Материал: Оценка запасов подземных вод в количестве 2650 м3/сут

Аналогично разбивке по пространству, вводится и разбивка по времени.

Связь между напорами в двух соседних точках задается на основе закона Дарси, записанного через фильтрационные сопротивления (между узлами). Для двухмерного потока оптимальное количество соседних точек для любого узла - четыре связи. В таком случае направление связей (взаимное расположение точек) задается по координатным осям. Такое расположение точек сетки приводит в разбивке моделируемой области на прямоугольные элементы.

Баланс потока в элементарной ячейке сеточной области представляет из себя следующее уравнение

M1-M2+M3-M4=Me+Mд,

где М1-М4 - массовые потоки воды (м³/сут) через грани блоков, Ме - изменение объема воды в блоке за счет емкостных свойств пород (при росте или падении напора), Мд - дополнительное поступление/отток воды в блок (дополнительное питание ща счет перетекания и т.п.).

Значение напора в расчетном блоке отвечает некоторой средней величине H для всего блока (обычно средневзвешенной по площади). Поскольку в пределах блока предполагается линейное изменение напора при неизменном проходном сечении (грань блока), то расчетная величина H пространственно привязывается к геометрическому центру прямоугольного блока. Все фильтрационные параметры в пределах одного блока разбивки считаются постоянными. Все внешние пространственные границы моделируемой области «вписываются» в эту разбивку; все внутренние границы (водоемы, водотоки, родники, скважины и т.д.) привязываются к соответствующим расчетным блокам. (Коносавский П. К., Соловейчик К. А., 2001)

Программное обеспечение “Processing Modflow” v.5.3.3. Processing Modflow является программным продуктом представляющий собой Пре- и Постпроцессор по подготовке и анализу данных для базовой программы MODFLOW.

MODFLOW - базовая программа для построения гидродинамических моделей различного уровня сложности. Предназначена для решения стационарных и нестационарных задач в условиях безнапорного, напорно-безнапорного и напорного режимов фильтрации с переменными во времени условиями, задаваемыми на гидрогеологических объектах, которые могут изменятся только на расчетных интервалах - стресс-периодах (stress period), под которым понимается временной интервал (он может включать несколько временных шагов), в пределах которого граничные и начальные условия, а также расходные или иные характеристики гидрогеологических объектов не изменяются. Программный пакет состоит из главного модуля, который по мере необходимости подключает дополнительные средства, позволяющие имитировать различного рода гидрогеологические объекты (реки, скважины, дрены), внутренние граничные условия любого рода, инфильтрационное питание и испарение, учитывающиеся в любом расчетном блоке модели. Дискретизация области модели производится исходя из центрально-блочного принципа построения сеточной разбивки и решение задачи ищется для центра элементарного блока (Коносавский П. К., Соловейчик К. А., 2001).

Построение численной модели. Водоносный горизонт четвертичных отложений представлен погребенной речной долиной, сложенной хорошо проницаемыми песками. Для оценки запасов данного водоносного горизонта рассматривается схема «пласт-полоса» с проницаемыми границами, которая реализуется в рамках численной геофильтрационной модели. Такая модель является небалансовой и представляет из себя развитие аналитической модели неограниченного в плане неоднородного горизонта.

Во избежание влияния гидродинамического возмущения область моделирования в плане выбирается достаточно большая - границы области моделирования вынесены на 5 км от рассматриваемого участка. Крайние блоки имеют размер 500x500 м, к центру области по координатным осям размер блоков уменьшается - 300, 200, 100, 50 м, в центральной части блоки имеют размерность 50x50 м рис.11.

Рис.11. Пространственная разбивка центральной области моделирования

В данной разбивке отображается зона погребенной долины рис.12. Выделяются два расчетных слоя - первый слой четвертичных отложений распространен повсеместно, второй представляет собой пески в тальвеге погребенной долины. Положение водозаборных скважин привязывается к соответствующим блокам модельной разбивки в соответствие с их реальным расположением.

Рис.12. Отображение погребенной долины в рамках пространственной разбивки модельной области.

На основании проведенных фильтрационных работ были определены фильтрационные параметры для отложений погребенной долины табл.7. Для четвертичных отложений вне погребенной долины

Табл.7. Фильтрационные параметры четвертичных отложений

Прогнозные расчеты. Были проведены многовариантные расчеты понижений для блоков при соответствующих расходах, затем проведен переход от величин понижений в расчетных блоках со скважинами к понижениям в самих водозаборных скважинах согласно формулам:

где: S_бл - понижение в блоке с эксплуатационной скважиной, s - линейный размер блока пространственной разбивки, n - количество смежных блоков.

Были получены максимальные расходы скважин табл.8.

Табл.8. Результаты расчетов по определению максимальных расходов скважин четвертичного водоносного горизонта

Проведена оптимизация водоотбора в соответствии с заданным расходам в 2650 м3/сут табл.9.

Табл.9. Результаты расчетов по определению максимальных расходов скважин четвертичного водоносного горизонта, после оптимизации водоотбора

Суммарный расход по скважинам четвертичного горизонта составляет 1050 м³/сут.

Заключение

По результатам оценки качества подземных вод, воды, в целом, удовлетворяют требованиям СниП. Но существуют необходимость проведения водоподготовки для нормализации концентрации некоторых микрокомпонентов (фтора и бора).

По результатам опытно-фильтрационных работ по четырем скважинам были определены фильтрационные параметры четвертичного и девонского водоносных горизонтов табл.10.

Табл.10. Сводная таблица фильтрационных параметров четвертичного и девонского водоносного горизонта.

Оценка запасов подземных вод двух водоносных горизонтов определялась независимо друг от друга. Рассматривать водоносные горизонты как изолированные друг от друга позволило присутствие относительного водоупора, в виде пачки пестроцветных глин, а также не выявление взаимосвязи между горизонтами при проведении опытно-фильтрационных работ. Последнее связано с непродолжительностью откачек.

При оценке запасов девонского водоносного горизонта применялся аналитический метод расчета. На основании фильтрационных параметров был определен расход воды по пяти скважинам. Он составил 1600 м³/сут.

При оценке запасов четвертичного водоносного горизонта, в связи со сложной конфигурацией грунтового массива, был использован метод численного моделирования, как развитие аналитической геофильтрационной модели. Расход по трем скважинам на данный водоносный горизонт составил 1050 м³/сут.

Суммарные запасы подземных вод на данном участке составляют 2650 м³/сут и удовлетворяют требованиям.

Литература

Фондовые материалы:

1. Коносавский П. К., Соловейчик К. А. «Математическое моделирование геофильтрационных процессов». Учебное пособие. СПб. СПбГУ, 2001

. Николаев Ю. В. «Отчет о результатах работ по оценке запасов подземных вод на участке действующего водозабора поселка городского типа Будогощь Киришского района Ленинградской области». ООО «ГЕОЛСРОЙ», СПб. 2015