Распределение гидрогеодинамических параметров (стр. 2 из 3)

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:

,

где

представляет собой параллельное соединение сопротивлений .

Учитывая, что при единичной ширине фильтрационное сопротивление равно

, можно ввести специальные эквивалентные длины: ("береговое" сопротивление с одного берега), (сопротивление "проскока" под руслом), (обобщенное сопротивление "узкой" несовершенной реки). Соответственно выражение для привлекаемого потока приобретет вид:

,

где

- обобщенная эквивалентная длина для "узкой" реки.

Как зависят эквивалентные длины

от свойств экрана и физической ширины реки ? В теории фильтрации у несовершенных рек доказывается:

Тенденции поведения значения

при изменении ширины реки (исходя из свойств гиперболических функций синуса и котангенса):

(физически широкая несовершенная река) (при > 3)

(исчезающе узкая река, деградация граничного условия) (при < 0.5)

(при этом не надо забывать, что

.

В промежуточном интервале (0.5 <

< 3) для расчета нужно пользоваться вышеприведенным полным выражением.

Балансовая структура эксплуатационного водоотбора также претерпевает изменения в сторону уменьшения относительной роли ПР при уменьшении приведенной ширины

. При относительно небольшом несовершенстве ( > 2-3 ) еще можно пользоваться аналитическим описанием:

(при этом приведенный расход

рассчитывается с использованием ( ) и ).

Для более высокой степени несовершенства рек аналитических зависимостей нет (точнее, они могут быть получены в чрезвычайно громоздком и непригодном для практического применения виде). В таких случаях для анализа баланса водоотбора следует использовать моделирование.

Возможность возникновения СВОБОДНОГО РЕЖИМА ФИЛЬТРАЦИИ под рекой.

Это достаточно острый вопрос с точки зрения достоверности оценки понижения уровней и балансовой структуры ЭЗ.

В предыдущем рассмотрении мы предполагали, что взаимодействие потока подземных вод с рекой происходит в подпертом режиме, т.е. при сохранении гидравлической связности (неразрывности) всей "фильтрационной цепочки". Однако, такое положение может быть нарушено при возникновении больших понижений уровня под руслом реки - например, при слишком большом дебите или при значительном сопротивлении экрана. Если пониженный уровень подземных вод под руслом опустится ниже подошвы экрана, то возникает так называемый "ОТРЫВ": поверхность потока подземных вод под рекой становится свободной, а привлекаемый поток из реки имеет характер "дождевания", т.е. происходит при неполном насыщении порового пространства (рис. 7.5). Физическая основа этого явления - в резком различии активной пористости глинистых пород экрана и хорошо проницаемых пород водоносного горизонта (

). Такой режим взаимодействия подземных и поверхностных вод называется СВОБОДНЫМ.

Что меняется при возникновении отрыва на участке русла ?

Напор на плоскости разрыва сплошности потока становится постоянным и равным отметке подошвы экрана

над плоскостью сравнения, так как пьезометрическая высота здесь равна нулю. Соответственно выражение для расхода привлекаемого потока приобретает вид (обозначения на рис. 7.5):