Контрольная работа
По геологии
Задача 1
Аллювий первой надпойменной террасы представлен песками с коэффициентом фильтрации k=20 м/сут. Пески подстилаются горизонтально залегающими глинами. Поток грунтовых вод направлен от водораздела и дренируется рекой. Мощность подземных вод на урезе реки hр
=25 м.На расстоянии l= 2000 м от реки располагается городская застройка. Мощность грунтового потока здесьhе
=35м, глубина до воды hа
=8м. Выше по потоку подземных вод на водоразделе проектируется массив орошения шириной 2В = 4000м. Интенсивность инфильтрации от орошения составит:  м/сут.
Определить необходимость сооружения дренажа при условии, что уровень грунтовых вод в районе застройки не должен быть ближе hoc
=3м от поверхности земли. Рассчитать расположение и условия работы вертикального защитного дренажа.
Решение:
1. Определим величину подпора уровня под городской застройкой в результате дополнительного орошения. Максимальная величина подпора при стабилизации повышения уровня определяется по формуле:
 =
то есть происходит подтопление, поскольку
 ; 39.3-35=4.3 м > 3 м.
2. Определим естественный расход потока и его направление:
 м2
/сут
знак <<->>показывает, что поток направлен против оси Х
3. Основным фактором подтопления является увеличение притока воды из-за дополнительной инфильтрации при орошении. Со стороны против зоны орошения величина притока при стационарном режиме фильтрации останется равной qе
, так как условия формирования потока с этой стороны дренажа не изменились.
4. Используем знание расхода со стороны водораздела после сооружения дренажа для определения мощности потока на контуре дренажа после его сооружения. Для этого воспользуемся формулой:
причем yос
- мощность подземных вод под застройкой при соблюдении нормы осушения определяется по формуле: 35+8-3=40 м.
Выполним расчеты двух конкурирующих вариантов расположения дренажа на расстояниях lд
=0,5l от городской застройки параллельно границы зоны орошения: lд1
=1000 м (ниже городской застройки) и lд2
=1000м (выше городской застройки). Согласно формуле дляlд1
=1000 м получим:
Для второго варианта вначале определяется расход со стороны зоны орошения по формуле:
 м2
/сут,
затем определим мощность потока на линии дренажа по формуле:
5. Расход воды со стороны зоны орошения для первого варианта найдем по формуле:
 м2
/сут
6. Определим величину линейного дренажного модуля qд
для каждого варианта по формуле:
 м2
/сут
 м2
/сут
В этом случае целесообразно сооружение контурного дренажа, располагающегося между водоразделом и городской застройкой, по второму варианту.
7. Выполним гидродинамический расчет линейного ряда дренажных скважин с радиусом фильтра r0
=0.1м. При условии что  имеем:
Из этого выражения необходимо определить расстояние между скважинами, заданное в неявном виде. Далее задача решается подбором и ход расчета сводится в таблицу:
М3
/сут
|
 |
 |
A= |
| 300 |
90 |
1.43 |
478 |
6.17 |
8.82 |
0,1 |
| 500 |
150 |
2.39 |
796 |
6.68 |
15.97 |
0,2 |
| 600 |
180 |
2.87 |
955 |
6.86 |
19.69 |
0,22 |
| 800 |
240 |
3.82 |
1274 |
7.15 |
27.3 |
0,3 |
| 1000 |
300 |
4.78 |
1592 |
7.37 |
35.2 |
0,4 |
| 1500 |
450 |
7.17 |
2388 |
7.78 |
55.78 |
0,62 |
| 1700 |
510 |
8.12 |
2707 |
7.9 |
64.1 |
0,71 |
| 2000 |
600 |
9.55 |
3185 |
8.07 |
77.07 |
0,85 |
| 2500 |
750 |
11.94 |
3981 |
8.29 |
98.98 |
1,1 |
Расстояние между скважинами
Задача 2
Девонский водоносный горизонт в песках мощностью m=200 м изолирован от зоны активного водообмена толщей глин мощностьюmр
=1000 м. Начальная минерализация девонских подземных водСо
=80 г/дм3
, активная пористость nа
=0,15. Минерализация воды в зоне активного водообмена Со
=1г/дм3
. Коэффициент диффузии глин Dм
=5*10- 6
м2
/сут. Требуется:
1. Определить время, за которое произойдет уменьшение минерализации подземных вод девонского горизонта до Сt
=3г/дм3
.
2. Определить время, в течение которого интенсивность выноса солей уменьшится в 2 раза по сравнению с первоначальной интенсивностью.
Решение:
1. Составим расчетную схему массопереноса соленых вод из девонского водоносного горизонта в зону активного водообмена.
2. Учитывая значительную мощность разделяющего прослоя глин, можно предположить, что скорость вертикальной фильтрации равна нулю. С другой стороны, между зонами застойного режима (воды девона) и активного водообмена (верхний водоносный горизонт) существует начальный градиент концентрации по сумме солей, равный:
Следовательно, массоперенос солей через толщу глин будет происходить по схеме диффузионного переноса.
3. Определим относительную концентрацию солей в девонском горизонте через искомое время t, исходя из заданного условия, что к этому времени она достигнет значения Сt
=3,0 г/дм3
:
и рассчитаем коэффициент b:
4. Найдем искомое время:
 или 60млн лет
5. Начальная интенсивность выноса солей определялась разностью концентраций в нижней и верхней зонах, составившей:
( )=80-1=79 г/дм3
.
Двукратное уменьшение интенсивности выноса соответствует уменьшению этой разности до 39.5 г/дм3
и
 ,
тогда
 сут или 11 млн лет
Задача 3
Из накопителя промышленных сточных вод будет происходить фильтрация в горизонт глинистых песков мощностью 20 м с коэффициентом фильтрации k=2м/сут, активной пористостью na
=0,15. Определить положение границы поршневого вытеснения чистых подземных вод сточными водами и размеры переходной зоны от загрязнения в накопителе при  =0,4%. Период прогноза t=25 лет. Миграционные параметры глинистых песков: Dм
=1см2
/сут, δ1
=5см. Уклон естественного потока грунтовых вод Iе
=0,010. Определить время, через которое загрязнение с =0,4% достигает водозаборной скважины, удаленной на расстояние l=400 м.
Решение:
1. Определим положение фронта поршневого вытеснения по формуле:
2. Определим коэффициент гидравлической дисперсии по формулам:
3. Исходя из заданного значения =0,4%=0.004 , определяем по таблице приложения №1 величину 𝜉=2.3
Тогда из формулы  выражаем  :
Таким образом предельно допустимое загрязнение распространится на расстояние: от накопителя промышленных сточных вод.
4. Определим число Пекле:
т.е условие выполняется.
5. Определим время достижения фронтом поршневого вытеснения водозаборной скважины по формуле: полагая что l=x0
:
Через этот период времени в водозаборную скважину придет раствор с концентрацией =0,4. Однако загрязнение воды с более низкой концентрацией, соответствующее переднему фронту переходной зоны с =0,001 ,подойдут еще раньше.
Рассчитаем величину переходной зоны через t=0.3*104
по формуле:
Время прохождения поршневым фронтом этого расстояния определим по формуле полагая что  :
Таким образом, загрязнение с концентрацией =0,001 придет в водозаборную скважину на 162 суток раньше фронта поршневого вытеснения т.еt=3000-162=2838 сут. или 8 лет.
Задача 4
Обработать результаты миграционного опыта. Определить миграционные параметры
NH4
-
|
t,мин |
42 |
44 |
46 |
48 |
50 |
52 |
54 |
56 |
58 |
60 |
62 |
64 |
66 |
С0
|
0 |
| Ct
|
0 |
0.003 |
0.010 |
0.418 |
1.579 |
3.091 |
4.318 |
4.950 |
5.269 |
5.407 |
5.473 |
5.489 |
5.50 |
С0
|
5.5 |
| Хлор-ион |
t,мин |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
С0
|
20.0 |
| Ct
|
20 |
20.05 |
20.19 |
27.6 |
48.7 |
76.2 |
98.5 |
110 |
115.8 |
118.3 |
119.5 |
119.8 |
120 |
С0
|
100 |
Решение:
1. Для построения выходных кривой для аммония производится расчет относительной концентрации по формуле:
Результаты расчетов сведем в таблицу. Выходные кривые хлоридов и аммония строим на одном графике в координатах  .
| аммоний |
Хлор-ион |
| t,мин |
Ct
мг/дм3
|
 |
t,мин |
Ct
мг/дм3
|
|
| 42 |
0 |
0 |
2 |
20 |
0 |
| 44 |
0.003 |
0.00055 |
4 |
20.05 |
0.000625 |
| 46 |
0.01 |
0.0018 |
6 |
20.19 |
0.002 |
| 48 |
0.418 |
0.076 |
8 |
27.6 |
0.095 |
| 50 |
1.579 |
0.287 |
10 |
48.7 |
0.359 |
| 52 |
3.091 |
0.562 |
12 |
76.2 |
0.703 |
| 54 |
4.318 |
0.785 |
14 |
98.5 |
0.981 |
| 56 |
4.95 |
0.9 |
16 |
110 |
1.125 |
| 58 |
5.269 |
0.958 |
18 |
115.8 |
1.198 |
| 60 |
5.407 |
0.983 |
20 |
118.3 |
1.229 |
| 62 |
5.473 |
0.995 |
22 |
119.5 |
1.244 |
| 64 |
5.489 |
0.998 |
24 |
119.8 |
1.248 |
| 66 |
5.50 |
1 |
26 |
120 |
1.25 |
2. Анализ графиков показывает, что фронт поршневого вытеснения хлоридов соответствующий относительной концентрации 0.5 подходит к границе колонны через 8.5 мин.(0.006 сут.), фронт поршневого вытеснения аммония отстает и подходит через 52 мин (0.036 сут)
Выходные кривые для хлоридов и аммония
 3. Миграция аммония протекает по типу равновесной сорбции - об этом свидетельствует форма выходной кривой по этому компоненту (наличие асимптоты на  , параллельность выходной кривой по хлоридам). Параметры сорбции – действительную скорость миграции и коэффициент распределения найдем, используя опытные данные о времени выхода поршневого вытеснения ( аммония (52 мин.). Тогда действительная скорость миграции аммония составит:
4. Найдем значение эффективной пористости, имея ввиду, что в данном случае для сорбируемого вещества определяется не активная, а эффективная пористость:
5. Соотношение значений пористости:  . Действительная скорость движения нейтрального компонента (хлоридов) определяется значением активной пористости, скорость движения аммония - значением эффективной пористости. Это означает, что скорость движения хлоридов будет в 4.5 раза выше по сравнению со скоростью миграции сорбируемого аммония:
|