Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Рис. 1. Принципиальная геофильтрационная схема трехпластового потока. W - атмосферные осадки, мм/год; w - интенсивность инфильтрационного питания водоносного горизонта в покрове, м/сут; Sn - глубина залегания свободной поверхности воды в покрове, м; kn - коэффициент фильтрации покровных отложений, м/сут; k1, k2, k3 - коэффициенты фильтрации 1, 2, 3, слоев (сверху вниз), м/сут; m1, m2, m3 - мощности 1, 2, 3 слоев, м; Vn - скорость вертикальной фильтрации через покровные отложения, м/сут; - глубина залегания подошвы покровного слоя от поверхности земли, м; H - превышение свободной поверхности водоносного горизонта в слоистой толще над нижним водоупором; h0 - глубина залегания подошвы водоносного горизонта от поверхности земли.

Одной из крупных нерешенных экологических и социальных проблем урбанизированных территорий является снижение негативного воздействия полигонов захоронения и свалок твердых бытовых отходов (ТБО) на объекты гидросферы. В связи с этим представляется весьма актуальной реализация предложения по устройству хранилища ТБО заглубленного типа с дренажем В.М. Шестакова. Устройство такого хранилища усовершенствовано по сравнению с существующими предложениями так, что его принципиальными достоинством становится практически полная экологическая защита окружающей территории, дополняемая мелиоративным эффектом ее осушения. Соответственно, устройство хранилища по Шестакову целесообразно, прежде всего, на территориях неудобных для хозяйственного освоения земель. Экологические преимущества этого решения должны перекрывать затраты на устройство котлована для хранилища и работы дренажной системы при его эксплуатации.

Решение о возможности сооружения и оптимальной эксплуатации такого хранилища должно быть принято на основе анализа природной и хозяйственной ситуации территории, в том числе - на основе прогнозных расчетов влияния дренажных систем. При этом еще одним преимуществом заглубленных полигонов ТБО по Шестакову является сопутствующее осушение заболоченных территорий в окружении полигона.

Прогнозные расчеты дренажных систем заглубленных хранилищ могут быть выполнены на основе разработанной В.М. Шестаковым математической постановки, которая реализована И.В. Авилиной в виде компьютерного кода.

Рассматривается одномерный нестационарный поток во внешней зоне влияния заглубленного полигона ТБО. Поток в общем виде может иметь трехслойное строение и быть с покровным слоем или без покрова. Принципиальная геофильтрационная схема такого потока приведена на рисунке. В постановке задачи учтена зависимость инфильтрационного питания в покрове и перетекания между слоями от положения уровня воды. Также учтено изменение величины проводимости потока в зависимости от понижения уровня воды.

Поток в покрове описывается уравнением

,
где S_n - понижение уровня в покрове, S = h₀ - H, при принимается , при принимается , w₀ - интенсивность питания потока у поверхности земли, z₀ - характерная глубина, являющаяся параметром изменчивости величины w. (Остальные обозначения на рисунке.)

Поток в водоносных пластах под покровом описывается системой уравнений

,

,

,

Начальное условие: H = h₀ при t = 0, граничные условия: H = H_k при x = 0, H = h₀ при x→∞, H_k = h₀(1 - t/t₀) при t < t0, H_k = 0 при t > t₀.

Задача решается численно c использованием метода конечных разностей с равномерной сеткой по времени и неравномерной сеткой по пространству. Для устойчивости счета выбрана неявная конечно-разностная схема. Задачу решаем с помощью итерационного процесса.