Геофильтрационный режим вод при опытных откачках

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ГИДРОГЕОЛОГИИ, ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И  ГЕОЭКОЛОГИИ 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

на тему:

«Геофильтрационный  режим вод при опытных откачках». 
 
 
 
 
 

Работу  выполнила: Матвиенко Т. Ю.

Научный руководитель: Устименко Ю. А. 
 
 
 
 
 
 
 

2011 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………..1

1. Характеристика режима…………………………………………………2
2. Факторы, влияющие на режим подземных вод в процессе откачки...6
3. Факторы, осложняющие интерпретацию результатов ОФР…………9

Заключение……………………………………………………………….12

Список  литературы……………………………………………………...13

Список  иллюстраций в тексте курсовой работы……………………...14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

       В своей курсовой работе я хочу рассмотреть  материал на тему: «Геофильтрационный режим вод при опытных откачках». По своей физической опытная откачка представляет собой некоторое искусственное возмущение в гидростатике и гидродинамике водоносного пласта. Снижение уровня воды в опытной скважине и появление перепада напоров между нею и прилежащей зоной водоносного пласта вызывает движение воды в скважине из смежной области. Отток жидкости нарушает исходное равновесие между объемом и давлением воды в порах, так что последнее начинает снижаться, а давление в минеральном скелете (эффективное давление) – возрастать. [1].

       Гидрогеология — наука, изучающая подземные  воды Земли, их историю, происхождение, формирование, состав, режим, геологическую  и геохимическую деятельность. Но главной целью гидрогеологических исследований остается выявление новых резервов питьевой воды. В связи с быстрым ростом численности населения нашей планеты проблема запасов природных вод становится особенно острой. В ряде районов уже сейчас испытывается большой недостаток пресной воды, некоторые страны импортируют воду из других государств.

       По  количеству водных ресурсов Россия занимает одно из первых мест в мире. Однако промышленность и население нашей страны распределены неравномерно, в связи, с чем и у нас в отдельных районах возникают очень большие потребности в питьевой воде. Такое положение сложилось в отдельных районах Урала. В РФ, к тому же, есть ряд засушливых районов с отсутствием водных ресурсов или острым их недостатком.

       Роль  подземных вод в жизни человека, животных и растений исключительно  велика, в связи с этим значение гидрогеологии для народного  хозяйства переоценить трудно. [4] 
 
 
 
 

        1. Характеристика режима.

       Под режимом подземных вод понимают изменения в пространстве и во времени ресурсов, свойств и состава  подземных вод (включая уровни, расходы, скорости, температуру, химический, газовый, и бактериологический составы), отражающие процесс их формирования. Цель наблюдений за режимом – установление  объективных  законов явлений, имеющих место  при формировании подземных вод, их объяснение и использование для  обоснования различного рода гидрогеологических прогнозов.

       Режим подземных вод в зависимости  от характера определяющих его явлений  и факторов может быть естественным (формируется под действием комплекса естественных факторов – геологических, климатических, гидрогеологических, биолого-почвенных, космогенных и др.), нарушенными (обусловлен главным образом влиянием инженерно-хозяйственной деятельности человека) и слабонарушенным, формирующимся при совместном воздействии искусственных и естественных факторов, но при преимущественном влиянии последних.

       В большей части территории бывших стран СНГ имеют место естественный и слабонарушенный режимы подземных  вод. Нарушенный режим характерен для  отельных участков, где решающим фактором в создании режима подземных вод  является инженерная деятельность человека (орошение, осушение, гидротехническое строительство, действие водозаборных и дренажных сооружений и т. п.). В этой связи исследования режима подземных вод могут быть подразделены на региональные, направленные на выявление общих региональных закономерностей формирования режима подземных вод (главным образом, под действием естественных режимообразующих факторов), и локальные (специализированные), направленные на изучение особенностей режима подземных вод, формирующегося под влиянием местных факторов (литологического состава пород, гидрогеологического режима рек и водоемов, глубины залегания подземных вод, дренированности территории и инженерной деятельности человека).

       Изучение  режима подземных вод позволяет  определять:

       1) необходимые для прогнозов естественного  или нарушенного режимов связи  и зависимости элементов режима  от природных и искусственных  факторов (или совокупности);

       2) отдельные элементы водного баланса,  используемые при обосновании  водохозяйственных мероприятий  и воднобалансовых расчетах;

       3) характер и степень влияния  инженерной деятельности человека  на подземные воды и связанные  с изменением их режима явления  и процессы (для  обоснования  наиболее рациональных путей  управления режимом подземных  вод, их народнохозяйственного  использования и охраны);

       4) особенности расчетных схем и  значения расчетных гидрогеологических  параметров, необходимые для различных  прогнозов и обоснований. [2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Факторы, влияющие на режим подземных вод в процессе откачки

       Режим движения подземных вод при откачках в различных гидрогеологических условиях

       Процесс развития депрессионной воронки  во время откачки является достаточно сложным, так как формирование уровенной поверхности происходит под воздействием целого ряда факторов, из которых в первоначальный период важнейшими являются осушение пласта (в безнапорных горизонтах) или влияние упругого режима (в напорных горизонтах). При увеличении длительности откачки размеры депрессии становятся столь значительными, что в некоторых случаях на ее формирование начинают оказывать существенное влияние процессы перетекания из ниже- и вышележащих горизонтов, привлечение подземных вод, разгружающихся в естественных условиях, а также различные границы пласта в и плане и разрезе. В ряде случаев на закономерные изменения уровня во времени, вызванные отбором подземных вод при откачках, накладываются естественные колебания уровня. Кроме того, характер изменения уровня может осложняться техническими факторами (например, колебаниями дебита в процессе откачки).

       Таким образом, режим подземных вод при опытных откачках определяется тремя группами факторов:

       1) гидрогеологическими условиями (строением водовмещающей толщи и условиями на границах пласта в плане и разрезе);

       2) естественным режимом подземных вод (внешними влияниями);

       3) техническими условиями проведения опыта. Наибольшее влияние на режим подземных вод при опытных откачках показывает первая группа факторов. Поэтому рассмотрим кратко закономерности режима для типовых гидрогеологических условий, характеризующихся различными условиями на границах водоносного горизонта в плане и разрезе и строением водовмещающих пород.

       По  особенностям режима подземных вод, которые следует учитывать при анализе данных опытно-фильтрационных исследований и определении основных гидрогеологических параметров, целесообразно следующим образом типизировать гидрогеологические условия.

1. Неограниченные водоносные горизонты, условно однородные по проницаемости и изолированные в кровле и подошве;

       а) напорные водоносные горизонты в рыхлых отложениях;

       б) безнапорные водоносные горизонты в рыхлых отложениях;

       в) напорные и безнапорные водоносные горизонты в трещиноватых породах.

2. Водоносные горизонты в слоистых толщах:

       а) двухслойное строение водоносной толщи;

       б) многослойное строение водоносной толщи.

3. Ограниченные водоносные горизонты:

       а) водоносные горизонты, связанные с поверхностными водотоками и водоемами;

       б) водоносные горизонты, ограниченные непроницаемыми контурами;

       в) водоносные горизонты, состоящие из отдельных зон с различными водопроводимостью и (или) водоотдачей;

       г) участки водоносных горизонтов с локальными очагами питания и разгрузки. Приведенная типизация учитывает только те факторы, которые проявляются в процессе опытно-фильтрационных работ.

       Рассмотрим  режим подземных вод при опытных  откачках в неограниченных напорных горизонтах в рыхлых отложениях.

       В напорном изолированном пласте понижения  уровня формируются в результате проявлений упругого режима подземных вод. Зависимость между понижением уровня и временем описывается уравнением Тейса, имеющим следующий вид:

       S= - E_i(-),

       где S — понижение напора на расстоянии г от скважины, из которой проводится откачка, через время t после начала откачки;

       Q — дебит откачки;

       km — водопроводимость водоносного горизонта;

       а — коэффициент пьезопроводности;

       Е_i — интегральная показательная функция.

       Через определенное время (тем большее, чем  больше расстояние от скважины, в которой фиксируется понижение, до скважины, из которой проводится откачка) интегральная функция Е_i становится близкой к логарифмической:

             S=lg

       Время, по истечении которого допустима замена интегральной функции логарифмической, получило название времени наступления квазистационарного режима, а зон, в которой справедлива логарифмическая зависимость между понижением и временем, — зоны (области) квазистационарного режима. Отличительной особенностью зоны является одинаковый темп снижения уровня в тех точках, расположенных в ее пределах. Другими словами, в этой зоне кривые депрессии во времени перемещаются параллельно самим себе.

       Время наступления t₀ и радиус r₀ зоны квазистационарного режима могут быть определены по формулам:

       r₀ = 0,63 . 

       Таким образом, в напорном изолированном пласте понижение уровня через определенное время после начала откачки связано с логарифмом времени прямолинейной зависимостью. Это послужило основой графоаналитического метода определения расчетных параметров путем анализа графиков S — lg t. Ход изменения уровня в напорном изолированном пласте в полулогарифмическом масштабе показан на рис. 1, а. На графике S — f (lg t) выделяется два участка. На первом участке (I) точки графика не ложатся на прямую линию. Этот участок отвечает периоду времени, когда логарифмическая зависимость между понижением уровня и временам отсутствует. Второй (II), прямолинейный участок графика отражает закономерности изменения понижения при квазистационарном режиме. Продолжительность первого периода в напорных водоносных горизонтах обычно невелика (при расположении наблюдательных скважин на расстоянии до 100 м от центральной она не превышает 0,5—1,0 сут и достигает нескольких суток при расстоянии, превышающем 300—500 м). [3]