Распределение гидрогеодинамических параметров (3496-1)

Посмотреть архив целиком

Распределение гидрогеодинамических параметров

Для стационарного прогноза необходима только проводимость основного водоносного горизонта, однако при разведке всегда оценивается и водоотдача - для оценки времени стабилизации, для миграционных расчетов.

Степень неоднородности по проводимости может быть весьма различной: от квазиоднородных схем до существенно неоднородных. Для водоносных горизонтов, приуроченных к аллювию, неоднородность обычно меньше и связана с колебаниями мощности, изменением возраста отложений, наличием погребенных участков долины. Если же основной горизонт связан с коренными отложениями, то они часто обнаруживают повышенную проницаемость в днищевой части долин с быстрым затуханием в сторону водоразделов. Это известное явление объясняют развитием трещин отпора и разуплотнения пород на участках максимального эрозионного врезания долин.

Граничные условия потока

Вверх и вниз по долине, как правило, можно принимать условие неограниченного пласта, формально "обрезая" расчетную область на таком расстоянии, чтобы туда уже не доходили понижения от водозабора. Область влияния водозабора на этих месторождениях относительно невелика, так как река сильно сдерживает развитие депрессионной воронки; поэтому реальную расчетную область ограничивают по условию (5÷7) (рис. 7.1). По направлению вглубь берега к водоразделам значимая область понижений распространяется на расстояние порядка (3÷4). Для несовершенных рек к величине необходимо добавлять эквивалентную длину.

По этим условным контурам при моделировании обычно задают условие непроницаемой границы, поскольку это технически проще (не требует специального ввода такого условия в исходных данных модели) и обеспечивает "запас прочности" прогнозного расчета, так как является наихудшим условием в балансово-гидродинамическом смысле.


Рис. 7.1. Ограничение зоны влияния приречного водозабора

Основное граничное условие для этого типа месторождений устанавливается на контуре реки. В общем случае это граничное условие 3-го рода. Вспомним (см. Гидродинамический метод оценки ЭЗ), что этим условием устанавливается линейная связь трансграничного расхода с разностью напоров между пластом и границей; при этом и уровень в пласте, и сам расход являются результатом решения. Заданными параметрами граничного условия являются уровень на границе и удельное фильтрационное сопротивление границы .

Рассмотрим подробнее возможные варианты состояния граничного условия на контуре реки. При этом для упрощения записи формул будем полагать:

а) проводимость - не зависит от положения уровня;

б) водозабор - компактный (одиночная скважина или группа близко расположенных скважин);

в) режим фильтрации - стационарный, т.е. дебит водоотбора полностью обеспечивается изменениями трансграничного расхода на контуре реки.

I. СОВЕРШЕННАЯ РЕКА, рис. 7.2).

Возможны два различных балансовых состояния:

а) дебит водозабора полностью обеспечивается ЧАСТИЧНОЙ ИНВЕРСИЕЙ разгрузки естественного потока в реку; привлечения из реки нет (= 0 ), а разгрузка в реку сохраняется с меньшим расходом ().

б) дебит водозабора обеспечивается суммой ПОЛНОЙ ИНВЕРСИИ естественной разгрузки и расходом ПРИВЛЕКАЕМОГО ПОТОКА (разумеется, нужно понимать, что полная инверсия разгрузки на контуре реки происходит только в средней части депрессионной воронки, вблизи водозабора; в периферийных ее частях инверсия разгрузки имеет по-прежнему частичный характер).

Таким образом, естественные ресурсы (инверсия разгрузки) и привлекаемые ресурсы могут участвовать в балансовой структуре водоотбора в разной степени. От чего зависит доля их участия ?

от соотношения величин и

от удаления водозабора от реки

Как влияют эти факторы на соотношение естественных (ЕР) и привлекаемых (ПР) ресурсов в балансе водоотбора ?

чем больше тем меньше доля ЕР

чем больше тем больше доля ЕР

чем больше тем больше доля ЕР

Чрезвычайно полезный показатель - "приведенный расход":

.

Рис. 7.2. Балансово-гидродинамические схемы работы водозабора у совершенной реки

Случай (а) существует при < 1; при этом между водозабором и урезом реки есть раздельная точка А (рис. 7.2,а). При = 1 точка А смещается на урез реки, и при > 1 наступает случай (б).

Полуширина фронта формирования привлекаемого потока из реки составляет (рис.7.2,б). Доля ПР, т.е. относительная величина привлекаемых ресурсов в дебите водоотбора, также вычисляется с использованием "приведенного расхода":

II. Более распространенным в природе является случай НЕСОВЕРШЕННОЙ РЕКИ с удельным сопротивлением подруслового экрана и физической шириной G (рис. 7.3).

Для характеристики сопротивления экрана можно использовать известный параметр - фактор перетекания [м]. Для описания исходных данных при моделировании обычно используют коэффициент перетока [].

Распространенным приемом упрощения расчетной схемы является замена реальной несовершенной реки на совершенную. Урез реки формально сдвигается на величину с таким расчетом, чтобы этот фиктивный дополнительный элемент пласта с проводимостью по своему фильтрационному сопротивлению компенсировал утрачиваемое сопротивление подруслового экрана. На сдвинутом урезе реки устанавливается граничное условие 1 рода (). Доказывается, что

Рис. 7.3. Балансово-гидродинамическая схема работы водозабора у несовершенной реки

Вспомним из курса "Гидрогеодинамики" некоторые детали условия на экранированных водотоках. Разность уровней подземных вод и реки в пределах акватории постепенно убывает от начальной (на урезе) величины по экспоненциальной зависимости:

.

Теоретически убывает до нуля бесконечно долго (при).

При работе водозабора за счет понижения уровней под руслом реки происходит инверсия разгрузки естественного потока. В ближайшей к водозабору части русла инверсия осуществляется полностью, после чего возникает приток из реки в виде перетекания через экранирующий слой. Основной расход перетекания (90-95%) локализуется в пределах так называемой "активной зоны реки" (будем далее использовать среднее значение 1.5B). Очевидно, что если "активная зона" меньше половины ширины реки , то водозабор практически не влияет на разгрузку естественного потока с противоположного берега и расход ни в какой своей части не участвует в формировании баланса водоотбора. Такую реку будем называть "ШИРОКОЙ"; для нее, или , где - безразмерная "ПРИВЕДЕННАЯ ШИРИНА РЕКИ".

Для оценки ЭЗ важно: если на разных берегах "широкой" реки расположить водозаборы, то они в балансовом и гидрогеодинамическом смысле независимы, так как их "активные зоны" под руслом реки не накладываются друг на друга. Следовательно, "широкая" река является внешней границей приречного месторождения подземных вод.

Термин "широкая" надо понимать виртуально: либо большая физическая ширина, либо малое сопротивление подруслового экрана, т.е. малая величина. Насколько распространены в природе "широкие" реки? Рассчитаем значение фактора перетекания для реально возможных диапазонов изменения проводимости основного горизонта и строения подруслового экрана. Минимальные значения он принимает при низкой проводимости пласта, малой мощности экрана и высокой его прионицаемости, максимальные - при обратном соотношении этих параметров.

Видно, что даже при маломощном экране, сложенном тонкозернистым песком, "широкой" река будет только при ширине более 30 м, а в случае суглинистого экрана с мощностью хотя бы в несколько метров река должна уже иметь ширину более двух километров. Таких рек единицы !

Таким образом, приходится сделать вывод, что во многих случаях при разведке приречных месторождений придется сталкиваться с "узкими" в гидродинамическом смысле реками .

Что меняется, если река "узкая" ?

"Активная зона" охватывает всю ее ширину; инверсируется расход разгрузки естественного потока с обоих берегов; привлечение речных вод может происходить по всей ширине русла (рис. 7.4). Река становится внутренней границей для месторождения. В составе расчетной схемы должен присутствовать противоположный берег со своими параметрами, т.е. на него должна распространяться область разведки. Если на узкой реке расположить водозаборы на разных берегах, то они будут взаимодействовать между собой.

Рис.7.4. Балансово-гидродинамическая схема работы водозабора у "узкой" несовершенной реки

Изменяется и характер учета несовершенства реки. Для "широкой" реки в величине эквивалентной длины учитывается только сопротивление "своего" берега. Для "узкой" реки величина должна характеризовать условия формирования потока под рекой в целом. Принцип расчета (по схеме "треугольник", рис. 7.4) таков: привлекаемый из реки поток представляется в виде двух составляющих - через левую (условно) половину экрана () и через правую (). "Правый" поток должен преодолеть только свое "береговое" сопротивление , а "левый" - сумму (последовательное соединение) "берегового" сопротивления и сопротивления "проскока" . Общая величина привлекаемого потока описывается выражением:


Случайные файлы

Файл
176529.rtf
104354.rtf
110204.doc
1876.rtf
46061.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.