Файл: Шарапанов, Н. Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель.pdf

Утверждение К. П. Лундина верно лишь в том отношении, что при получении проницаемости пород различными методами могут наблюдаться расхождения в результатах, вызванные разной природой физической среды. Но разная природа объекта исследо­ ваний определяется случайностью его выбора, т. е. в рассматрива­ емом случае — неоднородностью.

Сам автор [24] в результате анализа материалов по 105 шурфам какой-либо закономерности в соотношении коэффициентов филь­ трации &ф. л и A^t (йф2 для торфяников) не установил. По нашему мнению, она вообще не может представлять практического инте­ реса так же, как и неравенство (2), поскольку при правильно подобранной методике проведения опытных работ разница между результатами отдельных фильтрационных испытаний пород может определяться только их неоднородностью.

Даже при определении гидрогеологических параметров путем откачек на результаты опытных работ оказывает большое влияние неоднородность пласта, в связи с чем зависимость между пониже­ нием уровня (при откачках) и расстоянием от опытной скважины носит не функциональный, а корреляционный характер [5].

Таким образом, из изложенного следует, что одиночные опре­ деления гидрогеологических параметров для отдельных геолого­ генетических комплексов отложений могут оказаться непредста­ вительными. В связи с этим при проектированип опытно-фильтра­ ционных работ необходимо предусматривать повторность их проведения, исключающую элементы случайности, связанные с неоднородностью изучаемых горных пород.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБОСНОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Характерная для горных пород микронеоднородность вызывает необходимость определения эффективных гидрогеологических па­ раметров для отдельных морфогенетических комплексов отложе­ ний. При этом под эффективными гидрогеологическими пара­ метрами понимаются коэффициенты фильтрации, водопроводимости, уровнепроводпмости и т. п. такой условно однородной области фильтрации, в которой расчетные понижения уровня в рассматриваемый момент времени наиболее близки к пониже­ ниям в изучаемой неоднородной области фильтрации.

Расчет эффективных параметров в каждом конкретном случае сводится к выбору методики определения гидрогеологических параметров и их осреднения. Рассмотрим некоторые вопросы обоснования методики осреднения ряда параметров, получен­ ных в процессе гидрогеологических исследований для одного и того же геолого-генетического комплекса отложений.

Среднее значение параметра не может быть обосновано только методами статистического анализа. По возможности оно должно обосновываться физическим процессом, характеризуемым из-

31

учаемым признаком, или подтверждаться анализом тестовых задач. Выбирая какое-то среднее значение определенного свойства предмета, в принципе весьма разнообразного, мы тем самым заме­ няем его однообразным. При таком абстрагировании от наблюда­ емых природных различий необходимо стремиться к тому, чтобы суммарный эффект действия одинаковых значений рассматрива­ емого признака на процесс, численно равный полученной средней величине, оставался таким же, как и суммарное действие неодина­ ковых исходных значений этого признака. В случае изучения проницаемости, например, эффект суммарного действия можно оценить по времени, в течение которого вся вода, налитая на по­ верхность почвы ровным слоем, профильтруется. Если почва, име­ ющая неодинаковую по поверхности проницаемость, профильтрует воду за то же время, что и почва, имеющая по всей поверхности одинаковую проницаемость, численно равную средней величине, то, очевидно, выбор средней величины сделан правильно.

Для иллюстрации изложенного на рис. 1 показано распределе­ ние проницаемости делянки почвы, представляющей собой сово­ купность 150 небольших участков одинаковой площади. Эта делянка может профильтровать слой воды 3,92 см за 1 мин. Если бы вся делянка имела одинаковую проницаемость, равную медиан­ ной (23,2 мм/мин), средней геометрической (14,4 мм/мин) или средней арифметической (38,2 мм/мин), то она соответственно профильтровала бы воду за 1 мин 41 с, 2 мин 43 с и 1 мин. Сле­ довательно, независимо от закона распределения эффективную проницаемость следует характеризовать только средней арифме­ тической величиной. Аналогичным способом следует осредиять коэффициент фильтрации для разделяющих слабопроницаемых слоев в многослойной толще пород, через которые происходит только перетекание подземных вод. Значительно сложнее опре­ делить эффективные гидрогеологические параметры в условиях двухмерного потока фильтрации, зависящего от условий его формирования. В связи с этим обоснование выбора эффективных гидрогеологических параметров целесообразно рассматривать отдельно для горизонтального и вертикального дренажа.

При горизонтальном дренаже на вариацию напоров в двух­ слойном пласте, когда нижний слой более проницаем', чем верх­ ний, и дрены находятся в верхнем слое, практически не оказывает влияния нижний слой. Поэтому для оценки влияния микронеодно­ родности водонасыщенных пород на точность расчетов дренажа можно брать однослойный, подстилаемый водоупором пласт, сложенный системой одинаковых по величине блоков (однородных областей), коэффициенты фильтрации которых подчиняются ка­ кому-то случайному закону распределения.

При расчете дренажа, как было показано выше, следует ориен­ тироваться на средний напор (или глубину залегания грунтовых

32

влияния микронеоднородности пласта только на положении сред­ него напора между дренами. В соответствии с исследованиями А. И. Голованова при установившемся режиме фильтрации мате­ матическое ожидание среднего напора /гср в зоне влияния систе­ матического дренажа можно определить по формуле

ном законе распределения вероятностей кф. ,; е — коэффициент, характеризующий питание грунтовых вод; В — расстояние между

может быть найдена при помощи графика, приведенного на рис. 2- В случае логнормального закона распределения кф. ,

Как уже отмечалось выше, практически не представляется возможным выделить строго однородные области (блоки) внутри водоносного горизонта, ограниченного в плане двумя соседними дренами.

С другой стороны, если коэффициент фильтрации определяется при помощи экспресс-откачек, то полученные данные несмотря на недостатки этого метода, свидетельствуют о том, что микронеодно­ родность пород проявляется даже на расстоянии 1 м. Поэтому для упрощения расчетов в формулах (3) и (4) число п можно считать большим.

При указанных условиях относительная ошибка в определении среднестатистического уровня грунтовых вод в зоне влияния; горизонтального дренажа, вызванная предположением о лог­ нормальном законе распределения коэффициента фильтрации, в то время как он подчинялся нормальному закону распределения, может быть найдена по формуле (А. И. Голованов)

20%. Так как в большинстве известных случаев коэффициент фильтрации не противоречит логнормальному закону распре­ деления, при расчетах дренажа, учитывающих микроиеоднородность пласта, целесообразно исходить из предположения о лог­ нормальном законе распределения коэффициента фильтрации.

В тех редких случаях, когда коэффициент фильтрации факти­ чески удовлетворяет нормальному закону распределения, в расче­ тах будет заложен некоторый запас прочности, определяемый по формуле (5).

В случае каптирования пласта скважинами вертикального дренажа микронеоднородность пласта, так же как и при горизон­ тальном дренаже, обусловливает отклонение расчетного уровня

грунтовых вод, соответствующего условно однородному (при­ веденному) пласту, от фактического в отдельных точках рас­

водопроводимости Т, изменяющейся от 50 до 750 мг/сут. При этом пласт представлен случайно распределенными областями с раз­ личными коэффициентами водопроводимости, подчиняющимися логнормальному закону распределения. В центре пласта функци­ онирует скважина с постоянным расходом.

Работы, посвященные этому вопросу, свидетельствуют о том, что минимальная средняя ошибка в определении прогнозных понижений уровня грунтовых вод наблюдается в тех случаях, когда расчетные гидрогеологические параметры, или эффективные параметры, принимаются равными величинам, соответствующим 50% обеспеченности [51. При этих условиях в случае логнормаль­ ного закона распределений даже при среднеквадратическом откло­ нении логарифмов Т, достигающем 0,7, средняя ошибка

34

1 Таблица составлена по материалам, приведенным в работе [5].

в вычислении расчетного уровня не превышает 10—17% (табл. 4). Во всех известных нам случаях решения тестовых задач при логнормальном законе распределения эффективный параметр ока­ зывался меньше среднегеометрического значения. Замена средне­ геометрического значения максимально правдоподобным, хотя и незначительно, но все-таки, видимо, завысит эффективную'

проницаемость осредняемого пласта.

Даже из приведенного в табл. 4 примера следует, что между среднегеометрической и среднеарифметической величинами для одной и той же выборки значений в ряде случаев могут наблю­ даться большие различия.

В связи с этим ошибка в законе распределения, а значит и в методике осреднения искомых параметров, очевидно, может привести к значительным погрешностям расчета. Например, уже при отношении среднеарифметического значения к среднегео­ метрическому, равном 1,36, эта ошибка достигала 30%, а с ростом указанного отношения она будет увеличиваться. Имея в виду, что среднегеометрическая величина меньше или равна средне­ арифметической, с учетом трудностей в обосновании закона рас­ пределения, которому удовлетворяет ряд искомых гидрогеологи­ ческих параметров, в каждом конкретном случае, видимо, целесообразно всегда, когда закон распределения неизвестен, в качестве расчетного параметра принимать среднегеометрическое: значение экспериментальных величин.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ МАКРОНЕОДНОРОДНОСТИ ПЛАСТА НА ТОЧНОСТЬ РАСЧЕТА ДРЕНАЖА.

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОЙ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

На точность гидрогеологических расчетов оказывает влияние как микро-, так и макронеоднородность водонасыщенных толщ пород. Выявление совместного влияния этих типов неоднород-