Кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИПР ТПУ доцент Кузеванов К.И. Гидродинамика флюидных систем и моделирование гидродинамических процессов Лекция 8 Расчёт скважин в условиях неограниченного водоносного горизонта (продолжение)

Расчёт скважин в условиях неограниченного водоносного горизонта Задача 1 (водоснабжение). Одиночный водозабор в условиях установившегося водопритока традиционное решение уравнения Дюпюи численно-аналитическая модель откачки по уравнению Дюпюи зонирование поля электронной таблицы использование относительной и абсолютной адресации использование имён переменных исследовательский характер автоматизированного решения S=f(r) Задача 1 (осушение). традиционное решение решение методом подбора Задача 2 (водоснабжение) Одиночный водозабор в условиях квазиустановившегося водопритока традиционное решение численно-аналитическая модель откачки по уравнению Тейса-Джейкоба исследовательский характер автоматизированного решения (S=f(r), S=f (t)) Расчёт систем взаимодействующих скважин принцип суперпозиции общее решение для понижения в системе двух взаимодействующих скважин общее решение для понижения в системе трёх взаимодействующих скважин 2

В результате расчётов водозаборов получают величину понижения уровня при заданном (проектном) расходе скважины (скважин). Критерием для оценки работы водозабора служит величина допустимого понижения уровня. Её величину назначают исходя из принципов охраны подземных вод от истощения. Нормативными документами устанавливается допустимая величина снижения уровней при эксплуатации подземных вод питьевого назначения. Она отличается для напорных и безнапорных водоносных горизонтов. Для напорных водоносных горизонтов при эксплуатации подземных вод допускается срабатывать величину пьезометрической высоты на д кровлей напорного водоносного горизонта. Для безнапорных водоносных горизонтов при эксплуатации подземных вод допускается срабатывать половину мощности грунтового потока. 3

4

5

В случае острого дефицита подземных вод питьевого качества допускается увеличение допустимого понижения до 0,6 мощности водоносного горизонта по согласованию с надзорными органами. 6

Расчёт одиночного водозабора в условиях безнапорного водоносного горизонта. 7

8 Изменение мощности безнапорного водоносного горизонта при откачке

Замена мощности водоносного горизонта на её среднюю величину при откачке из безнапорного водоносного горизонта 9

Расчётная формула средней мощности безнапорного водоносного горизонта при откачке 10

Уравнение используется при обработке откачек из безнапорного водоносного горизонта 11

Используем очевидную замену 12

13

14

Расчёт одиночного водозабора в условиях безнапорного водоносного горизонта. 15

Уравнение используется для расчёта понижения уровня в условиях безнапорного водоносного горизонта 16

Очень часто расчёты безнапорной фильтрации допускается проводить по уравнениям для напорного водоносного горизонта. Если при откачке из безнапорного водоносного горизонта понижение уровня не превышает 25% его первоначальной мощности, то такая замена допускается. 17

Метод «большого колодца» или «обобщённых систем» используется для расчета понижения уровня в центре системы взаимодействующих скважин, не требуя учёта индивидуальных особенностей отдельных скважин водозаборной системы. Широко применяется для расчета водозаборов с большим количеством компактно расположенных скважин и для расчета водопритоков в открытые горные выработки (карьеры, котлованы, угольные разрезы) 18

Суть метода заключается в том, что при сложном воздействии на пласт, например, большого количества эксплуатационных скважин возмущение на некотором расстоянии от водозабора становится эквивалентным возмущению от одиночного источника. В этом случае возможна замена системы скважин одной условной выработкой большого диаметра (большим колодцем) с суммарным расходом водозабора. Расчет понижения после замены проводится по известным формулам водопритока к одиночной скважине с учетом длительности откачки и режима водопритока потока 19

20 Депрессионная воронка, сформировавшаяся под влиянием группового кольцевого водозабора увеличенного радиуса при больших и одинаковых расходах. Водозаборные скважины активно влияют друг на друга, формируется общая депрессионная воронка подобная воронке при откачке из одной скважины с большой величиной понижения уровня

Q сум - Суммарный расход взаимодействующих скважин водозабора; r пр - приведённый радиус большого колодца 21

22 Для котлованов или контуров примерно прямоугольной формы в плане, целесообразно условно приводить выработки к круглой в плане форме, а водозаборы к кольцевому ряду. Радиус такой окружности называется приведённым радиусом большого колодца: b/d η Для площадных водозаборов используется радиус круга, равновеликого площади водозабора, ограниченной крайними выработками

23 FпFп FкFк FкFк F п = Расчёт приведённого радиуса площадного водозабора

Расчёт систем взаимодействующих скважин требует большого объёма однотипных вычислений, что делает оправданной автоматизацию вычислительных процедур 24

25

26

27

28 Расчет расстояний между эксплуатационными скважинами

29 Расчет срезок уровней в эксплуатационных скважинах

30 Расчет расстояний между эксплуатационными скважинами и расчетными точками полигона

31 Расчет срезок уровней в расчетных точках полигона

32 Рабочий лист «SURF понижения»

33 Текст макроса, сохраняющего файл понижений, для ПК SURFER в корне С:\

34 Демонстрация распределения понижений уровня пьезометрической поверхности средствами ПК SURFER

35 Рабочий лист «SURFнапоры»

36 Макрос сохраняет файл напоров, для ПК SURFER в корне С:\ Выделение диапазона Изменение текущего каталога Копирование диапазона в буфер обмена Создание новой книги EXCEL Сохранение новой книги EXCEL под именем C:\SURFH.xls

37 Текст макроса, запускающего ПК SURFER

38 Демонстрация распределения напоров средствами ПК SURFER

Расчёты понижения уровня в условиях безнапорных водоносных горизонтов могут выполняться с учетом изменения мощности и пот формулам для напорного водоносного горизонта, если понижение уровня не превышает 25% первоначальной мощности водоносного горизонта. Расчеты одиночных и групповых водозаборов могут использоваться для подсчёта эксплуатационных запасов подземных вод и обоснования вертикального дренажа в условиях неограниченных водоносных горизонтов по упрощенной формуле «большого колодца». Расчёт систем взаимодействующих скважин в режиме численно-аналитических моделей позволяет решать задачи оптимизации схем и режимов эксплуатации водозаборов с использованием компьютера. Результаты прогнозных расчётов доступны для визуализации сторонними программными средствами. 39