Моделирование гидрогеологических процессов.
Прогнозирование изменения гидродинамического и гидрохимического режима территории может осуществляться разными методами, с использованием разных моделей.
Для приближенных оценок или при отсутствии данных, необходимых для использования более точных методов прогноза, прибегают к методу аналогий. Метод аналогий основан на переносе на прогнозируемый объект результатов анализа гидрогеологических данных, получаемых на территории с близкими гидрогеологическими условиями и характером техногенного воздействия.
Методы физического моделирования используют в случаях, когда отсутствуют математические модели (например, фильтрация сопровождается суффозией и т.п.) или недостаточны гидрогеологические данные для использования математического аппарата. Физическое моделирование может быть лабораторным и проводиться на моделях, сохраняющих природу явлений (например, трубка Дарси), либо натурным. Натурное моделирование заключается в проведении экспериментов на специально оборудованных скважинах в производственных условиях.
Группа методов математического моделирования предполагает замену физической сущности гидродинамического процесса его математическим описанием.
Здесь могут быть выделены несколько направлений. Метод гидравлических аналогий предусматривает замену природной области фильтрации гидравлической моделью и основан на математическом выражении закона Дарси. Метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) основан на математической аналогии процесса движения жидкости в пористой среде и тока в проводнике. Близкие математические выражения закона Дарси и закона Ома позволяют проводить аналогии между напором и потенциалом тока, фильтрационным и электрическим сопротивлением, расходом воды и силой тока.
С учетом рассчитанных масштабных коэффициентов набирают по трем координатам электрическую модель фильтрационной среды с заданными границами фильтрационного поля. Моделирование проводят на сеточных моделях либо на сплошной среде, которой служит электропроводная бумага. Основными недостатками методов ЭГДА являются необходимость построения новой модели для каждого конкретного объекта и внесение дополнительных погрешностей в результаты за счет побочных эффектов модели (неоднородность электропроводной бумаги, шаг сетки и т.п.).
Метод численного моделирования с использованием ЭВМ основан на решении основного гидрогеологического уравнения баланса вод, которое преобразуется для определенных гидрогеологических условий. Так, для установившегося гидрогеологического режима водоносного пласта выражение баланса будет иметь вид:
Н — напор, м; W — объем инфильтрации, м3/сут.; Т — водопроводность пласта, м2/сут.; х и у — пространственные координаты, м.
Т= К • m, где К — коэффициент фильтрации, м/сут.; m — мощность слоя, м. При у = const уравнение приобретает вид:
что позволяет решать линейные задачи, связанные с фильтрацией, по гидрогеологическому профилю.
Принципиально большие возможности методов моделирования на ЭВМ трудно реализуемы в большинстве случаев из-за недостаточной гидрогеологической информации и неуниверсальности модели, которая может подходить лишь для конкретного объекта.
Наиболее эффективно используется компьютерное моделирование для построения постоянно действующих гидрогеологических моделей крупных территориальных комплексов.
Так, например, разработана гидрогеологическая модель Бердянска, отражающая взаимосвязь поверхностных и подземных вод, в том числе интрузию морских вод в подземные. Аналогичные модели разработаны для Днепровско-Донецкого артезианского бассейна, горнорудных районов, крупных городских водозаборов и хозяйственных объектов.
