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

щего конкретным гидрогеологическим условиям изучаемого объек­ та, так же, как и при решении дифференциальных уравнений движения подземных вод другими методами, при моделировании должны быть заданы условия однозначности решения. Условия однозначности определяют единственность решения и включают:

1)геометрические размеры области фильтрации и форму ее границ (длина и ширина участка, мощность горизонта, положение водоупора, конфигурация боковых границ пласта и границ инже­ нерных сооружений);

2)физические параметры пласта и воды (водопроводимость, пьезопроводность, водоотдача, плотность воды и т. д.);

3)начальные и граничные условия, т. е. значения напоров и рас­ ходов на границах потока и закономерности их изменения во времени.

Таким образом, для решения гидрогеологических задач мето­ дами моделирования необходимо располагать надежными данными о моделируемой области фильтрации: о ее геологическом строении, водоносности, условиях питания, движения и разгрузки подземных вод, о фильтрационных свойствах водосодержащих и слабопрони­ цаемых пластов, об условиях работы действующих и проектируе­ мых инженерных сооружений, т. е. всем тем, что дает основание к наиболее точному воспроизведению на модели реальных условий фильтрации подземных вод и получению однозначного надежного решения поставленной задачи.

Чрезвычайная сложность и многообразие природных условий, а также различная степень их изученности предопределяют необхо­ димость их схематизации при решении задач методами моделиро­ вания (некоторое упрощение природной обстановки и действующих факторов, позволяющее применять боле простые способы моделиро­ вания и обеспечивающее эффективное решение задач с требуемой точностью). Общие принципы схематизации природных условий ос­ таются такими же, как и при обосновании расчетных схем для вы­ полнения гидрогеологических расчетов (см. гл. Ill), с той лишь разницей, что при моделировании требуется более четкое и ясное представление о распределении параметров и характере границ и граничных условий по всей области фильтрации, а также возможен более полный учет предопределяющих особенности фильтрации факторов. В результате анализа природных условий и их схемати­ зации составляется природная схема области фильтрации, на осно­ ве которой (нередко после дополнительной схематизации) создает­ ся фильтрационная модель, функционально соответствующая при­ родной схеме области фильтрации. Решение задачи получают после набора модели на аналоговой машине и проведения опыта.

Следовательно, процесс решения любой гидрогеологической за­ дачи методом моделирования складывается из следующих последо­ вательно выполняемых этапов.

1. Анализ природных условий и исходных материалов, их схема­ тизация и составление природной гидрогеологической схемы обла­ сти фильтрации.

2.Выбор моделирующего устройства, расчет и обоснование фильтрационной модели.

3.Выбор и обоснование способов и методики моделирования, набор задачи на моделирующем устройстве и ее решение.

4.Пересчет полученных результатов с модели на натуру с ис­ пользованием соответствующих масштабных коэффициентов и об­ работка полученных результатов.

Спомощью моделирования решаются прямые, обратные и обоб­ щенные задачи фильтрации подземных вод.

Решение прямых задач сводится к определению отдельных гид­ родинамических элементов потока (напоров, расходов, скоростей движения) при конкретных начальных и граничных условиях и па­ раметрах потока, заданных на модели как в естественных услови­ ях, так и при учете воздействия инженерных сооружений. В боль­ шинстве своем эти задачи связаны с прогнозом условий фильтра­ ции при проектировании конкретных объектов (прогнозы подпора в районах создания водохранилищ и на массивах орошения, эффек­ тивности работы дренажных систем, водопонизительных установок и водозаборов подземных вод и т. п.) и в зависимости от сложности гидрогеологических условий могут быть одномерными или двухмер­ ными и значительно реже — пространственными.

Решение обратных задач заключается в определении и уточне­ нии фильтрационных характеристик или граничных условий пото­ ков по данным о распределении их напоров и расходов. Такие зада­ чи обычно решаются подбором до получения приемлемого совпаде­ ния картины распределения напоров (или расходов) с наблюдаемой в природных условиях. На практике с помощью решения обрат­ ных задач определяют значения коэффициентов фильтрации, водо­ отдачи, пьезопроводности или уровнепроводности, величины инфильтрационого или глубинного питания, степени и характера гидравлической связи подземных и поверхностных вод и другие по­ казатели.

Обобщенные задачи решаются для получения общей характерис­ тики какого-либо фильтрационного процесса или с использованием безразмерных параметров или путем перебора всех возможных зна­ чений праметров, характерных для изучаемого процесса. Цель та­ ких решений — получение графических или аналитических зависи­ мостей на основе статистической обработки и обобщения получен­ ных решений [50].

При использовании моделирования следует иметь в виду, что оно, как правило, более трудоемко, чем аналитические решения. Поэтому его следует применять для решения таких задач, которые не имеют достоверных аналитических методов расчета.

Для моделирования установившейся и неустановившейся фильт­ рации используются в основном электрическая и гидравлическая аналогии, реализуемые на сплошных или сеточных моделях. К на­ стоящему времени разработано значительное количество различных аналоговых устройств, обеспечивающих успешное решениеразлич­ ных гидрогеологических задач. Детальные сведения о методах мо­