ГЕОЭКОЛОГИЯ


ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ

Геоэкология, 2021, № 5, С. 72-86

МЕТОДИКА СОЗДАНИЯ КОМПЛЕКСА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЗОНЫ АЭРАЦИИ И НАСЫЩЕННОЙ ЗОНЫ ДЛЯ ПРОГНОЗА МИГРАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТ ПРИПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА ДО ОБЛАСТИ РАЗГРУЗКИ

© 2021 г. Е. В. Кононченко*, А. Б. Петраш**

ФГБУ "Гидроспецгеология, ул. Маршала Рыбалко,
4, Москва, 123060 Россия

*E-mail: lena.konon@mail.ru
**E-mail: A.B.Petrash@yandex.ru

 

Поступила 16.03.2021 г.
После доработки 27.05.2021 г.
Принята к публикации 5.08.2021 г.

В статье представлена методика создания комплекса моделей зоны аэрации и насыщенной зоны, позволяющая количественно охарактеризовать миграцию загрязнения от приповерхностного источника до зеркала грунтовых вод и до областей разгрузки геофильтрационного потока. Применение методики рассмотрено на примере района с выявленным хлоридным загрязнением подземных вод. Источником загрязнения является солехранилище, которое эксплуатировалось в период 1967-2007 гг. Снижения концентраций хлорид-иона вследствие деградации ореола после ликвидации источника загрязнения не наблюдается, что связано с формированием вторичного источника (зоны засоления) в зоне аэрации. Для рассматриваемого района проведена разработка моделей зоны аэрации и насыщенной зоны. Модель насыщенной зоны откалибрована по данным мониторинга (уровень грунтовых вод и концентрация хлорид-иона). Ореол хлорид-иона в потоке грунтовых вод воспроизведен на модели в абсолютных концентрациях. Расчеты миграции загрязнения в зоне аэрации проведены в относительных концентрациях. По результатам моделирования определены временные интервалы, характеризующие этапы формирования ореола загрязнения за время эксплуатации солехранилища, а также этапы деградации ореола после его ликвидации. Проведена оценка влияния параметров моделей обеих зон на результаты геомиграционных расчетов, выявившая наиболее значимые из них. Рассмотрен ряд модельных сценариев (консервативных и более мягких), позволивших определить вариативность модельных прогнозов. На основе ретроспективных комплексных модельных расчетов и данных мониторинга получены уточненные параметры, характеризующие отложения зоны аэрации.

Ключевые слова: численное моделирование, зона аэрации, насыщенная зона, подземные воды, миграция загрязнения

DOI: 10.31857/S0869780921050076

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988. 349 с.
  2. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. M.: Недра, 1984. 262 с.
  3. Гриневский С.О., Поздняков С.П. Ретроспективный анализ влияния климатических изменений на формирование ресурсов подземных вод // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2017. №2. С. 42-50.
  4. Паничкин В.Ю. Геоинформационно-математическое моделирование гидрогеологических систем Казахстана: автореф. дисс. докт. техн. наук. Алматы, 2000. 47 с.
  5. Румынин В.Г. Геомиграционные модели в гидрогеологии. СПб.: Наука, 2011. 1158 с.
  6. СанПиН 2.1.4.1074-01. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. М.: МинздравРоссии, 2002. 67 с.
  7. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1995. 368 с.
  8. Шестаков В.М., Поздняков С.П. Геогидрология. М.: Изд. ИКЦ “АКАДЕМКНИГА”, 2003. 176 с.
  9. Chiang Wen-Hsing. 3D-groundwater modeling with PMWIN: a simulation system for modeling groundwater flow and transport processes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2005. 397 р.
  10. COMSOL Multiphysics: User Manuals. URL: https://doc.comsol.com (дата просмотра 25.05.2021).
  11. Doherty J.E., Hunt R.J. Approaches to highly parameterized inversion: A guide to using PEST for groundwater-model calibration. Reston, Virginia, U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2010–5169, 2010. 59 p.
  12. Fitts C. R. Groundwater Science. San Diego, California, Academic Press, 2002. 450 p.
  13. Van Genuchten M.T. A Closed Form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils // Soil Science Society of America Journal. 1980. V. 44. P. 892-898.
  14. GMS: User Manuals. URL: https://www.xmswiki.com/wiki/GMS:User_Manuals (дата просмотра 13.03.2021).
  15. Mualem Y.A New Model for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Porous Media // Water Resources Research. 1976. V. 12. P. 513-522.
  16. Schaap M.G., Leij F.L., van Genuchten M.T. Rosetta: а computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions // J. Hydrology. 2001. V. 251. P. 163⎯176.
  17. Shuttleworth W.J., Wallace J.S. Evaporation from sparse crops-an energy combination theory // Quart. J. Royal Meteorol. Soc. 1985. V. 3. P. 839–855.
  18. Šimůnek J., van Genuchten M.T., Šejna M. The HYDRUS Software Package for Simulating the Two- and Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Porous Media. Technical manual. Version 3.0. Riverside, California, Department of Environmental Sciences University of California Riverside, 2012. 260 р.
  19. Šimůnek J., Šejna M., van Genuchten M.T. et al. The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media. Technical manual. Version 3.0. Riverside, California, Department of Environmental Sciences University of California Riverside, 2013. 340 р.