Принципы диагностики режима грунтовых вод

Одна из задач мониторинга, т. е. целенаправленного кон­троля за режимом подземных вод,— это выявление главных режимо­образующих факторов и установление правильности принятой рас­четной схемы, которой были аппроксимированы гидрогеологические условия исследуемого потока при прогнозировании изменений его режима под влиянием естественных и техногенных факторов Без этого нельзя решать задачи рационального регулирования режима подзем­ных вод. При решении таких задач много значат опыт и интуиция ис­следователя, но большую помощь может оказать и так называемый диагностический контроль. Суть его в том, что ре­жим всех процессов, которые описываются тождественной замкнутой системой дифференциальных уравнений, имеет одинаковые законо­мерности. Они свойственны данной типовой расчетной схеме и про­слеживаются на графиках изменения уровней и расходов потока, по­строенных в безразмерных координатах и называемых эталонными. Имея эталонные графики для разных типовых схем и представив данные режимных наблюдений в безразмерных ко­ординатах, можно сопоставить натурные графики с эталонными и найти такой, для которого совпадение будет наиболее полным. Таким образом можно выявить действующую расчетную схему и главные режимообразующие факторы. Под диагностикой режима подземных вод будем понимать процесс сопоставления дан­ных режимных наблюдений с той расчетной схемой, которая наилуч­шим образом отвечает установленным его закономерностям, а под диагностическим свойством эталонного гра­фика — те его особенности, которыми он отличается от других эталонных графиков. Для сравнения натурные и эталонные графики изменения уровней и расхода потока представляют в безразмерном, или инвариантном, виде. Для этого выбирают для уровня, расхода, линейных размеров и времени характерные показатели и используют их в качестве масштабов для измерения текущих значений указанных переменных. Обычно все линейные размеры х измеряются в долях от длины L ограниченного потока, а приращения уровней ΔН_х, и расходов q_х,_t— в долях от их предельных значений, отвечающих стационарным или граничным условиям.

При анализе графиков установлены следующие их свойства.

1. Для полубесконечных потоков , независимо от величины приращения уровня на границе и значений показателей фильтрационных и емкостных свойств пласта, характер изменения относительного уровня ΔH с относительным расстоянием λ и временем определяется единой кривой, имеющей определенную форму.                                                                                                       

2. Для ограниченных потоков в тех же условиях изменение ΔH характеризуется семейством относительных депрессионных кривых, которые строятся в координатах для различных зна­чений F₀ .
3. Диагностические свойства типовых схем, связанные с характе­ром граничных условий, проявляются достаточно заметно. Так, для ограниченных и полуограниченных потоков с мгновенным и линейным изменением уровня на границе х = 0 наблюдается хорошо устанавли­ваемое различие в скорости изменения уровня ΔН в ограниченном пласте для интервала значений.

Таким образом, хорошее знание диагностических особенностей инвариантных графиков позволяет: 1) выявить главные режимообра­зующие факторы и «действующую» расчетную схему. Для этого сле­дует конкретные данные режимных наблюдений представить в безраз­мерном виде, построить инвариантные графики в указанных коорди­натах й сравнить их с аналогичными эталонными графиками. Их совпадение по значительному числу точек позволяет считать, что данные наблюдений отвечают принятой расчетной схеме, а .определяющие свойственную ей динамику факторы являются режимообразующими; 2) обоснованно планировать число и схему размещения наблюдатель­ных точек, частоту и длительность наблюдений, так как появляется возможность имитационным моделированием на основе инвариантных графиков проанализировать эффективность работы будущей наблю­дательной сети. В настоящее время такая оценка эффективности на­блюдательной сети отсутствует.