CC BY
41
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ
УДК 504.43.054:628.19
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ И ДРЕНАЖНЫХ ЗАЩИТ ГРУНТОВЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ НАКОПИТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
© 2007 г. Е.О. Скляренко
При эксплуатации накопителей промышленных отходов достаточно часто возникают особые случаи, когда на фильтрационный поток загрязненных вод из накопителя воздействует естественный поток грунтовых вод в определенном направлении [1, 2].
В этих случаях в отличие от традиционных про-тивофильтрационных [2] или дренажных [3] защит (рис. 1 а-в) может применяться схема, представленная на рис. 2.
а б в
Рис. 1. Конструкции традиционных противофильтрацион-ных или дренажных защит накопителей промышленных отходов: а - стена в грунте по контуру накопителя; б - устройство противофильтрационного экрана по всей площади накопителя; в - устройство перехватывающих скважин: 1 - противофильтрационная стенка; 2 - противофиль-трационный экран; 3 - дренажные вертикальные скважины;
4 - перекачка загрязненных вод в накопитель
Рис. 2. Схема противофильтрационной и дренажной защиты грунтовых вод в виде противофильтрационных направляющих стенок и дренажных скважин: 1 - противофильтрационная стенка; 2 - дренажные вертикальные скважины
При такой схеме используются противофильтраци-онные стенки с тыловой стороны относительно направления движения грунтового потока, которые играют роль направляющих для загрязненных грунтовых вод непосредственно к ряду скважин, откуда загрязненные воды будут перекачиваться обратно в накопитель.
Целью экспериментальных исследований являлось изучение эффективного варианта защиты грунтовых вод от загрязнения отходами золоотвала тепловой электростанции.
Исследования проводились методом ЭГДА на установке в лаборатории моделирования фильтрационных процессов Новочеркасской государственной мелиоративной академии.
Моделирование перехвата фильтрационного потока загрязненных вод из накопителя с помощью направляющих противофильтрационных стенок и вертикальных дренажных скважин осуществлялось на примере котлована Новочеркасской ГРЭС (рис. 3).
67%
1 75,0 OY 1 О) \ 60,0
58,5
0% У? J/,J 55,0
53,0
г:...........
Рис. 3. Гидродинамическая сетка фильтрации из накопителя промышленных отходов для варианта защиты грунтовых вод от загрязнения противофильтрационными направляющими стенками и перехватывающими скважинами: 1 -накопитель; 2 - противофильтрационные направляющие стенки; 3 - перехватывающие вертикальные скважины
Количество скважин определялось исходя из условия захвата потока, а также в сравнении с вариантом, включающим как противофильтрационные стенки, так и скважины. В данном примере их количество равно 9. При моделировании принимались следующие параметры накопителя отходов и грунтового потока [2]: площадь котлована 20,4 га, наибольшие размеры 400x500 м, высота насыпи накопителя 20,0 м, уклон местности I = 0,001, мощность водопроницаемой толщи Т= 25,0 м, коэффициент фильтрации грунта к = = 3,76 м/сут. В расчетах средний уклон грунтовых вод задавался равным уклону местности I = 0,001, что также подтверждалось данными режимных наблюдений по скважинам.
С учетом уклона местности и принятого масштаба на экспериментальной модели устанавливались следующие граничные потенциалы напряжения: по границе котлована - 100 %, по границе скважин - 0 %, по верхней и нижней границам модели с учетом уклона грунтовых вод, соответственно, 67 и 51 %.
При обработке данных моделирования по гидродинамическим сеткам определялся суммарный расход линейного ряда скважин по формуле Qcrd = кШТ., где к - коэффициент фильтрации грунта; В - ширина зоны фильтрации, захватываемая линейным рядом скважин; 3 - уклон грунтовых вод в зоне перехватывающих скважин; Т - мощность водонепроницаемой толщи.
Уклон грунтовых вод в зоне скважин вычислялся по гидродинамической сетке как 3 = АН/А/, где А Н -потеря напора в пределах рассматриваемого участка в зоне скважин; А / - замеренное расстояние между рассматриваемыми сечениями.
Результаты моделирования комбинированных вариантов защиты грунтовых вод, включающие применение направляющих противофильтрационных стенок и перехватывающих вертикальных скважин представлены в таблице. Для сравнения здесь же приведены данные для вариантов перехватывающих скважин без противофильтрационной стенки.
Анализ результатов исследований показывает (таблица), что для варианта защиты грунтовых вод в виде направляющих фильтрационных стенок и перехватывающих скважин через 150 м степень перехвата загрязненных грунтовых вод составляет 72,6 %, в то время как для варианта только перехватывающих скважин она равна 61,5 %.
В случае применения противофильтрационных стенок и скважин через 100 м эффект значительно снижается - степень перехвата составляет 65,4 %.
Таким образом, на основании вышеизложенного наиболее эффективным вариантом защиты грунтовых вод из рассмотренных для принятых параметров накопителя и заданных гидродинамических условий является комбинированный вариант, включающий направляющие противофильтрационные стенки и скважины через 150 м, эффективность которого по степени перехвата загрязненных грунтовых вод по
сравнению с линейным рядом скважин без стенок выше более чем на 10 %.
Кроме того, эффективность этого варианта защиты выше по сравнению с аналогичным вариантом при расстоянии между скважинами, равном 100 м, более чем на 7 %.
Выводы
1. Рассмотрены схемы противофильтрационных и дренажных защит накопителей промышленных отходов в условиях взаимовлияния фильтрационного потока загрязненных вод и естественного грунтового потока, которые включают комбинированные варианты из направляющих противофильтрационных стенок или фильтрующе-сорбирующих элементов, а также схемы частичного экранирования ложа накопителей.
2. Проведены исследования защиты грунтовых вод комбинированным вариантом из направляющих противофильтрационных стенок и вертикальных дренажных скважин моделированием методом ЭГДА. В результате сопоставления с традиционными схемами защиты грунтовых вод в виде линейного ряда перехватывающих скважин установлено, что более эффективным вариантом является комбинированный вариант, включающий противофильтрационные направляющие стенки и вертикальные дренажные скважины. Комбинированный вариант перехвата загрязненных грунтовых вод по сравнению с линейным рядом скважин без стенок эффективнее более чем на 10 %.
Литература
1. Абрамов С.К., Недрига В.П. и др. Защита территорий от
затопления и подтопления. М., 1961.
2. Косиченко Ю.М., Абуханов А.З., Ищенко А.В., Омелаев Т.Ю. Исследования эффективного варианта защиты от загрязнения грунтового потока золошлаковыми отходами Новочеркасской ГРЭС // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2001. № 2. С. 96-100.
3. Романов А.В. Приток воды к одиночной скважине в полуограниченном потоке подземных вод // Сб. фильтрационных расчетов гидротехнических сооружений. Сб. 5. М., 1972.
15 декабря 2006 г.
Новочеркасская государственная мелиоративная академия
Результаты исследований комбинированных вариантов защиты грунтовых вод из накопителей промышленных отходов
Схема защиты грунтовых вод Градиент напора Расход перехватывающих скважин бскв, м/сут Общий расход грунтового потока бобщ, м/сут Дебит 1 скважины 01СКВ, м/сут Степень перехвата загрязненных грунтовых вод, %
Направляющие противо-фильтрационные стенки и перехватывающие скважины через 150 м 0,003 421,0 580,4 140,4 72,6
Перехватывающие скважины через 150 м 0,0036 338,4 550,4 37,6 61,5
Направляющие противо-фильтрационные стенки и перехватывающие скважины через 100 м 0,009 355,3 543,3 118,4 65,4
