Модели и методы исследований гидрогеологических процессов для рационального использования подземных вод в условиях техногенезаНИР

Models and methods of hydrogeological processes study for the management of groundwater in technogenesis

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Анализ и апробация на ключевых объектах современных методов моделирования геофильтрационных и геомиграционных процессов
Результаты этапа:
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Обоснование методики геофильтрационного и геомиграционнаго моделирование водопользования и охраны подземных вод на ключевых объектах
Результаты этапа:
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Анализ и апробация на ключевых объектах современных методов моделирования геофильтрационных и геомиграционных процессов
Результаты этапа:
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Анализ и апробация на ключевых объектах современных методов моделирования мероприятий по защите и охране подземных вод
Результаты этапа:
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Моделирование и мониторинг гидрогеологических процессов при решении геоэкологических задач, связанных с воздействием на подземные воды
Результаты этапа: Исследования отчетного года проводились с использованием данных трех ключевых объектов пилотных исследований – полигону ТКО Тимохово, в Московской области, Южно-воронежского месторождения пресных подземных вод, Ессентукского месторождения минеральных вод. Модельный анализ процессов миграции в районе полигона Тимохово показал, что несмотря на его закрытие, для защиты и охраны подземных и поверхностных вод требуется реабилитационные мероприятия. При помощи разработанных моделей оценена эффективность реабилитационных мероприятий и предложен оптимальный метод реабилитации подземных вод. Обоснована модель пространственной неоднородности целевого водоносного пласта Южно-воронежского месторождения пресных подземных вод, на которой проведена серия численных экспериментов по моделированию кустовых откачек. В результате модельного анализа этих откачек показано, что при их обработке с помощью стандартных аналитических методов временного, площадного и комбинированного прослеживания, полученные значения эквивалентной проводимости соответствуют среднегеометрическому значению поля проводимости, осреднённому в пределах каждого куста. В результате анализа процессов, влияющих на колебания напоров подземных вод в условиях неравномерного в пространстве и времени водоотбора обоснована применимость для прогноза среднегодовых напоров модель авторегрессии и распределённого лага. Эта модель верифицирована на данных многолетних наблюдений за напорами и расходами отбираемых скважинами минеральных вод Ессентукского месторождения.
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Модели и методы исследований гидрогеологических исследований геотехнологических процессов
Результаты этапа: Исследования отчетного года проводились с использованием данных двух ключевых объектов пилотных исследований – Сутарского месторождения железистых кварцитов и Хиардинского уранового месторождения. Выбор этих объектов обусловлен тем, что отработка полезных ископаемых на них напрямую связана с проблемами подземных вод. А для оценки и анализа гидрогеологических процессов, протекающих на этих месторождениях, ключевым этапом является разработка и обоснования геофильтрационных моделей потока подземных вод, подверженного влиянию техногенеза, связанного с их разработкой. Разработка геофильтрационной модели для Сутарского месторождения железистых кварцитов производилась для обеспечения организации дренажной системы карьера и оптимизации системы водоотлива. В значительной степени приток подземных вод в карьер будет обусловлен инфильтрационным питанием, для оценки которого было выполнено геогидрологическое моделирование. В результате моделирования получено, что прогнозная величина притока в карьер, в соответствии со схемой максимальной отработки карьерного поля, составила 193 700 м3/сут. Анализ результатов расчетов притоков в разные системы дренажей показывает, что наиболее приемлемым является вариант комбинированного дренажа, состоящего из двух ярусов вертикального дренажа и поверхностного водоотлива из карьера. Для Хиардинского месторождения откалиброванная региональная модель и система локальных моделей-врезок палеодолин Х-3 и Х-4 и приуроченных к ним рудных залежей. С помощью локальных моделей обоснованы оптимальные схемы отбора и последующей закачки подземных вод, выполнен прогноз заводнения обеих залежей, и проведен анализ неопределенностей этого прогноза. На основании результатов прогнозного моделирования предложена система мониторинга закачки.
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Модели и методы исследований гидрогеологических исследований: оценка неопределенности прогнозов и рисков
Результаты этапа: Показана эффективность использования модельно-ориентированного подхода для решения задач реабилитации подземных вод на примере промплощадки Байкальского Целлюлозно-Бумажного Комбината (БЦБК). Для его территории разработана система моделей геофильтрации и миграции химического и теплового загрязнения. С их помощью оценен процесс самореабилитации подземных вод в случае прекращения поступления с промплощадки комбината. Показано, что процесс реабилиации будет ускорен, а разгрузка загрязнённого потока подземных вод в Байкал уменьшена при работе перехватывающего водозабора. На примере Кульдурского месторождения термальных и минеральных вод отработана методика создания и калибрации по разным типам данных связанных моделей геофильтрации и теплоперерноса с последующей модельной оценкой фактров, влияющих на формирование месторождения. Для этого построена циркуляционная модель формированя минеральных вод. Показана решающая роль разлома в локализации выходов минеральных вод в долине реки Кульдур. Начаты работы по оценке загрязнения подземных вод микропластиком в техногенно-нагруженных регионах.. Для этого выполнены оценки содержания микропластика в поверхностных водах и донных отложениях реки Оки в районе Андреевского месторождения подземных вод и Москвы-реки в районе Звенигорода показали, что на обоих объектах поверхностные воды и донные отложения водотоков являются потенциальными источником загрязнения подземных вод при их эксплуатации. Также, подземные воды водоносных горизонтов могут содержать частицы МП, попавшие в них в областях питания в естественных условиях.
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Модели и методы исследований гидрогеологических исследований: реабилитация загрязнённых подземных вод
Результаты этапа: В результате проведенных в отчётном году исследований на ключевых объектах получены следующие основные результаты. Разработана концептуальная геофильтрационная модель шахтного поля трубки Интернациональная, которая позволила оценить текущую степень воздействия добычных работ на геологическую среду. Результаты калибровки этой модели подтвердили принципиальную верность выбранной геофильтрационной схемы. В прикладном плане эта модель используется для расчета прогнозных водопритоков в дренажные скважины горизонта -145 м абс отм. для выбора и обоснования аварийных сценариев. Основные научно-методические результаты этой части исследований состоят в следующем: • Анализ чувствительности модели к параметрам в процессе калибрации позволяет определить возможность определения параметров той или иной концептуальной схемы геофильтрационной неоднородности, принятой в процессе геофильтрационной схематизации • Отработана методика моделирования дренажно-восстающих скважин с формированием зоны осушения вокруг их стволов Разработана методика экспериментального определение скоростей растворения пород чарской свиты в образцах для оценки растворения массива солей. Основной научно-методический результат этой работы состоит в том, что создана установка для экспериментального исследования растворения при отрицательных температурах и методика расчета кинетики растворения. Исследование реабилитации подземных вод на территории БЦБК с помощью системы моделей, разработанных на предыдущих этапах показало, что результаты эпигнозного моделирования удовлетворительно воспроизводящими историю контаминации территории, то есть эти модели могут использоваться для проектирования реабилитационных мероприятий. Общее научно методическое значение полученных результатов состоит в том, что, в процессе кадибрации определена константа биоразложения нефтепродуктов, составляющая всего около 0,001 1/сут, что показывает, достаточно низкий потенциал самореабилитации холодных подземных вод Прибайкалья от нефтяного загрязнения. Основным научно-методическим результатом исследования микропластика в подземных водах в текущем году является обзор аналитических методов их определения и результаты оценки его содержания в пробах, отобранных в предыдущий год. Полученное разнообразие обнаруженных типов МП и высокая концентрация в подземных водах защищенного от загрязнения подольско-мячковского водоносного горизонта в районе Звенигорода требует разработки и верификации концептуальной модели его проникновения в подобные горизоны зоны активного водообмена
9 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Модели и методы исследований гидрогеологических исследований при обосновании закачки и водоотбора подземных вод
Результаты этапа: Общей целью исследований по теме «Модели и методы исследований гидрогеологических процессов для рационального использования подземных вод в условиях техногенеза» является совершенствование модельно-ориентированного подхода к прогнозированию техногенного влияния на гидрогеологические процессы и методов их исследований для решения прикладных задач использования и охраны подземных вод. Способ достижения указанной цели включает теоретический анализ современных моделей гидрогеологических процессов, развитие существующих и разработка новых методов гидрогеологического прогнозирования на основе модельно-ориентированного подхода и апробация результатов теоретических и методических результатов на ключевых объектах пилотных исследований. Эти ключевые объекты, как правило связаны с прикладными исследованиями, проводимыми с участием кафедры гидрогеологии В рамках работ 2024 года исследования проводились на одном новом ключевом объекте исследований и на ряде старых. В результате проведенных в отчётном году исследований на ключевых объектах получены следующие основные научно-методические результаты. 1. При исследовании на ключевом объекте – Андреевское месторождение подземных вод, типичном месторождении приречного типа на основе анализа разведочных работ выявлено по диагностике данных опытно-фильтрационных опробований: - Идентификация гидрогеодинамических параметров по начальному этапу нестационарного режима откачек бесперспективна в силу отсутствия аналитических моделей, совокупно описывающих действие внутренних и внешних балансообразующих факторов - Параметры проводимости и сопротивления ложа р. Оки следует оценивать по площадному распределению стационарных понижений по схеме «у узкой несовершенной реки» - Параметры проводимости и обобщенный фактор внутреннего перетекания следует оценивать по площадному распределению стационарных понижений по схеме «перетекание при постоянном уровне в смежном пласте» (под «постоянным уровнем в смежном пласте» при этом условно понимается уровень р. Оки, не реагирующий на откачку) - В качестве дополнительного приема интерпретации данных откачек (проводимость и обобщенный фактор внутреннего перетекания) возможно использование билогарифмического временнóго прослеживания по такой же схеме - Решение идентификационных обратных задач следует выполнять для периодов стабилизации понижений - Решение прогнозных задач на полный расчетный срок эксплуатации следует выполнять в стационарной постановке. 2. Исследования на ключевом объекте БЦБК: Калибрация геофильтрационной модели позволила достичь удовлетворительного соответствия расчетных уровней подземных вод имеющимся наблюденным данным. Диапазон вариации нормализованной ошибки для рассмотренных стресс-периодов составил ~12-18%. Калибрация геомиграционных моделей теплового и растворенного химического загрязнений производилась в два этапа – в первую очередь определен режим и интенсивность выделенных источников загрязнения для достижения нормализованной ошибки менее 20% при сопоставлении наблюденных и расчетных значений; далее производилась калибрация по параметру продольной дисперсивности для достижения более достоверного воспроизведения распространения двух типов загрязнения в подземных водах. Расчеты массопереноса для консервативного мигранта, который определялся данными по значению минерализации подземных вод, показали, что наименьшая нормализованная ошибка (12,3%) достигается при значении параметра продольной дисперсивности 4 м. А расчеты теплопереноса показали, что наименьшая нормализованная ошибка (15,8%) достигается при значении параметра продольной дисперсивности 230 м, что более чем на порядок выше, чем в модели массопереноса. Полученное различие параметра продольной дисперсивности для моделей теплопереноса и массопереноса можно объяснить тем, что основной источник теплового загрязнения расположен в 10 раз дальше от точек наблюдения по сравнению с источниками химического загрязнения. Это объясняет превышение на порядок продольной термодисперсивности по сравнению с дисперсивностью для массопереноса. Кроме того, полученное различие термодисперсивности и дисперсивности, возможно, связано с неучтенными при моделировании механизмами рассеивания и поступления тепла – отток тепла за счет кондуктивного теплообмена через кровлю и подошву моделируемой области, неучтенные источники теплового загрязнения и др. Оценку значимости этих процессов в формировании ореола теплового загрязнения целесообразно провести при дальнейших исследованиях. 3. В результате исследований на ключевом объекте – Звенигородском опытном полигоне проведена опытная кустовая откачка в циклическом режиме. С использованием высокоточных датчиков давления записана в высоко разрешимом режиме реакция уровня двух взаимодействующих водоносных пластов на циклическую откачку. Полученная база данных динамики изменений уровней в целевом и соседнем пласте далее будет использована при тестировании теоретических моделей и разработке методики оценки геофильтрационных параметров по статистике колебаний напоров при циклическом изменении дебита.
10 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Модели и методы исследований гидрогеологических процессов для рационального использования подземных вод в условиях техногенеза
Результаты этапа:
11 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Модели и методы исследований гидрогеологических процессов для рационального использования подземных вод в условиях техногенеза
Результаты этапа:
12 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Модели и методы исследований гидрогеологических процессов для рационального использования подземных вод в условиях техногенеза
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Этап 2: текст отчёта otchet_gossbyudzhet_2017.pdf 355,2 КБ 20 декабря 2017 [SPPozdniakov]
2. Этап 3 текст отчета report_2018.pdf 864,4 КБ 23 декабря 2018 [SPPozdniakov]
4. Отчет по гб теме 2019 с формулами и рисунками report_gb_2019.pdf 1,9 МБ 22 декабря 2019 [SPPozdniakov]