Динамика подземных вод
Учебник для вузов
Покупка
Тематика:
Гидрогеология. Геокриология
Издательство:
Горная книга
Год издания: 2009
Кол-во страниц: 519
Дополнительно
Доступ онлайн
295 ₽
В корзину
Изложена теории движения подземных вод: физико-математические основы
фильтрации, методы решении задач плановой фильтрации, теоретнческие основы
опытно-фильтрационных работ, а таюке основы миrрации подземных вод и влагапереноса
в зоне аэрации. Особое место занимает раздел, посвященный приложению
методов динамики подземных вод при гидрогеологических и инженерно-геологических
исследованиях.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
«Геология и разведка полезных ископаемых», специальности «Поиск и разведка подземных
вод и инженерно-геологические изыскания».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 21.00.00: ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГОРНОЕ ДЕЛО, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО И ГЕОДЕЗИЯ
- ВО - Специалитет
- 21.05.02: Прикладная геология
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель Л.А. ПУЧКОВ президент МГГУ, чл.-корр. РАН Зам. председателя л.хгитис директор Издательства МГГУ Члены редсовета А.П. ДМИТРИЕВ академик РАЕН Б.А. КАРТОЗИЯ академик РАЕН А.В. КОРЧАК академик МАН ВШ М.В. КУРЛЕНЯ академик РАН В.И. ОСИПОВ академик РАН В.Л. ПЕТРОВ академик МАНВШ Э.М. СОКОЛОВ академик МАН ВШ К.Н. ТРУБЕЦКОЙ академик РАН В.А. ЧАНТУРИЯ академик РАН
В.А. МИРОНЕНКО ДИНАМИКА ПОДЗЕМНЬIХ ВОД Издаиие 5-е, cmepeomunuoe Peкaltel/дoвal/o Мrтистерстваи образоваi/IIЯ и науки Российской Федерациrt в качестве учебника для студентов высших учебl/ых заведений, обучающихся 110 1/аnравлетtю «Геология и разведка полезных ucкonaeAtЬLП), специальl/ости <<Поиск и разведка подзелmых вод и инженерногеологические изыскания)) МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА)) • ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГОГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 2 о о 9
УДК 551.49 ББК 26.35 М64 Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книж:ным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое заключение ФедерШiьной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаМ 77.99.60.953Д.012634.ll.08 Мироненко В.А. М 64 Динамика подземных вод: Учебник для вузов. 5-е изд., стер. М.: издательство «Горная книга>), Издательство Московского государственного горного университета, 2009. 519 с.: ил. (ЭКОЛОГИЯ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА) ISBN 978-5-98672-124-8 (в пер.) ISBN 978-5-7418-0570-1 Изложена теории движении подземных вод: физико-математические основы фильтрации, М~mЭды решении задач планово!! фильтрации, теоретнческие основы опыпю-фильтрационных работ, а таюке основы миrрации подземных вод и влагапереноса в зоне аэрации. Особое место занимает раздел, посвищенныll приложсиню М~mЭдов динамики подземных вод при гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях. Дли студеiПОв высших учебных заведениll, обучающихси по направлению «Геологии и разведка полезных ископаемых», специальноспt «Поиск и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскании». ISBN 978-5-98672-124-8 ISBN 978-5-7418-0570-1 УДК 551.49 ББК 26.35 © В.А. Мироненко, 2005, 2009 © Издательство «Горная книга)), 2009 ©Издательство МГГУ, 2005, 2009 © Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2005, 2009
..... . .. . . ОгЛавленИе . . ПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................... 17 ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (ОСНОВНОЙ КУРС) Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД .................................................... 28 1.1. Вода как жидкость. Исходные физико-механи ческие представления .......................................... 28 1.1.1. Основные свойства жидкостей .................. 28 1.1.2. Элементы гидростатики ............................. 31 1.1.3. Гидростатический напор ........................... 33 1.1.4. Элементы гидродинамики идеальной жидкости .................................................... 34 1.1.5. Элементы гидродинамики реальной жидкости .................................................... 3 7 1.1.6. О режимах движения ................................. 43 1.2. Общая физическая характеристика воданасыщенных горных пород .......................................... 46 1.2.1. Геометрия пор и трещин в горных поро дах .............................................................. 46 1.2.2. Виды воды в горных породах с позиций задач динамики подземных вод ................. 48 1.2.3. Воданасыщенные горные породы как сплошная среда .......................................... 52 5
1.3. Подземная mдростатика (напряжения в водонасыщенных горных породах) ............................. 54 1.4. Емкостные свойства горных пород ...................... 61 1.4.1. Гравитационная емкость ........................... 61 1.4.2. Упругая емкость ........................................ 63 1.5. Основной закон фильтрации и проницаемость горных пород ........................................................ 71 1.5.1. Закон Дарен ............................................... 71 1.5.2. Коэффициент фильтрации и коэффици ент проницаемости ................................... 7 б 1.5.3. Ограничения на закон Дарен .................... 80 1.5.4. Общие представления о статистической теории фильтрации .................................... 84 1.5 .5. О напряженном состоянии горных по род в фильтрационном потоке ( гидроди намическое давление) ............................... 86 1.6. Общая физическая характеристика геофиль трационных процессов ......................................... 8 8 1. 7. Физические основы моделирования геофиль трационных процессов ......................................... 95 Контрольные вопросы ................................................. 102 Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ............................. 1 04 2.1. Гидродинамическая типизация условий движения подземных вод ..................................... 105 2.2. Построение основных дифференциальных уравнений геофильтрации и математические основы моделирования фильтрационных процессов .............................................................. 114 2.2.1. Дифференциальные представления ис ходных физических закономерностей ...... 114 6
2.2.2. Расчетная модель жесткого режима фильтрации ................................................ 11 7 2.2.3. Расчетная модель упругого режима фильтрации ................................................ 119 2.2.4. Подобие дифференциальных уравнений как основа математического моделирова ния фильтрации ......................................... 121 2.3. Основные дифференциальные уравнения пла новой фильтрации ................................................ 123 2.3.1. Плановая фильтрация в изолированном напорном пласте ........................................ 125 2.3.2. Плановая напорная фильтрация при на личии перетекания .................................... 125 2.3.3. Плановая фильтрация в безнапорном пласте ......................................................... 127 2.4. Краевые условия фильтрации .............................. 131 2.5. Математическая модель плановой фильтра ции условия применимости и основные рас четные схемы ........................................................ 141 2.5.1. Об условиях применимости расчетной модели плановой фильтрации ................... 141 2.5.2. Основные расчетные схемы плановой фильтрации ................................................ 143 Контрольные вопросы ................................................. 149 Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕЗАдАЧ ПЛАНОВОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ...................... 151 3.1. Плоскопараллельная (одномерная) стационар ная фильтрация .................................................... 152 3.1.1. Задача о напорной фильтрации между двумя бассейнами (реками) ...................... 152 3.1.2. Задача о безнапорной фильтрации между двумя бассейнами (реками) .................. 155 7
3.1.3. О формуле Дюпюи и промежутке вы сачивания ................................................... 158 3.1.4. Безнапорная фильтрация в слоистом пласте между двумя бассейнами (река ми) при отсутствии инфильтрации ............ 160 3.1.5. Напорно-безнапорная фильтрация между двумя бассейнами (реками) при от сутствии инфильтрации ............................. 161 3.1.6. Движение в планово-неоднородном на порном пласте ............................................ 163 3 .1. 7. Безнапорное движение между двумя бассейнами (реками) в однородном пласте с наклонным водоупором при отсутствии инфильтрации ......................... 165 3.2. Плоскорадиальная (одномерная) стационар ная фильтрация .................................................... 168 3.2.1. Задача о фильтрации к скважине в кру говом пласте .............................................. 168 3.2.2. Задача о скважине в пласте с перетека нием ........................................................... 170 3.3. Решение задач двухмерной установившейся фильтрации на основе принципа сложения течений ................................................................. 1 7 4 3.4. Метод эквивалентных фильтрационных сопро тивлений ............................................................... 18 2 3.5. Общие принципы моделирования задач плано вой стационарной фильтрации ............................. 193 3.5.1. Сплошные модели из электропровод ной бумаm ................................................. 193 3.5.2. Дискретные модели- сетки электриче ских сопротивлений ................................... 198 Контрольные вопросы ................................................. 202 8
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАДАЧ ПЛАНОВОЙ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ................. 204 4.1. Простейшие одномерные решения и пути их использования для исследования двухмерных задач плановой фильтрации ................................. 206 4.1.1. Фундаментальное решение (задача о подпоре вблизи водохранилища) .............. 206 4.1.2. Задача о плоскорадиальной фильтра ции к скважине .......................................... 214 4.1.3. О возможностях распространения реше ний одномерных задач на двухмерные плановые потоки ....................................... 221 4.2. Аналитическое исследованиенестационарных фильтрационных процессов методами интегральных преобразований ............................................. 224 4.3. Моделированиенестационарных плановых по токов ..................................................................... 232 4.3.1. Конечно-разностная форма дифферен циальных уравнений ................................. 23 2 4.3.2. Аналоговое моделирование нестацио нарной фильтрации ................................... 234 4.3.3. Исходные представления о схемах численного моделирования нестационарной фильтрации на ЭВМ .................................. 239 Контрольные вопросы ................................................. 244 Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПЫТНО ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ............ 246 5.1. Особенности задач, связанных с интерпрета цией опытно-фильтрационных исследований ..... 246 9
5.2. Общая гидродинамическая характеристика опытных откачек и типизация условий опробова ния ....................................................................... 251 5. 2.1. Изменения в подземной гидростатике и гидродинамике при опытной откачке ....... 251 5.2.2. Особенности фильтрационных процес сов при опытных откачках ........................ 254 5.2.3. Основные расчетные схемы ...................... 256 5.3. Специфика rеофильтрационных процессов в различных типовых условиях проведения опытных опробований .................................................. 263 5.3.1. Схема 11-1 -пласт с перетеканием .......... 264 5.3.2. Схема 11-2- напорный гетерогенный пласт .......................................................... 267 5.3.3. Схема III-1 безнапорный пласт двух слойного строения ..................................... 271 5.3.4. Схема III-2- однородный безнапорный пласт ................................................... 273 5.3.5. О некоторых rидрогеомеханических эф фектах ........................................................ 275 5.3.6. Особенности фильтрационного процесса при откачках из планово-ограниченных и планово-неоднородных пластов ..... 277 5.4. Анализ влияния технических факторов на ре зультаты опытно-фильтрационных работ ............ 280 10 5.4.1. Значение несовершенства центральной скважины по степени вскрытия пласта ..... 280 5.4.2. Значение несовершенства наблюдательных скважин по степени вскрытия пласта 282 5.4.3. Значение непостоянства расхода откач ки и объема воды в стволе центральной скважины ................................................... 283 5.4.4. Роль скип-эффекта центральной скважины .......................................................... 284
5.4.5. Инерционность наблюдательных скважин ............................................................. 287 5.5. Принцилы и методы интерпретации опытнофильтрационных работ ......................................... 288 5.5.1. Способы количественной обработки опытных данных ........................................ 289 5.5.2. Принцилы диагностики данных ОФР ....... 295 Контрольные вопросы ................................................. 301 Глава 6. ТЕОРИЯ МИГРАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОСНОВЫ ТЕОРИИ БЛАГОПЕРЕНОСА ............. 304 6.1. Конвективный перенос в подземных водах ......... 306 6.1.1. Общее представление о конвекции в фильтрационном потоке ............................ 306 6.1.2. Конвекция разновесомых жидкостей ....... 308 6.1.3. Конвективный перенос, осложненный физико-химическими процессами ............ 314 6.1.4. Задача об определении скорости фильтрации скважинной резистивиметрией (термометрией) ......................................... 322 6. 2. Диффузионно-дисперсионные процессы ............. 3 24 6.2.1. Молеккулярная диффузия и гидродне персия ........................................................ 324 6.2.2. Задача о диффузионном переносе в раз деляющем слое .......................................... 3 28 6.3. Конвективно-дисперсионный перенос в одно родных водоносных пластах ................................. 331 6.3 .1. Фундаментальное решение ....................... 331 6.3.2. Задача о запуске пакета индикатора ......... 335 6.4. Особенности массопереноса в гетерогенных во доносных системах ............................................... 33 7 11
б.4.1. Общие предС'13.ВЛения о макроди:сперсии ........ 337 б.4.2. Макродисперсия в гетерогенных систе мах упорядоченного строения ................... 338 б.4.3. Макродисперсия в гетерогенных систе мах неупорядоченного строения ............... 34 7 Процессы теплопереноса в подземных водахобщие представления и простейшие задачи ......... 350 б.5. б.5 .1. Об аналогнии между процессами тепло -и массопереноса ....................................... 350 б.5.2. Задачи о термометрии скважин ................ 353 б. б. Определение миграционных параметров лабораторными методами ............................................ 355 б.б.1. Опыты с относительно хорошо проницаемыми грунтами ........................................ 35б б.б.2. Опыты с относительно слабопроницаемыми грунтами .......................................... 359 б. 7. Полевые опытно-миграционные работы ............. 361 б. 7 .1. Общие вопросы индикаторного опробо вания водоносных пластов ........................ 3б1 б. 7 .2. Методика полевого индикаторного опробования .................................................. 3б4 б.8. Физические основы влагопереноса в горных породах при неполном водонасыщении ............... 3б8 б.8.1. Общая энергетическая характеристика процесса влагопереноса ............................. 3б9 б.8.2. Закон движения влаги ............................... 373 б.9. Постановка и решение простейших задач вер тикального влагопереноса .................................... 3 7 8 б.9.1. Дифференциальное уравнение игра ничные условия ......................................... 3 7 8 б.9.2. Простейшая задача вертикального про сачивания ................................................... 381 12
6.9.3. Особенности движения влаги при опробовании пород зоны аэрации наливами в шурфы .................................................... 383 Контрольные вопросы ................................................. 390 ЧАСТЬВТОРАЯ ПРАКТИЧЕСКИЕПРИЛОЖЕНИЯДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ГЛАВЫ КУРСА) Глава 7. ПРИМЕНЕНИВ ПРИНЦИПОВ И МЕТОДОВ ДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОПЫТНЫХ РАБОТАХ И НАБЛЮДЕНИЯХ ................................. 392 7 .1. Методика постановки и проведения опытнофильтрационных работ ......................................... 393 7.1.1. Виды ОФО и области их применения ....... 393 7.1.2. Постановка опытных опробований ........... 396 7.1.3. Конструкция и расположение опытных скважин при откачке ................................. 398 7.1.4. Режим опытной откачки ............................ 404 7 .1.5. Продолжительность опытной откачки ........ 405 7 .2. Определение фильтрационных параметров по данным режимных геофильтрационных наблюдений .......................................................... 409 7. 2.1. Общие представления ................................ 409 7.2.2. Прямое определение параметров интег рированием исходных дифференциальных уравнений на математических моде лях .............................................................. 411 7.2.3. Прямое определение параметров на основе интегральных методов решения обратных задач .......................................... 412 13
7.2.4. Об интерпретации данных режимных наблюдений на ЭВМ методами целенаправ ленного поиска .......................................... 41 7 7.3. Методика опытно-миграционных работ .............. 419 7.3 .1. О целесообразных условиях проведе ния ОМР .................................................... 420 7.3.2. Расчетные модели для ОМР в трещино ватых породах ............................................ 422 7 .3.3. Планирование миграционных опытов ......... 426 7.3.4. Конкретные примеры ................................ 431 7 .4. Постановка режимных наблюдений за про цессами загрязнения подземных вод .................. 434 7 .4.1. Общие положения ..................................... 434 7 .4.2. Геофильтрационные наблюдения вбли зи бассейнов промытленных стоков ....... 436 7.4.3. Наблюдения за качественным составом подземных вод ........................................... 43 7 7.5. Общие принципы гидрогеологической схематизации в связи с постановкой опытных работ и наблюдений .............................................................. 44 2 7.5 .1. Принцип непрерывности ГГС ................... 444 7.5.2. Принцип адаптации ................................... 445 7.5.3. Принцип обратной связи ........................... 447 Глава 8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИНАМИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПРИ РЕШЕНИИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ......................................................... 451 8 .1. Анализ деформаций и устойчивости пород при горных разработках .............................................. 451 14
8.1.1. Осадка толщ горных пород при глубо ком водопоиижении .................................. 452 8.1.2. Оползни бортов карьеров, вызванные напорными водами .................................... 454 8.1.3. Фильтрационные деформации пород вблизи горных выработок ........................ 455 8.1.4. Изучение деформаций горных пород над выработанным пространством ............ 458 8.2. Обоснование дренажа как метода борьбы с де формациями пород при горных разработках ....... 460 8.2.1. Влияние дренажа на напряженное со стояние пород в откосах ............................ 460 8.2.2. Дренаж как метод борьбы с фильтраци онными деформациями откосов ................ 462 8.2.3. Водопонижение при проходке шахтно го ствола .................................................... 465 8.3. Прогноз водопритоков к открытым горным выработкам ............................................................... 466 8.3.1. Общая характеристика прогнозной си туации ........................................................ 466 8.3.2. Схематизация условий фильтрации .......... 467 8.3.3. Прогнозы водопритоков на базе анали тических методов ....................................... 470 8.3.4. Особенности прогноза в условиях сложных расчетных схем ................................... 472 8.4. Прогноз процессов загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах ......................... 474 8.4.1. Цели прогноза и элементы предвари тельной схематизации ............................... 4 7 б 8.4.2. Прогнозные оценки процессов загряз нения подземных вод аналитическими методами .................................................... 4 79 15
8.4.3. Основные представления о математическом моделировании процессов загрязне ния подземных вод .................................... 486 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................... 492 ОТВЕТЫ НА ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ ........................................ .497 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................... 506 ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................................................... 51 0 ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ............................. 513 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ................................................... 516 16
Предисловие Курс <<Динамики подземных вод» (ДПВ) закладывает фундамент специального гидрогеологического образования; он вскрывает физико-математическую сущность гидрогеологических процессов, включая механико-математические методы их изучения, и тем самым дает основу для всех оценок инженерной направленности в гидрогеологии (и не только для них). Будучи наукой геологического цикла, курс ДПВ необходим для комплексной геологической и механико-математической подготовки специалиста-гидрогеолога. Именно с этим связаны обычно основные трудности усвоения данной дисциплины. Читатель-студент, для которого в основном написана эта книга, чаще всего весьма приблизительно представляет пока суть выбранной им специальности гидрогеологии. На первых курсах обучения эти представления вырабатываются преимущественно на основе лекций по общегеологическим дисциплинам, материал которых носит сугубо качественный описательный характер. Поэтому первые лекции по курсу <<Динамика подземных вод», насыщенные не только геологическим, но физико-математическим содержанием, вызывают у многих студентов определенную противоречивость во взглядах на сущность их будущей профессиональной деятельности; в основе ее лежит чаще всего недопонимание значимости механико-математического начала в гидрогеологии. В этой связи, начиная изложение курса ДПВ, полезно обсудить принципиальный вопрос: является ли выделение гидрогеологической специальности органической необходимостью? На первый взгляд представляется, в частности, что каждая гидрогеологическая задача расчленяется на геологическую и механико-математическую составляющие; в таком случае не может ли заменить гидрогеолога союз геолога и математика? Для того чтобы ответить на эти вопросы, просмотрим краткий перечень основных проблем и связанных с ними 17
характерных задач, сталкиваясь с которыми гидрогеолог должен в той или иной мере проявить свое инженерное мышление или умение количественно оценить конкретную гидрогеологическую обстановку: [JJ поиски, разведка и эксплуатация месторождений подземных вод (интерпретация опытных работ, подсчет эксплуатационных запасов, оценка условий эксплуатации~озаборов); ~ гидрогеологическая разведка и режимные наблюдения при освоении месторождений твердых полезных ископаемых (интерпретация данных опытных работ и наблюдений); [IJ гидрогеохимические методы поиска полезных ископаемых (оценка условий миграции компонентов в подземных водах, интерпретация данных гидрохимического опробования) ; J:IJ гидрогеоло~ческие прогнозы в связи с разработкои месторождении твердых полезных ископаемых (оценка водопритоков в горные выработки, обоснование дренажных мероприятий, обоснование возможности выемки полезных ископаемых под водными объектами); Ш задачи нефтяной гидрогеологии (анализ флюидодинамического режима нефтяных месторождений и выявление на его основе условий образования и сохранения залежи, изучение движения водонефтяного контакта в ходе эксплуатации нефтяных скважин и при искусственном заводнении и т.д.); ~ гидрогеологическое обоснование технологических схем разработки месторождений твердых полезных ископаемых такими специальными способами, как подземное выщелачивание, подземный гидроразмыв и др.; Ш региональный анализ гидродинамического режима подземных вод в естественных и нарушенных условиях, решение специфических задач региональной динамики подземных вод (оценка условий питания и разгрузки водоносных структур, анализ региональной взаимосвязи водоносных комплексов, палеогидрогеологические по 18
строения, интерпретация гидродинамических предвестников землетрясений и т.п.); Ш гидрогеологические исследования при гидротехническом, гражданском и дорожном строительстве (оценка водопритоков в строительные котлованы, оценка фильтрационных потерь из водохранилищ, расчет строительного водопонижения); [2] гидрогеологические исследования инженерногеологической направленности (оценка устойчивости обводненных откосов, прогноз консолидации водонасыщенных горных пород, изучение деформаций горных пород при глубоком водопонижении, изучение влажностиого режима горных пород в основаниях и откосах инженерных сооружений); j1oj подземное захоронение промышленных стоков (обоснование возможности захоронения, прогноз движения~омстоков в пласте); l!...!J обоснование схем искусственного восполнения подземных вод; j12j проблема охраны и рационального использования подземных вод (прогноз процессов антропогенного загрязнения, анализ условий вторжения соленых морских вод на побережье, обоснование зон санитарной охраны водозаборов, оценка защитных свойств относительно водоупорных пород, обоснование защитных и контрольных мерlопrиятий); 13 задачи мелиоративной гидрогеологии (прогноз режима подземных вод в районах мелиорации, обоснование мелиоративных систем, оценка интенсивности процессов засоления грунтов на участках мелиорации); j14j гидрогеологический анализ условий использования глубинного тепла Земли. Решая эти и подобные задачи, всегда приходится сводить реальную ситуацию к схематическому представлению. К этому принуждают сложность исходной гидрогеологической обстановки, дефицит информации, имеющейся для ее описания, и сама инженерная постановка задачи, не требующая обычно кропотливого учета всех 19
особенностей изучаемого объекта. Такая гидрогеологическая схематизация основное звено в исследовании перечисленных задач; ее цель максимально упростить постановку задачи, сохранив в то же время наиболее значимые для изучаемого процесса факторы. При этом деление на лишнее и необходимое зависит не только от исходных гидрогеологических условий, но и от того, какие инженерные сооружения будут здесь в дальнейшем функционировать, т.е. для чего будет использован результат решения данной задачи. Подобная обрс,iтная связь должна реализоваться не только в процессе гидрогеологической схематизации, но и в широком спектре гидрогеологических исследований в целом как связь между средством и целью. Например, на геологическом объектенедопустимы изыскания <<вообще>>: виды, объемы и методика изыскательских работ в одной и той же исходной геологической ситуации могут кардинально различаться в зависимости от характера инженерного объекта, под который ведутся изыскания. Изложенные доводы, не будучи, конечно, исчерпывающими, делают ответы на поставленные ранее вопросы достаточно очевидными, они убедительно подчеркавают настоятельную необходимость взаимопроникновения, самого тесного сочетания геологического и механикоматематического анализа при решении гидрогеологических проблем; а это под силу только специалисту, основательно владеющему и тем, и другим. Следовательно, гидрогеологическая специализация немыслима без фундаментальных знаний в области ДПВ, которая и обеспечивает <<СТЫК>> геологических и механико-математических основ гидрогеологии. В то же время можно привести немало доводов в пользу чтения данного курса и для инженеров-геологов. Во-первых, очень часто приходится сталкиваться с задачами смешанного свойства- и гидрогеологическими, и инженерно-геологическими одновременно (см. гл. 8). Во-вторых, многие методы исследований динамики подземных вод весьма эффективны для решения инженерно-геологических задач; это относится к ана 20
литическим исследованиям, моделированию и полевым опытным работам. В-третьих, подземные воды в силу своей высокой подвижности во многих случаях оказываются удобным индикатором при изучении геомеханических процессов. И, наконец, нельзя забывать, что инженеру- геологу, как и гидрогеологу, очень часто приходится выступать специалистом по обоим указанным направлениям. Начальные шаги науки о движении подземных вод принято связывать с именами А.Дарси (предложившего в 185 б г. формулировку основного закона фильтрации), Ж.Дюпюи, Н.Е.Жуковского, Ф.Форхгеймера. В дальнейшем крупные достижения в развитии подземной гидродинамики были связаны с гидротехническим и гражданским строительством [8, 22] и нефтяным делом [32, 3б, 43] . Большую роль в разработке математических основ теории сыграли также труды П.Я.Полубариновой-Кочиной [27], В.И.Аравина и С.Н.Нумерова [1], Н.Н.Веригина [10]. Важнейшее значение для оформления ДПВ как самостоятельной научной дисциплины геологического цикланаукимелитрудыГ.Н.Каменского [15] -егоможно рассматривать как основоположника ДПВ. В последние десятилетия основные успехи в развитии науки о движении подземных вод связаны с трудами гидрогеологов, что объясняется постановкой широкого круга новых и сложных проблем гидрогеологии. Не пытаясь дать исчерпывающий список специалистов, внесших ощутимый вклад в эту работу, отметим труды Ф.М.Бочевера [5], И.К.Гавич [7], Н.К.Гиринского, И.Е.Жернова [14], В.И.Лялько [20], В.М.Шестакова [22, 23, 34], Я.Бэра [б], Р.Де Уиста [13], Ж.Фрида [31], М.Хантуша [42]. В соответствии с интенсивным развитием теории и практики ДПВ разработаны и изданы учебники Г.Н.Каменского, А.И.Силина-Бекчурина, П.П.Климентова, Г.Б.Пыхачева и др. В начале 70-х годов появился учебник В.М.Шестакова [34], вобравший в себя основные научные достижения ДПВ; учебнику сопутствовал гидрогеологический практикум [35]. Позднее появились учебники В.А.Мироненко и И.К.Гавич [7]. Из зарубежных тру 21
дов отметим книги Я.Бэра [37], П.Доменико [40], Р.Фриза и Д.Черри [41]. К настоящему времени ДПВ располагает научной методологией и специалистами, вполне отвечающими современному научному уровню и требованиям гидрогеологической практики. Спектр используемых здесь методов исследований весьма разнообразен. Он включает методы геологаструктурного анализа, лабораторное изучение движения флюидов через горные породы с учетом их физико-химического взаимодействия, полевые опробования той же направленности, режимные гидродинамические и гидрагеохимические наблюдения, аналитические оценки, аналоговое и численное моделирование гидрогеологических процессов. Методология этих исследований вобрала в себя многие достижения геологических наук, математики (классической и прикладной), механики сплошных сред и статистической механики, физической химии и т.д. Большое значение для развития научных представлений ДПВ имели исследования в области механики нефтяных пластов [32, 36, 43], а также почвоведения [24]. Необходимо особо отметить ее тесные связи с инженерно-геологическими исследованиями, в частности, с механикой грунтов (горных пород). Эти связи нашли отражение в общих гидрогеомеханич~ских построениях [8, 22, 29], рассматривающих массив горных пород и движущиеся в них подземные воды как единую механическую систему. Настоящий учебник дает систематическое изложение основ ДПВ. В нем последовательно рассматриваются: физические и механико-математические основы движения подземных вод, методы его аналитического исследования и моделирования, теоретические аспекты изучения исходных расчетных параметров водоносных комплексов, основы теории массо- и теплопереноса в последних, теоретические вопросы влагапереноса при неполном воданасыщении горных пород. Представляется полезным остановиться на специфике изложения отдельных проблем и на особенностях формы подачи материала в этой работе. 22
Доступ онлайн
295 ₽
В корзину