Закономерности движения подземных вод

Этот способ очень удобен, но применение его невозможно при естественном содержании хлора в воде свыше 500-600 мг/л и при резких неровностях водоупорного слоя. В первом случае анализами трудно определить изменения содержания хлора, во втором-более тяжелый, чем вода, раствор поваренной соли может задержаться в понижениях водоупора.

Установившееся и неустановившееся движение подземных вод. Методы моделирования фильтрации

Установившимся считается движение подземных вод, при котором уровни и все другие элементы водного  потока являются постоянными во времени. Если же уровни воды в одних и  тех же точках изменяются во времени, то такое движение называется неустановившимся.

Большинство расчетных формул по динамике подземных вод основано на допущении, что условия питания и дренирования подземных вод постоянны. В действительности эти условия могут изменяться в зависимости от естественных или  искусственных причин. К естественным причинам относятся изменения количества атмосферных осадков и величины испарения, таянье снега, паводки. Среди  искусственных причин большое значение имеют водозаборы, орошение, строительство  водохранилищ и т. п.

Если водоносный пласт на всем своем  протяжении имеет одинаковый литологический состав, то он называется однородным. Если же литологический состав водоносного пласта изменяется в горизонтальном или в вертикальном направлении (что встречается в природе гораздо чаще), то водоносный пласт называется неоднородным.

Для моделирования фильтрации в  основном используются гидравлическая и электрическая аналогии, реализуемые  на сплошных и сеточных моделях.

Сплошные гидравлические модели, представленные фильтрационными лотками различных видов, в гидрогеологических расчетах применяются редко.

В развитии методов моделирования  фильтрации подземных вод основная роль принадлежит сплошным и сеточным электрическим моделям, основанным на использовании метода электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).

Приток воды к водозаборным сооружениям

Среди водозаборных сооружений мы будем  рассматривать такие горные выработки, как дрены (канавы) и скважины. В  гидрогеологии горные выработки  разделяют на совершенные и несовершенные.

Гидродинамически совершенной называется горная выработка, вскрывающая водоносный горизонт от кровли до подошвы.

Приток воды к ней происходит по всей поверхности соприкосновения стенок выработки с водоносным горизонтом. Если же выработка не доходит до водоупора, она называется несовершенной по степени вскрытия водоносного горизонта. Зачастую выработки закрепляются от обрушения; цементируются, скважины оборудуются обсадными трубами, фильтрами и т. п. Естественно, что приток воды в такие выработки затруднен и их называют несовершенными по характеру вскрытия водоносного горизонта.

 

Особенности движения рассолов

В пределах одного и того же водоносного комплекса минерализация, соответственно, плотность и вязкость могут существенно меняться как в вертикальном направлении, так и по простиранию пласта.

При неизменном градиенте напора скорость фильтрации может быть различной в результате изменения плотности и вязкости. При увеличении минерализации рост вязкости происходит быстрее, чем плотности. Как указывает А. И. Силин-Бекчурин, в интервале температур 5-20°С скорость фильтрации пресных вод в 1,5-2 раза выше, чем рассолов. С  увеличением температуры эти различия нивелируются.

 

Понятие об установившейся и неустановившейся фильтрации подземных  вод

Фильтрация подземных  вод в пористой или трещиноватой среде горных пород может иметь  установившийся или неустановившийся характер. Строго говоря, движение подземных вод в горных породах всегда является в той или иной мере неустановившимся,  т.е. переменным во времени.                                                                                Неустановившееся движение проявляется в изменениях уровня подземных вод, что обусловливает изменения напорных градиентов, скоростей фильтрации и расхода подземного потока. Изменения эти могут быть вызваны влиянием естественных или искусственных факторов,  определяющих условия питания, движения и разгрузки подземных вод.  К числу таких факторов можно отнести неравномерное выпадение и инфильтрацию атмосферных осадков,  колебания горизонтов поверхностных водоемов, паводки на реках,  сооружение и функционирование водохранилищ и каналов,  процессы орошения и осушения земельных территорий, откачки подземных вод из скважин и горных выработок,  захоронение сточных вод и др. В районах, где условия питания и разгрузки подземных вод изменяются во времени незначительно, движение подземных вод можно рассматривать как установившееся,  т.е.  практически не изменяющееся во времени. При установившейся фильтрации уровнь и скорость движения подземных вод в одних и тех же точках не изменяются во времени, являясь лишь функцией координат пространства. H,Y,V=const.

Установившееся и неустановившееся движение подземных вод наблюдается  как в безнапорных,  так и  в напорных водоносных горизонтах.  Особенно резко выраженный неустановившийся характер носит движение подземных вод в первый период работы водозаборных  сооружений

           При этом следствием неустановившегося  движения в безнапорных водоносных  горизонтах является осушение  части водоносного горизонта (в пределах создаваемой депрессии), происходящее при понижении уровня в процессе откачки воды. Осушение пласта в зоне влияния откачки происходит постепенно, вызывая изменение уровня, скорости движения и расхода подземного потока.

При изучении условий движения подземных вод неглубоких безнапорных  водоносных горизонтов упругие свойства воды и горных пород обычно не учитываются, а соответствующий этому режим  фильтрации называется жестким. n,γ=const.

В напорных водоносных горизонтах неустановившееся движение определяется упругими свойствами воды и горных пород. При вскрытии напорных вод скважинами и снижении напоров при откачках происходит разуплотнение воды с одновременным упругим расширением пород, под влиянием чего вода как бы выдавливается из пласта в скважины (водозаборные сооружения). Так возникает своеобразный режим подземных вод, соответствующий неустановившемуся характеру их фильтрации.

Помимо упругих свойств  воды и горных пород на неустановившееся движение в напорных водоносных горизонтах могут оказывать влияние и иные факторы; в том числе приток воды из других горизонтов или осушение водоносного пласта в области его выхода на поверхность. При наличии постоянно действующих поверхностных источников питания, с которыми гидравлически связаны напорные водоносные горизонты, и интенсивного поступления в них воды из соседних слоев движение подземных вод стабилизируется и со временем приобретает характер установившегося. Y,V =const.

Гидродинамические расчеты  по прогнозу и оценке условий неустановившейся фильтрации подземных вод выполняются с учетом фактора времени. При этом искомые значения параметров потока подземных вод определяется как функция координат пространства времени.

Заключение

Динамика подземных вод-отрасль гидрогеологии, рассматривающая теоретические основы и методы изучения количественных закономерностей режима и баланса подземных вод. С точки зрения методологических построений, основывающихся на теории фильтрации, неразрывно связана с гидравликой и гидромеханикой.

Многие положения динамики грунтовых вод, касающиеся главным образом гидромеханических проблем, заложены во 2-й половине 19-начале 20 вв. исследователями, работавшими в области гидравлики и теоретической механики; французскими учёными Д. Дарси и Ж. Дюпюи, установившими линейный закон фильтрации, русским учёным Н. Е. Жуковским, работавшим над теорией движения подземных вод, и др. Современные основы теории и методики движения подземных вод созданы преимущественно работами советских учёных, проведёнными в 20-30 гг. 20 в. в связи с решением задач гидротехнического строительства. Н.Н. Павловский разработал проблемы динамики грунтовых вод в связи с гидротехническим строительством, Г.Н. Каменский-проблемы связи динамики подземных вод с геологическими условиями, вопросы движения грунтовых вод в неоднородных пластах, методику расчёта подпоров грунтовых вод и др. Для развития движения подземных вод большое значение имеет разработка вопросов нефтяной подземной гидравлики (газогидродинамика), заложенной в СССР работами Л.С. Лейбензона.

В современный период характерно активное применение гидродинамических расчётов почти во всех гидрогеологических исследованиях. Завершена разработка методики расчётов стационарной фильтрации и разработаны  теоретические основы прогнозов  подпора грунтовых вод в районах  гидросооружений и орошаемых  территорий; обосновываются методы оценки эксплуатационных запасов подземных  вод; сформулированы основные направления  исследований региональной динамики глубоких и взаимодействующих водоносных горизонтов.

Воздействие хозяйственной деятельности человека на подземные воды приводит к необходимости рассмотрения сложных  расчётных схем, поэтому, помимо аналитических  методов расчёта, широко используются методы математического моделирования  с применением аналоговых приборов и ЭВМ. Это позволяет проводить гидрогеологические расчёты с возможно более полным учётом природной обстановки и всех действующих факторов.

Наряду с решением прямых гидрогеодинамических задач, в которых даётся прогноз  режима и баланса подземных вод, в движении подземных вод рассматриваются решения обратных задач-восстановление параметров фильтрационной схемы по данным о режиме подземных вод (например, при многолетней работе крупных водозаборов подземных вод, в районах водохранилищ, карьеров).

 

 

 

Список  литературы

1. revolution.allbest.ru
2. М.П.Логинова, К.А.Маврин, В.А.Смирнов  Гидрогеология и воды нефтяных и газовых месторождений: Учеб. пособие Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2001г.
3. gm3d.ru›referaty po nauke i texnike/kursovaya