ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ СОЛЕПЕРЕНОСА

В качестве основной примем расчетную модель блоковой гете­рогенной среды с сосредоточенной емкостью, описываемой для од­номерного потока системой дифференциальных уравнений (5.6) и (5.13).

Для условий фундаментальной задачи при начальном равномер­ном засолении (с = с* — с0) и постоянной концентрации (с0) воды, подаваемой в сечение, х — 0 полуограниченного потока. Используя в этом случае аналогию с решением задачи переноса при линей­ной кинетике сорбции [38], получим уравнение для относительной

Концентрации солей в каналах и блоках

* *

Т), = 1 - FT(t, ц); (5.15)

А (1 — х) I а (, xnl \ .

^------ ЇГ ('--Г')' (5Л53)

Где FT — специальная функция, которая подробно табулирована, в сокращенном виде таблица этой функции приведена в прил. 3, причем FT = О при т<0.

При длительном времени процесса, определяемом из условия т>2,5, уравнение (5.15) принимает более простую форму

7=0,5 erfc|, І=---------------------- (5.16)

2

Заметим, что величина начальной концентрации солей в такой мо­дели определяется из условия, что при воздействии промывной воды все соли сразу же переходят в растворенное состояние, так что

С0=^а0, (5.17)

По

Где а0 — исходное массовое содержание солей в породе (в жидкой и твердой фазах); уп— объемная масса породы; п0 — среднее зна­чение активной пористости породы.

Для решения системы уравнений (5.6) и (5.13) можно также использовать интегральные преобразования величин с и с* по Лапласу—Карсону, обозначив

Их Ср и С*. Рассматривая начальное равновесное состояние в каждой точке, когда с(1, 0) — с*(1, 0)=с0(0, заменим в исходном уравнении с на Ср, с* на С*, dc/dl на dC/dl, dc/dt на р(Ср—с0), dc*ldt на р (С* — с0), после чего предста­вим уравнения (5.6) и (5.13) в преобразованном виде

DC

Шр (Ср-с0) + (1 - х) np(C*p-4)+v-^f=0 (5.18)

Ря(с;-^=а(Ср-сЭ. (5.19)

(5.19а)

Выражая С* из уравнения (5.19) щ аСр + рпсв

Р рпТсГ"'

Исключим величину С* из уравнения (5.18), которое после алгебраических пре­образований приводится к виду dCn

—+ а (Ср — с0)=0,

(5.20)

Где

Пр

(5.20а)

А-

А (1 — х) 1 __ Пр ^ А + тр Пр + а \ v ' а + пр

Решением этого обыкновенного уравнения при граничном условии ср—ср и 1=0 будет

|ас0е^г) dz + C°p, 1(1) = ^ adz.

-6(0

(5.21)

О о

Расчеты по уравнению (5.21) в общем случае могут производиться численным путем. При неизменных по глубине параметрах, когда a=const, выражение (5.12) принимает вид і

•al

(5.22)

С р—е

A J c0eaz dz + C


В частности, при постоянном начальном засолении (Со=const) получим

Cp^coil-e-^ + Cy*1, (5.23)

А при аппроксимации начального засоления уравнением с0=со+у/е~б где •у и б — постоянные величины, получим

Р а-Ь

Г

+

С0

•al

+

(5.23a)

Т^г + З)

Учет переменного исходного засоления по глубине можно произвести, аппроксимируя его распределение ступенчатым графиком (рис. 61) и при этом составляя расчетные зависимости по принципу суперпозиции. Для различных сечений эти зависимости имеют следующий вид: в сечении, располагаемом в пределах первой дополнительной ступени (при Z\ ^ 2 ^ z2)

С=4 - (с0 - 4) FT (ц, т) - (с0 - с0) Рт (ч,, Ts),

(5.24)

Рис. 61. Ступен­чатый график из­менения начальной концентрации за - (5.24а) соления

Где г} и т определяются согласно (5.15а), a t}i и ті представляют собой значения т] и т, в которых г заменяется на z— Z\.

В пределах второй дополнительной ступени (при 22<2 ^ 2з)

- (С0 - Со) FT (п. т) - (4 - 4) FT (*1|. Т,) - (4 - 4) FT (П2' Т2)'

(5.25)

С*=сJ + (с0 - 4) FT (т, п) + (4 - Со) . *li) + (4 - 4) FT {Ч> Пг)•

(5.25а)

Где tj2 и т2 — значения т] и т, в которых z заменяется на z — z%. По аналогии можно написать решения для любой последующей ступени.

Для исходной теоретической модели макродисперсии решение фундаментальной задачи в полуограниченном потоке при постоян­ных значениях начальной концентрации солей с и граничной кон­центрации с0 имеет вид [10, 38]

(5.26)

С — 0,5

Где

Erfes + exp (-*-) erfc

І (5.26a)

2 VnD*t ' 2 лfnD*t '

При больших значениях t второй член выражения (5.26а) стано­вится пренебрежимо малым и тогда можно считать

Ё=0,5 erfc|. (5.27)

Как показано в [33], применимость решения (5.27) для определения парамет­ров (п и D) по опытным данным обусловливается выполнением двух неравенств, ограничивающих длину потока и время процесса

1 > vbn ' 1 > (2 д/ йд + Ьп 1 j V *

Где б п и б о—допустимые относительные погрешности определения парамет­ров п и D.

Сопоставим фундаментальные решения для моделей макродис­персии и среды с двойной емкостью при значительной длительно­сти процесса, когда эти решения описываются уравнениями (5.16) и (5.27). Как видно, эти уравнения формально идентичны и при х — 0 они совпадают, если положить

(5.28)

Это соотношение дает возможность понимания структуры зависи­мости коэффициента макродисперсии D* от скорости фильтрации v. Так, принимая для а выражение (5.7), можно видеть, что при больших v, когда ctK>aD, согласно (5.28) должно быть D*~v, а при малых v, когда ав>оск, должно быть D*~vz.

Таким образом, в определенных условиях —при длительном протекании процесса в полуограниченном потоке теоретические модели гетерогенной (блоковой) среды и макродисперсии примерно одинаково описывают характер солепереноса. Однако между этими моделями есть и существенные различия. Если в модели гетероген­ной среды дисперсия (рассеивание) солей происходит только по направлению потока и обратного действия (против потока) не имеет, то в модели макродисперсии предполагается одинаковый характер дисперсии по потоку и против потока. Соответственно в модели гетерогенной среды при поливах минерализация грун­товых вод не влияет на процесс рассоления зоны аэрации, а в мо­дели макродисперсии такое влияние обязательно должно иметь место. Какая из этих моделей лучше отражает протекание процес­сов солепереноса в природных условиях,— еще должны показать специальные исследования, базирующиеся на анализе представи­тельного экспериментального материала. Возможно, что такой ана­лиз потребует и дальнейшего развития этих моделей, в частности, путем их сочетания. Пока что несколько более предпочтительной представляется модель гетерогенной среды, поскольку, во-первых, она непосредственно отражает определенные представления о строении породы, а во-вторых, основанные на этой модели рас­четные зависимости оказываются сравнительно более простыми.

При обосновании теоретической модели и расчетных зависимо­стей солепереноса в зоне аэрации следует учитывать особенно­сти влагопереноса при промывках и поливах, в на­чальный период которых влагоперенос в гетерогенной среде также происходит прежде всего по проницаемым каналам. При промыв­ках до момента достижения равновесного значения влажности бло­ков конвективный перенос вещества направлен внутрь блоков, так что до окончания насыщения блоков водой вынос солей из них отсутствует и этот период должен исключаться из расчетного вре­мени солеобмена. Предполагая, что в период насыщения блоков все легкорастворимые соли переходят из твердой фазы в раствор, А. А. Рошаль предлагает рассматривать этот период как расчет­ное значение времени запаздывания U. Длительность этого пе­риода, как это следует из теоретического анализа [9J, может оце­ниваться по формуле

3(9к-е„) ___ кЧкщ /о - — — ^(5.29)

Где 8К и 0н—конечная и начальная влажность блоков; авл — коэф­фициент влагообмена; k — коэффициент фильтрации блоков (опре­деляемый для некоторого среднего значения влажности); hK — характерная высота капиллярного поднятия.

Оценим величину времени запаздывания, полагая, как и ранее, что «>б=24/2, Vf>^8il когда

3 k*h

«вл -==- j-5-. (5.30)

При /б=0,3 м; &*=0,01 м/сут; Ак = 3 м; Є«—8„ = 0,3 получим авл = 1 сут"1 и

To= ^М-=0,9 сут.

Для сопоставления длительности периода влагообмена с длительностью пе­риода солеобмена оценим соотношение коэффициента конвективного массооб - мена ак и влагообмена аВл

/, (5.31)

Авл k*hK

Где k — средний коэффициент влагопереноса. Приняв вышеуказанные харак-

0 3

Терные значения входящих в (5.31) величин, при vs*k получим= =

ССвл " * ®

=-gg т. е. в этом случае период насыщения блоков составляет примерно лишь Ун, часть общей длительности солеобмена.

Для определения времени запаздывания помимо оценочной формулы (5.29) могут использоваться данные по режиму влажно­сти в зоне аэрации. Если же в процессе экспериментальных иссле­дований фиксируются скорости фильтрации через поверхность зоны аэрации и через расчетное сечение, то время запаздывания определяется по моменту выравнивания этих скоростей.

В тех же случаях, когда в процессе полевых исследований не могут быть поставлены водно-балансовые работы, то величину вре­мени запаздывания to приходится ориентировочно снимать непо­средственно с графиков, характеризующих изменение концентрации поровых растворов в период насыщения.

ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Квалифицированные услуги в области геологического обследования участка

Невозможно начать возведение дома без начального изучения геологического изыскания. Строительные нормы, используемые при возведении стен, напрямую зависят от полученных результатов изучения почвы. Что такое геология для строительства и как получить …

Инженерная геология в Киеве

Геологические исследования играют большую роль при масштабном строительстве домов, несущих конструкций и производственных мощностей. Среди большого спектра услуг инженерная геология занимает почетное место в потребительском рейтинге на рынке. Компания «Геоплан» …

Геологические исследования

Анализ состояния грунта - это один из самых важных этапов перед началом строительства. Данный спектр исследований позволяет всесторонне и объективно оценить положение дел на строительной площадке, чтобы конструктор мог правильно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua