WEB-ресурс научно-практических конференций

Ураскузина  А.А.

Институт экономики, управления и права, г . Казань, Российская Федерация

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕОДОЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ПРЕПЯТСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫМ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕМ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД

За пятидесятилетний период эксплуатации Полазнинского нефтяного месторождения на поверхности грунтовых вод образовалась линза нефти, являющаяся источником загрязнения Камского водохранилища. Интенсивные поверхностные нефтепроявления на левобережной части месторождения (район д.  Зуята ), приводящие к загрязнению водохранилища, стали отмечаться с начала 70-х годов и продолжаются до настоящего времени. В отличие от других загрязнителей для нефти характерно формирование долговременных очагов. Фильтруясь через породы зоны аэрации, нефть насыщает их, формируя вторичный источник её поступления в подземные воды. Сезонные колебания уровней последних со слоем нефти способствует увеличению зоны загрязнения. Даже после извлечения жидкой нефти из водоносного горизонта её часть, сорбированная грунтом, может выноситься в подземные воды в течение десятков и сотен лет.

Анализ проведенных ранее работ показал, что ряд аспектов проблемы загрязнения гидросферы в пределах месторождения практически не изучены. Не исследованы зона и характер разгрузки загрязненных вод в Камское водохранилище; слабо освещены закономерности фильтрации загрязненных вод; отсутствуют оценки скоростей движения нефтяной линзы; не разработаны подходы к борьбе с нефтяным загрязнением.

Правильный учет проницаемостной неоднородности и адсорбционной способности разных грунтов позволяет корректировать ширину водоохраной зоны и за счет этого снижать углеводородное загрязнение территории.

В работе рассматривается бесконечный водоупор , расположенный под малым углом   к горизонту (рис. 1а-1г). Первоначально имеется установившееся течение воды по поверхности водоупора или грунтовая вода отсутствует.

С некоторого момента времени с поверхности земли начинают поступать углеводородные загрязнения. Проникая в почву под действием силы тяжести, легкий загрязнитель опускается до уровня грунтовых вод (или водоупора ) и растекается по его поверхности. Плотности воды и загрязнителя обозначим за   и , вязкости –   и   соответственно; проницаемость среды равна .

На некотором расстоянии от области просачивания вниз по потоку находится барьер – тонкое непроницаемое препятствие, имеющее высоту , полуширину , ортогональное к направлению наклона водоупора .

Плотность потока загрязнения   у поверхности зеркала грунтовых вод предполагается известной из решения задачи инфильтрации. Кроме того, область источника локализована –   в ограниченной области.

В работе рассматривались два случая: 1) постоянно действующий источник (аналог длительных утечек на нефтяных месторождениях); 2) кратковременно действующий интенсивный источник (аналог аварийного разливания).

Требуется описать динамику растекания линзы загрязнения по водоупору или зеркалу грунтовых вод с учетом изменения толщины слоя воды и изменение уровня зеркала грунтовых вод (ЗГВ) с течением времени. Исследовать зависимость скорости обтекания препятствия и распространения линзы в зависимости от параметров сезонного колебания ЗГВ.

В работе построена математическая модель растекания линзы легкого водо-нерастворимого загрязнения по поверхности грунтовых вод при наклонном водоупоре с перпендикулярным барьером.

Для толщины линзы загрязнения и возмущения уровня грунтовых вод получена нелинейная система дифференциальных уравнений типа конвективной диффузии, в которой коэффициенты проводимости прямо пропорциональны самим искомым величинам.

Предложена численная схема решения полученной системы уравнений. Использована консервативная разностная схема со вторым порядком точности аппроксимации диффузионных слагаемых и разностью назад для консервативных слагаемых. Полученная система решалась явным вдоль и неявным поперек наклона пласта методом с использованием семидиагональной прогонки.

Получены картины обтекания линзой препятствия. Изучено изменение картины течения при различных параметрах. Прежде всего, изучено влияние интенсивности сезонного колебания зеркала грунтовых вод и их глубины.