Понятие о гидродинамическом расчете

Движение подземных вод зависит от действия большого числа фак­торов. Однако это не означает, что все они должны быть представ­лены в математической модели. Учет большого числа факторов может привести к созданию очень сложной модели, которую нельзя будет описать математически. Чтобы построить модель разумной сложно­сти, следует применительно к изучаемому процессу разделить дейст­вующие факторы на главные и второстепенные и последними пре­небречь. При этом обязательно имеют в виду метод расчета, которым будут пользоваться, так как возможности методов разные. Аналити­ческие методы требуют более существенного упрощения природной обстановки, чем методы математического моделирования. Деление фак­торов на главные и второстепенные относительно и зависит от степени изученности и сложности гидрогеологического объекта, характера и комплекса изучаемых процессов, практической или научной важ­ности решаемой задачи. Это означает, что для одного и того же гидро­геологического объекта можно построить различные по виду, числу и комбинациям учитываемых факторов модели.

Построение моделей гидрогеологических объектов — сложная про­блема, решение которой требует знаний многих разделов гидрогеологии и выходит за круг задач, рассматриваемых в данном курсе. Од­нако знание принципиального подхода решения этой проблемы не­обходимо для правильного понимания излагаемых далее математиче­ских постановок. Таким главным принципом является соблюдение последовательности гидродинамического (математического) расчета. Вначале проводятся типизация и схематизация гидрогео­логических условий объекта и построение графической его модели, затем создается математическая модель объекта, на которой ведут ре­шение задачи с последующим гидрогеологическим анализом получен­ных результатов. Названная последовательность подчеркивает не­разрывную связь гидрогеологического и математического анализов. Под типизацией гидродинамических условий будем понимать гидродинамическое районирование и выделение однотипных по сово­купности действия геофильтрационных факторов районов и зон (участ­ков). Совокупность действия гидродинамических факторов про­является в одинаковых закономерностях движения подземных вод и отображает близость условий формирования их режима и водного баланса. Поэтому районы выделяют по типу режима и баланса под­земных бод. Формирование водного баланса потока подземных вод определяется характером его границ и граничных условий, а также строением пластов; однотипность этих факторов — второй показа­тель районирования. Таким образом, гидродинамическое райониро­вание (типизация) дает возможность установить ведущие гидродина­мические факторы, характер их проявления по площади, обосновать гидрогеологическую и гидродинамическую структуры изучаемого по­тока в целом.

Последовательность гидродинамического расчета и построение мате­матической модели с этапами возникновения погрешности.

где,1 — связи прямые и обратные; 2 — возникновение погрешностей.

Схематизация гидрогеологических усло­вий — это их упрощение с целью построения расчетной схемы (мо­дели) применительно к выбранному методу решения задачи. Упроще­ние выполняется в пределах выделенных районов (зон) последова­тельным анализом гидродинамических особенностей потока. Исполь­зуются критерии, позволяющие качественно и количественно оценить допустимость предполагаемых упрощений. Процесс схематизации — это своего рода искусство, он требует от исполнителя глубокого зна­ния геологического строения и гидрогеологических условий объекта, хороших знаний общих физических закономерностей, свойственных изучаемым процессам и устанавливаемым специальным анализом ма­тематических уравнений.

Задачи схематизации следующие : а) выявить сферу взаимо­действия, т. е. зону активного влияния границ и инженерного соору­жения на динамику потока; б) уменьшить мерность и упростить гидро­динамическую структуру потока, чтобы свести пространственную фильтрацию к плановой или профильной, трех- или двухмерный по­ток к одномерному; в) оценить необходимость учета в расчетах верти­кального водообмена и форму его представления в расчет­ной схеме; г) выяснить характер пространственной изменчивости фильтрационных и емкостных свойств потока и необходимость свести неоднородное строение к условно однородному или закономерно не­однородному, установить гидрогеологическую структуру потока (тип строения пласта); д) упростить закон действующих граничных усло­вий.