This study aims to model the long-term geochemical impact of filtration losses from a high-salinity mine water storage pond in the Svystunova gully on the aquifer hosted in limestone deposits. To achieve this goal, a cycle of mathematical...
moreThis study aims to model the long-term geochemical impact of filtration losses from a high-salinity mine water storage pond in the Svystunova gully on the aquifer hosted in limestone deposits. To achieve this goal, a cycle of mathematical modelling of hydrogeochemical processes in the groundwater horizon around the storage pond was conducted, followed by an analysis of the obtained geospatial information. The study's primary objective is to calculate the thermodynamic equilibrium of dissolved components in the groundwater horizon. Special attention is given to the equilibrium of carbonate minerals: calcite (Calcite), aragonite (Aragonite), ordered dolomite (Dolomite(ordered)), disordered dolomite (Dolomite(disordered)), magnesite (Magnesite), huntite (Huntite), artinite (Artinite), and nesquehonite (Nesquehonite).
The limestone dissolution and dolomitization processes by high-salinity waters are well-documented in scientific literature. These processes alter the porosity and permeability of limestone formations and significantly influence the mobilization of toxic trace elements into migratory forms.
The study results indicate a complex spatiotemporal variability of carbonate dissolution-precipitation zones. This may suggest spatial variability in the zones of increased filtration within the limestone strata to which the studied aquifer belongs.
Hydrogeochemical modelling of the possible migration forms of cadmium, strontium, lead, zinc, and vanadium was performed to assess the potential risks of toxic trace element migration. The modelling results indicate a high migratory capacity of these elements both in the storage pond water and in the mixing zone of primary and high-salinity waters within the aquifer, allowing for predictions of their further transport to terminal drainage basins.
Currently, the hydrogeochemical processes occurring with high-salinity mine waters can be divided into several distinct phases: the mixing phase of waters of different origins in the minefield hydro protection systems, the mixing phase of water from different minefields with partial settling in intermediate reservoirs, the phase of inflow and settling of water directly in the storage pond, the mixing phase of water with fresh water from the carbonate aquifer, and the mixing phase of partially "deactivated" water with the waters of the Inhulets River after drainage from the carbonate aquifer through a network of springs in the Inhulets River valley. Additionally, a separate phase can be distinguished for the mixing period during the discharge of mine water from the storage pond. Each described phase has its unique set of thermodynamic parameters and possible hydrogeochemical processes. This study focuses solely on the transformation phase of the storage pond’s lost waters within the carbonate aquifer.
Thermodynamic modelling of component behaviour was carried out using the PHREEQC software package, version 3.7.3, in the Debian GNU/Linux 12.x "Bookworm" operating system environment. The R programming language and the QGIS geographic information system were used to analyze and visualize raw data and obtained results.
Метою дослідження є моделювання довготривалого геохімічного впливу фільтраційних втрат ставка-накопичувача високомінералізованих шахтних вод у балці Свистунова на водоносний горизонт, який залягає у вапнякових відкладах. Для досягнення поставленої мети проведено цикл математичного моделювання гідрогеохімічних процесів у горизонті підземних вод навколо ставка-накопичувача та подальший аналіз отриманої геопросторової інформації. Основною метою дослідження є обчислення термодинамічної рівноваги розчинених у горизонті підземних вод компонентів. Особливу увагу приділено рівновазі карбонатних мінералів: кальциту (Calcite), арагоніту (Aragonite), впорядкованого доломіту (Dolomite(ordered)), невпорядкованого доломіту (Dolomite(disordered)), магнезиту (Magnesite), гантиту (Huntite), артиніту (Artinite) та несквегоніту (Nesquehonite).
Процеси розчинення та доломітизації вапняків високомінералізованими водами — відомий факт, який описаний у численній науковій літературі. Ці процеси спричиняють не лише зміну пористості та проникності вапнякових товщ, але й суттєво впливають на переведення токсичних мікроелементів-домішок у міграційні форми.
Результати дослідження вказують на складну просторово-часову мінливість зон розчинення-осадження карбонатів, що може свідчити про просторову варіабельність зон підвищеної фільтрації в товщі вапняків, до яких належить досліджуваний водоносний горизонт.
Для дослідження потенційних ризиків міграції токсичних мікроелементів було здійснено гідрогеохімічне моделювання можливих форм міграції кадмію, стронцію, свинцю, цинку та ванадію. Результати моделювання вказують на високу міграційну здатність цих елементів як у воді ставка-накопичувача, так і в зоні змішування первинних та високомінералізованих вод у водоносному горизонті та дозволяють прогнозувати подальше їхнє потрапляння до кінцевих басейнів стоку.
Наразі, гідрогеохімічні процеси, які відбуваються із високомінералізованими шахтними водами, можна поділити на декілька самостійних фаз: фаза змішування вод різного походження в системах гідрозахисту шахтних полів, фаза змішування води з різних шахтних полів та часткове відстоювання у проміжних резервуарах, фаза потрапляння та відстоювання води безпосередньо у ставку-накопичувачі, фаза змішування води із прісною водою карбонатного водоносного горизонту та фаза змішування частково «деактивованої» води із водою ріки Інгулець після дренування карбонатного водоносного горизонту мережею джерел у долині ріки Інгулець. Окремо можна виділити фазу змішування в період скиду шахтних вод зі ставка-накопичувача. Кожна із описаних фаз має свій окремий набір термодинамічних параметрів та можливих гідрогеохімічних процесів. У даному дослідженні розглядається лише фаза перетворень втрачених зі ставка-накопичувача вод у карбонатному водоносному горизонті.
Термодинамічне моделювання поведінки компонентів виконано з використанням програмного комплексу PHREEQC версії 3.7.3 в середовищі операційної системи Debian GNU/Linux версії 12.x «Bookworm». Для аналізу та візуалізації первинних даних і отриманих результатів використано мову програмування R та геоінформаційну систему QGIS.