Аналитические расчеты
Аналитические расчеты целесообразно использовать при оценке эксплуатационных запасов подземных вод в случаях, когда гидрогеологические условия месторождения с тем или иным приближением могут быть схематизированы применительно к типовым расчетным схемам, для которых имеются соответствующие гидродинамические решения. Отечественными и зарубежными учеными получено многочисленные решения, учитывающие граничные условия месторождения в плане и в разрезе, т.е. внешние границы пласта. В качестве внутренних границ принимаются водозаборы, родники и т.п.
В зависимости от свойств пород, подстилающих и перекрывающих водоносный пласт, можно выделить следующие типовые схемы, учитывающие характер границ водоносного горизонта в разрезе и наиболее характерные для пластов:
- пласт с непроницаемыми кровлей и подошвой, когда при решении задач относительно понижений уровня схематизируются безнапорные водоносные горизонты с инфильтрацией на свободную поверхность грунтовых вод и рассматриваются схемы с плановыми границами пластов;
- двухслойная толща без разделяющего слабопроницаемого слоя с постоянным и переменным уровнями в верхнем питающем слое;
- то же, но с разделяющим слабопроницаемым слоем;
- рассматриваемый горизонт, соединенный с верхним питающим пластом через литологические окна в разделяющем водоупоре (окна круглой или линейной формы). На окне может быть задан постоянный или переменный уровень.
Для этих схем разработаны решения, применимые для некоторых ограниченных пластов, например уравнение М. Бочевера для замкнутого кругового пласта.
Разработаны решения для типовых схем, учитывающих характер границ водоносного пласта в плане, например границ распространения водоносного горизонта, литологических и тектонических контактов, рек, границ неоднородности по фильтрационным свойствам и т.п., на которых могут быть заданы следующие условия:
- Постоянный расход Q = const; в частном, наиболее распространенном при схематизации случае — непроницаемая граница Q = 0;
- Постоянный напор (Н= const или Н = 0);
- Неразрывность потока на границе фильтрационной, или емкостной неоднородности (Hi = HL; qu = qL).
Большинство решений получено для границ первого и второго типов. Выделяются следующие расчетные схемы:
- неограниченный (бесконечный) в плане пласт — границы настолько удалены от водозабора, что их влиянием можно пренебречь;
- полуограниченный пласт — одна прямолинейная граница;
- пласт-квадрант — две взаимно перпендикулярные однородные или разнородные границы;
- пласт-полоса — две параллельные однородные или разнородные границы;
- пласт-круг — замкнутый контур, обычно изометрической формы;
- пласт-клин — две однородные или разнородные границы, пересекающиеся под углом, отличным от прямого;
- пласт-полуполоса — целесообразный пласт, с одной из сторон имеется третья граница, перпендикулярная границам полосы;
- пласт-прямоугольник — две пары взаимно перпендикулярных границ, каждая из которых может относиться к любому из перечисленных типов.