Обоснование эффективных параметров прогнозных моделей геомиграции в неоднородной водовмещающей среде : на примере полигона захоронения жидких отходов Сибирского химического комбината

• Автор: Бакшевская, Вероника Анатольевна
• Шифр специальности: 25.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 194 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ физико-математических моделей миграции в неоднородных средах
1.1 Классическое конвективно-дисперсионное уравнение
1.2 Признаки и причины аномального переноса
1.3 Моделирование массопереноса в неоднородных средах
1.3.1 Подход, использующий КДУ и эмпирическую макродисперсивность
1.3.2 Стохастический подход к моделированию массопереноса в неоднородных средах
1.3.3 Подход, использующий осреднение и КДУ на микромасштабе
1.3.4 Альтернативные подходы
1.4 Проблемы параметрического обеспечения долгосрочных моделей миграции компонентов ЖРО
1.5 Выводы
2. Методы моделирования геологической неоднородности осадочных отложений
2.1 Классификация методов построения моделей геологической неоднородности
2.2 Гауссовские геостатистические методы
2.3 Негауссовские геостатистические методы
2.3 Детерминированные и стохастические геостатистические методы
2.4 Выводы
3. Рсмасштабированне коэффициента фильтрации
3.1 Эффективная и эквивалентная проницаемость
3.2 Методы ремасштабирования
3.3 Выводы
4. Геолого-гидрогеологические условия района СХК
4.1 Краткие сведения о СХК
4.2 Геологическое строение района СХК
4.3 Гидрогеологические условия района
4.4 Условия осадконакопления верхнемеловых и эоценовых отложений района СХК
4.5 Выводы
5. Геостатистпческий анализ данных
5.1 Анализ исходных данных
5.2 Обоснование параметров для геостатистического моделирования
5.2.1 Параметры для двухкомпонентной модели литологической неоднородности
5.2.2 Параметры для четырехкомпонентной модели литологической неоднородности
5. 4 Выводы

6. Построение моделей геофильтрационной неоднородности и оценка эффективных
геофильтрационных параметров
6.1 Построение трехмерных моделей геофильтрационной неоднородности водовмещающих отложений
6.2 Определение эффективной проницаемости неоднородных песчано-глинистых толщ
6.3 Выводы
7. Калибрация модели и моделирование истории закачки ЖРО
7.1 Калибрация модели геофильтрационной неоднородности
7.2 Крупномасштабное численное моделирование миграции нейтрального компонента
7.3 Выводы
8. Оценка эффективных геомиграционных параметров
8.1 Методика
8.2 Моделирование
8.3 Результаты и обсуждение
8.3 Влияние схематизации неоднородности осадочных отложений на прогноз миграции загрязнения
8.4 Выводы
Заключение
Библиографический список использованных литературных источников

шшншнш nuшш тпдптпгг шш.
Введение
Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем современной России является защита среды обитания человека от отходов предприятий химической, атомной промышленности и энергетики. Одним из способов длительной изоляции токсичных отходов, включая жидкие радиоактивные отходы, является их захоронение в глубокозалегающие геологические формации. В 60-х годах в России были созданы полигоны глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов (ПГЗ ЖРО). Самым крупным из них является полигон Сибирского химического комбината (СХК) (г. Северск), пласты-коллекторы которого сложены неоднородными песчаноглинистыми породами. В соответствии с действующими в настоящее время нормативами допускается захоронение ЖРО на существующих подземных хранилищах при условии локализации отходов в границах установленных горных отводов [СанПиН 2.6.1.07-03]. Учитывая большие объемы уже захороненных на полигоне СХК к настоящему времени ЖРО (более 43 млн. м3 общей активностью около 1 млрд. Ки на глубину 270 - 400 м от поверхности земли [Румынии, 2011]) и то, что эксплуатация полигона продолжается, актуальной является оценка безопасности последствий подземного захоронения ЖРО. Для такой оценки необходимы численные модели, с помощью которых выполняются долговременные прогнозы миграции компонентов ЖРО в подземной гидросфере. Ключевым аспектом при моделировании геомиграции контаминантов является учет влияния геофильтационной неоднородности [Шестаков, 2003; Мироненко, Румынии, 1998; Riva et al., 2008]. При создании прогнозных моделей геомиграции в неоднородной водовмещающей среде, возникают следующие проблемы: (1) высокая изменчивость водовмещающих отложений исключает возможность получения полного знания о геофильтрационных свойствах среды, в которой происходит массоперенос; (2) локальная неоднородность не может быть явно представлена в модели, имеющей размеры ячейки в сотни метров. Поэтому возникает необходимость в разработке методик оценки эффективных параметров для прогнозных моделей. В полной мере все вышесказанное относится и к

Геометрические характеристики зон и их пространственное расположение контролируется геологическими или геофизическими характеристиками пород. Однако связь между этими характеристиками и проницаемостью может быть неочевидной, кроме того, зонирование является субъективным и зависит от количества и качества исходных данных [Huggenberger, Regly, 2006', Weissmann et al., 1999]. Использование в гидрогеологии описательных методов обычно ограничено проблемами регионального масштаба, т.к. они не могут описать мелкомасштабные изменения проницаемости (например, неоднородность внутри зон) [Koltermann, Gorelick, 1996; Yong, Fogg, 2003].
Методы, имитирующие процесс, создают модели неоднородности осадочных
отложений, используя либо калибрацию геофильтрационных и геомиграционных
моделей, в процессе которой выясняется структура неоднородности, либо прямое
математическое моделирование геологических процессов, управляющих эрозией,
транспортировкой и накоплением осадков [Koltermann, Gorelic, 1996; Falivene et
al., 2007] (рис. 2.1). В методе калибрации геофильтрационной неоднородности на
моделях геофилътрации решаются уравнения геофильтрации (геомиграции) и
оцениваются геофильтрационные свойства на основе данных по напору и
концентрациям (при заданных начальных и граничных условиях) и априорной
информации о геофильтрационных свойствах водоносного горизонта, о его
геометрии и геологическом строении. Чаще всего с помощью кригинга строят
начальную сглаженную модель значений проницаемости, которая затем уточняется
в процессе калибрации до тех пор, пока не будет достигнута согласованность с
данными натурных исследований [Hill, Tiedeman, 2007]. К минусам метода
относятся трудности определения границ зон без привлечения дополнительной
качественной информации, а также недоучет важных часто внемасштабных
особенностей водоносных горизонтов (например, палеорусел) [Carrera et al., 2005].
Кроме того, в статье [Kerrou et ai, 2008] было показано, что даже в случае
большого количества данных по проницаемости и напорам, используемых для
обусловливания и калибрации модели, на ней не воспроизводится связанность
высокопроницаемых отложений и в результате получаются неверные прогнозы при
наличии предпочтительных путей фильтрации. Главный недостаток этих методов
заключается в том, что используя данные по напорам и концентрациям, можно