Распределение гидрогеодинамических параметров (стр. 1 из 3)

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".