Массоперенос в гидрогеохимических системах, страница 6

Для оценки диффузионной проницаемости пород важным является состояние воды как миграционной среды. Результаты лабораторных опытов по переносу растворов в песчаных отложениях, проведенных в различных условиях водонасыщения, свидетельствуют об увеличении рассеивания вещества при уменьшении водосодержания [41а]. Это, возможно, объясняется большей неравномерностью скоростей движения подземных вод в условиях наличия двух видов воды в ненасыщенной среде: связанной и подвижной. Массообмен между связанной и подвижной водой может привести к значительному увеличению диффузии. Авторы [34, 42] отмечают, что проницаемость горных пород может изменяться также при изменении состава поровых вод. Существует много экспериментальных данных, свидетельствующих о значимости этого процесса. Однако установленных и изученных закономерностей и количественных оценок пока не предложено.

Гидравлическая и диффузионная проницаемость горных пород характеризует миграцию инертных (консервативных, нейтральных) компонентов химического состава подземных вод, не вступающих во взаимодействие с вмещающими породами. Первоначально лабораторные исследования по фильтрации растворов в грунтах были ограничены растворами моноэлектролитов, а миграционные параметры грунтов определялись по результатам массопереноса ионов Cl-, иногда NO3-, не взаимодействующих с породами (Смирнов С.И., 1974; Шестаков В.М., 1979; Мироненко В.А., 1983; Лукнер А, Шестаков В.М., 1986 и др.). Хлоридные ионы (а также ионы брома, нитрит- и нитрат-ионы) широко используются в качестве индикаторов при исследованиях процессов миграции и массопереноса, так как в осадочных породах хлор содержится в незначительных количествах (менее 0,1 мг в 1 г породы) и его выщелачивание не может заметно повлиять на содержание подземных водах. Процесс осаждения хлоридных солей также не свойственен подземной гидросфере из-за высокой растворимости этих солей. Лабораторными экспериментами по изучению условий массообмена опок, мелов, диатомитов и растворов, содержащих ионы хлора, было выявлено, что процесс массообмена носит обратимый характер – протекает как в прямом, так и в обратном направлении; установлена функциональная зависимость между концентрацией Сl-  в растворе и содержанием его в горной породе [35б].

За рубежом исследования по миграции химических элементов в горных породах связаны с разработкой теории гидродинамической дисперсии [36], обстоятельный обзор которых выполнен А.Е. Орадовской [37].

В последние десятилетия в основном в рамках решения прикладных геогидроэкологических и инженерно-геологических задач проводятся экспериментальные исследования по изучению миграции активных (сорбируемых) элементов в почвах [43] и грунтах [19, 44, 45]. Предпринимаются попытки определения геомиграционных параметров грунтов для инертных и активных компонентов по результатам моделирования массообмена I и II типа (процессов удаления посторонних компонентов из потока влаги и процессов растворения загрязняющих веществ и выщелачивания) [44, 46]. Зачастую они определяются при детальных исследованиях, приуроченных к конкретным задачам хозяйственного освоения территории.

Подводя итог теоретическим основам миграции вещества в подземных водах можно констатировать, что перенос вещества объединяет в себе массовые потоки конвекции и молекулярные потоки диффузии. Его обычно называют конвективной диффузией. Хотя, как отмечает С.Л. Шварцев [21], правильнее говорить о гидравлической дисперсии, поскольку процесс рассеяния вещества движущимися водами принципиально отличается от диффузии, которая представляет собой самопроизвольный процесс перемещения вещества, приводящий к выравниванию его концентрации [40]. Изучение геомиграционных параметров химически активных компонентов проводится различными специалистами при решении конкретных хозяйственных задач. Результаты этих разрозненных исследований трудно сопоставимы, что не позволяет их использовать.