Гидродинамический метод оценки ЭЗ (стр. 1 из 3)

Р.С. Штенгелов

Структура фильтрационного сопротивления месторождения:

,

где

- гидродинамические Параметры водоносной системы,

- Граничные условия потока,

t - расчетное время развития депрессионной воронки,

- схема и конструкция Водозаборного сооружения.

При применении гидродинамического метода оценки все эти компоненты, интегрально образующие величину

, разведуются раздельно, любыми доступными методами и затем раздельно учитываются в расчетных формулах фильтрации к скважинам или вводятся в состав моделей для моделирования работы водозабора.

Поясняющие примеры:

По материалам разведки доказана возможность применения расчетной схемы неограниченного в плане, однородного, изолированного в разрезе пласта; следовательно, расчет понижения уровня в водозаборной скважине можно сделать по формуле Тейса:

то есть

Таким образом, можно видеть, что в условиях "схемы Тейса" величина

зависит от гидродинамических параметров , времени эксплуатации и характеристики водозабора . Данные о граничных условиях Г в описании отсутствуют, что вполне понятно для неограниченного пласта.

Другой пример: водозаборная скважина рассчитывается для условий стационарного режима фильтрации в связи с перетеканием из смежного водоносного горизонта:

где

- фактор перетекания.

В этом случае

; в этом описании фактор перетекания является "представителем" граничных условий Г, а время и водоотдача отсутствуют, так как речь идет о стационарном режиме фильтрации.

Такие примеры можно продолжить. Например, для несовершенных водозаборных скважин в величине сопротивления появятся

- длина фильтра и расстояние от края фильтра до кровли пласта (Вз); если область фильтрации в плане ограничена (выклинивание пласта, фациальное замещение...), то появится расстояние до этой границы (Г). Любое изменение в расчетной схеме отражается в содержании обобщенного фильтрационного сопротивления .

Итак, при использовании гидродинамического метода оценки ЭЗ нужно РАЗДЕЛЬНО РАЗВЕДАТЬ И ОЦЕНИТЬ ВСЕ КОМПОНЕНТЫ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ.

После этого подсчет запасов (точнее, расчет водозабора, т.к. подсчет запасов - это более общая задача) выполняется

- или АНАЛИТИЧЕСКИ (по формулам теории притока к скважинам) - при этом формулы выбираются в соответствии с разведанной расчетной схемой, а "начинкой" формул являются разведанные параметры)

- или с использованием МОДЕЛИРОВАНИЯ работы водозабора - создается модель МПВ, на которой решается прямая задача с целью получить распределение (во времени и пространстве) напоров (или понижений) при полностью известном (разведанном!) распределении параметров, граничных условий и т.д. (известны все аргументы, ищем функцию).

Во всех случаях для выполнения гидродинамического расчета необходимо составление ФИЛЬТРАЦИОННОЙ СХЕМЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, которая является конечной целью разведки и должна адекватно, с наилучшей возможной степенью приближения отражать все те гидрогеологические условия, которые в конкретном случае контролируют величину

.

Основой для составления фильтрационной схемы являются результаты поисково-разведочных работ: они (работы) должны быть запроектированы, проведены и интерпретированы так, чтобы схема стала достоверной, т.е. содержала бы в себе все те элементы природной обстановки, которые в конкретном случае являются ЗНАЧИМЫМИ для формирования балансово-гидродинамической ситуации.

Принципы и содержание фильтрационной схематизации гидрогеологических условий для целей любого гидрогеодинамического расчета уже подробно прорабатывались в курсе "Гидрогеодинамика". Здесь мы кратко их повторим, учитывая некоторую специфику расчетов водозаборных сооружений.

Обязательные разделы фильтрационной схематизации

Вопросы, которые гидрогеолог должен поставить перед собой и обосновать ответ по данным разведки

• Должен быть обоснован ожидаемый РЕЖИМ ФИЛЬТРАЦИИ ВО ВРЕМЕНИ при работе водозабора. Ответ на этот вопрос обосновывается:

- выявленными источниками формирования баланса водоотбора и прогнозируемым временем проявления каждого из них,

- заданным режимом водоотбора (вдруг периодический?)

В зависимости от решения по этому пункту расчетной схематизации прогноз работы водозабора может быть выполнен в стационарном или нестационарном виде - первый вариант проще в исполнении (особенно при моделировании) и требует меньшего числа исходных данных (не нужны емкостные параметры).

Возможность наступления стабилизации депрессии

в простых случаях можно просчитать аналитически:

- например, если водозабор расположен у реки

,

где

- относительная погрешность (по понижениям) признания факта стабилизации; например, при = 0.1 стабилизация считается наступившей при = 9 м, хотя "истинная" стабилизация наступит позже, при = 10 м.

- при наличии перетекания

• Должна быть обоснована ожидаемая ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПОТОКА при работе водозабора, определяемая степенью деформации гидродинамической сетки по пространственным координатам. Ее обоснование производится на основе общих гидрогеодинамических предпосылок:

конфигурация границ в плане и их положение в разрезе,

расположение и степень несовершенства водозахватных устройств,

соотношение мощности пласта и его размеров в плане и др.

Возможные варианты расчетной пространственной структуры течения:

трехмерная,

двумерная (в плане или разрезе),

и даже одномерная (обычно радиальная).

Для упрощения расчетов желательно понизить мерность потока (но обоснованно!). Например, можно использовать предпосылку перетекания - при соотношении коэффициентов фильтрации слоев в слоистых разрезах порядка 20-50 и более (напомнить преломление линий тока по правилу тангенсов) можно реальный пространственный поток рассматривать как плоско-пространственный, что легче в расчетном смысле и проще с точки зрения параметрического обеспечения.

• Характер распределения в плане и разрезе необходимых параметров водоносной системы :

проницаемость (проводимость для одномерных и плановых потоков или коэффициент фильтрации для профильных и пространственных потоков)

емкость (водоотдача для моделирования или уровне- пьезопроводность для большинства аналитических решений).

Возможные варианты схематизации выявленного при разведке распределения этих параметров:

а) однородный пласт,

б) квазиоднородный - хаотическое распределение относительно небольших элементов неоднородности с небольшой амплитудой колебания параметра,

в) упорядоченно-неоднородный - при наличии геометрически правильных границ неоднородности (прямая линия, круг, полоса и т.п.) или при наличии функциональной, генетически обусловленной зависимости параметра от природных факторов (мощности пласта, глубины эрозионного вреза и т.п.),

г) существенно-неоднородный - неупорядоченно расположенные крупные элементы неоднородности с контрастными различиями параметра.

Для неоднородных пластов составляются карты параметров с использованием изолиний или по кусочно-неоднородному принципу ("лоскутное одеяло").

Проще для расчетов однородные схемы. При неоднородности, как правило, приходится применять моделирование, так как формулы становятся слишком громоздкими или отсутствуют вовсе.

Важная деталь: по мере удаления от водозабора роль неоднородности (т.е. степень ее влияния на результат расчета - понижения в водозаборе) уменьшается. С максимальной точностью нужно учитывать неоднородность

в районе расположения водозахватных устройств

на участках между водозабором и важными границами; для остальной площади обычно можно использовать осредненные значения.