Гидрогеодинамически широкие водотоки и водоемы

Для широкого водотока или водоема зона активной фильтрации захватывает менее половины ширины водотока: А^кт < 0.5Ъ, что соответствует значению приведенной ширины (G > 3). При этом фильтрационные потоки на двух берегах такого водоема или водотока оказываются гидрогеодинамически разобщенными и не взаимодействуют между собой (рис. 1.10). Это означает, что в условиях подпертого режима фильтрации его береговая линия может рассматриваться как внешняя граница области моделирования. В этом случае гидрогеоди- намическая разобщенность берегов широкого водотока должна сохраняться и при техногенном (прогнозном) снижении уровней подземных вод (например, за счет эксплуатации подземных вод) - при этом воронка депрессии не распространяется на противоположный берег, и понижения уровней там равны нулю.

Обоснование параметров гидрогеодинамического несовершенства водотока (водоема) в этом случае исходит из предпосылки сохранения плановой (недеформированной по вертикали) структуры потока в береговой зоне, а реально существующие деформации структуры фильтрационного потока в этой области учитываются «виртуальным» удалением береговой линии на величину AL [Шестаков, 1995] - рис. 1.10.

При этом дополнительная длина планового потока AL должна эквивалентно компенсировать потери напора водоносного пласта, энергетически затраченные на преодоление относительно слабопроницаемых пород подруслового экрана. Именно эта обобщенная характеристика фильтрационного сопротивления пород подрусловых отложений наиболее часто непосредственно определяется на практике отечественных полевых исследований (по данным опытных откачек и режимных наблюдений за уровнями ППВ [Бочевер и др. 1969; Борев скийидр., 1979])-см. 1.4.4.

Рис. 1.10. Схема к обоснованию параметров несовершенства гидрогеодинамически широкого водотока (водоема) при подпертом режиме

фильтрации

На ее основе рассчитываются погонные (на 1 м береговой линии) характеристики гидродинамического несовершенства широкого водотока (водоема), учитывающие всю активную зону:

Связь обобщенного параметра AL с физическими характеристиками экранирующих дно отложений определяется следующими соотношениями [Шестаков, 1995]:

Гидрогеодинамически широкий водоток (водоем) может являться внешней границей модели только при условии однотипности условий взаимосвязи ППВ по всей ширине его активной зоны - т.е., когда в пределах всего расчетного срока моделирования под водотоком (водоемом) сохраняются условия подпертого режима фильтрации. Однако в прибрежной части ложа широкого водоема (водотока), как правило, вследствие влияния эксплуатации подземных вод, возможно возникновение зоны свободного режима, причем ее размер заранее неизвестен, поскольку определяется не только параметрическим соотношением (1.6), но и расчетным (прогнозным) положением уровня подземных вод h - согласно (1.5).

Возможность возникновения свободного режима фильтрации под ложем широкого водотока (водоема) для относительно простых условий (одиночная водозаборная скважина на расстоянии Ь₀ от прямолинейной береговой границы при однослойном экране) определяется следующим критерием [Бочевер и др., 1978]:

где Qj - производительность скважины, а Л₀ - понижение уровня подземных вод под водотоком, при которых возникает свободный режим:

а - разность уровней подземных и поверхностных вод в естественном (ненарушенном) режиме (рис 1.11). Аналитические зависимости для более сложных условий рассмотрены в [Минкин, 1973; Бочевер и др., 1978; и др.].

Разнотипность условий взаимосвязи ППВ, возникающая, когда под частью ложа широкого водоема (водотока) формируется свободный режим фильтрации, определяет необходимость включения в модель всей площади активной зоны и дифференцированного моделирования условий взаимосвязи ППВ в ее пределах - рис. 1.11.

Тогда внешний контур модели смещается на границу активной зоны широкого водоема (водотока) и соответствует условию непроницаемой границы, а сама площадь активной фильтрации становится внутренним граничным условием. Она характеризуется удельными параметрами несовершенства, которые определяются из условий равномерного жесткого перетекания через экранирующий слой мощностью wo, с коэффициентом фильтрации ко:

Связь между погонной Ао (1.21) и удельной do (1.26) характеристиками несовершенства устанавливается согласно (1.22):

Рис. 1.11. Схема к обоснованию параметров несовершенства гидрогеодинамически широкого водотока (водоема) при различном режиме фильтрации под его ложем

Пример построения такой модели для участка водозабора на берегу Воронежского водохранилища [Шестаков, Ван Пин, 2004] приведен на рис. 1.12.

Рис. 1.12. Схема локальной модели Южно-Чертовицкого водозаборного участка на берегу Воронежского водохранилища (по В.М. Шестакову и Ван

Пин)