Схематизация изменчивости параметров гидрогеодинами- ческого несовершенства водотоков и водоемов
Изменчивость параметров гидрогеодинамического несовершенства водотоков и водоемов (обобщенной величины AL или физических характеристик экрана ко и то, а также уровня отрыва Но) во времени, как правило, определяется геолого-гидрологическими процессами осадконакопления и руслообразования, которые имеют несоизмеримо больший временной масштаб по сравнению с моделируемыми гидрогеологическими процессами. Поэтому при решении большинства гидрогеологических задач рассматривается только пространственная изменчивость параметров гидрогеодинамического несовершенства водотоков и водоемов.
Исключение могут составлять речные долины горных рек, где возможна активная сезонная переработка русловых отложений, а также искусственные водоемы - за счет относительно быстрого накопления донных осадков.
В первом случае за счет многократного увеличения расходов рек, вызванного таянием снега в горах в весенне-летний период, может происходить частичный или полный размыв донных отложений и отложение более крупнообломочного материала. В последующие периоды, при уменьшении скоростей водного потока, возможна его кольматация менее проницаемыми глинистыми отложениями. Такие условия моделируются временной изменчивостью мощности и проницаемости подрусловых отложений: ко = ko(t); то = mo(t), а изменение то обусловливает также изменчивость уровня отрыва: Но = #о(0-
Техногенная изменчивость гидрогео динамических параметров несовершенства может происходить в искусственных водоемах - прудах-отстойниках и шламонакопителях, где возможно относительно быстрое накопление осадка (шлама), формирующего донные отложения. Похожая ситуация может возникать в инфильтрационных бассейнах, создающихся на водозаборах определенного типа для искусственного пополнения запасов подземных вод [Плотников и др., 1978]. В этих случаях при моделировании взаимодействия ППВ следует учитывать временную изменчивость мощности экранирующих водоем отложений то - mo(t).
В качестве примера можно привести результаты моделирования фильтрационных потерь из шламохранилищ на территории Золотиц- кого рудного поля (Архангельская обл.). Расчетное заполнение шламохранилищ пульпой происходит в течение 7 лет с относительно равномерной скоростью подъема уровня воды 1 м/год. На фоне этого рассматривается накопление осадка (шлама) на дне с той же скоростью и расчетным коэффициентом фильтрации к0= 1,610'3 м/сут, что приводит к увеличению фильтрационного сопротивления их ложа на несколько порядков и особенно заметно проявляется в первый год формирования донного осадка (рис. 1.14).
Рис. 1.14. Графики относительной изменчивости фильтрационного сопротивления дна шламохранилищ (Ф'/Фд в связи с накоплением пульпы и расчетного суммарного расхода фильтрации (0 из системы шламохранилищ (Золотицкое рудное поле, Архангельская обл)
Такая изменчивость гидрогеодинамических параметров ложа водоемов обусловливает нелинейность процессов формирования водопри- токов, что связано с одновременным действием разнонаправленных по своему гидрогеодинамическому воздействию процессов - подъема уровня воды в шламохранилищах, увеличивающего интенсивность фильтрационных потерь через их ложе, и кольматации их оснований, их снижающую. В первый год наполнения расходы фильтрационных потерь имеют тенденцию к сокращению (рис. 1.14), что связано с тем, что гидрогеодинамическая роль развития процессов кольматации ложа водоемов оказывается более значимой, по сравнению с происходящим подъемом уровня в шламохранилищах. Далее ухудшение фильтрационных свойств ложа водоемов происходит не так резко, и рост суммарных фильтрационных потерь из них связан с продолжающимся подъемом их уровней. После наполнения водохранилищ до проектных отметок (7-й год), за счет продолжающихся процессов накопления в них донного осадка, происходит сокращение расхода фильтрационных потерь, который стабилизируется после прекращения основной фазы отработки рудного тела.
Практический опыт моделирования для решения различных гидрогеологических задач дает основание заключить, что изменчивость гидрогеодинамических параметров взаимодействия ППВ во времени, обусловленная природными процессами, как правило, имеет линейный характер. В этой связи оптимальной является модельная схематизация временной изменчивости параметров путем линейной интерполяции между опорными точками, заданными на произвольные (определяемые пользователем) моменты времени.
Использующаяся во многих программных средствах (PMWin и др.) возможность изменения параметров «скачком» - только при переходе с одного расчетного периода на другой [Chang и др. 1993; Harbaugh и др., 2000] приводит к «ступенчатой» аппроксимации временной изменчивости характеристик граничных условий, что, как правило, не отвечает их природным закономерностям. Более универсальным расчетным приемом является возможность реализации временной изменчивости параметров водотоков и водоемов как «ступенчатой» функцией, так и в виде линейной интерполяции по опорным точкам (программы РЕЧКА, MCG (Гриневский, 1993; 2002) - см. главу 7).
