О гидрогеологических условиях одного из районов республики татарстан по данным численного моделирования
Северная часть Верхнеуслонского района включает в себя Печищинский полигон, который расположен на правобережье р.Волги, западнее Казани, в пределах окраины Приволжской возвышенности. На этой территории проводятся геологические практики студентов, т.к. здесь располагаются стратотипические и опорные разрезы казанского и уржумского ярусов пермской системы. Площадь данного полигона 100 км2.
В геологическом строении полигона принимают участие сульфатно-карбонатно-терригенные комплексы отложений казанского, уржумского и северодвинского ярусов перми, а также четвертичные аллювиально-делювиальные образования. В этой слоистой толще выделяется ряд одноименных гидрогеологических подразделений, представленных межпластовыми преимущественно безнапорными водами, питание которых осуществляется в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков, а разгрузка происходит родниковым стоком и перетеканием в нижележащие подразделения.
Геофильтрационная модель Печищинского полигона составлялась в приложении «Modflow» программы PMWIN. Площадь проектируемой модели больше площади Печищинского полигона и составляет 188,76 км2. Территория поделена на 18876 блоков, размером 100*100м, что составляет 121 строку и 156 колонок. Границами с юга и запада являются водоразделы, т.е. границы 2-го рода, и считаются непроницаемыми. С севера и востока границей является Куйбышевское водохранилище, это граничные условия 1-го рода, которые задавались опцией «General Head Boundary». Залегание слоев в модели принимается горизонтальным. В вертикальном разрезе были выделены 8 слоев (Таблица).
Таблица - Характеристика слоев.
№ |
Страти- граф. приуро-ченность |
Абсолютные отметки |
Коэффициент фильтрации (горизонтальный) |
|||||
Кров-ли |
Подош-вы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||
1 |
P3sd |
210 |
170 |
0,3 |
- |
- |
- |
- |
2 |
P2ur2 |
170 |
135 |
0,1 |
0,12 |
- |
- |
- |
3 |
P2ur2-ur1 |
135 |
128 |
10-4 |
1,5*10-4 |
- |
- |
- |
4 |
P2ur1 |
128 |
100 |
0,1 |
0,12 |
0,2 |
- |
- |
5 |
P2kz2H |
100 |
90 |
10-3 |
3*10-3 |
5*10-3 |
- |
- |
6 |
P2kz2 |
90 |
50 |
0,4 |
0,7 |
1 |
3 |
4,5 |
7 |
P2kz1 |
50 |
0 |
0,5 |
0,8 |
1 |
2 |
4 |
8 |
P1s |
0 |
-50 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
1 |
3 |
Каждый расчетный слой соответствует одноименному гидрогеологическому подразделению. Водоупорными горизонтами в разрезе верхнеказанских и уржумских отложений является «переходная пачка» и «пачка зеленых глин». Коэффициенты фильтрации, как горизонтальный, так и вертикальный задавались зонально. Всего выделено 5 зон (рис.1).
Прод. табл. - Характеристика слоев.
№ |
Коэффициент фильтрации (вертикальный) |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
0,1 |
- |
- |
- |
- |
2 |
10-3 |
1,2*10-3 |
- |
- |
- |
3 |
8,5*10-5 |
8,6*10-5 |
- |
- |
- |
4 |
3*10-3 |
3,5*10-3 |
4*10-3 |
- |
- |
5 |
10-4 |
1,1*10-4 |
1,2*10-3 |
- |
- |
6 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
3 |
0,31 |
7 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,2 |
3 |
8 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,21 |
1,5 |
5
3
2
1
4
Рисунок 1. Распределение зон в модели (цифрами обозначены соответствующие зоны).
В модели также отрисованы реки. Реки полигона задавались граничным условием 3-го рода через опцию «River». Коэффициент пропорциональности, обратный фильтрационному сопротивлению или Conductance, принимался для р.Морквашинка – 50 (м2/сут),а для р.Волга – 80 (м2/сут). Абсолютные отметки рек снимались с топографической карты масштаба 1:50000.
Инфильтрационное питание, как и коэффициенты фильтрации, задавались зонально. Всего было выделено 3 зоны: субгоризонтальные склоны водораздельных пространств, получающие 20% от годовой нормы осадков, относительно пологие (L<10-15o) водораздельные склоны – 12%, и крутые водораздельные склоны (L<15-20o), которые получали всего 6% годовой нормы осадков.
Калибрование модели на этом этапе проводилось по упрощенной схеме. Главное, необходимо было обводнить части разреза нижнеуржумского водоносного комплекса, который довольно высоко приподнят над основной дреной. Во-вторых, реки должны являться дренирующими границами, каковы они и являются в меженные периоды.
Основные результаты:
Приложение «Modflow» посчитал водный баланс данной геофильтрационной модели. Всего в модель приходит 21538 м3/сут воды, а уходит 21819 м3/сут. Преимущественное питание за счет инфильтрации. Разгрузка вод идет в основном в Куйбышевское водохранилище. Дебит р.Морквашинка составил 80л/сут.
Были построены карты гидроизогипс 4-го и 6-го слоя. В 4-м слое напор варьирует в диапазоне 100-125м. Однако большая часть территории осушена (рис. 2).
1
2
3
Рисунок 2. - Карта равных напоров для P2ur1. ( Цифрами обозначены: 1- непроницаемая зона, 2- зона распределения напоров с соответствующими значениями, 3- осушенная территория)
А карта распределения напоров 6-го слоя отображает типичный междуречный поток. Можно выделить области-питания, которыми являются водоразделы, а областями разгрузки – участки понижения. Направления тока воды направлены в сторону понижений в рельефе (рис. 3).
2
1
Рисунок 3. - Карта равных напоров для P2kz2. (Цифрами обозначены: 1 – непроницаемая зона, 2- зона распространения напоров с соответствующими значениями, стрелками - направления тока воды)
С помощью данной геофильтрационной модели можно всего за пару минут получить водно-балансовые характеристики и посмотреть, как распределяется напор в каждом пласте разреза Печищинского полигона при изменении любых его составляющих.
Ракаев И.М., Косарев В.Е., Гончарова Г.С., Платов Б.В.
«Казанский (Приволжский) федеральный университет»