Файл: Вопросы водного хозяйства [сборник]..pdf

Для исследования естественного режима и нарушен­ ного эксплуатацией водозабора на модели задавались различные граничные условия, отличающиеся величиной относительных потенциалов. После выбора расчетной схемы области фильтрации и граничных условий были выбраны масштабы моделирования.

Учитывая, что фильтрационные свойства водовмещаю­ щих отложений двух водоносных горизонтов резко отли­ чаются от перекрывающих их моренных отложений, при­ нято раздельное моделирование водоносных горизонтов с дискретным соединением их в соответствующих точках модели системой сопротивлений, заменяющих слабопро­ ницаемый пласт. Инфильтрационное питание осущест­ влялось дискретно с заданием граничных условий второ­ го рода.

После создания электрической модели по методике, изложенной в работе [1], сначала решалась обратная за­ дача. Путем сопоставления полученных на модели и в натуре карт гидроизогипс грунтовых вод и гидроизопьез межморенного горизонта проверялась естественная гид­ рогеологическая обстановка. Абсолютного совпадения указанных карт не получено. Это можно объяснить тем, что карты гидроизогнпс и гидроизопьез построены по не­ значительному количеству пьезометров, а карта мощно­ стей грунтового потока составлена косвенным путем.

Анализ полученных карт показывает, что и грунто­ вые, и подземные напорные воды гидравлически взаимо­ связаны с поверхностными р. Волмы. Причем межморен­ ный днепровско-московский водоносный горизонт имеет более затрудненную связь с водами р. Волмы, чем грун­ товые воды.

С помощью моделирования с заданием граничных условий второго рода на скважинах водозабора построе­ ны карты гидроизогипс и гидроизопьез для двух водонос­ ных горизонтов. Полученные карты указывают на явное взаимодействие эксплуатируемого межморенного гори­ зонта с грунтовыми водами. Восполнение эксплуатацион­ ных запасов межморенного горизонта происходит в ос­ новном за счет перетекания грунтовых вод и частично за счет инфильтрата р. Волмы.

В центральной части проектируемого водозабора при нагрузке 35,5 тыс. мъ/сутки формируется депрессионная воронка межморенного горизонта глубиной 13—15 м при допустимой величине до 25 м.

31

На периферийных частях водозабора депрессионная воронка достигает глубины всего 5—6 м, т. е. эксплуа­ тационные запасы проектируемого водозабора являются вполне обеспеченными и, кроме того, имеется возмож-

Рис. 2. Схематическая карта величин понижения уровня грунтовых вод на участке водозабора.

ность увеличения его производительности. Но с увели­ чением производительности произойдет еще большее сни­ жение уровня грунтовых вод.

При проектном водоотборе произойдет резкое пере­ формирование уровенного режима грунтовых вод с об­ разованием даже депрессионной воронки. При этом

32

наиболее глубокая депрессионная воронка в грунтовых водах формируется на тех участках, где моренные отло­ жения незначительны по мощности или размыты. По­ строенная карта величин понижений уровня грунтовых вод (рис. 2) показывает, что на большей части террито­ рии овощеводческого совхоза произойдет снижение уров­ ня грунтовых вод на величину более одного метра (на отдельных участках понижения достигнут 4—6 м).

Для уменьшения величин понижений уровня грунто­ вых вод проектом предусматривалось заложение канала вдоль линии водозабора. Однако моделированием было установлено, что канал оказывает влияние на уровень грунтовых вод лишь в приканальной зоне шириной до 150—-200 м (уровень повышается на 0,5—0,7 м). На удаленных участках влияние канала не установлено. Это обстоятельство можно объяснить тем, что проектируе­ мый канал проходит в основном по участку со значи­ тельной мощностью перекрывающей моренной толщи и имеет значительную степень несовершенства вреза его. Следовательно, в этом случае наиболее оптимальным вариантом для поддержания мелиоративного состояния земель овощеводческого совхоза являются мероприятия по их орошению, что, безусловно, потребует дополни­ тельных капитальных и эксплуатационных затрат. Воз­ мещение этих затрат соответственно отразится и на се­

ров подземных вод необходимо учитывать возможность ухудшения мелиоративного состояния земель, а при раз­ ведке водозаборов наряду с изучением гидрогеологиче­ ских условий эксплуатируемого водоносного горизонта необходимо проводить исследования и грунтовых вод,

подземных вод на одном из водозаборов. В сб.: «Проблемы исполь­ зования и охраны водных ресурсов». Минск, «Наука и техника», 1972 г

2.А р а в и н В. И. Расчеты и моделирование плановой фильтра­ ции. М.—Л., Госэнергоиздат. 1963.

3.Д р у ж и н и н Н. И. Применение метода ЭГДА для изучения пространственной фильтрации в сложных условиях. В сб.: «Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических сооружений». М., Стройиздат, 1964.

4. Ж е р н о в И. Е. Основные принципы составления расчетных моделей. В кн.: «Применение вычислительной техники при гидрогео­ логических исследованиях». М., «Недра», 1969.

М. 0. ЧАБАН

ОБ УСТАНОВЛЕНИИ ПРЕДЕЛОВ ПРИМЕНИМОСТИ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ РАСЧЕТОВ

Основная трудность, возникающая при проведении гидрогеологических расчетов, заключается в неполном соответствии расчетной схемы конкретным природным условиям, для анализа которых она применяется. Каж­ дая расчетная зависимость выведена для своей расчет­ ной схемы, под которой мы понимаем совокупность ог­ раничений, накладываемых на природную обстановку. Различие между конкретной гидрогеологической обста­ новкой (показанной, например, на рис. 1) и используе-

Рис. 1. Шахтный колодец в реальных природных условиях.

мой расчетной схемой (рис. 2) заставляет схематизиро­ вать природные условия, другими словами, применять расчетную формулу в несоответствующих ей условиях.

34

Естественно, это может привести к большим ошибкам и несоответствиям в расчетах. Например, погрешность определения коэффициентов фильтрации по данным на­ турных и лабораторных исследований с применением известных расчетных формул может достигать 500% ве­ личины искомого параметра. Кроме того, величина по­ грешности неизвестна и о ней можно только предпола­ гать. С таким положением в практике гидрогеологиче­

Ввиду больших погрешностей схематизации в гидро­ геологической практике бытует склонность к простым формулам, которые применяются в самых различных природных условиях. И это вполне обоснованно, так как повышение точности при использовании более строго соответствующей данным условиям и поэтому более сложной формулы во много раз меньше погрешности схематизации. В гидрогеологии повсеместно распрост­ ранены простые формулы для однородных пластов и ис­ точников простейшей формы. Имеющиеся в теории рас­ четные зависимости для более сложных природных усло­ вий имеют весьма ограниченное применение.

Противоречивые требования практики к простоте рас­ четных зависимостей и одновременно к возможности их применения в разнообразных природных условиях могут быть удовлетворены. Решение этой задачи состоит в рас­ ширении пределов применимости расчетных формул за условия ее расчетной схемы с сохранением необходимой для практики точности. Каждая строго выведенная рас­ четная формула дает точный результат в условиях своей расчетной схемы. Каждое нарушение условий расчетной схемы, которое мы будем называть неоднородностью,

вносит определенную погрешность в результаты расчета. Однако так как при практических расчетах не требуется большой точности (вполне достаточно 5—10%-ной), то в этих пределах можно найти допустимые колебания условий расчетной схемы. Возможность расчетной фор­ мулы давать допустимые для практики погрешности при применении ее в природных условиях, не полностью соответствующих ее расчетной схеме, назовем практиче­ ской устойчивостью.

Выяснение пределов применимости расчетных зави­ симостей или пределов их практической устойчивости является важным направлением исследований по внед­ рению в гидрогеологическую практику новых методов расчета и улучшению обоснования данных эксперимен­ тальных и натурных изысканий. Разработка проблемы практической устойчивости расчетных зависимостей по­ зволит: во-первых, определять возможности применения расчетных формул в сложных природных условиях; вовторых, даст возможность оценить погрешность схемати­ зации природных условий и, в-третьих, позволит перейти к выработке общих основ схематизации природных условий.

Для описания практической устойчивости формулы необходимо выяснить влияние на нее неоднородностей, которые можно разделить на следующие три группы:

1)неоднородности пласта;

2)несоответствие режима фильтрации расчетному;

3)отклонение формы источника от расчетной. Анализ этих неоднородностей и их совокупности по­

зволит дать пределы практической устойчивости расчет­ ной зависимости.

Покажем на примере описание практической устой­ чивости на неоднородность пласта формулы Ф. Форхгеймера [1] для определения дебита шахтного колодца, вскрывающего плоским дном однородный напорный пласт, неограниченный по мощности (рис. 2). Эту формулу можно получить из решения краевой за­ дачи.

36