Моделирование процессов геофильтрации.

Моделирование выполнялось с использованием готового пакета программ Мod Tech. Вся область фильтрации была разбита равномерной сеткой с шагом 100х100 м. Общее количество блоков дискретизации 250×250. Опыт моделирования показывает, что принятые размеры модели в целом, недостаточны. Размеры (в случае неограниченного пласта) должны быть не менее 2÷4´R_вл. Из этих требований, их необходимо было увеличить на весьма значительное расстояние, но в то же время заданные размеры и принятые граничные условия, обеспечивают довольно существенный инженерный запас в расчетах, что в целом, оправдывает расчетную схему.

В принципе вся южная зона месторождения, где подземные воды представляют собой грунтовые, может быть представлена как граница первого рода, в виду того, что водоотдача грунтовых и напорных вод различаются почти в 1000 раз. В данном случае речь идет о валанжинских горизонтах. Здесь они выделены как зона осушения грунтовых вод, что более точно, а с точки зрения задачи, моделирования, и более логично. Речная сеть и выходы отложений на дневную поверхность представлены как границы первого рода. Это тоже вполне объяснимо. Здесь требуются некоторые пояснения. Дело в том, что область выхода отложений и верхнего и нижнего валанжина на дневную поверхность представляют собой целую систему практически постоянно действующих родников-источников, расположенных на двух уровнях. Верхние есть разгрузка верхневаланжинского подгоризонта, нижний этаж – разгрузка нижневаланжинских обводненных отложений, а также делювиально-пролювиальных четвертичных отложений, слагающих борта русел и представляющих единую обводненную толщу. Они не пересыхают даже в самое сухое время года. По этой причине граничные условия на выходах отложений приняты как границы первого рода (рис. 4.9).

После формирования исходной модели выполнялось воспроизведение стационарного процесса, характеризующего ненарушенный эксплуатацией режим фильтрации (до начала эксплуатации месторождения). Цель – получить стационарную поверхность зеркала подземных вод, отражающую с необходимой точностью природную ситуацию и установить модули вертикальных перетоков между горизонтами, поскольку они в данном случае играют важную роль с точки зрения качественных показателей минеральных вод.   

Решение задачи осуществлялось снизу-вверх. Вначале рассчитывалось перетекание через кровлю титонского горизонта, исходя из условий стационарности геофильтрации и отсутствия перетоков из палеозойского фундамента.

    ГУ I  рода (Н = const)            ГУ II рода (Q = const)         Область модели.               

             Рис. 4.9. Граничные условия валанжинских горизонтов.

В этом случае отток из титонского горизонта (W_i,j,t) может быть определен из соотношения:

  (4.17),

где km – водопроводимость титонского горизонта; Н – статический напор в титонском горизонте; i,j – плановые модельные координаты. Индекс t указывает на принадлежность к титонскому горизонту. 

    Если все расчеты сделаны корректно, то независимо от времени, стационарная поверхность будет сохранять свое первоначальное положение, то есть, понижение уровня в любом блоке, на любой момент времени будет равно нулю.

    Как пример, на рис 4.10 показана величина изменения уровня в титонском горизонте на момент времени t =1000 сут. Как следует из рисунка, изменения уровня не превышают 1,0 см, что говорить о корректности расчетов.

Зная величину оттока, не составляет труда определить коэффициент перетекания между титонским и нижневаланжинским пластами:  

                                                                   (4.18),  где b_i,j,t-v2 – коэффициент перетекания между титонским и нижневаланжинским пластами; Индекс v2 – означает принадлежность к нижневаланжинскому подгоризонту.    

                              Рис. 4.10. Схема изменения статического уровня в

                                            титонском горизонте (t = 1000 сут.).

К сожалению, как указывалось выше, геологические объекты, в виду дороговизны информации, изучаются по ограниченному количеству точек (скважин). Информация, снятая с них, распространяется на весь изучаемый объект методами геофизики или просто интерполяцией. Конечно, это не может не сказаться на точности построений, и в ряде случаев, расчеты по (4.18) дают отрицательные значения параметров перетекания в некоторых блоках модели. Кроме того, не совсем корректны и предпосылки об отсутствии перетоков из палеозойского фундамента, они, хотя и небольшие, но есть, и естественно вносят определенную погрешность в расчеты. Здесь приходится прибегать к корректировке статических уровней, модельных параметров, а также учитывать перетоки из палеозойского фундамента, по крайней мере, тех, которые явно присутствуют по результатам расчетов.  

Фактически этап представляет собой расчет баланса подземных вод по каждому блоку модели для условий стационарного режима. В результате были получены скорректированные статические уровни по горизонтам, величина нфильтрационного питания, а также вертикальные перетоки из палеозойского фундамента в титонский водоносный горизонт.

По завершению работ в титонском горизонте, аналогично производились расчеты в валанжинских пластах, но уже с известными вертикальными перетоками из титона. Схема распределения инфильтрационного питания для условий стационарного режима изображена на рисунке 4.11.  

    Рис. 4.11. закономерности распределения инфильтрационного

              питания по площади месторождения (Wa, м/сут.).  

Как видно, картина довольно пестрая. На основной площади инфильтрация составляет от -0,02 м/год до +0,02 м/год. Основное питание горизонты получает в южной зоне, что вполне объяснимо геолого-гидрогеологическими особенностями строения месторождения.

Такая же пестрая картина наблюдается и с глубинным питанием титонского горизонта (рис. 4.12). Подпитка титонского горизонта из палеозойского фундамента осуществляется преимущественно в центральной части, разгрузка – преимущественно в периферийных зонах, имеющих более высокие гипсометрические отметки. В цифровом выражении глубинное питание составляет от – 0,05 м/сут. до +0,005 м/сут. Более значительные по интенсивности зоны (до +0,1 м/сут.) не превышают 1,0% от общей площади месторождения и сосредоточены в районе Березовского участка. Здесь выклинивается тоарский водоносный горизонт, имеющий избыточные напоры почто на 30 м. выше титонского.    

   Рис.4.12. Схема распределения глубинного питания титонского

                                         горизонта (W_г м/сут.).

После насыщения модели информацией осуществлялся переход к следующему этапу.