книги из ГПНТБ / Боревский Б.В. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек

учитывая, что в неоднородных пластах абсолютные значения пони­ жений могут сильно меняться даже на близких расстояниях, более целесообразно для определения AL использовать график S—lg г с учетом площадных ограничений, данных в главе 4.

Другими словами, для построения графика S—lg г нужно вы­ брать скважины, для которых их расстояния до центральной зна­ чительно меньше расстояния центральной скважины до реки. При этом, если на понижение уровня в ближайших наблюдательных сква­

жин проводились по данным о понижении уровня в наблюдательной скважине, расположенной в 1 м от центральной скважины. Вели­ чина AL рассчитывалась при следующем количестве скважин: 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 21. Расстояния между скважинами принимались равными 50 м. Таким образом, максимальная длина ряда равнялась 1000 м. Расчет был выполнен при следующих значениях параметров:

Как следует из приведенных расчетов, величина AL очень мало зависит от количества скважин при опытной откачке, хотя при увели­ чении числа скважин происходит некоторое увеличение AL. Это увеличение при росте длины ряда от 100 до 1000 м составляет всего 12%, что дает расхождение в расчете величины понижения всего на 6%.

Таким образом, результаты проведенных расчетов убедительно показывают, что величина AL, определенная по формулам (9.6) или (9.7), в однородных пластах получается примерно равной ве­ личине AL, рассчитываемой по строгим теоретическим формулам независимо от места положения наблюдательной скважины и коли­

Мы рассмотрели методы учета сопротивления русловых отложе­

для оценки эксплуатационных запасов подземных вод метод, осно­ ванный на определении величины A L графоаналитическим способом. Проведенные сопоставления показали, что в однородных водоносных горизонтах метод дает вполне достаточную для практических расче­ тов точность. Преимущество метода в том, что при его использова­ нии мы получаем осредненное значение AL для области расположе­ ния водозаборных скважин, кроме того, решение прямой и обратной задач проводится по одной и той же формуле, что в неоднородных

пластах имеет наиболее существенное значение (при применении других методов приходится пользоваться или отношением пониже­ ний уровня в двух разных точках или другими производными основ­ ных формул, что в неоднородных пластах может привести к боль­ шим ошибкам). Проведенные сопоставления расчетов AL по формуле (9.6) и по методам, основанным на соотношении понижений уровней в двух наблюдательных скважинах, на ряде конкретных объектов показали значительно больший разброс значений AL во втором случае.

Кроме того, этот метод наиболее прост и позволяет приблизить методику оценки эксплуатационных запасов подземных вод в доли­ нах с закольматированными руслами к оценке запасов в условиях долин с совершенной гидравлической связью.

Входящая в формулы (9.6) и (9.7) величина коэффициента водо­ проводимости должна быть определена или по графикам S—lg t, когда имеется представительный период неустановившейся фильт­ рации, или по графикам S—lg г (формуле Дюпюи) для наблюда­ тельных скважин, расположенных по лучу, параллельному реке. При этом для исключения влияния реки целесообразно наблюда­ тельные скважины на луче, параллельном реке, располагать так, чтобы расстояние от центральной до дальней наблюдательной сква­ жины не превышало расстояние от центральной скважины до реки.

Таким образом, оценку эксплуатационных запасов, подземных вод в речных долинах с несовершенной связью поверхностных и под­ земных вод рекомендуется проводить с использованием интеграль­ ного параметра AL, определенного графоаналитическим методом или путем решения обратной задачи по формулам (9.6) или (9.7). При значительной неоднородности водоносного горизонта и русловых отложений в ряде случаев целесообразно для более полного учета всех факторов, формирующих дополнительное сопротивление, про­ вести одновременную откачку из трех скважин, образующих элемент

в наихудших условиях при работе водозабора (обычно в центре ряда).

Все вышеизложенное относилось к обработке данных опытных откачек, закончившихся при стационарном режиме подземных вод,

так как методика определения сопротивления русловых отложений при нестационарной фильтрации практически не разработана. В тех случаях, когда при опытных откачках не будет достигнута стаби­ лизация уровня, определение сопротивления русловых отложений следует проводить методом моделирования на аналоговых машинах путем решения обратной задачи.

Таким образом, при обработке данных опытных работ, прове­ денных в речных долинах, необходимо определить водопроводимость водоносного горизонта и интегральный параметр, характеризующий суммарное дополнительное сопротивление русловых отложений на линии расположения водозаборных скважин и на урезе реки.

Рассмотрим в качестве примера обработки данных опытной ку­ стовой откачки на Киевском участке Курского водозабора в долине р. Сейм (по данным А. М.-Прасоловой). Основной водоносный гори­ зонт приурочен к четвертичным аллювиальным разнозернистым пескам и альб-сеноманским мелкозернистым пескам, подстилаемым слабопроницаемыми аптскими песками, залегающими на глинах. Общая мощность горизонта порядка 25 м. Дл я установления степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод и определения основ­ ных гидрогеологических параметров была проведена кустовая от­

первых суток наблюдалась стабилизация уровня. Результаты от­

Обработка результатов откачки была проведена методом пло­

с несовершенством центральной скважины. Очевидно, по этой же причине несколько отскакивает вверх точка, соответствующая сква­ жине 438. Скважина 465 находится за пределами площадных огра­ ничений. В связи с этим при построении графика предпочтение было отдано точкам, расположенным на параллельном луче на расстоя-

нии, превышающем 0,7 мощности водоносного горизонта (скв. 439, 442, 472, 467).

Коэффициент водопроводимости, определенный по этому графику, равен 274 ма /сутки. Величина дополнительного сопротивления рас­

В приведенном примере мы рассмотрели методику определения дополнительного сопротивления русловых отложений и коэффи­ циента водопроводимости способом площадного прослеживания. Примеры определения водопроводимости по графикам S—lg t изложены в главе 4. Как уже говорилось, величина сопротивления русловых отложений аналитическим (графоаналитическим) методом может быть определена только по данным откачек при стационарном режиме. Поэтому одной из важнейших задач анализа данных опыт­ ных откачек вблизи реки является доказательство стабилизации. Здесь следует отметить, что иногда может быть сделан неверный вы­ вод о стабилизации режима подземных вод в связи с проявлением эффекта Болтона или в условиях двухслойной толщи, для которых характерно наличие ложностационарного периода. Анализ совмест­ ного проявления эффекта Болтона и влияние реки на форму времен­ ных графиков рассмотрены в главе 5.

Неверные выводы о наличии (или отсутствии) стабилизации могут быть сделаны и в связи с наложением на ход изменения уровня закономерностей естественного режима подземных вод. Для анализа влияния этого фактора необходимо проводить сопоставление хода изменения уровня в скважинах опытного куста с соответствующими изменениями уровня в наблюдательной скважине, находящейся за­

Предложенная методика определения сопротивления русловых отложений применима и тогда, когда опробуемый водоносный гори­ зонт отделен от реки другим водоносным горизонтом (при отсутствии между ними разделяющих слабопроницаемых отложений). Полу­ ченная в результате опытных работ величина будет характеризовать суммарное сопротивление русловых отложений и вышележащего водоносного горизонта.

В тех случаях, когда опробуемый водоносный горизонт отделен от вышележащего, гидравлически связанного с рекой, слоем слабо­ проницаемых отложений, закономерности формирования режима подземных вод при откачках несколько усложняются. В верхнем

водоносном горизонте развивается депрессия, питание опробуемого горизонта происходит путем перетекания из вышележащих отло­ жений через слабопроницаемые разделяющие слои. При этом для оценки эксплуатационных запасов целесообразно использовать рас­ четную схему перетекания с постоянным уровнем в питающем пласте, с применением интегрального значения коэффициента перетекания. Методика определения коэффициента и пример его расчета примени­ тельно к рассматриваемым условиям приведены в главе 7 (рис. 46).

В заключение отметим, что предлагаемый в настоящей главе прием определения A L путем решения обратной задачи по формуле Форхгеймера является приближенным, однако возможность его практического применения в широких пределах доказана путем сопоставления со строгим решением Ф. М. Бочевера [27]. При не­ обходимости определения вместо интегрального параметра AL зна-

тах можно воспользоваться методикой, основанной на этом строгом решении [28].

Г л а в а 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КВАЛИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ В УСЛОВИЯХ ХАОТИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЛАСТА

Большинство из известных в настоящее время методов определе­ ния расчетных гидрогеологических параметров предназначено для однородных водоносных пластов. Но в реальных условиях неоднород-

,ность является непременным свойством всех геологических объек­ тов. Следовательно, при обработке опытных данных этими методами, в частности методом Джейкоба, неоднородность водоносных пластов выступает как фактор аномальности. Вид и степень аномальности опытных закономерностей изменения уровня будут зависеть от ха­ рактера неоднородности.

Геологическим объектам присущи два вида неоднородности:, неоднородность закономерная и хаотическая.

Закономерная неоднородность связана с наличием литолого-фа- циальных границ, пликативных и разрывных тектонических на­ рушений, т. е. по существу это структурная неоднородность. Она схематизируется геометрическими формами с границами значитель­ ной протяженности и различной природы.

Хаотическая неоднородность связана с сингенетическими раз­ личиями и целым рядом эпигенетических проявлений в пределах одного пласта. Элементы хаотической неоднородности, как правило, значительно меньше области опытного, а тем более эксплуатацион­ ного возмущения. В тех же случаях, когда элементы хаотической неоднородности соизмеримы с областью опытного возмущения, их роль в формировании фильтрационного потока аналогична действию структурной неоднородности.

Разделение неоднородности на закономерную и хаотическую условно и прежде всего относительно времени, поскольку в зависи­ мости от длительности возмущения одни и те же элементы неодно­ родности могут выступать в роли закономерной и хаотической не­ однородности.

На относительность понятия фильтрационной неоднородности указывает М. В . Рац; в зависимости от объема зоны опробования один и тот же массив или водоносный горизонт представляется либо

неоднородным, либо квазиоднородным [101]. Практически Рац предлагает различать неоднородность высшего порядка, эффектив­ ную неоднородность и неоднородность низшего порядка. Неодно­ родность высшего порядка обусловлена неравномерным чередова­ нием элементов, линейные размеры которых в 104 и более раз меньше зоны опробования. Эффективная неоднородность обусловлена не­ равномерным чередованием элементов размерами в 10—100 раз меньше размеров зоны опробования. Неоднородность низшего по­ рядка имеет место при размерах элементов больше размеров зоны опробования. В дальнейшем мы воспользуемся понятиями, предло­ женными М. В. Рацем.

при откачке во времени и по площади. Влияние закономерной не­ однородности было рассмотрено в предыдущих главах, когда ана­

критериев, приведенных в главе 4, по форме не отличаются от гра­ фиков, характерных для неограниченных пластов.

Основные принципы интерпретации опытных данных в условиях структурной неоднородности изложены в предыдущих главах. При их разработке мы игнорировали внутреннюю хаотическую неоднород­ ность водоносных пластов. Практически, поскольку все виды не­ однородности часто выступают в сочетании, нас интересует специфи­ ческое действие хаотической неоднородности, на опытные зако­ номерности изменения уровня.

Таким образом, предметом дальнейшего рассмотрения избирается эффективная неоднородность в пределах элементов неоднородности низшего порядка, размеры которых превышают размеры зоны опробования.

1. Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А Х А О Т И Ч Е С К О Й НЕОДНОРОДНОСТИ

СПОМОЩЬЮ С Т А Т И С Т И Ч Е С К И Х О Ц Е Н О К

Говоря о хаотической фильтрационной неоднородности водо­ носного пласта, подразумевают обычно неоднородность водопрово­ димости по площади, причем изменения водоотдачи практически пренебрежимо малы. Исследования хаотической неоднородности производят на основе статистической модели фильтрационного поля, в частности, на модели случайных величин. При этом предполагают, что водопроводимость в хаотически неоднородном пласте есть слу­ чайная функция координат. Это положение содержит гносеологи­ ческий элемент случайности, т. е. ту неопределенность, которая за­ ключена в методах познания водопроводимости [130]. Сюда входят и способы опробования пласта той или иной сетью скважин.

определение эффективности означает то, что из всех оценок данная обладает наименьшей дисперсией.

При разных законах распределения статистические оценки па­ раметров оказываются различными. Существенное значение имеет вопрос о законе распределения опытных совокупностей. В настоя­ щее время нет удовлетворительного теоретического обоснования ка­ кого-либо закона распределения вероятностей водопроводимости. Авторы ряда работ на основании положительного исхода оценок гипотез о распределении выборок пришли к убеждению, что распре­ деление водопроводимости близко к логнормальному и в меньшем количестве случаев к нормальному законам [80, 105, 124].

Необходимо отметить, что заключение по статистической про­

о непротиворечии нормальному или логнормальному закону не от­ вергается, повышается с уменьшением выборки. Замечено, что по­ ложительное заключение о непротиворечии логнормальному закону при малой выборке с ростом ее становилось отрицательным. Эта особенность проверки гипотез о распределении отчетливее всего видна на примере критерия Колмогорова [78].

На практике обычно имеют дело с малыми выборками, поэтому исход проверки гипотез о распределении весьма условен, кроме того нередки случаи, когда гипотезы о нормальном и логнормальном законе отвергаются и при малых выборках. Таким образом, поиски состоятельных, эффективных, несмещенных и достаточных стати­ стических оценок по малым выборкам — задача достаточно неопре­ деленная. Следовательно, исходя из законов теории оценок, можно сказать, что в природных условиях возможны такие случаи, когда эффективные параметры не равны известным статистическим оценкам.

До сих пор мы сознательно отвлекались от качества частных значений, предполагая, что в отношении достоверности они безу­ пречны. На практике дело обстоит иначе. Коэффициенты водопро­ водимости, определяемые по одиночным возмущениям, ввиду прискважинных помех и ограниченных возможностей для интерпретации, как правило, оказываются искаженными [106]. Поэтому в боль­ шинстве случаев мы располагаем смещенными выборками. Смеще­ ние выборок может быть и из-за неравномерности сетей опробования. Обычно наибольшее количество скважин располагается в пределах наиболее перспективных участков. Статистические оценки, най­ денные по таким выборкам, не дают объективных оценок всего фильтрационного поля. На основании вышеизложенного можно заключить^ что статистические оценки, получаемые по выборкам частных значений — результатов одиночных кратковременных возму­ щений, не являются эффективными параметрами водоносного пласта.

Основным видом опытов, гарантирующим получение основных расчетных параметров, являются кустовые откачки (выпуски). Ав­ торы работы [59] предлагают оценивать ошибки среднего по резуль­ татам кустовых откачек на основе статистических оценок. По этому

поводу следует заметить, что в пределах элементов неоднородности низшего порядка рассеяния значений коэффициента водопроводи­ мости (фильтрации) бывают обусловлены ошибками интерпретации, исключение которых практически устраняет рассеяние искомых коэффициентов. Следовательно, рассеяние значений кт и к есть признак ошибок, которые можно устранить тщательной интерпре­ тацией опытных данных. Использование в этих целях статистических оценок неоправдано.

Действие факторов смещения результатов одиночного опробо­ вания чаще всего бывает соизмеримым для всех частных значений выборки, поскольку опробование водоносного горизонта одиноч­ ными возмущениями производится в однотипно оборудованных поисковоразведочных скважинах. Следовательно, в тех случаях, когда существенного смещения выборок за счет неравномерности сети опробования не предполагается, статистические оценки можно ис­ пользовать для относительной характеристики степени неоднород­

Разработка классификации неоднородности водоносных гори­ зонтов включает обоснование признака анализируемого качества, выбор показателя изменчивости признака из статистических оценок, установление градаций показателя.

Поскольку исследуется неоднородность водопроводимости водо­ носных горизонтов, то в качестве признака должен служить коэф­ фициент водопроводимости. Но учитывая, что нас интересует от­ носительная характеристика неоднородности, можно использовать в качестве признака удельный дебит однотипно оборудованных сква­ жин. Это избавляет от излишних расчетных операций и от допол­ нительных искажений признака, тем более что получение его дей­ ствительных значений при одиночном опробовании затруднительно.

Таким образом, для характеристики степени неоднородности водоносного горизонта необходимо располагать множеством значе­ ний коэффициента водопроводимости или удельного дебита, полу­ ченных при опробовании интересующего участка системой одиноч­ ных кратковременных возмущений. Удельный дебит и определенный по данным одиночных возмущений коэффициент водопроводимости как измеряемый признак относится к случайным величинам, что определяет способы последующей обработки множества опытных данных для получения основных статистических оценок. Существуют графоаналитические и аналитические способы обработки, описание которых можно найти в работах [106, 141]. Во многих случаях для получения классификационных показателей достаточно пользоваться