Содержание к диссертации
Введение 2
Глава I. Гидрогеологическое обоснование и постановка задач выбранного направления исследования 7
1.1 Характеристика природных условий линз пресных вод Туркмении 7
1.2 Краткая характеристика опыта эксплуатация Ясханской линзы пресных вод 47
1.3 Выбор типа расчетных схем 76
1.4 Задачи исследования и их постановка 84
Глава 2. Решение инверсной задачи геофильтрации на основе метода конечных элементов 89
2.1 Метод конечных элементов в решения профильных задач геофильтрации 89
2.2 Вычислительный алгоритм расчета стационарной плоско-вертикальной фильтрации методом конечных элементов 92
2.3 Уточнение коэффициента фильтрации водоносного пласта как задача нелинейного программирования на основе метода конечных элементов 105
Глава 3. Исследование изменения контуров линз пресных вод под воздействием эксплуатации на основе метода сеток 124
3.1 Применение метода конечных разностей в геофильтрационных расчетах 124
3.2 Численное решение задачи о стягивании контура линзы в плане в условиях эксплуатации 126
S.B Исследование и прогноз изменений гццрогеоло гических условий на Ясханской линзе 146
3.4 Анализ влияния интенсивности водоотбора из сквашт:,ішфильтрационного питания,мощности пласта и коэффициента фильтрации на динамику контура линзы в процессе эксплуатации на основе факторно-диапазонной оценки и теории планиро вания эксперимента 161
Глава 4. Численное решение уравнения автомодельного двикеннн границы раздела жидкостей различной плотности 169
4Л Современное состояние методики расчета двух- штдкостной фильтрации 169
4.2 Численное решение уравнения автомодельного движения границы раздела жидкостей различной плотности 172
4.3 Исследование влияния коэффициента фильтрации,, мощности водоносного пласта и разности плотностей на динагмку границы раздела щцкостей различной плотности 184
Заключение 194
Приложение I 198
Приложение 2 204
Литература 210
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 г л на период до 1990 г." указывается на необходимость интенсификации развития аграрно-промышленных комплексов, химической, нефтеперерабатыващей,металлургической и других отраслей народного хозяйства страны.В этой связи одной из первоочередных задач является обеспеченность сырьевыми ресурсами л ,в первую очередь,эксплуатационными запасами пресной воды.Особо важны эти вопросы дахя аридной зоны юга СССР,где активное промышленное л сельскохозяйственное освоение новых территорий прежде всего сталкивается с проблемой наличия и освоения водных ресурсов.
На территорий Каракумского региона не имеется единого мощного водоносного комплекса или горизонта регионального распространения /I/.Источником централизованного и сельскохозяйственного водоснабжения являются линзы пресных подземных вод, водоотбор из которых составил в 1983 г. около 360 тыс.м /сут.
Надежная эксплуатация подпесчаных линз пресных вод(пред-ставлшцих собой локальные скопления пресных вод на фоне минерализованных вод Каракумского грунтового потока,осложняется возможностью нарушения гидрохимических условий,что требует совершенствования и дальнейшей разработки методики прогнозирования этих изменений и естественной гидрогеологической обстановки в целом /2,3/.
Эффективность прогнозных оценок в значительной мере определяется степенью внедрения в практику инженерных расчетов математических методов.опирающихся на вычислительный эксперимент.Хорошо приспособлены для проведения вычислительного экспе римента - численные методы, при использовании которых очевидные преимущества могут быть получены при наличии высокоэффективных алгоритмов и программного обеспечения, позволяющего автоматизировать вычислительный процесс В настоящее время разработан ряд алгоритмов, предполагающих различную степень автоматизации решения ге о фильтрационных задач, однако в раглках имеющихся программных модулей не всегда удается охватить широкий спектр природных условий.
Это определило цель настоящей работы - создание на основе численных методов новых алгоритмов и комплекса программ, обеспечивающих автоматизацию решения геофильтрационных задач при исследованиях линз пресных вод.
Поставленная цель определила задачи исследований настоящей работы:
- обобщение с учетом новых данных гидрогеологических материалов по линзам пресных вод Каракумского региона с целью их типизации и выбора расчетной схемы;
- изучение опыта применения численных методов к решению геофильтрационных задач и особенностей методики прогноза изменения гидрогеологических условий на линзах пресных вод при их эксплуатации;
- разработку методики уточнения коэффициента фильтрации водоносного пласта при исследованиях линз пресных вод;
- совершенствование методики прогноза стягивания контура линзы в плане на базе гидродинамического подхода;
- исследование влияния коэффициента фильтрации, мощности пласта, инфильтрационного питания и отбора из сквакик на процесс стягивания контура линзы в плане;
- развитие метода гидродинамического расчета двухжидкост-ной фильтрации с учетом различия плотностей;
- исследование влияния коэффициента фильтрации, мощности пласта, гравитационного разделения на характер движения границы раздела шщкостей различной плотности.
В основу методического подхода к решению сформулированных задач положено использование численных методов - метода конечных элементов и метода конечных разностей.
Основные научные результаты работы состоят:
1. Впервые разработан алгоритм и пакет программ для решения инверсной задачи по уточнению коэффициентов фильтрации в постановке нелинейного программирования на основе дискретизации конечными элементами.
Эффективность алгоритма достигнута за счет создания подпрограмм автоматической генерации конечно-элементной оетки и формирования глобальной матрицы системы.
2. Разработан алгоритм и пакет программ для численной реализации решения задачи о стягивании контура линзы пресных вод в плане на основе градиентного метода Б конечно-разностном представлении. Оригинальность общей схемы вычислений и высокое .быстродействие работк программы в целом достигнуты за счет технического решения и увязки воедино вопросов адаптивной генерации сеточной границы и автоматической аппроксимации граничных условий II рода.
Алгоритм доведен до конкретных числовых оценок и применен для:
- уточнения прогнозных расчетов и построения карт понижения уровня подземных вод на Ясханской линзе при современном водоотборе и на период до 1995 г.;
- прогнозной оценки стягивания контура Ясханской линзы в плане;
получения количественной характеристики степени воздействия гидрогеологических параметров на процесс стягивания контура Ясханской линзы,
3, Впервые осуществлено численное решение уравнения автомодельного движения границы раздела шщкостей различной плотности. На тестовых примерах исследован алгоритм расчета, получена количественная оценка влияния гидрогеологических параметров на темпы миграции границы раздела жидкостей по водоносному пласту.
Проведенные автором исследования связаны с научно-исследовательскими работами ТурменНМГРИ по проблеме "Выявление региональных закономерностей распространения и особенностей формирования подземных вод, инженерно-геологических и геокрилогических условий различных районов СССР как научной основы текущего и перспективного планирования гидрогеологических, инженерно-геологических и геокрилогических работ1 . Результаты диссертационной работы вошш в научные отчеты: "Методика оценки эксплуатационных запасов линз пресных подземных вод небольшой мощности" (номер государственной регистрации 36-77-46/18); "Ресурсы пресных подземных вод Туркменской ССР и перспективы обеспечения населения и объектов народного хозяйства к 2000 году" (номер государственной регистрации 800524980); "Разработка моделей режимов работы водозаборов подземных вод с целью рационального обеспечения недопотребления" (номер государственной регистрации 80071095). Основные практические рекомендации приняты к внедрению в Управлении геологии ТССР, алгоритмы и программы расчеты внедрены в ТуркменНИПИ УГ ТССР.
Основные положения настоящей диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Туркменского политехнического институ-та(Ашхабад,1979-1984 г.г.),на Международном симпозиуме "Методы оценки ресурсов подземных вод" (Вильнюс,1979 г.;,на научно-техническом семинаре "Математическое моделирование гидрогеологических процессов" (Москва,1981 г.),на II научной конференции по охране природы ТССР (Ашхабад,І98І г.;,на I Всесоюзной гидрогеологической конференции "Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов" (Москва,1982 г ),на юбилейной конференции "ТуркменНИГРй-40 лет" ишхабадДЭ82 г«),на заседаниях лаборатории ресурсов подземных вод ТуркменНИГЕИ (Ашхабад, 1979-1983 г.г.).
Работа автора "Проблемы охраны подземных вод равнинной части Туркменистана",в которую вошли некоторые полокения диссертации,была отмечена в числе лучших на республиканском конкурсе молодых ученых и Всесоюзном конкурсе "Укотехника-80" (Ашхабад,1980 г ,Москва,1981 г.).
По материалам диссертационной работы опубликовано 15 научных статей и сообщений Диссертация состоит из введения.четырех глав и заключения, объемом 140 машинописных страниц,включает 47 рисунков,31 таблицу и библиографию из 133 найменований.
Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь в подготовке данной работы научному руководителю,д.г.м.н., профессору Гавич Ирине Константиновне,а также искреннюю признательность за внимание и научные консультации к,г.м.н.Н4Г.Шев-чешсОїД.г.м.н.В.М.Голвдбергу д.т.н.В.С.Саркисяну.
