Глава 6 I теория миграции подземных вод 1и основы теории влагопереноса

;Х

В предшествующих главах нас интересовали только гидродинамические характеристики подземного потока и мы говорили о подземной воде с позиций механических оценок, считая ее однородной жидкостькГй не затрагивая вопросов о качественном ее составе или температурной ее характеристике.

1

Между тем, во многих практических задачах не мень­ший интерес представляют проблемы, связанные с движе­нием вод разного состава, с оценками изменения качества или температуры подземных вод в пространстве и во вре­мени. Перечислим здесь для примера следующие пробле­мы:

охрана подземных вод от загрязнения; подземное захоронение промышленных стоков;

прогноз вторжения высокоминерализованных оке­анических вод в прибрежные водоносные комплексы;

0 исследование процессов образования и разруше­ния месторождений полезных ископаемых, обоснование гидрохимических методов поиска месторождений;

5 использование глубинного тепла Земли; индикация подземных вод;

разработка ряда гидрогеофизических методов ис­следований (например, резистивиметрия и термометрия).

Решения этих и ряда других проблем базируются на теории переноса вещества (и тепла) подземными водами , или, как принято говорить, на теории миграции подзем­ных вод [34]. Практическое значение этой теории усили­вается еще и потому, что многие из изучаемых ею процес­сов идут гораздо медленнее фильтрационных и не могут быть поэтому удовлетворительно описаны на эмпириче­ском уровне, т.е. натурное их моделирование затруднено, а подчас и вообще исключается.

Нужно заметить, что некоторые из перечисленных здесь проблем могут сводиться к решению задач о движе­нии двух жидкостей в двух различных областях пласта, между которыми существует четкая поверхность раздела, меняющая свое положение во времени и в пространстве. Тогда по своей сути ситуация эквивалентна задачам о взаимном вытеснении двух несмешивающихся жидко­стей, особенно характерным для практики нефтяного де­ла (вытеснения нефти водой). В сходной, хотя и более упрощенной постановке часто условно рассматриваются и некоторые задачи вытеснения смешивающихся жидко­стей, когда эффектами смешения пренебрегают, и счита­ется допустимой предпосылка о наличии резкой поверх­ности раздела; таковы, в частности, многие задачи, свя­занные с движением контакта пресных и соленых океани­ческих вод (двух смешивающихся жидкостей, которые в данном варианте рассматриваются как несмешивающие- ся).

Коль скоро мы коснулись движения несмешивающих­ся жидкостей, то необходимо упомянуть и важный класс задач об их совместном течении в пределах одной и той же макроскопической области пласта, когда по отноше­нию к каждой из жидкостей поровое пространство харак­теризуется определенной степенью насыщения (напри­мер, 60% — по нефти и 40% — по воде). Более широко эти задачи можно трактовать как проблему многофазных течений (примером здесь служит течение газированных жидкостей), которая нуждается в отдельном рассмотре­нии. При гидрогеологических исследованиях водоносных систем эта проблема представляет ограниченный инте­рес . Однако многие ее аспекты можно понять на примере движения воды в ненасыщенных породах — влагодерено- са в зоне аэрации, который, с некоторой долей условно­сти, мы также включим в материал данной главы (см. разделы 6.8 и 6.9).

Пока же обратимся к проблеме миграции подземных вод в зоне насыщения и начнем изложение гидродинами­ческих основ теории массо- и теплопереноса с его физи-

* Пожалуй, наиболее важное исключение — высокотемпературные

геотермальные системы.

ческого механизма, с рассмотрения процессов, обуслов­ливающих такой перенос. Главными из них являются конвекция и диффузия-гидродисперсия, на которые на­кладываются процессы физико-химического взаимодей­ствия подземных вод с горными породами - сорбция, ион­ный обмен и др. - или физико-химические трансформации качества подземных вод, протекающие в основном неза­висимо от влияния твердой фазы (например, радиоактив­ный распад).