книги из ГПНТБ / Вопросы водного хозяйства [сборник]

чением дебита происходит ее нарушение. Чем ближе к контуру обсыпки расположено рассматриваемое сече­ ние в породе, тем при меньших значениях дебита про­ исходит нарушение закона Дарси.

Рис. 1. График зависимости функции //Q от Q для различных участков модели прифильтровой зоны скважины:

Основываясь на понятии критического числа Рей­ нольдса, Э. А. Грикевичем [2] предложена следующая приближенная зависимость для определения радиуса области нарушения линейного закона фильтрации в зоне влияния скважины:

к скважине с нарушением закона Дарси в области вы­ сокой водопроницаемости и в области породы, непосред­ ственно к ней примыкающей.

Для решения поставленной задачи составим систему

21

Т ? Г /М T > T ¥ Т 5Т 5?Т Д

г.

Рис. 2. Схема фильтрации к скважине при нарушении закона Дарси.

22

где Ht — напор в области I, II, III;

Нс— напор в скважине;

Не — напор на контуре питания;

т— мощность пласта.

Интегрируя систему уравнений (3) с учетом гранич­ ных условий (4—6) и разрешая ее относительно пони­ жения уровня в скважине, получим

Q

Н - Н с =

2п т

(7)

Тогда относительно дебита имеем уравнение второй степени. После подстановки в это уравнение значения гк (2) получим следующую формулу для определения дебита скважины:

ся соответственно в формулы М. Маскета и Ж. Дюпюи. Для определения безразмерного параметра турбу­

23

лентности, входящего в формулы (8) и (9), автором предложена следующая эмпирическая зависимость [4]:

где v — коэффициент кинематической вязкости воды; g — ускорение силы тяжести;

nL — пористость.

Отклонение от линейного закона фильтрации при расчете скважин рекомендуется учитывать при выпол­ нении условия [3]

Для оценки полученного решения и проверки основ­ ных физических предпосылок, использованных при ма­ тематической формулировке задачи, производилось со­ поставление расчетных данных по формуле (8) с резуль­ татами натурных наблюдений и лабораторных опытов в грунтовых лотках (таблица).

41Канибадамский массив орошения Таджикской

42Канибадамский массив орошения Таджикской

Как видно из таблицы, значения дебита, рассчитан­ ные по формуле (8), достаточно близки к фактическим данным (погрешность не превышает 2—4%); то же са­ мое можно сказать о результатах опытов, проведенных с эквивалентными грунтовыми смесями. В противопо­ ложность этому по формуле М. Маскета получаются за­ вышенные значения дебитов, причем тем в большей сте­ пени, чем больше их абсолютная величина.

24

В результате анализа зависимостей (8) и (9) уста­ новлено, что при фильтрации с нарушением закона Дар­ си дебит скважины более существенно зависит от диа­ метра фильтра, чем это следует из формулы Ж. Дюпюи и М. Маскета. Кроме этого, установлено, что с увеличе­ нием коэффициента фильтрации водоносного горизонта, понижения уровня воды в скважине, уменьшением ра­ диуса питания возрастает влияние нарушения закона Дарси на дебит скважины.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А б д у л в а г а б о в А. И. О зависимости показателя и ре­ жима фильтрации от параметра Рейнольдса. Изв. вузов «Нефть и газ», № 11, 1963.

2. Г р и к е в и ч Э. А. Определение зоны нарушения линейного закона фильтрации по данным откачек в напорных условиях. Изв. АН Латв. ССР, № 6, 1966.

3. М у ф т а х о в А. Ж. К расчету дебита скважин с изменен­ ной проницаемостью призабойной зоны. Тр. ВНИИ ВОДГЕО «Гид­ рогеология», вып. 13, М., 1966.

4. М у ф т а х о в А. Ж., Ф о м е н к о В. И. Экспериментальные исследования фильтрационных свойств и поровой структуры песча­ но-гравийных обсыпок. В сб.: «Материалы II научно-технической конференции по обмену опытом в научных исследованиях»,

А. X. АЛЬТШУЛЬ, В. И. ЖУЧЕНКО

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА УРОВЕННЫЙ РЕЖИМ ГРУНТОВЫХ ВОД МЕЛИОРИРУЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

В Белоруссии основным источником водоснабжения являются подземные воды. Преимущественно использу­ ются подземные воды четвертичных отложений, к кото­ рым приурочено до 5 водоносных горизонтов. Развитие

25

комплекса водоносных горизонтов, обладающих актив­ ной гидравлической связью друг с другом, а также с по­ верхностными водами и атмосферой, и благоприятные условия питания подземных вод являются основными факторами, обусловливающими динамику подземных вод

ных горизонтов происходит перетекание из выше- и нижезалегающих горизонтов и таким образом восполня­ ются эксплуатационные запасы. В свою очередь в смеж­ ных горизонтах происходит переформирование уровенного режима, а нередко и сработка их запасов.

Это обстоятельство нередко приводит к ухудшению мелиоративного состояния значительных площадей сель­ скохозяйственных земель, а также к осушению шахтных колодцев, используемых для водоснабжения населенных пунктов. Такие примеры имеют место в ряде районов Белоруссии, где эксплуатируются водоносные горизонты водно-ледниковых отложений, залегающих под первой от поверхности моренной толщей. В этом случае тре­ буются дополнительные капитальные и эксплуатацион­ ные затраты для поддержания оптимального мелиора­ тивного состояния земель и удовлетворения сельского населения хозяйственно-питьевой водой.

С целью улучшения водоснабжения одного из круп­ ных городов Белоруссии геолого-гидрогеологической эк­ спедицией была проведена детальная разведка подзем­ ных вод в пойме р. Волма на участке непосредственно примыкающего к территории овощеводческого совхоза. В качестве источника водоснабжения были выбраны под­ земные воды днепровско-московского водоносного гори­ зонта. Проведенными исследованиями изучены геологи­ ческое строение, особенности условий формирования эксплуатируемого водоносного горизонта. Запасы подзем­

воснову проектирования водозабора.

Вгеологическом строении участка водозабора при­ нимают участие дочетвертичные и четвертичные отложе­ ния. Последние имеют сплбшное распространение и яв­ лялись объектом исследований при разведке водозабора подземных вод. Отличаются они исключительной слож­ ностью строения, пестротой и разнообразием литологи­ ческого и фациального состава вследствие резкой и час­

26

той смены условий их образования во времени и про­ странстве. Сложены они главным образом ледниковыми, водно-леднпковымн, озерно-ледниковыми и аллювиаль­ ными отложениями. В толще выделяются три собствен­ но моренных горизонта, соответствующие ледниковым эпохам — березинской, днепровской, московской, разде­ ленные комплексами водно-ледниковых отложений ста­ дий отступания ледника, межледниковых озерно-аллюви­ альных накоплений и водно-ледниковых отложений ста­ дии наступания последующего ледника, выделяемые как нерасчлененные межморенные образования.

По данным исследований было установлено, что водоупором при эксплуатации межморенного днепровскомосковского водоносного горизонта являются моренные супеси и суглинки днепровского и березинского оледе­ нений с залегающими между ними березинско-днепров- скими водно-ледниковыми образованиями, представлен­ ными преимущественно супесями.

На морене днепровского оледенения залегают дне­ провско-московские межморенные отложения. К ним приурочены подземные воды, рассматриваемые как ос­ новной источник водоснабжения. Водовмещающие отло­ жения представлены песками, преимущественно среднезернистыми, с включениями гравия и гальки. Мощность их изменяется от 10 до 50 м (рис. 1). Залегая между двумя моренами, днепровско-московский водоносный го­ ризонт обладает напором, величина которого изменяется от 6 до 12 м. Глубина залегания кровли водоносного го­ ризонта изменяется от 10 до 20 м. Фильтрационные свойства отложений, определенные по данным опробова­

условиях осуществляется за счет инфильтрации атмо­ сферных осадков и подтока из грунтовых вод. На многих участках, где морена московского оледенения размыта, межморенный водоносный горизонт гидравлически взаи­ мосвязан с грунтовыми водами покровных водно-ледни­ ковых и аллювиальных отложений. Из построенной кар­ ты мощностей моренных отложений выяснено, что «окна» имеются на значительной площади. Преимущест­ венно они выделяются в пойме р. Волма, и именно здесь

27

to

00

Рис. 1. Геолого-гидрогеологический разрез по линии водозабора.

исследуемый водоносный горизонт гидравлически взаи­ мосвязан с поверхностными водами реки.

Наблюдениями и проведенными расчетами установ­ лена затрудненная взаимосвязь межморенного горизонта с водами реки за счет значительного несовершенства вреза, неоднородности водовмещающих отложений и за­ иления ложа и бортов реки. Обобщенный гидрогеологи­ ческий параметр AL, характеризующий условия взаимо­ связи, составляет 1380 м.

Моренные отложения московского оледенения пред­ ставлены супесями, на большой площади опесчаненными супесями и глинистыми песками. Среднее значение ко­ эффициента фильтрации этой толщи составляет 0,07 м/сутки. Перекрываются они современными аллю­ виальными и покровными водно-ледниковыми отложе­ ниями, к которым приурочены грунтовые воды. Водовмещающие отложения представлены песками раз­ личного гранулометрического состава, фильтрационные свойства которых характеризуются усредненной величи­ ной коэффициента фильтрации, равной 5,0 м1сутки.

Питание грунтовых вод осуществляется за счет ин­ фильтрации атмосферных осадков, величина которых составляет 103 мм1год. Уровень грунтовых вод в естест­ венных условиях залегания находится на 1,0 м выше пьезометрической поверхности межморенного водонос­ ного горизонта.

Анализ фактического материала показал, что участок водозабора и мелиорируемая территория овощеводче­ ского совхоза находятся в сложных геолого-гидрогеоло­ гических условиях. Обусловливается эта сложность тем, что на формирование эксплуатационных запасов подзем­ ных вод межморенного днепровско-московского водонос­ ного горизонта значительное влияние (наряду с инфиль­ трацией вод р. Волмы) оказывают процессы перете­ кания грунтовых вод через слабоводопроницаемые моренные супеси и глинистые пески, а также «окна».

Принятая при подсчете эксплуатационных запасов расчетная схема полуограниченного пласта не отражает пополнения горизонта за счет грунтовых вод и инфиль­ трации атмосферных осадков. При такой расчетной схе­ ме невозможно оценить сработку запасов грунтовых вод, т. е. снижения уровня грунтовых вод, влияющих на ме­ лиоративное состояние земель овощеводческого совхоза. Аналитических зависимостей, достаточно апробирован­

29

ных и учитывающих в совокупности граничные условия области фильтрации, как в плане, так и в вертикаль­ ном разрезе не имеется. Целесообразно в таких слож­ ных гидрогеологических условиях оценку влияния эк­ сплуатации водозабора на уровенный режим грунтовых вод производить методом электрического моделиро­ вания [2—4].

В связи с этим исследования проводились на прибо­ ре ЭГДА со специально разработанным в ЦНИИКИВР блоком задания граничных условий второго рода.

Для моделирования гидродинамических процессов, происходящих в естественных условиях гидрогеологиче­ ской обстановки, и тех, которые будут иметь место в ре­ зультате эксплуатации водозабора, произведена схемати­ зация граничных условий как в плане, так и в верти­ кальном разрезе.

В вертикальном разрезе область фильтрации вклю­ чает три стратиграфических горизонта, основные сведе­ ния о которых приведены на рис. 1 и в таблице.

Таблица

Расчетные гидрогеологические параметры области фильтрации

В качестве внешних граничных условий, учитывая природную обстановку, были приняты гидроизогипсы (на втором моделируемом пласте — гидроизопьезы) и линии токов. При этом гидроизогипсы и линии токов принима­ лись на таком расстоянии от проектируемого водозабо­ ра, чтобы приведенный радиус влияния водозабора удов­ летворял выражению, рекомендуемому И. Е. Жерновым для выбора размеров условной области фильтрации [4]:

где а — коэффициент пьезопроводности для напорных вод и уровнепроводности для грунтового потока;

t — полное время развития процесса.

30