Динамика подземных вод как наука. Основные понятия и определения.

Динамика подземны х вод как наука. Основны е понят ия и определения • Динамика подземных вод (ДПВ) – раздел гидрогеологии, посвященный исследованию закономерностей и количественной оценки движения подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов. • Основным объектом изучения ДПВ является област ь ф ильт рации. Под областью фильтрации понимают гидрогеодинамическую систему (ГГДС) определенным образом упорядоченную совокупность гидрогеологических элементов, существующую и функционирующую как единое целое за счет распределения и перераспределения потоков подземны х вод между элементами системы и внешней средой в рассматриваемых Задачи ДПВ • Прямы е или прогнозные задачи – это задачи управления, направлены на решение вопросов прогноза динамики потоков подземных вод в зоне влияния инж енерны х сооруж ений. Кроме этого, прямые задачи решаются и в целях прогноза динамики потоков под влиянием естест венны х факторов – изучение режима и баланса подземных вод в паводковый период, в зонах вулканической деятельности, и т.п. • Обрат ны е задачи – ставят целью уточнить гидрогеологические условия территории и определит ь расчет ны е парамет ры области фильтрации. В них выделяют инверсные задачи, цель которых - определение параметров водоносных пластов и разделяющих их толщ, и граничные задачи, направленные на уточнение условий на границах рассматриваемой области фильтрации. • Поток подземны х вод – пространственновременное выражение структуры движ ения и баланса подземных вод в некотором объеме гидролитосферного пространства в пределах принятых границ • Область фильтрации имеет внешние и внутренние границы . Внешней средой по отношению к ГГДС служат потоки воды, поступающие к ее границам – инфильтрационные потоки, поверхностные воды водотоков и водоемов, подземные воды смежных водоносных горизонтов. Внешними границами ГГДС служат поверхност и, на которы х происходит резкая смена интенсивност и потока. Внешние границы разделяют смежные ГГДС или отделяют Границы могут быть совершенными и несовершенными. Совершенными называют границы, обеспечивающие непосредственный контакт с пластом, при условии вскрытия ими водоносного пласта на всю мощность. • Внутренние границы ГГДС – поверхности, отделяющие элементы ГГДС и одновременно связывающие их в систему потоками подземных вод примерно равной интенсивности (границы неоднородного строения пласта, фильтры скважин). • ГГДС как любая другая система имеет свою структуру. • Гидрогеологическая структура ГГДС – форма, размер и положение в пространстве выделенной ГГДС и взаимное расположение ее элементов. Формируется под воздействием геологического поля в ходе геологического развития территории • Гидродинамическая структура ГГДС – совокупность линий тока и линий равного напора, образующая гидродинамическую сетку (ГДС), формирующуюся под воздействием гравитационного поля, определяющего движение свободной гравитационной воды в системе • Изменение интенсивности потока энергии на внешних границах ГГДС (например, подъем уровня воды в реке в паводок) приводит к перераспределению их внутри системы через внутренние границы, вызывая ответную реакцию (изменение уровня грунтовых вод). • Закономерности, обусловливающие формирование водных потоков внутри системы под влиянием изменений на границах, называются граничными условиями (ГУ). ГУ бы вают чет ы рех родов: • ГУ I рода – H=f(t). Существует на совершенной границе пласта с крупным водотоком. Уровень воды на границе изменяется независимо от положения уровней внутри области фильтрации. Это всегда • ГУ II рода - Q=f(t). Задается величиной расхода воды, идущего через границу, не зависимо от изменения уровней внутри области фильтрации. Примеры – УГВ, граница выклинивания горизонта (Q=0), поверхность фильтра водозаборной скважины (Q=const). • ГУ III рода - Q =f(ΔH). Характеризует величину расхода воды, идущего через границу в зависимости от разности уровней на границе и в области фильтрации. Пример – кровля и подошва водоупора, разделяющего два водоносных горизонта, через которые проходят вертикальные потоки между ними под действием вертикального градиента фильтрации. Типы потоков по наличию и характеру границ в плане следующие виды: • неограниченные в плане, • полуоткрытые (одна граница ГУI, рис. 5), • полузакрытые (одна граница ГУ II, рис. 6), • ограниченные с разным расположением в плане границ с ГУI и ГУ II (пласт-полоса, рис. 1-3), пласт-квадрант, рис.7), пласт-угол, пласт-круг и 555 6 Типы потоков по гидродинамической ст рукт уре област и ф ильт рации • Гидродинамическая структура – совокупность линий тока и линий равного напора, образующая гидродинамическую сетку (ГДС), формирующуюся под воздействием гравитационного поля, определяющего движение свободной гравитационной воды в системе. Выделяют потоки: Характерист ики и парамет ры област и ф ильт рации • Геометрические размеры (длина L между внешними границами и l –между внутренними), • zi- отметка водоупора безнапорных (грунтовых) вод над плоскостью сравнения • h и m - мощность безнапорного и напорного водоносного пласта, соответственно, причем в безнапорных водах h зависит от положения уровня H, т.е. h=f(t), а в напорных водах принимают условие m=const; • F=Bh и Bm - площадь поперечного сечения водоносного пласта, для безнапорных и напорных вод • F=BL или Bl - площадь области фильтрации или ее участка для вертикальных потоков; • m0 - принято для обозначения мощности относительно Фильтрационные и емкостные свойства потоков ПВ • Фильтрационные свойства характеризуют способность пласта пропускать определенное количество воды в единицу времени и оцениваются величиной коэф ф ициент а водопроводимост и: T = km (напорные) или T=kh (безнапорные) [м2/сут] • Емкостные свойства пласта характеризуют его способность поглощать или отдавать свободную воду, реагировать на распространение возмущения ПВ. Характеризуются гравитационной или упругой водоотдачей - µ и µ* Поскольку ПВ обладают упругостью, перераспределение давления по пласту при отборе воды или нагнетании происходит не сразу, а за какое-то время. Скорость распространения этих изменений характеризуется коэффициентом пьезопроводности а* в напорных водах и коэффициентом уровнепроводности а [м2/сут]– в грунтовых водах: а = Т/μ; а* = Т/μ*; т.к. µ>>µ*, а*>>а. Распространение возмущения от откачки по пласту при разных значениях пьезопроводности Q1=Q2; km1=km2; а*1