Xreferat.com » Рефераты по географии » Распределение гидрогеодинамических параметров

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)Распределение гидрогеодинамических параметров (рис. 7.1). По направлению вглубь берега к водоразделам значимая область понижений распространяется на расстояние порядка (3÷4)Распределение гидрогеодинамических параметров. Для несовершенных рек к величине Распределение гидрогеодинамических параметров необходимо добавлять эквивалентную длинуРаспределение гидрогеодинамических параметров.

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.

Распределение гидрогеодинамических параметров 

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 Распределение гидрогеодинамических параметров и удельное фильтрационное сопротивление границы Распределение гидрогеодинамических параметров.

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, Распределение гидрогеодинамических параметров рис. 7.2).

Возможны два различных балансовых состояния:

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

б) дебит водозабора обеспечивается суммой ПОЛНОЙ ИНВЕРСИИ естественной разгрузки и расходом ПРИВЛЕКАЕМОГО ПОТОКА Распределение гидрогеодинамических параметров(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 Распределение гидрогеодинамических параметров и Распределение гидрогеодинамических параметров

от удаления водозабора от реки Распределение гидрогеодинамических параметров

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

чем больше Распределение гидрогеодинамических параметров тем меньше доля ЕР

чем больше Распределение гидрогеодинамических параметров тем больше доля ЕР

чем больше Распределение гидрогеодинамических параметров тем больше доля ЕР

Чрезвычайно полезный показатель - "приведенный расход":

Распределение гидрогеодинамических параметров.

Распределение гидрогеодинамических параметров

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

 Случай (а) существует при Распределение гидрогеодинамических параметровРаспределение гидрогеодинамических параметров= 1 точка А смещается на урез реки, и при Распределение гидрогеодинамических параметров> 1 наступает случай (б).

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

Распределение гидрогеодинамических параметров

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

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

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

Распределение гидрогеодинамических параметров

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 Распределение гидрогеодинамических параметров в пределах акватории постепенно убывает от начальной (на урезе) величиныРаспределение гидрогеодинамических параметров по экспоненциальной зависимости:

Распределение гидрогеодинамических параметров.

Теоретически Распределение гидрогеодинамических параметров убывает до нуля бесконечно долго (приРаспределение гидрогеодинамических параметров).

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 Распределение гидрогеодинамических параметров в виде перетекания через экранирующий слой. Основной расход перетекания (90-95%) локализуется в пределах так называемой "активной зоны реки" Распределение гидрогеодинамических параметров (будем далее использовать среднее значение 1.5B). Очевидно, что если "активная зона" меньше половины ширины реки Распределение гидрогеодинамических параметров, то водозабор практически не влияет на разгрузку естественного потока с противоположного берега и расход Распределение гидрогеодинамических параметров ни в какой своей части не участвует в формировании баланса водоотбора. Такую реку будем называть "ШИРОКОЙ"; для нееРаспределение гидрогеодинамических параметров, или Распределение гидрогеодинамических параметров, где Распределение гидрогеодинамических параметров - 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 ширинаРаспределение гидрогеодинамических параметров, либо малое сопротивление подруслового экрана, т.е. малая величинаРаспределение гидрогеодинамических параметров. 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.

Распределение гидрогеодинамических параметров 

Распределение гидрогеодинамических 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 Распределение гидрогеодинамических параметров.

Что меняется, если река "узкая" ?

"Активная зона" охватывает всю ее ширину; инверсируется расход разгрузки естественного потока с обоих береговРаспределение гидрогеодинамических параметров; 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.

Распределение гидрогеодинамических параметров

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 Распределение гидрогеодинамических параметров учитывается только сопротивление "своего" берега. Для "узкой" реки величина Распределение гидрогеодинамических параметров 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 (Распределение гидрогеодинамических параметров) и через правую (Распределение гидрогеодинамических параметров). "Правый" поток должен преодолеть только свое "береговое" сопротивление Распределение гидрогеодинамических параметров, а "левый" - сумму (последовательное соединение) "берегового" сопротивления Распределение гидрогеодинамических параметров и сопротивления "проскока" Распределение гидрогеодинамических параметров. Общая величина привлекаемого потока описывается выражением:

Распределение гидрогеодинамических параметров,

где Распределение гидрогеодинамических параметров представляет собой параллельное соединение сопротивлений Распределение гидрогеодинамических параметров.

Учитывая, что при единичной ширине фильтрационное сопротивление равно Распределение гидрогеодинамических параметров, можно ввести специальные эквивалентные длины: Распределение гидрогеодинамических параметров ("береговое" сопротивление с одного берега), Распределение гидрогеодинамических параметров (сопротивление "проскока" под руслом), Распределение гидрогеодинамических параметров(обобщенное сопротивление "узкой" несовершенной реки). Соответственно выражение для привлекаемого потока приобретет вид:

Распределение гидрогеодинамических параметров,

где Распределение гидрогеодинамических параметров - обобщенная эквивалентная длина для "узкой" реки.

Как зависят эквивалентные длины Распределение гидрогеодинамических параметров от свойств экрана и физической ширины реки ? В теории фильтрации у несовершенных рек доказывается:

Распределение гидрогеодинамических параметров 

Тенденции поведения значения Распределение гидрогеодинамических параметров при изменении ширины реки (исходя из свойств гиперболических функций синуса и котангенса):

Распределение гидрогеодинамических параметров (физически широкая несовершенная река) Распределение гидрогеодинамических параметров (при Распределение гидрогеодинамических параметров> 3)

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

(при этом не надо забывать, что Распределение гидрогеодинамических параметров.

В промежуточном интервале (0.5 Распределение гидрогеодинамических параметровРаспределение гидрогеодинамических параметровнужно пользоваться вышеприведенным полным выражением.

Балансовая структура эксплуатационного водоотбора также претерпевает изменения в сторону уменьшения относительной роли ПР при уменьшении приведенной ширины Распределение гидрогеодинамических параметров. При относительно небольшом несовершенстве (Распределение гидрогеодинамических параметров> 2-3 ) еще можно пользоваться аналитическим описанием:

Распределение гидрогеодинамических параметров

(при этом приведенный расход Распределение гидрогеодинамических параметров рассчитывается с использованием (Распределение гидрогеодинамических параметров) и Распределение гидрогеодинамических параметров).

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

Похожие рефераты: