованию гидрогеологических процессов, в них протекающих, изложенные в трудах: Ю.С. Ананьева, Г.С. Портова, В.А. Голубева, Ю.Е. Капутина, В.М. Шестакова, С.Л. Шварцева, С.П. Позднякова, М.Б. Букаты, Е.А. Ломакина, В.А. Ми-роненко, В.А. Дунаева, A.B. Герасимова, Ю.А. Волобуева и др.

Фактическим материалом для написания работы послужили данные геотехнологического мониторинга по 483 контрольным скважинам, расположенным в пределах полигона глубинного захоронения ЖРО и его горного отвода недр, за период 1993 - 2008 г.г., результаты интерпретации данных геофизических исследований и описания керна, выполненные при сооружении этих скважин. Использовались результаты интерпретации данных опытно-фильтрационных работ (ОФР) 1961 - 1963 г.г., выполненных при гидрогеологических изысканиях полигона СХК, и результаты ОФР 1999-2001 г.г., выполненных для оценки степени гидравлической изолированности пластов коллекторов от буферных горизонтов.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались традиционные методы, применяемые для интерпретации первичных данных геотехнологического мониторинга. Для восстановления недостающей информации при создании структурной модели гидрогеологической среды использовались интерполяционные методы: детерминистический и геостатистический. Для моделирования процессов, протекающих в геологической среде при взаимодействии компонентов ЖРО с вмещающими породами и поровыми водами, применялся численный метод, при этом на каждом из уровней иерархии модели последовательно решались геофильтрационная и геомиграционная задачи. Для выполнения и оформления работы использовались следующие стандартные пакеты программ:

ArcGIS 9.3, Surfer 8.0, Adobe Photoshop 9.0, Microsoft Office 2003, PMWin-Pro, MODFLOW-2000, MT3DMS и EditKar, а так же использовалось оригинальное программное обеспечение КРОт-2в.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• разработана оригинальная методика для описания стратифицированного геотехнологического объекта с помощью цифровой иерархической модели, впервые сформулированы и представлены в виде математических зависимостей условия согласования структурно-геологических и геофильтрационных параметров модели;

• впервые для района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК построена трехуровневая иерархическая модель, которая согласованно описывает строение различных участков исследуемого объекта с требуемым уровнем детальности;

• с помощью созданной модели проведены согласованные прогнозные и эпигнозные расчеты состояния пластов-коллекторов и примыкающих к ним песчаных и глинистых слоев, на основании которых выполнена комплексная оценка влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК на подземную гидросферу района.

Достоверность полученных результатов основана на использовании научно-обоснованных и общепринятых способов интерпретации первичных данных; логической обоснованности применяемых методик построения отдельных моделей; применении общепринятых законов для их взаимного согласования; использовании при проведении эпигнозных и прогнозных расчетов широко применяемых программных продуктов; подтверждении результатов моделирования данными наблюдений.

Практическая значимость работы. Созданная трехуровневая иерархическая модель используется для визуализации и анализа литологической и гидрогеологической структуры района полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, и для описания поведения компонентов ЖРО в его разномасштабных участках. Результаты модельных расчетов использованы для обоснования безопасности эксплуатации полигона при получении лицензии па право пользования недрами, определения периодичности выполнения мониторинговых измерений при разработке геотехнологического регламента полигона. Созданная модель использована в качестве основы при разработке постоянно действующего информационно-моделирующего комплекса, применение которого позволит повысить эффективность и безопасность эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

На защиту выносятся: 1. Методика создания трехмерной иерархической модели, описывающей гидрогеологическое строение стратифицированной осадочной толщи, заключающаяся в представлении исследуемого объекта в виде совокупности вложенных слоистых субмоделей различных масштабов и согласовании их гидрогеологических параметров.

2. Трехуровневая математическая модель гидрогеологического строения района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, которая согласованно описывает: район расположения полигона, эксплуатационные и буферные горизонты в пределах его границ, а так же прифильтровые зоны нагнетательных скважин.

3. Комплексная оценка последствий глубинного захоронения ЖРО для пластов-коллекторов непосредственно на территории размещения полигона и для подземной гидросферы района в целом, сделанная на основе созданной гидрогеологической модели.

Личный вклад автора состоял: в анализе и интерпретации данных геотехнологического мониторинга, а так же результатов ГИС и ОФР в качестве исходных данных для задания параметров моделируемых объектов; в участии в разработке концепции и методики построения иерархических цифровых моделей стратифицированных геологических толщ; в создании трехуровневой иерархической модели гидрогеологической среды полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, в выполнении эпигнозных и прогнозных расчетов; в формулировании выводов по результатам работы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены на: VI и VII научно-практических конференциях СХК (Се-верск, 2001, 2003); IV и V Российских конференциях по радиохимии (Озерск, 2003, Дубна, 2006); Международной конференции «Underground injection science and technology» (Беркли, США 2003); отраслевых научно-технических конференциях «Технология и автоматизация атомной энергетики» (Северск, 2005, 2006, 2008, 2009); VII Международной конференции «Безопасность ядерных технологий и обращения с РАО» (С.-Петербург,

2004); Международном семинаре «Опыт эксплуатации полигонов захоронения промышленных стоков и радиоактивных отходов» (Димитровград,

2005); Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2007); Российской межотраслевой научно-технической конференции «Захоронение жидких радиоактивных отходов - прошлое, настоящее, будущее» (Северск, 2007); научно-практической конференции молодых специалистов и аспирантов «Молодежь ЯТЦ: наука и производство» (Северск, 2007); III международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, 2009); Всероссийском совещании по подземным водам востока России (Тюмень 2009); Международной научно-технической конференции «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования» (Москва, 2010).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 8 статьях опубликованных в печатных изданиях рекомендуемых ВАК, 13 тезисах докладов. Получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка цитируемой литературы. Материал работы из-

ложен на 188 страницах, включая 7 таблиц, содержит 64 рисунка и список литературы из 134 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследования, сформулирована научная новизна результатов, перечислены выносимые на защиту положения, показана практическая значимость работы, представлена структура диссертации.

В первой главе представлен полигон глубинного захоронения ЖРО СХК как объект моделирования. Описаны природно-геологические и гидрогеологические условия района его размещения, представлены технологические объекты, оказывающие непосредственное воздействие на геологическую среду, приведена существующая система мониторинга недр.

Во второй главе описаны способы получения исходных данных о структуре, фильтрационных, емкостных и сорбционных параметрах гидрогеологических объектов. Проанализированы основные математические зависимости, связывающие эти параметры. Рассмотрены способы представления геологической среды в математических моделях различного типа, приведены их анализ и классификация. Обосновано, что для описания гидрогеологической системы в районе расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК оптимальным является применение трехмерных слоистых моделей. Проанализированы функциональные возможности и сделан сравнительный анализ наиболее известных компьютерных программ для моделирования геологической среды и протекающих в ней гидрогеологических процессов.

Выполнен обзор работ посвященных математическому моделированию процессов, протекающих в подземной гидросфере в результате захоронения ЖРО. Показано, что масштаб объектов исследования изменяется в пределах трех порядков: от десятков метров до десятков километров. Мелкомасштабные модели используются для описания долговременных геоэкологических последствий. Модели среднего масштаба описывают процесс эксплуатации геотехнологических участков. Крупномасштабные модели применяются для изучения физико-химических процессов, протекающих в отдельных технологических объектах. Таким образом, обоснованно, что для адекватного прогнозирования последствий эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО необходимо совместное использование нескольких моделей различных масштабов, увязанных в единую иерархическую модель, для функционирования которой требуется создание соответствующей модели геологической среды, включающей в себя несколько взаимосвязанных цифровых субмоделей различных масштабов.

В третьей главе представлена структура и методика построения иерархической модели стратифицированной осадочной толщи. Процесс создания модели подразделяется на несколько этапов: анализ гидрогеологической системы и ее отдельных объектов; определение количества уров-

ней иерархии, необходимое и достаточное для адекватного описания этой системы; определение числа субмоделей, требуемых на каждом из уровней иерархии; задание пространственных границ (в плане и в разрезе) для каждой субмодели; проведение вертикальной и плановой дискретизации субмоделей; задание значений сеточных функций, описывающих структурные, емкостные и фильтрационные параметры для каждой ячейки в слоях субмоделей; обеспечение условий согласования параметров при замещении ячеек вмещающей субмодели ячейками вложенных субмоделей.

Структура иерархической модели рассмотрена на примере трехран-говой модели. Субмодель I ранга описывает район расположения исследуемой системы, II ранга - геотехнологические участки, III ранга - отдельные геотехнологические объекты. Определение положения пространственных границ каждой из субмоделей осуществляется исходя из решаемых задач. Объектом изучения субмодели I ранга, является вся толща осадочных отложений исследуемого района, ее верхней границе отвечает дневная поверхность, а нижней - поверхность фундамента. Для субмоделей более высоких рангов верхняя и нижняя границы выбираются в соответствии с размерами изучаемых объектов. Плановые размеры области модели принимаются таковыми, чтобы в ее пределах не только помещался весь описываемый объект, но и изменения параметров субмодели на границах, вызванные функционированием объекта, были минимальными. Для субмодели I ранга идеальным является случай, когда плотность потока на боковых границах на всех этапах моделирования равна нулю. Субмодели II ранга охватывают территории описываемых ими технологических участков. Субмодели III ранга соответствуют зонам наиболее значимых физико-химических изменений, вызванных воздействием отдельных технологических объектов. После уточнения положения плановых границ область субмодели I ранга вписывается в прямоугольный блок, ориентированный в соответствии с осями местной декартовой системы координат, что дает возможность использования прямоугольных числовых массивов для описания моделируемой системы. Области субмоделей II и III рангов тоже имеют форму прямоугольников, плановые границы которых ориентированы параллельно границам субмодели I ранга.

Слоистая модель представляет моделируемую систему как совокупность субгоризонтальных слоев. Каждому из этих слоев соответствует простое тело, сверху и снизу ограниченное правильными поверхностями, которые имеют не более одной точки пересечения с любой вертикальной линией. Каждая из поверхностей этих одновременно является подошвой перекрывающего и кровлей для подстилающего слоя, за исключением поверхностей, соответствующих кровле и подошве всей области моделирования. В области выклинивания отдельных литологических разностей соответствующие структура модели не может быть описана правильными поверхностями без дополнительного разбиения сложных тел на простые.

Методика разбиения сводится к следующему: Анализируются все колонки скважин, вскрывающих исследуемую толщу; определяется количество прослоев необходимое и достаточное для описания толщи с требуемым уровнем детальности. Все выделенные прослои отделяются друг от друга правильными поверхностями, при этом принимается, что каждый из выделяемых прослоев простирается на всю моделируемую площадь, но на участках выклинивания его верхняя и нижняя поверхности совпадают (рис. 1).

Рисунок 1 - Этапы преобразования геологических объектов в простые тела для создания слоистой модели

Выделение слоев в субмоделях осуществляется в соответствии со стратифицированным строением и технолого-гидрогеологическими особенностями геологической среды. В зависимости от ранга модели, каждому слою соответствуют элементы стратифицированной толщи различного масштаба. Прослои субмодели большего ранга выделяются из слоев субмодели меньшего ранга путем их расщепления. В субмодели I ранга в качестве слоя рассматриваются водоносные или водоупорные горизонты. Слоям субмодели II ранга соответствуют преимущественно песчаные или глинистые прослои. В субмоделях III ранга слои описывают пропластки отдельных литологических разностей.

Нумерация слоев всех субмоделей осуществляется сверху вниз. Для субмодели I ранга, в которой общее число слоев S, каждому слою присваивается индекс 5 =(1, 2,,, S'). Так как иерархическая модель может включать в себя несколько субмоделей II, III рангов, для обозначения их порядковых номеров используются индексы q и q' соответственно. Общее число слоев в g-той субмодели II ранга составляет S'q, а в q '-той субмодели III ранга - S"q■. Слои субмоделей высоких рангов идентифицируются с помощью комбинированных индексов. Для идентификации слоев субмодели II ранга используется индекс s,s',q, в котором s наследуются от индекса субмодели I ранга, s' обозначает порядковый номер прослоя в слое s субмодели I ранга, а значение индекса q соответствует номеру субмодели II ранга. Для обозначения слоев субмодели III ранга q' используется индекс s,s',q,s",q\ в котором s,s',q наследуются от индексов субмоделей меньших рангов, а s" обозначает порядковый номер прослоя в слое s' субмодели q II ранга. Если в составе иерархической модели имеется только одна субмодель II ранга, ее идентификационный номер q может быть опущен.

Плановая дискретизация слоев модели каждого ранга осуществляется с помощью равномерной квадратной сетки. Положение узла сетки субмодели I ранга определяется индексом (ij). Сопряжение сеток моделей различных рангов достигается путем разбиения ячейки сетки модели

меньшего ранга на d2 ячеек сетки моделей большего ранга (cl - целое число, равное соотношению длин сторон ячеек моделей меньшего и большего рангов). Индексы, обозначающие узлы сеток субмоделей II и III рангов, являются комбинированными. Для субмодели II ранга - (i,i',j,j'), III ранга - 0,i',i",jj",j")- Пары чисел /",у" (для субмодели II ранга) и /",/" (для субмодели III ранга) обозначают положение узла в сетке, а предыдущие части индекса наследуются от индекса ячейки субмодели меньшего ранга.

Геометрическое строение стратифицированной толщи описывается заданием абсолютных отметок для кровель модельных слоев и подошвы нижнего слоя. Для обозначения кровли каждого из слоев модели применяется индексация, аналогичная индикации, используемой для обозначения этих слоев. Положение каждой поверхности раздела определяется значениями абсолютной отметки hj в узле i,j (в субмодели II ранга - h, ^/'"'', III ранга - Мощность слоя т однозначно определяется значе-

ниями соседних поверхностей раздела: m'j =h'j-h'j (субмодель I ранга),

(субмодель II ранга), ЧЙилг = Khwj-- (субмо-

дель III ранга). Геофильтрационные и емкостные свойства среды для каждого слоя описываются набором двумерных сеточных функций. Расчет значений функций в узлах сеток осуществляется путем площадной интерполяции исходных данных о фильтрационных и емкостных свойствах моделируемой толщи.

Пространственная вложенность слоев и ячеек субмоделей обуславливает необходимость согласования всех параметров при переходе от субмодели меньшего ранга к субмодели большего ранга. Из условия сохранения объема среды, при переходе от меньшего ранга к большему, следуют соотношение согласования мощностей слоев (т), пористости (и), и упругой емкости (7 ). Соотношения согласования латеральных (Кх, К у) и вертикального (Kz) коэффициентов фильтрации вытекают из условий равенства плотности потока через ячейки в субмоделях большего и меньшего рангов. Например, для согласования параметров субмоделей I и II рангов формульные зависимости имеют следующий вид:

( 1 V' т* (

(Kxv)\f=M!,j X X г..г —' (Kz)ij=-jrX X:

f.s\ f "hj'j.j\^x(r))i,rj,fJ

В четвертой главе представлена иерархическая модель полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, в состав которой входят субмодели трех рангов: I ранг - район расположения полигона; II ранг - эксплуатационные и буферные горизонты и разделяющие их водоупоры в границах полигона; III ранг - комплекс прискважинных субмоделей.

Ч\1Г

Субмодель I ранга описывает всю толщу осадочного чехла в районе размещения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК (рис. 2). Общее число слоев, выделяемых в субмодели I ранга, составляет 15, выделение их осуществлялось в соответствии с системой геотехнологической стратификации принятой на СХК (рис. 2, б), табл. 1).

Таблица 1 - Цитологическая характеристика горизонтов, описываемых слоями субмодели I ранга, и соотношение между геотехнологической, геологической и модельной системами индексации слоев.

Индекс слоя в системе стратификации СХК Геологический ивдекс слоя в местной стратификации Цитологическая характеристика горизонтов описываемых субмоделью I ранга Индекс s слоя в модели I ранга Количество слоег в модели II ранга

VI aQin-iv, Qntg, N2-Qikc, P3lt Аллювиальные отложения террас реки Томь и ее притоков, слои песков переслаивающиеся прослоями глин и суглинков 1 -

G Рзпш Глины с прослоями песка и алеврита с пластинами бурого угля 2 -

V P2at Пески кварцевые и кварцполевошпато-вые с небольшой примесью каолинита, в основании свиты встречается галька 3 -

F P2tv Глины тонкослоистые с прослойками кварцевого алеврита и песка 4 -

IVa P2tv Пески преимущественно кварцевые 5 -

Е P2tv Глины тонкослоистые с прослойками кварцевого алеврита и песка 6 -

IV P2H Пески разнозернистые 7 33

D Pill, K2sms Глины песчанистые 8 41

III K2sms Пески мелкозернистые, глинистые 9 31

С K2sms Глины песчанистые 10 19

II K2sms Пески мелкозернистые, глинистые И 14

В K2smn Глины и алевропелиты 12 11

I K2smn Пески различной зернистости и глинистости с включениями детрита. 13 10

А2 K2smn Переотложенные коры выветривания (пески серы, зеленовато-серые разно-зернистые, в кровле встречаются слои серо-зеленых и пестроцветных глин) 14 -

AI eT-Ji Первичные коры выветривания (плотные глины серые, зеленовато-белые, каолинитизированные со слабо выраженной первичной слоистостью) 15 -

модели I ранга, пунктирной - границы модели II ранга)

В гидрогеологическом плане район расположения полигона является краевой, относительно обособленной частью Западно-Сибирского артезианского бассейна. Структура фильтрационного потока является главным фактором, обуславливающим выбор боковых границ субмодели. Направление потока во всех горизонтах западно-юго-западное. Областью питания приповерхностного горизонта служит локальная возвышенность, расположенная восточнее полигона, ее водораздельная линия принята за восточную границу субмодели. Области питания остальных горизонтов осадочного чехла располагаются восточнее на Томь-Чулымском водоразделе, в связи с чем, при моделировании геофильтрации, на восточной границе для этих горизонтов задавалось граничное условие III рода. Областью разгрузки всех горизонтов является долина р. Томь, русло которой принято за западно-юго-западную границу. С юга и севера модель ограничивалась, соответственно, руслами p.p. Самуська и Б. Киргизка (рис. 2, а), которые являются наиболее крупными правобережными притоками р. Томь в районе. Эти реки дренируют приповерхностный горизонт, а их общие направления совпадают с линиями тока подземных вод во всех нижележащих моделируемых горизонтах.

Описываемый субмоделью I ранга участок вписан в прямоугольную область размером 25x25 км, которая по равномерной сетке разбита на квадратные ячейки со стороной 100 м. Площадь субмодели I ранга составляет около 400 км2. Ячейки, которые оказываются за границами моделируемой области, являются неактивными - то есть не используются при проведении расчетов. Общее количество активных ячеек в каждом слое субмодели составляет 39569. Всем ячейкам каждого слоя на основании данных опытно-фильтрационных работ и анализа литологических колонок скважин присваивался набор фильтрационных и емкостных параметров.

Субмодель II ранга описывает толщу осадочных пород полигона глубинного захоронения ЖРО (рис. 3). Вертикальная дискретизация субмодели II ранга осуществлялась путем расщепления слоев субмодели I ранга, описывающих эксплуатационные, буферные горизонты и разделяющие их водоупоры, на отдельные прослои, соответствующие определенным литологическим разностям пород (табл. 1). В результате проведенной дискретизации, общее число слоев выделяемых в субмодели II

Рисунок 3 - Слои (а) и область (б) модели II ранга

(Светлым тоном показаны слои, соответствующие водоносным горизонтам, темным -водоупорным слоям, переходными тонами обозначены пласты коллекторы. Приводится каждая пятая из 160 поверхностей раздела слоев. Сплошной линией ограничена прогнозируемая область распространения фильтрата ЖРО в пластах-коллекторах на момент окончания эксплуатации полигона. Штрих-пунктиром выделены линии поперечных разрезов, темными прямоугольниками - области прискважинных моделей.)

Боковые границы субмодели II ранга заданы таким образом, чтобы фильтрат отходов находился в пределах области моделирования в течение всего проектного времени эксплуатации полигона. Площадь субмодели равна 40 км2, в плане она соответствует прямоугольному блоку 50 х 80 ячеек субмодели I ранга, расположенному в ее центральной части (рис. 2).

Сетка субмодели II ранга получена из сетки субмодели I ранга делением каждой из ячеек на 16 частей (с1 = 4). Общее количество ячеек в одном слое составляет 200 х 320. При присвоении ячейкам каждого слоя субмодели II ранга фильтрационных и емкостных параметров обеспечивались условия их согласования с параметрами, замещаемых ими ячеек субмодели I ранга.

Рисунок 4 - Вертикальные разрезы массива модели II ранга по профилю (1-1) меридионального а), и в широтного (П-П) направлений б). Темным тоном показаны глинистые слои, светлым - песчанистые

Субмодели III ранга подразделяются на два типа. Модели I типа описывают участки пластов-коллекторов, примыкающие непосредственно к фильтровым зонам отдельных нагнетательных скважин, используемых для захоронения нетехнологических отходов. Модели II типа описывают области пласта-коллектора, подвергшиеся значительному техногенному изменению вследствие захоронения технологических отходов. Таким образом, для каждой нагнетательной скважины, используемой для захоронения нетехнологических отходов, создается отдельная модель III ранга. На участке захоронения технологических отходов выделяются 10 моделей III ранга (рис. 5), которыми описываются области техногенных изменений от всех нагнетательных скважин, когда-либо действовавших на этом участке.

О 500 1000м

Рисунок 5 - Области моделей III ранга на участке для захоронения технологических отходов. Темными прямоугольниками показаны области каждой модели, черными окружностями показаны области техногенных изменений от каждой скважины

Слои, выделяемые для субмоделй III ранга, устанавливаются на основании анализа керна и результатов комплексных скважинных геофизических исследований. Количество выделяемых прослоев для каждой из субмоделй уникально и определяется литологическими особенностями прифильтровых зон моделируемых нагнетательных скважин.

В пятой главе приводятся результаты эпигнозных и прогнозных расчетов, выполненных с помощью созданной иерархической модели полигона глубинного захоронения ЖРО СХК. Для выполнения расчетов на субмоделях I и II рангов использовалась моделирующая система PMWIN (модули MODFLOW-2000 и MT3DMS). Расчеты на субмодели III ранга выполнялись с применением оригинального программного обеспечения КРОт2в (разработка сделана на кафедре физики СГТА).

С использованием субмодели I ранга выполнялся прогноз последствий эксплуатации полигона. Прогнозный период - 1000 лет. В рамках консервативного подхода принято условие постоянной эксплуатации городских водозаборов ЗАТО Северск. Начальное распределение нейтрального компонента, соответствующее моменту прекращения захоронения на полигоне, устанавливалось на основании расчетов, выполненных с использованием субмодели II ранга.

Анализ результатов моделирования показал, что миграция загрязнения в обоих эксплуатационных горизонтах имеет юго-западное направление (рис. 6). Средняя скорость миграции отходов в эксплуатационных горизонтах составляет 4-6 м/год. Смещение центров масс нетехнологических отходов, в обоих эксплуатационных горизонтах составит около 3.5 км (рис. 6). Смещение центра массы технологических отходов в нижнем эксплуатационном горизонте достигает 5 км (рис. 6а). При консервативном принятии нитрат-иона, как нейтрального компонента, области с его концентрацией, превышающей ПДК (45 мг/л), в течение всего времени моделирования будут находиться в пределах горного отвода недр. Для сорбируемых и распадающихся радионуклидов эти области существенно меньше.

Водозабор 1

Водозабор 2

Рисунок 6 - Прогноз распределения напоров и нейтрального компонента на 3015 год в нижнем (а) и верхнем (б) эксплуатационных горизонтах. Пунктиром показана граница горного отвода недр. Темным тоном выделены области с содержанием нитратов более 45 мг/л

Скорость фильтрации через ограничивающие пласты коллекторы глинистые водоупоры незначительна, ее среднее значение составляет менее 1 см/год. Около 81.5% от исходного количества техногенного нитрат-иона в течение всего периода моделирования останется в пределах эксплуатационных горизонтов. Порядка 17.8 % загрязнителя задержится глинистыми водоупорами. Выход нитрат-иона в верхний буферный горизонт составит менее 0.001 %. В горизонт, используемый для питьевого снабжениями водозаборами городов Северска и Томска, нитрат-ион не поступит.

На основе модели II ранга выполнялись расчеты миграции нейтрального компонента в пределах эксплуатационных горизонтов на полигоне глубинного захоронения ЖРО. Моделирование проводилось с момента пуска полигона в эксплуатацию до планируемого срока окончания эксплуатации (с 1963 по 2016 г.г). Для верификации модели и калибровки геофильтрационных и геомиграционных параметров выполнено эпигноз-ное моделирование (1963-2006 г.г.). Модельные расчеты хорошо согласуются с результатами замеров пьезометрических уровней и данными геохимического опробования в наблюдательных скважинах (рис. 7).

150 т ^ Концентрация ЫОэ [мг/л]

данные геохимического опробования '1 0.1 1 10 100 1000 10000

а)

Январь 1983 Дата

Январь 1993

Январь 2003

скважи краевой Части"

г части- у

^[ГЗЩЕГ загрязнения

10000 _ с

1000 i

100 О

о;

10 ^ о.

1 t ф

01 I 0.01

Рисунок 7 - Сравнение модельных расчетов с результатами замеров пьезометрических уровней в контрольной скважине (а) и данными геохимического опробования (б)

Результаты прогнозного моделирования показали - в конце эксплуатации полигона область загрязнения будет находиться в пределах его территории на значительном удалении от границ горного отвода недр. Наименьшее расстояние между границей горного отвода недр и фронтом нитратного загрязнения (по уровню Ю"5 от исходной концентрации) в 2015 г. составит около 1.5 км. Этот участок будет находиться в северо-восточной части горного отвода недр, поскольку естественное направление потока подземных вод во всех водоносных горизонтах юго-западное, то после остановки полигона расстояние между границей отвода и областью загрязнения на данном участке сокращаться не будет. По направлению естественного потока на момент планируемого срока окончания эксплуатации полигона расстояние между границей горного отвода недр и ареалом нитрат-иона по результатам моделирования во II эксплуатационном горизонте составит около 6 км (рис. 8, а), в III горизонте - около 8 км (рис. 8, б).

Условные обозначения:

- Граница горного отвода недр

- Граница сепетебной зоны -Водозаборы города Северска

- Граница контура фильтрата отходов, где концентрация нейтрального компонента превышает 10"' от исходной.

- Г^роизспьезы водоносного горизонта

Рисунок 8 - Результаты прогнозного моделирования распределения напоров и распространения нитратного загрязнения в наиболее проницаемых слоях пластов-коллекторов II (а) и III (б)

С помощью моделей III ранга выполнялись расчеты распределения радионуклидов и макрокомпонентов, а также динамики температурного и радиационного полей в пласте-коллекторе вблизи фильтровых зон нагнетательных скважин, используемых для захоронения кислых технологических отходов. Захоронение отходов этого типа осуществляется по следующей схеме: проводится нагнетание порции азотнокислого раствора, после чего в скважину подается уксуснокислый технологический раствор, который затем оттесняется от фильтровой зоны порцией азотнокислого раствора. Моделирование проводилось на примере скважины С-52 с момента ее ввода в эксплуатацию (1985 г.) до настоящего времени.

Анализ результатов моделирования показал, что после каждого цикла закачки во всех проницаемых пропластках прифильтровой области формируется последовательность кольцевых зон с разным содержанием радионуклидов и концентрациями азотной и уксусной кислот (рис. 9, а). Размеры этих зон прямо пропорциональны проницаемости принимающего пропластка пласта-коллектора. В непосредственной близости от фильтровой зоны нагнетательной скважины формируются участки, практически постоянно, насыщенные фильтратом азотной кислоты (I зона). Радиус этих участков определяется объемом оттесняющего раствора, поступившего в последний цикл закачки; для наиболее проницаемых пропластков его ве-

личина достигает 25 м. Далее располагается участок с повышенной концентрацией уксусной кислоты (II зона). Его ширина зависит от объема порции технологических ЖРО, удаленных на последнем этапе, в разных пропластках она изменяется от 15 до 35 м. В следующей зоне (III зона) размещается смесь продуктов взаимодействия азотнокислых и уксуснокислых растворов с вмещающими породами. Во внешнем участке (IV зона) располагается смесь растворов из зоны III с природными водами. Ширина III и IV зон зависит от общего объема ЖРО, удаленного через скважину за время эксплуатации. В наиболее проницаемых пропластках, после окончания эксплуатации скважины, радиусы III и IV зон достигают 40 и 30 м, соответственно. Основная часть радионуклидов, порядка 78% от суммарной активности, сосредоточена во II зоне, а в IV зону выносится менее 0.1% (рис. 9, б).

_ 16 I

а 14

| | 12

Ii10 |! 8

N 6 Is 4 I г

а)

1 зона II зона III зона IV зона

т^Х /ч

7 \

N У_ /_\ Г

"fp D u ц □ □ от кюоосю

S.4

5 з

1 зона 11 зона III зона IV зона

' л

и \, \

" 120 а

' 100

20 40 60 80 100

Расстояние от нагнетательной скважины [mJ

б)

О 20 40 60 80 100 Расстояние от нагнетательной скважины [м]

--Азотная кислота - - Уксусная кислота - - pH

■ - Sr - - Cs*10 Ru

U РиЧОО -*-Np*1Q0

Рисунок 9 - Распределение кислот а) и радионуклидов, б) в проточных порах пропла-стка с максимальной проницаемостью на момент окончания эксплуатации скважины С-52 (стрелками показано, на какой из шкал смотреть значения для каждого графика)

Максимальная температура вследствие радиоактивного разогрева в пласте-коллекторе составляет 150 °С (рис. 10). Она достигается через 8-9 месяцев после окончания эксплуатации скважины, что ниже температуры парообразования в пластовых условиях (210-230 °С).

Рисунок 10 - Распределение температурного поля в пласте-коллекторе по результатам моделирования на момент окончания эксплуатации скважины

20 40 во 80 100 1 20 расстояние от ствола скважины, n

После прекращения работы скважины радиоактивный разогрев пласта-коллектора ослабевает, и температура во всех его участках снижается вследствие теплопередачи.

Достоверность результатов моделирования оценивалась на основании сравнения расчетных значений температуры с данными термокаротажа в контрольной скважине, расположенной на расстоянии 27 м от С-52 (рис. 11). Хорошее соответствие модельных расчетов экспериментальным замерам подтверждает адекватность предложенной модели и обосновывает достоверность других результатов моделирования, верифицировать которые экспериментальным путем не представляется возможным.

Температура, С°

б)

о Данные ТК в контрольной

скважине — Результаты моделирования

1994 1997 Дата

Рисунок 11 - а) Изменения максимального значения температуры в контрольной скважине в течение всего периода моделирования

б) Вертикальные профили распределения температурного поля на различных временных этапах

— данные каротажа

ВЫВОДЫ

1. Для математического описания стратифицированной осадочной толщи и моделирования гидрогеологических процессов, в ней протекающих, целесообразно использовать систему согласованных, вложенных друг в друга, слоистых моделей описывающих участки различного масштаба с разным уровнем детальности.

2. При замещении ячеек вмещающей субмодели ячейками вложенных субмоделей необходимо соблюдение условий согласования модельных параметров. Для емкостных параметров модели формульные выражения этих зависимостей выводятся из условия сохранения объема, а для фильтрационных - из условия неизменности плотности потока.

3. Создана иерархическая трехуровневая модель, адекватно описывающая гидрогеологическую систему района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК. В ее состав входят: субмодель района расположения полигона (I ранг), субмодель эксплуатационных, буферных горизонтов и разделяющих их водоупорных слоев в пределах полигона (II ранг), комплекс прискважинных субмоделей различного типа (III ранг).

4. С помощью созданной модели выполнена комплексная оценка влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, на поземную гидросферу района, в результате чего установлено что:

- при условии безаварийной работы полигона, и отсутствия поступления ЖРО в буферные горизонты по технологическим причинам, в ближайшие 1000 лет ЖРО, закаченные в пласты-коллекторы, останутся в пределах горного отвода недр и будут изолированы от областей питания водозаборов г. Северска и других объектов, входящих в сферу активной жизнедеятельности человека;

- область распространения фильтрата ЖРО не выйдет за границы полигона в течение всего периода его эксплуатации;

- после эксплуатации скважин для удаления технологических ЖРО более 99.9% от общего количества захороненных радионуклидов, даже в самых проницаемых пропластках пласта-коллектора, будет находиться в пределах 100 м фильтровых зон;

- максимальная температура в пласте-коллекторе при удалении технологических ЖРО, по используемой на СХК схеме, составляет 150°С, что ниже температуры парообразования в пластовых условиях (210-230 °С).

Основные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Зубков A.A., Макарова О.В., Данилов В.В., Захарова Е.В., Каймин Е.П., Меняйло К.А., Рыбальченко А.И. Техногенные геохимические процессы в песчаных пластах-коллекторах при захоронении жидких радиоактивных отходов // Геоэкология. - 2002. - №2. - С. 133-144.

2. Зубков A.A., Данилов В.В., Глинский М.Л., Самсонова Л.М., Александрова Л.Н., Зинин А.И. Моделирование длительных последствий эксплуатации полигона подземного захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината // Известия высших учебных заведений. Физика, (приложение) - 2004. - №12. - С. 227-231.

3. Каймин Е.П., Захарова Е.В., Константинова Л.И., Зубков A.A., Данилов В.В. Использование раствора кремневой кислоты для создания проти-вофильтрационной завесы в песчаном горизонте // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 2007. - №2 - С. 137-142.

4. Зубков A.A., Данилов В.В., Носков М.Д. Истомин А.Д. Моделирование распространения фильтрата ЖРО в пластах-коллекторах // Геоинформатика. - 2007. - № 4. - С. 36-43.

5. Зубков A.A., Рыбальченко А.И., Румынии В.Г., Токарев И.В., Данилов В.В., Сухоруков В.А., Захарова Е.В., Александрова Л.Н. Анализ системы геотехнологического мониторинга полигона подземного захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината// Разведка и охрана недр. - 2007. - № 11. - С. 56-61.

6. Зубков А.А., Данилов В.В., Носков М.Д. Истомин А.Д. Прогнозное моделирование распространения фильтрата ЖРО в пластах-коллекторах полигона глубинного захоронения ЖРО СХК// Вестник ТГУ. - 2008. - №1. С. 161-167.

7. Данилов И.В., Данилов В.В. Принципы математического моделирования стратифицированных геологических толщ и способы визуализации результатов. // Вестник ТГУ. - 2008. -№ 4. - С. 185-188.

8. Данилов В.В., Носков М.Д. Истомин А.Д. Многоуровневая цифровая модель осадочной толщи района расположения Сибирского химического комбината // Вестник ТГУ. - 2009. - №4. - С.256-261.

в зарубежных изданиях:

9. Alexandrova L.N., Glinsky M.L., Danilov V.V., Zinin A.I., Zinina G.A., Zubkov A.A., and Samsonova L.M. Prediction of Radioactive Liquid Waste Migration at the Siberian Chemical Combine Underground injection Site Based on Mathematical Modeling // In. "Underground Injection science and technology". Berkeley: 2003. -P.46-53.

10. Pozdniakov S.P., Bakshevskaya V.A. Zubkov A.A., Danilov V.V., Rybal-chenko A.I. and Tsang C.-F. Modeling of waste injection in heterogeneous sand clay formations // In. "Underground Injection science and technology, Berkeley California". Berkeley: 2005. - P.203-209.

11. Zakharova E.V, Kaimin E.P, Zubkov A.A., Makarova O.V., Danilov V.V. Effects of anthropogenic transformations of deep liquid radioactive waste repository-containing rocks on radionuclide migration // In. "Underground Injection science and technology". Berkeley: 2005. - P. 201-220.

в других изданиях:

12. Балахонов В.Г., Буров Ю.В., Данилов В.В., Зубков А.А., Матюха В.А., Сухоруков В.А., Жиганов А.Н., Истомин А.Д., Кеслер А.Г., Носков М.Д. Динамика температурного и радиационного полей в пласте-коллекторе полигона глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов // Вопросы радиационной безопасности - 2000. - №4. - С. 31-35.

13. Жиганов А.Н., Истомин А.Д., Кеслер А.Г., Носков М.Д., Балахонов В.Г., Буров Ю.В., Данилов В.В., Зубков А.А., Матюха В.А., Сухоруков В.А. Эволюция состояния пласта-коллектора при глубинном захоронении жидких радиоактивных отходов. // Материалы 6-й научно-технической конференции Сибирского химического комбината - Северск: Изд-во СТИ ТПУ, 2001.-Ч. 3.-С. 12-16.

14. Захарова Е.В., Дарская Е.Н., Каймин Е.П., Зубков А.А., Макарова О.В., Данилов В.В. Влияние временного фактора на закономерности развития сорбционных процессов в глубинных хранилищах кислых радиоактивных отходов. // Материалы 7-й научно-технической конференции Сибирского химического комбината - Северск: Изд-во СГТН ТПУ, 2003. -Ч. З.-С. 21-26.

15. Захарова Е.В., Каймин Е.П., Зубков A.A., Макарова О.В., Данилов

B.В., Рыбальченко А.И.. Значения задерживающих свойств пород глубинных хранилищ жидких РАО для обеспечения безопасности захоронения // Материалы VII Международной конференции «Безопасность ядерных технологий и обращения с РАО»: - С.-Петербург, 2004. - С. 213-215.

16. Захарова Е.В., Каймин Е.П., Константинова Л И., Зубков A.A., Козырев A.C., Данилов В.В. «Способ защиты природных вод от радиоактивных и токсичных веществ из хранилищ жидких отходов». Патент на изобретение от 16.03.06. Per. № 2006108240.

17. Данилов В.В., Зубков A.A., Истомин А.Д., Носков М.Д. Концепция информационно-моделирующей системы создания цифровой модели геологической среды. // Материалы отраслевой научно-технической конференции «Технология и автоматизация атомной энергетики» - Северск: Изд-во СГТА, 2006. - С. 61-64.

18. Данилов И.В., Данилов В.В., Геологическая модель приповерхностного водоносного горизонта района расположения поверхностных хранилищ жидких РАО СХК // Материалы научно-практической конференции «Молодежь ЯТЦ: Наука и производство» - Северск: Изд-во СГТА, 2007. -

C. 109-111.

19. Захарова Е.В., Родыгина Н.И., Волкова А.Г., Зубков A.A., Данилов В.В. Поведение радионуклидов в глубинных хранилищах жидких РАО. // Международная конференция «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека»: - Томск, 2009. - С. 197-200.

20. Лукин A.A., Букаты М.Б., Лукин Ал.Ан, Шмурыгина Е.В., Зубков A.A., Данилов В.В. Воднобалансовая оценка безопасности подземного захоронения ЖРО // Материалы Всероссийского совещания по подземным водам востока России - Тюмень 2009: Тюменский дом печати, 2009. - С. 395-398.

21. Данилов В.В., Носков М.Д. Истомин А.Д. Иерархическая модель геологического строения полигона глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината. // Материалы Международной научно-технической конференции «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования» - Москва: Изд-во МАКС Пресс, 2010. - С. 376-385.

Подписано к печати 15.CS.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка».

Печать XEROX. Усл.печ.л. 1,4. Уч.-изд.л. 1,26. _Заказ 1451-10. Тираж 100 экз._

Томский политехнический университет ж.

Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001 -.2008

ИЗШЕЛЬСТВОЖТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Данилов, Владислав Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОЛИГОНА ГЛУБИННОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ЖРО СХК КАК ОБЪЕКТ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

1.1. Специфические особенности исследования геологических объектов

1.2. Природно-геологические условия района размещения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

1.2.1. Географическое и административное положение района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

1.2.2. Геологическая изученность, особенности тектонического развития и геологического строения района.

1.2.3. Гидрогеологические условия района, параметры водоносных горизонтов и разделяющих слоев.

1.2.4. Гидрография и рельеф района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

1.3. Технологические объекты, оказывающие непосредственное воздействие на геологическую среду района.

1.3.1. Назначение водоносных комплексов в геотехнологической системе района.

1.3.2. Структура, назначение и режимы эксплуатации технологических сооружений полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

1.3.3. Структура, назначение и режимы эксплуатации технологических сооружений водозаборов г. Северска.

1.4. Система мониторинга геологической среды района.

1.4.1. Контрольные и наблюдательные скважины, принципы их размещения, конструкция и назначение.

1.4.2. Методы, применяемые для мониторинга геологической среды в процессе эксплуатации полигона глубинного захоронения.

1.4.3. Способы хранения и обработки геотехнологической информации, применяемые в ЛГТМ в настоящее время.

2. ЦИФРОВОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

2.1. Способы получения первичной информации о структурном строении и свойствах геологической среды исследуемого объекта.

2.1.1. Способы получения исходных данных о структурном строении моделируемого геологического объекта.

2.1.2. Атрибутивные данные в моделях геологической среды и методы их получения.

2.2. Способы представления геологической среды в математических моделях.

2.2.1. Двумерные цифровые модели.

2.2.2. Трехмерные модели геологических объектов.

2.2.3. Слоистые трехмерные модели геологических объектов.

2.3. Современные программные средства для моделирования геологической среды и процессов в ней протекающих.

2.3.1. Пакеты компьютерных программ, применяемые для создания моделей геологических объектов.

2.3.2. Программные продукты, применяемые для моделирования процессов протекающих в геологической среде.

2.4. Системы для создания цифровых моделей геологических объектов и выполнения расчетов изменения их состояния.

2.4.1. Моделирующая система РМ1\^ГК.

2.4.2. Моделирующая система РЕРЬОМ^.

2.4.3. Моделирующая система вМБ.

2.4.4. Программно-моделирующий комплекс ТО!ТСН2.

2.5. Цифровые модели, ранее используемые для описания геологической среды в районе расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, их преимущества и недостатки.

3. МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЛЩИ.

3.1. Структура иерархической модели стратифицированной геологической толщи.

3.2. Алгоритм построения субмоделей, входящих в состав иерархической модели исследуемого участка геологической среды.

3.2.1. Задание вертикальных и плановых границ моделей.

3.2.2. Принципы и методика проведения вертикальной дискретизации слоев для субмоделей каждого ранга.

3.2.3. Переход от нерегулярных массивов данных описывающих границы раздела слоев в субмоделях к регулярным сеткам.

3.2.4. Задание атрибутивных данных.

3.3. Согласование геометрических параметров и атрибутивных данных при сопряжении субмоделей.

4. МНОГОУРОВНЕВАЯ ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛИГОНА

ГЛУБИННОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ РАО СХК.

4.1. Компоненты и структура иерархической модели геологической среды полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

4.1.1. Модель I ранга.

4.1.2. Модель II ранга.

4.1.3. Модели III ранга.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛИГОНА ГЛУБИННОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ЖРО СХК.

5.1. Долгосрочные прогнозные расчеты миграции в осадочной геологической толще района расположения СХК.

5.2. Прогноз развития контура фильтрата отходов в эксплуатационных горизонтах в процессе работы полигона глубинного захоронения.

5.3. Результаты эпигнозного моделирования миграции компонентов ЖРО и динамики теплового поля в окрестности нагнетательной скважины С-52.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Математическое моделирование глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов"

Актуальность работы. Вторая половина XX столетия ознаменовалась бурным развитием атомной промышленности. Быстро развивалось производство делящихся материалов, как для хозяйственных, так и для военных целей. Деятельность атомных производств привела к накоплению большого количества радиоактивных отходов (в дальнейшем по тексту РАО) - не предназначенных для дальнейшего использования веществ любого агрегатного состояния, в которых содержание радиоактивных компонентов превышает уровни, установленные федеральными нормами и правилами [1]. Проблема накопления отходов атомной промышленности актуальна и в нашей стране, поскольку хранилища РАО имеются во многих субъектах Российской Федерации. В настоящее время общая активность, накопленных в России РАО, составляет около 2 миллиардов Ки [2]. Более 95% этих отходов сосредоточено на предприятиях Государственной корпорации по атомной энергии «РОСАТОМ», на наиболее крупных комбинатах отрасли: Сибирском химическом комбинате (г. Северск), ПО «Маяк» (г. Озерск), Горно-химическом комбинате (г. Железногорск).

Значительная часть РАО находится в жидком состоянии. Согласно «Основным санитарным правилам обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99) [3]» жидкие РАО (в дальнейшем по тексту ЖРО) разделяются на три категории (табл. 1).

Таблица 1 - Категорирование ЖРО

Категория отходов Удельная активность кБк/кг

Р-излучающие радионуклиды а-излучающие радионуклиды (без трансурановых) трансурановые радионуклиды

Низкоактивные < 10' < 102 < 101

Среднеактивные 103-107 102-106 Ю'-Ю5

Высокоактивные > 107 > 106 > 10э

Отходы высокого и среднего уровня активности возникают преимущественно при работе радиохимических и химико-металлургических производств, в меньшей степени при эксплуатации атомных реакторов. Отходы низкого уровня активности представляют собой охлаждающие, трапные воды, сливы после дезактивации оборудования, помещений и коммуникаций, стирки спецодежды и т.д.

В настоящее время существует несколько вариантов вывода ЖРО из среды активной жизнедеятельности человека [2,4]:

- хранение в искусственных и выделенных природных водоемах;

- хранение в металлических емкостях;

- захоронение ЖРО в геологические формации;

- перевод ЖРО в твердое агрегатное состояние, помещение в герметичные емкости для дальнейшего хранения или захоронения.

Все перечисленные методы обеспечивают определенную защиту от распространения радионуклидов в окружающей среде за счет постановки на пути их миграции защитных барьеров различного типа [5], при этом каждый из методов имеет свои очевидные недостатки.

Размещение ЖРО в наземных хранилищах, имеющих открытую поверхность, это самый простой и дешевый способ их временного хранения. Защитой от поступления ЖРО в окружающую среду служат донные отложения либо сооружаемые искусственные противофильтрационные и противо-миграционные экраны. Этот метод был перенят из химической промышленности и никогда не рассматривался как способ постоянной изоляции РАО. Главным недостатком такого способа хранения ЖРО является слабая изоляция отходов от окружающей среды: ветровой, биогенный разносы, фильтрация через дно хранилищ приводят к выходу компонентов ЖРО в окружающую среду. В настоящее время страны, имеющие такого типа хранилища, проводят работы по их выводу из эксплуатации и ликвидации. Помещение ЖРО в металлические емкости подразумевает постановку на пути поступления ЖРО в окружающую среду практически непроницаемого фильтрационного барьера. Однако опыт применения этого метода показал, что этот барьер разрушается в результате коррозии или технологических нарушений при хранении ЖРО. Кроме того, ограниченность размеров таких хранилищ приводит к необходимости их периодического опорожнения, что до сих пор является технически сложно выполнимой операцией. Такой способ изоляции ЖРО в настоящее время применяется для временного хранения незначительных объемов отходов при невозможности использования других подходов. Перевод ЖРО в твердое агрегатное состояние с последующим их помещением в герметичные емкости является наиболее эффективным способом их длительной изоляции от окружающей среды. На пути ЖРО формируют им-мобилизационный и фильтрационный барьеры, затем отходы помещаются для временного хранения. В дальнейшем планируется их размещение в глубоких геологических формациях. В настоящее время глубинные хранилища для окончательного захоронения отвержденных РАО в России отсутствуют. Несмотря на высокую надежность такого обращения с РАО, этот способ из-за своей высокой стоимости применяется только для весьма ограниченных объемов. Захоронение РАО в глубоко залегающие.геологические формации в жидком агрегатном состоянии, то есть их размещение без намерения дальнейшего извлечения и переработки является постоянным способом изоляции ЖРО от сферы активной жизнедеятельности человека. Природные пласты-коллекторы и водоупорные слои формируют на пути миграции отходов фильтрационный и различные типы геохимических барьеров. Надежность этих барьеров определяется мощностью и физико-химическими свойствами горных пород, отделяющих подземное хранилище ЖРО от дневной поверхности. Предварительные расчеты, а так же опыт изучения природных месторождений радиоактивных элементов и других полезных ископаемых показывают, что время выхода компонентов ЖРО на дневную поверхность может составлять от первых тысяч до нескольких миллионов лет.

Работы по обоснованию безопасности захоронения радиоактивных отходов в геологической среде в СССР были начаты в начале 50-х годов XX века. Первоначально, в качестве генерального направления была принята переработка и отверждение РАО с последующим длительным хранением в геологических формациях [2]. Однако решение этой задачи требовало значительного времени и средств, в связи с чем, по рекомендации ведущих ученых страны, было принято решение Правительства о развертывании работ по захоронению РАО в жидком виде непосредственно после их образования через нагнетательные скважины. Безопасность — одно из главных требований при захоронении отходов в глубокие поглощающие горизонты. Применительно к геологическому захоронению отходов безопасность определяется, как способность системы захоронения предотвращать или ограничивать допустимыми пределами, воздействие отходов на человека и окружающую среду [2]. Требования безопасности и применяемые критерии определяются законодательными документами и разрабатываемыми на их основе нормативными документами - правилами и стандартами. Комплексная оценка последствий и безопасности захоронения выполняется при обосновании и проектировании хранилища.

Оценка безопасности основывается на прогнозировании распределения отходов в недрах и сопутствующих процессов (изменение напоров подземных вод, их химического состава, температуры). Основной критерий для оценки безопасности, это положение компонентов отходов через 1000 лет после окончания эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО относительно границ горного отвода недр - территориально ограниченного участка геологической среды, в пределах границ которого не допускается деятельность не связанная с захоронением ЖРО [2]. Объективные прогнозные расчёты миграции компонентов ЖРО в геологической среде могут быть выполнены только с использованием моделей геологической среды и гидрогеологических процессов в ней протекающих. Такую возможность может обеспечить использование методов численного моделирования данного процесса. Значительный вклад в развитие моделирования гидрогеологических и систем, в том числе с использованием методов численного моделирования внесли: М.Б. Букаты, А.И. Зинин, A.A. Куваев, И.С. Карпов, Ю.В. Мироненко, В.Н. Озябкин, В.Г. Румынии, Л.Н. Синдаловский, Г.А. Соломин, Ю.Г. Шваров, В.М. Шестаков, P.C. Штенгелов, W. Chiang, W. Kinzelbach, N. Remy, С.-F. Tsang, др. Результаты применения моделей, описывающих процессы, протекающие при захоронении ЖРО, отражены в работах: M.JI. Глинского, Е.В. Захаровой, И.М. Косаревой, Ю.В. Макушина С.П. Позднякова, А.И. Рыбаль-ченко, JIM. Самсоновой и др.

Однако, существующие в настоящее-' время модели, используемые для описания глубинного захоронении ЖРО и его последствий, рассматривают объекты и процессы, имеющие различные пространственные и временные масштабы. Вследствие того, что объекты различных масштабов, от при-фильтровой зоны скважины до всего района расположения полигона глубинного удаления ЖРО, являются частями единой гидрогеологической системы, возникает необходимость комплексного рассмотрения процессов в ней протекающих.

Цель диссертационной работы — создание многоуровневой модели геологической среды района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО Сибирского химического комбината (СХК) и оценка последствий захоронения отходов методом математического моделирования.

Основные задачи исследования, которые необходимо-решить для достижения поставленной цели:

- выполнить анализ и интерпретацию результатов геологических и гидрогеологических работ, проведенных в районе расположения1 полигона глубинного захоронения ЖРО СХК;

- определить область моделирования, установить число рангов в иерархической модели и количество субмоделей, необходимых на каждом из рангов иерархии;

- создать многоуровневую гидрогеологическую модель района расположения полигона;

- выполнить с помощью построенной иерархической модели эпигнозные (ретроспективные) и прогнозные расчеты изменения состояния гидрогеологической системы под действием фильтрата ЖРО;

- дать комплексную оценку влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК на подземную гидросферу района.

Объектом исследования является геотехнологическая система, сформировавшаяся в районе расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК в результате поступления жидких РАО в песчаные горизонты стратифицированной толщи осадочного чехла Западно-Сибирской плиты.

Предметом исследования является комплексная оценка последствий эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО СХК для геологической среды и подземной гидросферы.

Теоретическая и методологическая база исследования. При выполнении работы автор опирался на теоретические подходы к математическому моделированию геологических объектов и исследованию процессов, в них протекающих, изложенные в трудах: Ю.С. Ананьева Г.С. Портова, В.А. Го-лубева, Ю.Е. Капутина, В.М. Шестакова, C.JI. Шварцева, С.П. Позднякова, М.Б. Букаты, Е.А. Ломакина, В.А. Мироненко, В.А. Дунаева, A.B. Герасимова, Ю.А. Волобуева и других исследователей.

Фактическим материалом для написания работы, послужили данные геотехнологического мониторинга по 483 контрольным скважинам, расположенным в пределах полигона глубинного захоронения ЖРО и его горного отвода недр, за период 1993 - 2008 гг., результаты интерпретации данных геофизических исследований и описания керна, выполненные при сооружении этих скважин. Использовались результаты интерпретации данных опытно-фильтрационных работ (ОФР) 1961 - 1963 гг., выполненных при гидрогеологических изысканиях полигона СХК, и результаты ОФР 1999-2001 гг., выполненных для оценки степени гидравлической изолированности пластов коллекторов от буферных горизонтов.

Научная новизна работы. В результате выполнения диссертационной работы получены следующие результаты:

- Разработана оригинальная методика для описания стратифицированного геотехнологического объекта с помощью цифровой, иерархической модели, впервые сформулированы и представлены в виде математических зависимостей условия согласования структурно-геологических и геофильтрационных параметров модели.

- Впервые для района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК построена трехуровневая иерархическая модель, которая согласовано описывает строение различных участков исследуемого объекта с требуемым уровнем детальности.

- С помощью созданной модели проведены согласованные прогнозные и эпигнозные расчеты состояния пластов-коллекторов и примыкающих к ним песчаных и глинистых слоев, на основании которых выполнена комплексная оценка влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК на подземную гидросферу района.

Достоверность и обоснованность полученных результатов основана на использовании научно-обоснованных и общепринятых способов интерпретации первичных данных; логической обоснованности применяемых методик построения отдельных моделей; применении общепринятых законов для их взаимного согласования; использовании при проведении эпигнозных и прогнозных расчетов широко применяемых программных продуктов; в подтверждении результатов моделирования данными наблюдений.

Практическая значимость работы: Создана трехуровневая иерархическая модель района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, которая используется для визуализации и анализа литологической, стратиграфической и гидрогеологической структуры толщи осадочных пород в этом районе. С помощью созданной цифровой модели геологической среды было описано поведение компонентов ЖРО в разномасштабных участках геологической среды района полигона. Результаты модельных расчетов были использованы для оценки безопасности процесса захоронения технологических ЖРО кислого типа; для выявления причин снижения приемистости скважин, используемых для захоронения нетехнологических ЖРО и разработки методик ее восстановления; для оценки перспектив дальнейшей эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО при получении лицензии на право пользования недрами СХК; для определения периодичности выполнения мониторинговых замеров при подготовке и написании геотехнологического регламента полигона глубинного захоронения ЖРО СХК. Кроме этого, созданная модель может быть использована в качестве основы для функционирования постоянно действующего информационно-моделирующего комплекса, применение которого позволит повысить уровень безопасности при эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО СХК.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика создания трехмерной иерархической модели описывающей гидрогеологическое строение стратифицированной осадочной толщи, заключающаяся в представлении исследуемого объекта в виде совокупности вложенных слоистых субмоделей различных масштабов и согласовании их гидрогеологических параметров.

2. Трехуровневая математическая модель гидрогеологического строения района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, которая согласованно описывает: район расположения полигона, эксплуатационные и буферные горизонты в пределах его границ и прифильтровые зоны нагнетательных скважин.

Личный вклад автора состоял: в анализе и интерпретации данных лито-логических колонок эксплуатационных, контрольных, наблюдательных и разведочных скважин, когда-либо пробуренных на территории исследуемого района, а так же, в обработке других фондовых материалов, описывающих его гидрогеологическое строение; в получении исходных данных для задания физико-химических параметров» моделируемых объектов - значительная часть этих материалов была получена при выполнении опытно-фильтрационных работ и геомиграционных опытов, которые проводились под руководством и при непосредственном участии автора; в участии в разработке концепции и методики построения иерархических цифровых моделей стратифицированных геологических толщ; в создании трехуровневой иерархической модели геологической среды полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, в выполнении, эпигнозных и прогнозных расчетов; в формулировании выводов по результатам работы.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены и докладывались на VI-ой и VII научно-практических конференциях Сибирского химического комбината - (Северск, 2001, 2003); IV и V Российских конференциях по радиохимии. - (Озерск, 2003 и Дубна 2006); Международной конференции «Underground injection science and technology» - Беркли, США 2003); Отраслевых научно-технических конференциях «Технология и автоматизация атомной энергетики» - (Северск 2005, 2006, 2008,

2009 гг.); VII Международной конференции «Безопасность ядерных технологий и обращения с РАО». (С.-Петербург 2004); Международном семинаре «Опыт эксплуатации полигонов захоронения промышленных стоков и радиоактивных отходов» (Димитровград 2005); Международной научно-практической конференции «Физико-технические проблемы атомной энергетики и промышленности» (Томск, 2007 г.); Российской межотраслевой научно-технической конференции «Захоронение ЖРО — прошлое, настоящее, будущее» (Северск 2007 г.); Научно-практической конференции молодых специалистов и аспирантов «Молодежь ЯТЦ: наука и производство» (Северск 2007 г.); III международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск 2009 г. ); Всероссийском совещании по подземным водам востока России (Тюмень 2009); Международной научно-технической конференции «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования» (Москва, 2010).

Публикации. Основное содержание работы- опубликовано в 8 статьях опубликованных в печатных изданиях рекомендуемых ВАК, в 13 тезисах докладов, а также изложено в 14 отчётах о НИР. По выполненной работе получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал работы изложен на 188 страницах, включая 7 таблиц, содержит 64 рисунка и список литературы из 134 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Данилов, Владислав Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана методика построения многоуровневой иерархической модели для описания стратифицированных геологических толщ. Модель, созданная по предложенной методике, согласованно описывает объекты гидрогеологической ситемы различного масштаба с разным уровнем детальности. Определены условия согласования емкостных и геофильтрационных параметров при замещении ячеек вмещающей модели ячейками вложенных моделей.

2. Создана иерархическая трехуровневая модель геологической среды осадочной толщи района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО СХК и определены ее гидрогеологические параметры. В состав данной модели входят следующие субмодели: субмодель района расположения полигона глубинного захоронения ЖРО (I ранг); субмодель эксплуатационных и буферных горизонтов в пределах территории полигона, и разделяющих их водоупорных слоев (II ранг); комплекс прискважинных субмоделей различного типа (III ранг).

3. С помощью созданной модели выполнена комплексная оценка влияния полигона глубинного захоронения ЖРО СХК, на поземную гидросферу района, в результате чего установлено что:

- После эксплуатации скважины для удаления технологических ЖРО более 99.9 % от общего количества радионуклидов закаченных в нее, даже в самых проницаемых пропластках пласта-коллектора, будет находиться в пределах 100 м от ее фильтровой зоны.

- Максимальная температура в пласте-коллекторе при удалении технологических ЖРО по используемой схеме на СХК составляет 150 °С, что меньше температуры парообразования в пластовых условиях (210-230 °С). В дальнейшем после прекращения эксплуатации скважины радиоактивный разогрев пласта-коллектора ослабевает, и температура во всех участках области моделирования снижается вследствие перераспределения тепла и его отдачи в перекрывающие и подстилающие водоупорные слои.

- В конце эксплуатации полигона глубинного захоронения ЖРО, область распространения фильтрата отходов будет находиться на значительном удалении от границ горного отвода недр. Наименьшее расстояние между границей горного отвода недр и фронтом фильтрата отходов (по уровню 10"5 от исходной концентрации) на момент планируемого срока окончания эксплуатации полигона, составит около 1.5 км.

- Участок горного отвода недр, где фиксируется это расстояние, находится в его северо-восточной части, а естественное направление потока подземных вод во всех водоносных горизонтах юго-западное. Поэтому после остановки полигона расстояние между границей отвода и фронтом фильтрата ЖРО на данном участке сокращаться не будет.

- На момент планируемого срока окончания эксплуатации полигона по направлению естественного потока расстояние между границей отвода и фронтом фильтрата ЖРО по результатам моделирования во П-ом эксплуатационном горизонте составит около 6 км, а в Ш-ем горизонте — около 7 км.

- При условии безаварийной работы полигона, и отсутствия послупления ЖРО в буферные горизонты по технологическим причинам, в ближайшие 1000 лет ЖРО, закаченные в пласты-коллекторы на полигоне СХК, будут изолированы от областей питания городских водозаборов г. Северска, поверхностных водотоков и других объектов входящих в сферу активной жизнедеятельности человека.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Данилов, Владислав Владимирович, Томск

1. «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1. 758-99» — Издание официальное. М.: Минздрав России, 1999. - 116 с.

2. Синев Н.М. Экономика ядерной энергетики М.: Энергоатомиздат, 1987.-480 с.

3. Летувнинкас А.И. Антропогенные геохимические аномалии и природная среда. Томск: Изд. НТЛ, 2005. - 290 с.

4. Уемов А.И. Логические основы метода моделирования. М.: Радио и связь, 1989.-48 с.

5. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. — М.: Высшая школа, 1986.- 480 с.

6. Батороев К.Б. Аналогии и модели в познании. Новосибирск: Наука, 1981.-320 с.

7. Слинко A.M. и др. Отчет «О результатах геолого-гидрогеологической съемки масштаба 1: 50 000 района опытного полигона». М.: «Гидроспец-геология», Фонды СХК, 1964. - 256 с.

8. Бердников А.П. и др. Окончательный отчет Юксинской геологосъемочной партии за 1958-1960 г.г. «Геологическое строение и полезные ископаемые листа 0-45-XXVI». Томск: Геологические фонды Томскнефтегаз-геология, 1961. - 86 с.

9. Чернышов Г.А., Гусельников O.A. и др. Окончательный отчет Обской партии по работам 1959-1962 г.г. «Геолого-гидрогеологическое строение иполезные ископаемые листа 0-45- XXV.». Томск: Геологические фонды Томскнефтегазгеология, 1963- 113 с.

10. Ларченко А.Т., Ларченко Р.И., Горбунов А.И. и др. Сводный отчет «По результатам геолого-гидрогеологических работ за период с 1958 по 1964 г.г.». Димитровград: Фонды СХК, 1964. 205 с.

11. Раззамазов В.Е., Сердюков А.П., Тищенко И.И. Отчет гидрогеологической партии № 17 «О результатах детальной разведки, проведенной в 19831988 г.г. на участке "Северный"». Димитровград: Фонды СХК, 1988. - 110с.

12. Ларченко Р.И. и др. Отчет «По результатам гидрогеологических исследований с целью хоз.питьевого водоснабжения предприятия». -Димитровград: Фонды СХК, 1975. 215 с.

13. Ваганов Г.Л., Тимофеев А.Н., Сулакшина Г.А., Зятева О.Ф. Отчет Томь-Яйской партии по работам за 1970-1973г.г. «Гидрогеологические и инженерно-геологические условия листа 0-45-XXXII». Томск: Геологические фонды Томскнефтегазгеология, 1974. 86 с.

14. Карлсон В.Л., Емельянова Т.Я., Ермашова H.A., Колпаков В.Я. Отчет Нелюбинской партии по работам за 1973-1975г.г. «Гидрогеологические и инженерно-геологические условия листа 0-45-XXXI». Томск: Геологические фонды Томскнефтегазгеология, 1976. - 114 с.

15. Врублевский В.А., Нагорский М.П. и др. Геологическое строение области сопряжения Кузнецкого Алатау и Колывань-Томской складчатой зоны. -Томск: Изд. ТГУ, 1987. 95 с.

16. Сурков B.C., Жеро О.Г. Фундамент и развитие платформенного чехла Западно-Сибирской плиты. М.: Недра, 1981. - 143 с.

17. Ершова С.Б. Анализ новейших движений при инженерно-геологическом районировании (на примере Зап.-Сиб. плиты). М. изд. МГУ, 1976. - 113 с.

18. Полканова Б.Б. Новейшие горизонтальные смещения земной коры в Западной Сибири// География и природные ресурсы. 1980. - №2. - С. 167-170.

19. Черняев Е.В. Кошкарев B.JI. Колмакова О.В. Седельников А.Ю. Рычкова И.В. Геолого-геофизическая модель Северской площади // Известия ТПУ. Геология поиски и разведка полезных ископаемых Сибири. 2002. - Т. 305. -Вып. 6.-С. 413-433.

20. Иванов К.В., Казанский Ю.П. Материалы по изучению коры выветривания Томского района // Вестник Западно-Сибирского и Новосибирского геологического управления. 1995. - №3. - С. 87.

21. Подобина В.М. Отчет «Микропалеонтологические исследования полигона подземного захоронения РАО СХК». Северск: Фонды СХК Инв. № 57/1205,2008.-20 с.

22. Подобина В.М. Форамениферы и биостратиграфия верхнего мела,Западной Сибири. Томск: Изд. НТЛ, 2000. - 426 с.

23. Всеволожский В.А. Ресурсы подземных вод южной части ЗападноСибирской низменности. М.: Наука, 1973. — 88 с.

24. Кисляков Я.М., Щеточкин В.Е. Гидрогенное рудообразование М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. — 612 с.

25. Регламент технологический по глубинному захоронению жидких низкоактивных отходов на площадке 18 цеха № 4. Северск: Фонды СХК Инв. № 70/4846 дсп, 2003. - 59 с.

26. Регламент технологический по глубинному захоронению технологических жидких отходов на площадке 18а цеха № 4. Северск: Фонды СХК Инв. № 70/4728 дсп, 2003. - 73 с.

27. Зубков A.A., Рыбальченко А.И., Токарев И.В., Данилов В.В., и др. Анализ системы геотехнологического мониторинга полигона подземного захоронения жидких радиоактивных отходов СХК. // Разведка и охрана недр. -2007. № 11. - С. 56-61.

28. Пафенгольц К.Н., Боровиков Л.И. Жамойда А.И. и др. Геологический словарь Т.2. М.: Изд. «Недра», 1978. - 456 с.

29. Кунщиков Б.Л., Куншикава М.К. Общий курс геофизических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. М.: Изд. «Недра», 1972.-286 с.

30. Литвиненко O.K. Геологическая интерпретация геофизических данных. М.: Изд. «Недра», 1983. - 208 с.

31. Ананьев Ю.С. Геоинформационные системы Томск: Изд. ТПУ, 2003. -69 с.

32. Дунаев В.А., Серый С.С., Герасимов A.B., Волобуев Ю.А. Моделирование месторождений полезных ископаемых при автоматизации геолого-маркшейдерского обеспечения открытых горных работ. Белгород: ФГУП ВИОГЕМ, http://gis.belgorod.ru/ctati.files/st 4.htm

33. Ломакин Е.А. Мироненко В.А. Шестаков В.М. Численное моделирование геофильтрации — М.: Изд. «Недра», 1988. — 228 с.

34. Шварцев C.JI. Общая гидрогеология М.: Изд. «Недра», 1996. - 425с.

35. Максимов В.М. Бабушкин В.Д. Паукер Н.Г. и др. Справочное руководство гидрогеолога Т.1 JL: Изд. «Недра», 1967. - 592 с.

36. Богомолов Г.В. Основы гидрогеологии М.: Государственное издательство геологической литературы, 1951. - 135 с.

37. Шестаков В. М. Гидрогеодинамика М.: Изд. МГУ, 1995. - 368 с.

38. Шестаков В.М. Интерпретация опытных откачек при перетекании между пластами. // Вестник Московского государственного университета. —1983.- №6.- С. 29-38.

39. Шестаков В.М. Гидрогеомеханика М.: Изд. МГУ, 1998. - 72 с.

40. Бэр Я., Заславски Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. М.: Мир, 1971. - 368 с.

41. Чайлдс Э. Физические основы гидрологии почв Л.: Гидрометиздат, 1978. -245 с.

42. Field J. A., Parcez J. С., Powell N. L. Comparison of field and laboratory -measured and predicated hydraulic properties of soil with macropores // Soil Sci. —1984. Vol. 138, N 6. - P. 76-84.

43. Neuzil С. E. Groundwater flow in low-permeability porous media // Water Resources Research. 1986. -N 8. -P. 145-151.

44. Шестаков В.М. Оценка параметров сжимаемости и упругоемкости пород // Инженерная геология. 1991. - №4. - С. 58-61.

45. Мухин Ю.В. Процессы уплотнения глинистых осадков. М.: Недра, 1965.- 108 с.

46. Берлянт A.M. Геоинформационное картирование. М.: Изд. МГУ, 1997. -63 с.

47. GMS (Groundwater Modeling System) Introducing, http://www.gms-i.com/GMS/gms/html

48. Шестаков Ю.Г. Математические методы в геологии. Красноярск: Изд. Красноярского университета, 1988.-210 с.

49. Surfer Help, http://www.goldensoftware.com

50. Портов Г.С. Математические методы моделирования в геологии. Спб.: Изд. С-Петербургского горного института, 2006. - 223 с.

51. Радионов Д.А., Коган Р.И., Голубева В.А., и др. Справочник по математическим методам в геологии М.: Изд. Недра, 1987. - 335 с.

52. Капутин Ю.Е. Горные компьютерные технологии и геостатистика. — СПб.: Изд. Недра, 2002. 424 с.

53. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Изд. Мир, 1968. — 408 с.

54. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. JL: Изд. Недра, 1980-360 с.

55. Journel A. Huijbrechts Ch. Mining Geostatistics. Academic Press, 1978. -512 p.

56. Марголин A.M. Методы геометризации разведуемых запасов полезных ископаемых. Усовершенствованная процедура крайгинга. М.: Изд. ВИЭМС, 1983.-240 с.

57. Introducing Downhole Explover, http://www.earthworks.com.au

58. Introducing Datamine Studio, http://www.datamine.co.uk

59. Introducing Century Suite, http://www. centurysystems.net

60. Introducing RockWorks, http://www.rockworks.com.ru

62. Remy N. Geostatistical EarthModelingSoftware: User's Manual 2004. 87 p.

63. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. М.: Наука, 2004. - 677 с.

64. Крайнов С. Р., Рыженко Б. Н. Анализ разрешающих возможностей прогнозных моделей техногенных изменений химического состава подземных вод, их оптимальное геохимическое содержание // Геохимия. 2000. — № 7. -С. 691-703.

65. PMWIN (Processing Modflow for Windows) help, /http://www.pmwin.net/index.htm.

66. Букаты М.Б., Жукова А.В., Ипоков Д.Н. Особенности вытеснения пластового флюида при закачке водных растворов // Материалы XVIII Всероссийского совещания по подземным водам востока России «Подземная гидросфера» Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2006. С. 11-15.

67. Носков М.Д., Истомин А.Д. Стохастически-детерминистическое моделирование неустойчивого вытеснения несмешивающихся жидкостей // Математическое моделирование. 1999. - Т.П. №10. - С. 77-85.

68. Гунин В. И. Численная модель распространения загрязнений сточными водами в подземных горизонтах // Геоэкология. 2000. - № 2. - С. 184-190.

69. Гунин В.И. Новая трехмерная математическая модель тепломассопере-носа в пористых средах и ее возможности // Геоэкология. — 2003. №4. - С. 355-370.

70. Дрожко Е. Г., Иванов И. А., Самсонова JI. М. и др. Гидрогеологические условия района Карачай и численное моделирование миграции загрязнений в подземных водах // Вопросы радиационной безопасности. 1996. - №4. - С. 5-14.

71. Букаты. М.Б., Зуев В.А., Гаськова О.Л., Хафизов P.P. Геохимия радионуклидов при захоронении ЖРО на полигоне Северный // Материалы Российской научной конференции «Гидрогеохимия осадочных бассейнов» — Томск: Изд-во НТЛ. 2007. С. 317-328.

72. Косарева И.М., Савушкина М.К., Архипова М.М. и др. Температурное поле при глубинном захоронении жидких радиоактивных отходов // Атомная энергия. 1998. - Т.85, вып.6. - С. 441-448.

73. Косарева ИМ., Савушкина М.К., Архипова М.М. и др. Температурное поле при глубинном захоронении жидких радиоактивных отходов: моделирование многоэтапного удаления // Атомная энергия. 2000. - Т.89, вып.6. -С. 435-440.

74. Ларин В.К., Зубков А.А., Балахонов В.Г. и др. Моделирование динамики радиационных и тепловых полей при глубинном захоронении жидких отходов //Атомная энергия 2002. - Т.92, вып.6. - С. 451-455.

75. Zheng С. MT3D Version DoD 1.5, a modular three-dimensional transport model. Alabama: 1996. The Hydrogeology Group, University of Alabama

76. CHEMFLO Introducing, https://www.visual-modflow.com/vmf/product info.php/cnemflo.html

77. CHEMPATH Introducing, http://www.mpassociates.gr/soffcware/ environment/ chempath.html

78. Konikow LF, Goode DJ and Homberger GZ (1996), A three-dimensional method of characteristics solute-transport model. U. S. Geological Survey. Water Resources Investigations report 96-4267.

79. Konikow LF and Bredehoeft JD (1978), Computer model of two-dimensional solute transport and dispersion in ground water // U. S. Geological Survey. Water Resources Investigation. Book 7, Chapter C2, 90 pp.

80. Крайнов C.P. Обзор термодинамических компьютерных программ, используемых в США при геохимическом изучении подземных вод. Система компьютеризации научных лабораторий США // Геохимия. 1993. - № 5. — С. 685-695.

81. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия ТПУ. Геология поиски и разведка полезных ископаемых Сибири. 2002. - Т. 305. - Вып. 6. — С. 348-365.

82. Букаты М.Б. Проблемы численного моделирования геомиграции // Материалы Всероссийского совещания по подземным водам востока России «Подземные воды востока России» Тюмень: Изд-во Тюменский дом печати. 2009.-С. 413-416.

83. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения в области нефтегазоносной гидрогеологии // Разведка и охрана недр. 1997. - №2. С. 37-39.

84. Озябкин В.Н., Озябкин С.В. Программные имитаторы для моделирования геохимической миграции неорганических загрязнителей // Геоэкология. — 1996.-№1.-С. 104-120.

85. Карпов И.К., Чудненко К.В., Артименко М.В. и др. Термодинамическое моделирование геологических систем методами выпуклого программирования в условиях неоднородности // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40, №7. С. 971-988.

86. Шваров Ю.В. Расчет равновесного состава гидрогеохимических систем методом минимизации свободных энергий / Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии. М.: Недра, 1988. — 154 с.

87. Соломин Г.А. Крайнов С.Р. Геохимические условия приложения расширенного уравнения Дэвиса для расчета коэффициентов активности ионов в рассолах // Геохимия. 2003. - №5. - С. 510-515.

88. FEWFLOW (Finite Element Flow system) Introducing, http://www.scintificsoftware-group.com

89. Pruess K. TOUGH2 A general purpose numerical simulator for multiphase fluid and heat flow - Berkeley: 1991. Lawrence Berkeley Laboratory Report LBL-29400.

90. Chiang W.H., Bekker M. and Kinzelbach W. User guide for three dimensional visualization for MODFLOW-related groundwater flow and transport models South Africa: 2001. Institute for Groundwater Studies University of the Free State.

91. Куваев А.А. Поздняков С.П. Отчет «О научно-исследовательской работе по результатам прогнозного моделирования поведения фильтрата жидких РАО СХК». М.: МГУ, Фонды СХК, 2000. - 56 с.

92. Мироненко М.В., Рыбальченко А.И., Захарова Е.В., Зубков А.А. и др. Отчет «Разработка модели возможных последствий гипотетических аварийных ситуаций на полигоне подземного захоронения ЖРО СХК» Северск: Фонды СХК. Инв. № 57/740 доп., 2005. 325 с.

93. Румынии В.Г., Синдаловский JI.H., Токарев И.В. Отчет «Разработка модели зоны аэрации первого от поверхности водоносного горизонта в районе расположения наземных РАО». Северск: - Фонды СХК. Инв. № 57/1229, 2008.- 44с.

94. Балахонов В.Г., Жиганов А.Н., Носков М.Д., Истомин А.Д. Компьютерное моделирование загрязнения подземных вод токсичными неводными жидкостями. // Материалы международной конференции «Сопряженные задачи механики и экологии» Томск: 1998. - С. 25-26.

95. Балахонов В.Г., Зубков A.A., Матюха В.А. и др. Математическое моделирование радиационно-химического разложения органических примесей жидких радиоактивных отходов при глубинном захоронении // Радиохимия. — 2001. -Т.43, №1. С. 82-86.

96. Данилов И.В., Данилов В.В. Принципы моделирования стратифицированных геологических толщ и способы визуализации результатов // Томск: -2008. Вестник ТГУ, №309, - С. 185-188.

97. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия М.: Изд. ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 240 с.

98. Шестаков В. М., Данилов В.В. Отчет «Результаты опытно-фильтрационных работ 1999-2000 г.г. по кустам скважин системы регионального контроля недр СХК» Северск: Фонды СХК. Инв. № 57/138., 1999. -55 с.

99. Данилов В.В., Зубков A.A., Носков М.Д. Истомин А.Д. Моделирование распространения фильтрата ЖРО в пластах-коллекторах // Геоинформатика. -2007.-№4.-С. 36^3.

100. Захарова Е.В., Каймин Е.П., Дарская E.H., Меняйло К.А., Зубков A.A. Роль физико-химических процессов при долговременном хранении жидких радиоактивных отходов в глубинных пластах-коллекторах // Радиохимия. — 2001.- Т.43, № 4. С. 378-380.

101. Фролов Н.М. Гидрогеотермия М.: Изд. «Недра», 1976. - 280 с.

Информация о работе

Данилов, Владислав Владимирович
кандидата геолого-минералогических наук
Томск, 2010
ВАК 25.00.07

Диссертация

Математическое моделирование глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы