Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

Положение горизонта воды в водохранилище при его сработке согласно проектным расчетам будет следующее:

одномерный линейный поток грунтовых вод с горизонтальным во­ доупором при наличии переменной во времени инфильтрации. Мощ­ ность потока по скважинам профиля изменяется незначительно (от 10,62 до 11,87), поэтому для расчетов можно осреднить и считать постоянной. Для таких условий основной расчетной формулой яв­

Учитывая общую длительность периода, на который дается прогноз, принимаем А^=10 сут и определяем такое расстояние

2khcvM

между сечениями Ах, при котором безразмерный модуль — д у->

входящий в конечно-разностное уравнение (VI,17), равняется еди­ нице, т. е. выполняется условие, приведенное в формуле (VI,18). В итоге, по формуле (VI,18) получим:

Разбиваем на профиле расчетные сечения через 102 м и опреде­ ляем в них уровень грунтовых вод на 9/ѴІ, для чего используем уравнение ординаты кривой депрессии потока грунтовых вод при установившейся его фильтрации (IV,13). Результаты вычислений мощности потока по формуле (IV,13) при значении х, последова­ тельно равном 102, 204, 306 и т. д., записывают в столбец 3 табл. 2.

Определение изменяющегося в сечениях уровня ведем по расчет­ ной формуле (VI,20):

где h\ и /із— положение уровня в смежных к расчетному сечениях на начальный момент интервала времени At; h2 s+i— искомая вели­ чина уровня в рассматриваемом сечении.

При расчетах уровней по формуле (VI,20) принимаем во внима­ ние, что для периода с 9/ѴІ по 9/ѴІІ вследствие отсутствия инфиль-

W ..

трации член ■—лі в расчетной формуле равняется нулю, а после

определенные как полусумма мощностей потока по четным сечени­ ям, записаны в пятом столбце табл. 2, а уровни воды по четным се-

записаны в столбце 6 табл. 2. Результаты всех вычислений сведены в табл.2.

Как показывают расчеты, снижение горизонта воды в водохра­ нилище в процессе его сработки сказывается и на положении уров­ ня в скважинах, пройденных по профилю в глубь берега. Интенсив­ ность влияния заметно затухает с удалением от реки. Положение кривой депрессии на 9/ѴІІІ условно показано на гидрогеологиче­ ском профиле (см. рис. 86).

При двухмерном потоке для прогноза режима грунтовых вод применяется формула (VI,25), которая при модуле, равном едини­ це, принимает вид (VI,27), удобный для выполнения расчетов.

Расчеты выполняются по квадратной сетке для каждого момен­ та времени через одну точку, т. е. в шахматном порядке. Результа­ ты расчетов оформляются в виде прогнозных карт гидроизогипс на определенные интервалы времени.

Определение интенсивности инфильтрационного питания. Распо­ лагая данными о поведении уровня по створу скважин во времени, можно определять интенсивность инфильтрационного питания и ее изменения во времени.

Из уравнения в конечных разностях вида (VI,11) можно полулучить следующее выражение для определения величины инфиль­ трационного питания потока грунтовых вод с наклонным водоупором:

9/V I I I 1 9 / Ѵ П I 2 9 V I I 1 9 V I I I ( 1 9 , V I I I

2 9 / V i

9 / V l I 1 9 / V I

Приведенные уравнения (VI, 28 и VI,29) являются основными расчетными зависимостями для определения интенсивности инфилырационного питания и ее изменений во времени. На основе этих зависимостей могут быть получены другие частные формулы, отвечающие более простым природным условиям (например, &!_2 = = ^2-з = const).

Как видно из формул (VI,28 и VI,29), для определения парамет­ ра W необходимо иметь створ, состоящий не менее чем из трех скважин. Для определения характера изменения инфильтрационкого питания во времени желательно иметь годичный цикл наблю­ дений за поведением уровня грунтовых вод по створу скважин, так как инфильтрационное питание может существенно изменяться во времени. На графиках колебаний уровня грунтовых вод выделяют­ ся обычно участки с более или менее равномерным подъемом или падением уровня; эти участки можно принимать за периоды, в те­ чение которых инфильтрация сохраняет свою величину, и использо­

период выпадения дождей и таяния первых снегообразований. Вто­ рой период, приходящийся на вторую половину зимы и на начало весны до снеготаяния, характеризуется отсутствием инфильтрации. Третий период— период большой интенсивности инфильтрации вес­ ной в связи со снеготаянием и весенними дождями. В четвертый период, приходящийся на время с конца весны до осени, инфиль­ трационное питание подземных вод отсутствует, а нередко наблю­ дается даже их расходование путем непосредственного испарения через зону аэрации (при неглубоком залегании уровня).

В конкретных случаях периодичность инфильтрационного пита­ ния может видоизменяться и осложняться в зависимости от мест­ ных гидрогеологических и метеорологических условий.

Установление характера изменения инфильтрационного питания во времени является важным элементом в изучении и прогнозе ре­ жима и баланса подземных вод, в деле планирования рационально­ го их использования.

Уравнения в конечных разностях могут использоваться не толь­ ко для определения величины инфильтрационного питания. Распо­ лагая данными о поведении уровня в различных точках потока во времени и учитывая действие различных природных факторов, с помощью уравнений в конечных разностях можно определять так-

W

же комплексный параметру , коэффициент фильтрации k, недо­

статок насыщения или водоотдачу ц, коэффициент уровнепровод­ ности а. Например, в периоды отсутствия инфильтрации атмосфер­ ных осадков (№ = 0) из уравнений в конечных разностях вида

(VI,28—VI,29) и других можно получить выражение для опреде­ ления водоотдачи (недостатка насыщения) р:

ды определения гидрогеологических параметров на основе исполь­ зования уравнений в конечных разностях [22, 29, 58, 60, 64, 75, 95, 98].

О п р е д е л е н и е г о д о в о г о б а л а н с а г р у н т о в ы х в о д . Баланс грунто­

вых вод складывается из питания грунтовых вод за счет инфильт­ рации атмосферных осадков, бокового притока и расходования пу­ тем бокового оттока и испарения.

Общее выражение баланса грунтовых вод в условиях плоского

где рДЯ — изменение запасов грунтовых вод за время At на участ­ ке потока длиной Ах; qx—q?— Aq— величина подземного стока, оп­ ределяемая разностью между притоком и оттоком; ±W At — пита­ ние или расходование потока за счет инфильтрации или испарения за время At.

Для двухмерного в плане потока грунтовых вод общее уравне­

или, обозначая разность между притоком и оттоком через AQ, по­ лучим выражение:

где AQ= Qnp—Q O T — (Q1+ Q2) — (Q3+ Q 4).

Для изучения баланса грунтовых вод в конкретных условиях выбирается несколько балансовых участков, наиболее полно отражающих характерные особенности изучаемой территории (ус­ ловия питания и расходования подземных вод). Расчеты по опре­ делению отдельных элементов баланса и баланса участка в целом выполняются на основе годовых наблюдений за изменением уровня воды в трех скважинах, расположенных по потоку (при одномерном потоке), или в пяти скважинах, расположенных в виде конверта (при двухмерном потоке). Кроме того, необходимо иметь данные о гидрогеологических параметрах потока (коэффициенте фильтра­

ции, водоотдаче, интенсивности инфильтрационного питания). Об­ щий порядок выполнения расчетов рекомендуется следующий.

1. Годовой цикл наблюдений за режимом грунтовых вод разби­ вают на отдельные периоды At, в течение которых отмечался или подъем ( + ) или спад (—) уровня подземных вод, что соответству­ ет их равномерному питанию за счет инфильтрации или расходова­ нию путем испарения.

2. Для каждого из выделенных периодов At определяют по со­ ответствующим формулам одномерного или двухмерного потока ве­ личину инфильтрационного питания WAt. Инфильтрационное пита­ ние в отдельные периоды может оказаться положительным, что соответствует накоплению воды за счет инфильтрации, или отрица­ тельным, что указывает на расходование воды путем испарения и транспирации.

3. По формулам баланса грунтовых вод (VI,31 или VI,33) опре­ деляют для отдельных периодов времени Д^ разницу между прито­ ком и оттоком подземных вод, отнесенную к единице длины потока

копления и расходования воды за счет превышения бокового при­ тока или оттока; HiWAt и 2 21ѴД1— годовые суммы накопле­ ния воды за счет инфильтрации и расходования на испарение.

Примеры конкретного использования изложенной в настоящем разделе методики применения уравнений неустановившейся фильт­ рации в конечных разностях для прогноза режима грунтовых вод в районах водохранилищ и на массивах орошения, для анализа вод­

П. А. Киселева [62, 64], в справочных руководствах [97, 98 и др.].