Способ определения гидрогеодинамических параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод

Изобретение относится к области гидрогеологии и может найти применение при проектировании подземных водозаборов, гидротехнических сооружений, объектов горных работ и дренажных устройств. Сущность: бурят одну центральную и 3-4 наблюдательные скважины. Проводят откачку с постоянным дебитом до наступления стационарного режима фильтрации. Измеряют стационарные понижения уровня во всех скважинах. Рассчитывают параметры взаимосвязи подземных и поверхностных вод: эквивалентную длину и коэффициент перетока в ложе реки. При этом центральную скважину размещают на расстоянии L от уреза реки, равном 2,5-3 мощностям водоносного горизонта. Первую наблюдательную скважину размещают между центральной скважиной и урезом реки на расстоянии (0,15-0,2)L от центральной; вторую - вблизи уреза реки; третью - по лучу, исходящему из центральной скважины параллельно урезу реки, на расстоянии (0,6-0,7)L от центральной; четвертую - на урезе противоположного берега реки. Технический результат: повышение точности результатов. 1 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области гидрогеологии и может найти применение при проектировании подземных водозаборов, гидротехнических сооружений, объектов горных работ и дренажных устройств.

Гидрогеодинамическими параметрами взаимосвязи подземных и поверхностных вод являются: расчетный сдвиг уреза реки (эквивалентная длина) ΔL и коэффициент перетока в ложе реки χ=Т/В², где Т - проводимость водоносного горизонта, В - фактор перетекания в ложе реки.

Известен способ определения параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод (параметра ΔL), включающий бурение створа из двух скважин по линии тока на прибрежном участке потока грунтовых вод, проведение синхронных режимных наблюдений за уровнями подземных вод в скважинах и уровнем поверхностных вод в реке, расчеты искомого параметра ΔL по периоду стационарного режима фильтрации при отсутствии инфильтрационного питания (В.М.Шестаков. «Теоретические основы оценки подпора, водопонижения и дренажа». М., Изд-во МГУ, 1965, с.60-63).

Недостатками этого способа являются долгосрочность режимных наблюдений (не менее годового цикла) для достоверного выделения расчетного стационарного периода, ограничения по расположению скважин в структуре потока (строго по линии тока) и невозможность определения проводимости водоносного горизонта.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод (параметра ΔL), включающий бурение одной центральной (опытной) скважины, нескольких наблюдательных скважин произвольного количества и расположения, проведение откачки с постоянным дебитом Q до наступления стационарного режима фильтрации, измерение стационарных понижений уровня S во всех скважинах и расчеты искомого параметра эквивалентной длины ΔL (Б.В.Боревский, Б.Г.Самсонов, Л.С.Язвин. «Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек», Изд. 2-е, М.: Недра, 1979, с.203-208).

Недостатками данного способа являются недостоверность определения искомого параметра - эквивалентной длины ΔL, обусловленная неучетом реальной ширины русла реки N и отсутствием строгих рекомендаций по минимально необходимому количеству наблюдательных скважин и их расположению относительно центральной скважины и уреза реки.

Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый способ определения гидрогеодинамических параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод, включающий бурение центральной (опытной) и нескольких наблюдательных скважин, проведение откачки с постоянным дебитом Q до наступления стационарного режима фильтрации, измерение стационарных понижений уровня S во всех скважинах и расчеты искомых гидрогеодинамических параметров, который отличается тем, что кроме центральной (опытной) бурят минимум 3-4 наблюдательные скважины, при этом центральную скважину размещают на расстоянии L от уреза реки, равном 2,5-3 мощностям водоносного горизонта, первую наблюдательную скважину размещают между центральной скважиной и урезом реки на расстоянии (0,15-0,2)L от центральной, вторую - вблизи уреза реки, третью - по лучу, параллельному урезу реки, на расстоянии (0,6-0,7)L от центральной, четвертую наблюдательную скважину размещают на урезе противоположного берега реки, а расчет параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод ΔL - эквивалентной длины, и χ - коэффициента перетока в ложе реки, производят в следующей последовательности:

при отсутствии понижения уровня в четвертой наблюдательной скважине (или заведомо большой ширине реки)

- рассчитывают проводимость водоносного горизонта:

- T=Q·ln(r₃/r₁)/2π(S₁-S₃), где r - радиальная координата относительно оси центральной скважины, индексы соответствуют номерам наблюдательных скважин;

- рассчитывают безразмерное понижение для скважины №2: S₂*=2πТS₂/Q;

- рассчитывают расстояние до отраженной скважины r⁰=r₂·exp(S₂*);

- вычисляют искомый параметр эквивалентной длины ΔL=0,5(r⁰-L-x₂), где x₂ - расстояние от уреза реки до наблюдательной скважины №2,

а при наличии понижения уровня в наблюдательной скважине №4

- подбирают предварительное значение параметра ΔL, удовлетворяющее соотношению S₁/S₂=1n(r₁ ⁰/r₁)/1n(r₂ ⁰/r₂), где r_i ⁰=L+x_i+2ΔL;

- рассчитывают проводимость водоносного горизонта:

- T=Q·ln(r₂r₁ ⁰/r₁r₂ ⁰)/2π(S₁-S₂);

- рассчитывают безразмерное понижение для скважины №4: S₄*=2πТS₄/Q;

- по таблице определяют N/B, значения которых установлены экспериментальным путем, и затем искомый параметр χ=Т/В².

Суть предлагаемого способа заключается в том, что экспериментально установлено и теоретически обосновано отсутствие влияния реки на понижения уровней в зоне, ограниченной расстояниями 0,2L (L - расстояние от центральной (опытной) скважины до уреза реки) по направлению к реке и 0,7L по направлению параллельно урезу реки. Это позволяет достоверно определить проводимость водоносного горизонта Т по данным наблюдательных скважин, расположенных внутри этой зоны. Параметр эквивалентной длины ΔL, напротив, наиболее достоверно определяется по данным скважин, расположенных вблизи уреза реки. Это позволяет дать обоснованные количественные рекомендации по оптимальному расположению центральной и наблюдательных скважин. Установлена связь между шириной русла реки N и понижением уровня в скважине S₄, расположенной вблизи уреза противоположного берега реки. Это позволяет достоверно, с учетом ширины реки, определить параметр экранированности ее ложа χ - коэффициент перетока в ложе реки. Установлены новые теоретические расчетные зависимости, учитывающие связь искомых параметров с шириной русла реки и проницаемостью экранирующего слоя в русле реки.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Первоначально бурят центральную (опытную) скважину на расстоянии L от уреза реки, равном 2,5-3 мощности водоносного горизонта. Первую наблюдательную скважину (№1) располагают между центральной скважиной и урезом реки на расстоянии (0,15-0,2)L от центральной скважины, вторую (№2) - вблизи уреза реки, третью (№3) - параллельно урезу реки на расстоянии (0,6-0,7)L от центральной скважины, четвертую наблюдательную скважину (№4) располагают на урезе противоположного берега реки. При заведомо большой ширине реки (N больше 0,75 ориентировочного значения ΔL) сооружение скважины №4 необязательно, так как в ней понижение уровня будет отсутствовать.

Затем производят откачки с постоянным дебитом Q до наступления стационарного режима фильтрации в каждой скважине, измеряют стационарное понижение уровня S в каждой скважине и по этим данным, пользуясь установленными теоретическими зависимостями, рассчитывают искомые параметры взаимосвязи подземных и поверхностных вод ΔL и χ.

а) При отсутствии понижения уровня в четвертой наблюдательной скважине (или заведомо большой ширине реки) порядок вычислений следующий:

- рассчитывают проводимость водоносного горизонта:

- Т=Q·ln(r₃/r₁)/2π(S₁-S₃), где r - радиальная координата относительно оси центральной скважины, индексы соответствуют номерам наблюдательных скважин;

- рассчитывают безразмерное понижение для скважины №2: S₂*=2πTS₂/Q;

- рассчитывают расстояние до отраженной скважины r⁰=r₂·exp(S₂*);

- вычисляют искомый параметр эквивалентной длины ΔL=0,5(r⁰-L-x₂), где x₂ - расстояние от уреза реки до наблюдательной скважины №2.

б) При наличии понижения уровня в наблюдательной скважине №4 порядок вычислений следующий:

- подбирают предварительное значение параметра ΔL, удовлетворяющее соотношению S₁/S₂=ln(r₁ ⁰/r₁)/1n(r₂ ⁰/r₂), где r_i ⁰=L+x_i+2ΔL;

- рассчитывают проводимость водоносного горизонта:

- T=Q·ln(r₂r₁ ⁰/r₁r₂ ⁰)/2π(S₁-S₂);

- рассчитывают безразмерное понижение для скважины №4: S₄*=2πТS₄/Q;

- по таблице определяют N/B, значения которых установлены экспериментальным путем.

N/B	Значения S4* при L/N, равном
0,25	0,5	1	2	5	10
0,1		4,39	4,08	3,69	3,06	2,51
0,2	3,28	3,04	2,78	2,40	1,87	1,42
0,4	2,00	1,85	1,64	1,35	0,93	0,66
0,6	1,37	1,26	1,08	0,85	0,54	0,35
1,0	0,74	0,66	0,54	0,40	0,23	0,14
1,5	0,38	0,33	0,26	0,20	0,105
2,0	0,20	0,17	0,13	0,095	0,045
4,0	0,02	0,016	0,012	0,01

По найденному значению N/B при известной ширине русла реки N вычисляют значение В и затем искомый параметр χ=Т/В².

Таким образом, предлагаемый способ определения гидрогеодинамических параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод позволяет значительно повысить качество и надежность проектных работ по сооружению подземных водозаборов, гидротехнических сооружений, объектов горных работ и дренажных устройств.

Способ определения гидрогеодинамических параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод, включающий бурение одной центральной (опытной) и нескольких наблюдательных скважин, проведение откачки с постоянным дебитом до наступления стационарного режима фильтрации, измерение стационарных понижений уровня во всех скважинах и расчеты искомых гидрогеодинамических параметров, отличающийся тем, что кроме центральной (опытной) бурят минимум 3-4 наблюдательные скважины, при этом центральную скважину размещают на расстоянии L от уреза реки, равном 2,5-3 мощностям водоносного горизонта, первую наблюдательную скважину размещают между центральной скважиной и урезом реки на расстоянии (0,15-0,2)L от центральной, вторую - вблизи уреза реки, третью - по лучу, исходящему из центральной скважины параллельно урезу реки, на расстоянии (0,6-0,7)L от центральной, четвертую наблюдательную скважину размещают на урезе противоположного берега реки, а расчет параметров взаимосвязи подземных и поверхностных вод ΔL - эквивалентной длины и χ - коэффициента перетока в ложе реки производят в следующей последовательности:
при отсутствии понижения уровня в четвертой наблюдательной скважине (или заведомо большой ширине реки)
рассчитывают проводимость водоносного горизонта T=Q·ln(r₃/r₁)/2π(S₁-S₃), где r - радиальная координата относительно оси центральной скважины, S - понижения уровня при стационарном режиме откачки в скважинах, индексы соответствуют номерам наблюдательных скважин, Q - дебит откачки;
рассчитывают безразмерное понижение для скважины №2: S₂*=2πTS₂/Q;
рассчитывают расстояние до отраженной скважины r⁰=r₂·exp(S₂*);
вычисляют искомый параметр эквивалентной длины ΔL=0,5(r⁰-L-x₂), где x₂ - расстояние от уреза реки до наблюдательной скважины №2,
а при наличии понижения уровня в наблюдательной скважине №4
подбирают предварительное значение параметра ΔL, удовлетворяющее соотношению S₁/S₂=ln(r₁ ⁰/r₁)/ln(r₂ ⁰/r₂), где r⁰ _i=L+x_i+2ΔL;
рассчитывают проводимость водоносного горизонта T=Q·ln(r₂r₁ ⁰/r₁r₂ ⁰)/2π(S₁-S₂);
рассчитывают безразмерное понижение для скважины №4: S₄*=2πTS₄/Q;
по таблице определяют N/B, где N - ширина реки, В - фактор перетекания в ложе реки, значения которых установлены экспериментальным путем, и затем - искомый параметр χ=Т/В².