Русская инструкция к MODFLOW

Вы не поверите, что я откопал! Я нашел частичный перевод инструкции к программе Processing Modflow 5-й версии. Я знал, что он существует — его делал мой научный руководитель в универе М.М. Кузнецов, но поскольку я достаточно свободно владею техническим английским, то мне он как-то не особо был нужен и я его не сохранил. Наткнулся я на него в профильном сообществе вКонтакте. В общем, кому надо, качайте: русскую инструкцию к Processing Modflow 5.3.
Версия конечно старая, но это во всяком случае лучшее из того, что есть. Кроме того, основные положения с тех пор практически не поменялись. Считайте это моим новогодним подарком читателям.

Кстати, о «верховодке»

Отчеты инженеров-геологов частенько грешат неправильным употреблением терминов «верховодка» и «грунтовые воды». Важно понимать, что это разные вещи.
«Верховодка» — локальный водоносный горизонт, невыдержанный по простиранию и времени существования, образующийся как правило в верхней части разреза в виде линз воды над относительно слабопроницаемыми грунтами (тоже часто залегающими в виде линз).
Грунтовый водоносный горизонт — первый от поверхности земли выдержанный по простиранию и времени существования водоносный горизонт.
Кстати, в чистом виде MODFLOW формирование «верховодки» считать не умеет. Т.е. если вам вдруг досталась задача по расчету осушения «верховодки», то либо придется менять инструмент, либо идти на «сделку с совестью» — считать её как полноценный водоносный горизонт, что приведет к заведомо завышенным расходам, а часто вообще невозможно в силу особенностей строения верхней части разреза.
Если же вода вскрыта не всеми скважинами, а водоупор не линзообразный, то это т.н. «горизонт спорадического распространения». Формально, каждая верховодка — горизонт спорадического распространения, но не каждый горизонт спорадического распространения — верховодка.

Чудеса нашего городка

С занятным гидрогеологическим казусом столкнулся при выполнении одной работы. Объект в центре Москвы, недалеко от одноименной реки.
Разрез представлен сверху вниз: техногенными грунтами, современным аллювием (сверху пески крупные и даже гравелистые, ниже — мелкие), флювиогляциальными отложениями разного состава (пески, суглинки), карбонатными отложениями каменноугольного периода.
Воду изыскатели нашли в крупных аллювиальных песках. Причем водоупором для них служат — барабанная дробь... мелкие аллювиальные пески, которые оказались абсолютно сухими. Пески чистые, промытые, т.е. повышенного содержания пылеватых и глинистых частиц не обнаружено. Следующий водоносный горизонт вскрыли только в нижней части водно-ледниковых отложений (установившийся уровень существенно ниже первого горизонта).

Я бы с радостью списал такую картину на «верховодку», которая образовалась на относительно слабопроницаемых мелких песках после сильного ливня, прошедшего накануне изысканий. Да одна беда: изыскания проводились несколькими независимыми фирмами, в разные годы и в разные периоды года.
И все нарисовали одну и ту же картину — полноценный водоносный горизонт с водоупором из песков. Понимая, что выглядит все это очень странно, называют этот горизонт «верховодкой», которой тут и не пахнет, судя по всему.
Что с этим делать, как объснить, а главное — как моделировать влияние стены в грунте, закопанной аж на 40 метров, я пока не придумал.

Новости нашего законодательства: обновили СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства.

Обновился СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства (СП 47.13330.2012).
Сам документ в последней редакции можно скачать по ссылке: http://iziskately.ru/download/office_....pdf.
Всех изменений пока не знаю, но уже нашел неприятные моменты. В частности, пункт 4.9 из старой редакции стал пунктом 4.24 и существенно дополнился.
Было:

4.9 Средства измерений, применяемые при инженерных изысканиях для строительства, подлежат государственному метрологическому контролю и надзору, выполняемому аккредитованными метрологическими службами в порядке, установленном Госстандартом России.

Стало:

4.24 Средства измерений, применяемые в инженерных изысканиях, подлежат государственному метрологическому контролю и надзору. Применяемое программное обеспечение дожно быть сертифицированным. Применение нестандартного уникального или инновационного оборудования должно быть обосновано в утвержденной заказчиком программе работ.

Одним словом, вольница для гидрогеологов, о которой я писал ранее, похоже, заканчивается. Ситуация складывается крайне неприятная: сертификат то есть только у Геолинка, который очень умно отказался от поддержки своей программы (в частности, они перестали проводить курсы по обучению моделированию в ModTech), а ни у одной из версий MODFLOW, которыми весь мир пользуется, — нет и никогда не было. И совершенно не факт, что когда-либо появится, поскольку серьезно их дистрибуцией у нас никто не занимается.

Перевод отметок рельефа из Autocad в табличный вид

При подготовке данных для моделирования весьма часто возникает необходимость в конвертации отметок рельефа из геоподосновы, сохраненной в формате Autocad DWG, в табличный вид (типа X, Y, Z) для того, чтоб скормить эти данные какому-нибудь интерполятору (Surfer или встроенный в PmWin “Field Interpolator”).
Я почти уверен точно знаю, что эта задача может быть легко и быстро решена с помощью самого Autocad — достаточно запустить соответствующую программу на LISP-е и радоваться жизни. К сожалению, я LISP-а не знаю, да и вообще не являюсь большим специалистом в автокаде.
В современных версиях автокада эта проблема решается еще проще: через инструмент, расположенный в пункте меню Tools\Data Extraction. Инструмент довольно мощный, но в нестандартных случаях возможно придется повозиться.
Но проблему как-то надо решать. Я предлагаю использовать для этого MapInfo (согласен, для кого-то это выглядит сменой шила на мыло). Далее по пунктам:

1. Конвертируем слой с отметками (желательно, чтоб слой содержал только отметки в текстовом виде, без самих точек) из формата Autocad DWG  в формат MapInfo TAB (с помощью встроенного в MapInfo мини-приложения Universal Translator).
2. Подчищаем полученную таблицу от нетекстовых элементов: это можно сделать несколькими способами, наиболее удобный и быстрый — мини-приложение MapCad, но можно и с помощью Query Select и функции ObjectInfo(obj, 1), но там придется сначала создать дополнительный столбец в таблицу, занести него результат выполнения функции ObjectInfo(obj, 1), а уж потом делать Query Select по этому столбцу, выбирая значения, отличные от 10 (а 10 — это как раз текстовые).
3. Еще разок запускаем Update Column (создайте новый столбец с типом float или смените тип существующего столбца) с той же функцией, но с другими параметрами: ObjectInfo(obj, 3). Если все сделано правильно, то в вашей таблице появится столбец типа float с отметками рельефа.
4. Запускаем мини-приложение Coordinate Extractor: в таблице теперь будут столбцы с координатами центра текстовой подписи отметки рельефа. Вот тут важно отметить явный недостаток рассматриваемого метода: наши точки будут немного смещены относительно реальных отметок — ровно на столько, на сколько отличаются координаты середины метки от координат точки замера. Если вы страдаете перфекционизмом, то эту проблему можно решить с помощью простейших математических операций со свежеполученными координатами.
5. Запускаем Table/Create Points, если хотим заменить тектовые метки на точки (а уж сами метки пусть MapInfo своими силами рисует, благо соответствующий столбец в таблице уже есть).
6. Экспортируем полученную таблицу в нужный текстовый формат (txt или csv).

Метода только выглядит громоздко, на самом же деле, у меня уходит на все эти действия не больше минуты — главное не сбиваться и соблюдать порядок действий.

О калибровке модели

Нельзя упускать возможность калибровать модель (ну, т.е. решать обратную задачу) не только по значениям напоров в скважинах, но и по какой-нибудь расходной статье: дебит родника или самоизливной скважины; прирост расхода реки за счет подземного стока и т.п.
В этом случае качество и обоснованность решения обратной задачи существенно возрастает. И вот почему. Если вспомнить закон Дарси:
u=k\cdot I
то не сложно заметить, что нельзя определить k, не зная u и I, т.е. подбирать коэффициент фильтрации, основываясь только на знании градиента, — можно конечно, но для этого обладать большим разнообразием хорошо обоснованных граничных условий, а не только одну границу I-рода по периметру модельной сетки, т.к. при таком раскладе модель может вообще не давать изменения градиента при подборе коэффициента фильтрации. А все вариации будут выражены в изменении расхода потока. Можете сами проверить на простейшей тестовой модели.
Когда речь идет о серьезных гидрогеологических исследованиях, то эта рекомендация превращается в обязательное требование.

И немного юмора

Особенности сеточной дискретизации при задании скважин

В комментариях к статье моделировании водозаборных скважин мне задали вопрос:

...как в расчете учесть прямоугольную сетку?

Вынесу свой ответ в виде отдельной записи, т.к. он может оказаться полезным не только вопрошающему.

В статье постулируется, что Δx=Δy, что в общем случае не совсем так. Берите среднее значение (Δx+Δy)/2 - не сильно ошибетесь. Но вообще, лучше делать сетку квадратной вблизи скважин. Если сетка сильно прямоугольная, т.е. Δx>>Δy, то модельный поток вблизи скважины становится совсем не радиальным, а это приводит к существенным неточностям.

Кстати, насчет среднего значения я могу и ошибаться, мне тоже было лень думать. Так же представляется очевидным, что если Δx>>Δy и, следовательно, модельный поток перестает быть похожим на радиальный, то вообще все выкладки из статьи перестают работать. Отсюда совет: проще сделать сетку у скважин квадратной, чем городить огород, пытаясь учесть неравенство сторон модельной ячейки. Кроме того, вообще считается, что соотношение сторон не может превышать 3 (4 в военное время) на всей площади модели, а особенно вблизи фильтрационных границ.

СНиП от 09 марта 2004 года № СП 50-101-2004: «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».

Небольшая ремарка по поводу приведенной ниже цитаты: не сложно заметить, что согласно пунктам 5.4.3 и 5.4.14 гидрогеологические прогнозы для сооружений I и II уровня ответственности должны производиться методами математического моделирования. В частности, это положение приводит к необходимости математически прогнозировать подтопление (сооружений I и II уровня ответственности) даже в том случае, если расстояния от подошвы фундамента до зеркала грунтовых вод оказывается больше 15 м. Кроме шуток, и такое приходилось считать. Опять же, если вспомнить нашу родную Мосгосэкспертизу, то мнение штатных экспертов на этот счет разнится: кто-то включает здравый смысл и таких прогнозов не требует, а кто-то следует букве закона до конца и отправляет изыскателей на доделывание отчета.

Вот пункты из этого документа, которые касаются наших баранов:

5.4.Подземные воды
5.4.1.При проектировании оснований, фундаментов и подземных сооружений необходимо учитывать гидрогеологические условия площадки и возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения, а именно:
- естественные сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод;
- техногенные изменения уровня подземных вод и возможность образования верховодки;
- высоту зоны капиллярного поднятия в глинистых грунтах над уровнем подземных вод;
- степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионную активность грунтов на основе данных инженерных изысканий с учетом технологических особенностей производства.
5.4.2.Для оценки воздействия сооружения на подземные воды необходимо выполнение прогноза изменения гидрогеологических условий, как для стадии строительства, так и для стадии эксплуатации. При этом указанный прогноз должен проводиться как для застраиваемой, так и для прилегающей территорий.
5.4.3.Прогноз изменения гидрогеологических условий должен выполняться для сооружений I и II уровней ответственности с использованием метода математического моделирования геофильтрации с учетом изменений факторов, участвующих в формировании многолетнего режима подземных вод.
5.4.4.При выполнении прогноза изменений гидрогеологических условий должны быть выявлены режимообразующие факторы, которые следует подразделять на региональные и локальные.
Региональные факторы включают: подпор подземных вод от каналов, рек и других водоемов, от утечек промышленных предприятий с большим потреблением воды, полей фильтрации, от инфильтрации утечек из крупных коллекторов; образование воронок депрессии в результате работы водозаборов подземных вод, дренажей, систем осушения тоннелей метро, карьеров и пр.
Локальные факторы включают: подпор подземных вод от эффекта барража подземных сооружений (в том числе свайных полей), от инфильтрации утечек из водонесущих коммуникаций; образование воронок депрессии от действия различных видов дренажей при строительстве и эксплуатации сооружений.
5.4.5.Для получения достоверных прогнозных оценок изменений гидрогеологических условий при проектировании сооружений I и II уровней ответственности следует использовать режимные наблюдения за подземными водами (на застраиваемой и прилегающей территориях), а также выполнять комплекс опытно-фильтрационных работ по определению фильтрационных параметров водоносных горизонтов.
5.4.6.Оценку возможных естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод производят на основе данных многолетних режимных наблюдений по государственной стационарной сети с использованием результатов краткосрочных наблюдений, в том числе разовых замеров уровня подземных вод, выполняемых при инженерных изысканиях на площадке строительства.
5.4.7.Для разработки проектов сооружений и производства земляных работ необходимы данные о среднем многолетнем положении уровня подземных вод и их максимальном и минимальном уровнях за период наблюдений, а также о продолжительности стояния паводковых (весенних и летне-осенних) уровней подземных вод.
5.4.8.По характеру подтопления следует выделять естественно подтопляемые территории (с глубинами залегания уровня подземных вод менее 3 м) и техногенно подтопляемые.
Основными факторами подтопления являются: при строительстве - изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке территории, длительный разрыв между выполнением земляных и строительных работ; при эксплуатации - инфильтрация утечек, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями и т.д.
5.4.9.По характеру техногенного воздействия застраиваемые территории подразделяют на: неподтопляемые, потенциально подтопляемые и осушаемые.
Неподтопляемые территории - территории, на которых вследствие благоприятных природных условий (наличие проницаемых грунтов большой толщины, глубокое положение уровня подземных вод, дренированность территории) и благоприятных техногенных условий (отсутствие или незначительные утечки из коммуникаций, незначительный барражный эффект) не происходит заметного увеличения влажности грунтов основания и повышения уровня подземных вод.
Потенциально подтопляемые территории - территории, на которых вследствие неблагоприятных природных и техногенных условий в результате их строительного освоения или в период эксплуатации возможно повышение уровня подземных вод, вызывающее нарушение условий нормальной эксплуатации сооружений, что требует проведения защитных мероприятий и устройства дренажей.
Осушаемые территории - территории, на которых происходит понижение уровня подземных вод в результате действия водоотлива в период строительства и действия дренажей в период эксплуатации сооружения, что вызывает оседание земной поверхности и может явиться причиной деформаций сооружений.
5.4.10.Степень потенциальной подтопляемости территории определяют на основе прогноза изменения гидрогеологических условий с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и прилегающих территорий, конструктивных и технологических особенностей проектируемых и существующих сооружений, в том числе инженерных сетей.
5.4.11.Для сооружений I и II уровней ответственности при соответствующем обосновании выполняют количественный прогноз изменения уровня подземных вод с учетом техногенных факторов на основе специальных комплексных исследований, включающих не менее годового цикла стационарных наблюдений за режимом подземных вод. В случае необходимости для выполнения указанных исследований помимо изыскательских должны привлекаться в качестве соисполнителей специализированные организации.
5.4.12.При прогнозировании понижения уровня подземных вод следует учитывать возможность возникновения дополнительных осадок территории в зоне развития депрессионной воронки и возведенных на ней сооружений вследствие увеличения давления от собственного веса грунта. С учетом этого прогноза следует устанавливать режим водопонижения, рекомендовать сроки строительства и этапность освоения площади застройки, а также определять необходимость проведения защитных мероприятий, направленных на уменьшение зоны влияния строительного водопонижения и включающих как локальную защиту сооружений, так и защиту всей территории (устройство противофильтрационных завес и экранов, замораживание или инъекционное закрепление грунта и т.д.).
5.4.13.При подъеме уровня подземных вод следует учитывать возможность развития дополнительных осадок основания вследствие возможного ухудшения деформационных характеристик грунтов при их водонасыщении и изменения напряженного состояния сжимаемой толщи в результате гидростатического и гидродинамического взвешивания.
5.4.14.При строительстве подземных сооружений следует учитывать возможность возникновения барражного эффекта, который проявляется в подъеме уровня подземных вод перед преградой. Для количественной оценки барражного эффекта и обоснования защитных мер необходимо выполнять прогноз, используя методы математического моделирования.
5.4.15.Техногенное изменение уровня подземных вод на застраиваемой территории зависит от типа функционального использования территории: промышленные зоны, селитебные зоны с плотной, смешанной и низкоплотной застройкой, территории, занятые парками и лесами, и др.
Значение инфильтрационного питания грунтовой толщи W, мм/год, определяют по формуле
W = (1 - m) Wест + Wтех, (5.2)
где т - степень закрытости территории непроницаемыми покрытиями (асфальт, крыши и т.д.);
Wест - инфильтрационное питание, обусловленное естественным фоном инфильтрации, мм/год;
Wтех - инфильтрационное питание, обусловленное техногенными факторами, мм/год.
Инфильтрационное питание Wтех зависит от водопотребления по функциональным зонам.
Потери водопотребления, участвующие в формировании питания подземных вод, на территории селитебных районов составляют в среднем 3,6 % суммарного водопотребления. Для промышленных зон эти потери зависят от характера производства и продолжительности эксплуатации и составляют от 4 до 6 % расхода воды.
5.4.16.Для сооружений I и II уровней ответственности количественный прогноз изменений гидрогеологических условий территории устанавливают для выполнения следующих расчетов:
- расчета водопритоков в котлован;
- оценки устойчивости основания и откосов котлована, а также возможности проявления суффозионных процессов;
- обоснования необходимости устройства противофильтрационной завесы и ее глубины;
- оценки влияния дренажа на прилегающие территории с определением размеров депрессионной кривой;
- оценки барражного эффекта;
- расчета давления подземных вод на подошву фундамента;
- оценки водопритоков к дренажу и определение зоны его влияния;
- оценки высоты зоны капиллярного водонасыщения.
5.4.17.Возможность прорыва напорными водами вышележащего водоупорного глинистого слоя грунта, подстилаемого слоем грунта с напорными водами, проверяют по условию
gw H0 ≤ gII h0, (5.3)
где gw - удельный вес воды, кН/м3;
Н0 - высота напора воды, отсчитываемая от подошвы проверяемого водоупорного слоя до максимального уровня подземных вод, м;
gII - расчетное значение удельного веса грунта проверяемого слоя, кН/м3;
h0 - расстояние от дна котлована до подошвы проверяемого слоя грунта, м.
Если условие не удовлетворяется, необходимо предусмотреть в проекте искусственное понижение напора водоносного слоя (откачка или устройство самоизливающихся скважин). Искусственное снижение напора подземных вод должно быть предусмотрено на срок, в течение которого сооружение приобретет достаточную массу и прочность, обеспечивающие восприятие нагрузки от напора подземных вод, но не ранее окончания работ по обратной засыпке грунта в пазухи котлована.
5.4.18.При проектировании фундаментов и подземных сооружений ниже пьезометрического уровня напорных подземных вод необходимо рассчитывать их давление и предусматривать мероприятия, предупреждающие их прорыв в котлованы, вспучивание дна котлована и всплытие сооружения.
При заложении фундаментов, а также подземных сооружений ниже пьезометрического уровня подземных вод следует учитывать следующие случаи:
- заглубление в грунт, подстилаемый водоносным слоем с напорными водами, когда возможен прорыв подземных вод в котлован, выпор грунтов основания, подъем полов и т.п.; в этом случае следует предусматривать мероприятия, снижающие напор (например, откачку воды из скважины), или увеличивать пригрузку на залегающий в основании грунт;
- заглубление в грунт водоносного слоя, когда возможны разрыхление грунтов, размывы, коррозия и другие повреждения фундаментов; в этом случае кроме снижения напора может предусматриваться также закрепление грунтов.
5.4.19.Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможно ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных геологических и инженерно-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации подземных помещений и т.п., в проекте должны предусматриваться соответствующие защитные мероприятия, в частности:
- гидроизоляция подземных конструкций;
- мероприятия, ограничивающие подъем уровня подземных вод, исключающие утечки из водонесущих коммуникаций и т.п. (дренаж, противофильтрационные завесы, устройство специальных каналов для коммуникаций и т.д.);
- мероприятия, препятствующие механической или химической суффозии грунтов (шпунтовое ограждение, закрепление грунтов);
- устройство стационарной сети наблюдательных скважин для контроля развития процесса подтопления, своевременное устранение утечек из водонесущих коммуникаций и т.д.
Выбор одного или комплекса указанных мероприятий должен производиться на основе технико-экономического анализа с учетом прогнозируемого уровня подземных вод, конструктивных и технологических особенностей, уровня ответственности и расчетного срока эксплуатации проектируемого сооружения, надежности и стоимости водозащитных мероприятий и т.п.
В необходимых случаях на стадии строительства и эксплуатации сооружения следует осуществлять гидрогеологический мониторинг для контроля возможного процесса подтопления или осушения, своевременного предотвращения утечек из водонесущих коммуникаций, прекращения или уменьшения объема откачек и т.д.
5.4.20.Если подземные воды или промышленные стоки агрессивны по отношению к материалам заглубленных конструкций или могут повысить коррозийную активность грунтов, должны предусматриваться антикоррозионные мероприятия в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11.

И еще о законодательстве

Изыскания под строительство в Москве регламентируются следующими документами:

• СНиП 11-02-96 "Инженерные изыскания для строительства. Основные положения".
• СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ".
• СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах распространения опасных геологических и инженерно-геологических процессов".
• СП 11-105-97 "Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть III. Правила производства работ в районах распространения специфических грунтов".
• МГСН 2.07-01 "Основания, фундаменты и подземные сооружения".

Есть еще немало документов, но эти — главные, в которых ко всему прочему упоминаются гидрогеологические прогнозы. Надо заметить, что упоминаются они там весьма вскользь: буквально по паре строчек о том, что мол нужны прогнозы, без подробностей.

Однако, есть еще одна весьма любопытная бумага:

• Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г. Москве.

Хочу привести цитаты из этого документа, поскольку в последнее время в Мосгосэкспертизе на его основании начали придираться к гидрогеологическим прогнозам. Впрочем, надо понимать, что документ сам по себе хороший — проблема в том, кто, как и зачем придирается.

...

3.Условия строительства в г. Москве

...

3.5. ...Подтопление охватывает примерно 40% территории города и обусловлено в основном техногенными факторами.

...

4.Инженерно-геологические изыскания

4.1.Общие требования

...

4.1.10.Гидрогеологические исследования следует выполнять с целью изучения режима подземных вод, их химического состава, определения фильтрационных свойств грунтов, определения градиентов и скорости движения подземных вод, получения исходных данных для проектирования дренажных и противофильтрационных систем и водопонижения, а также гидрогеологического прогнозирования п. 4.1.11).

Гидрогеологические исследования следует выполнять в соответствии с требованиями СП 11-105 и дополнительными требованиями разделов 4.2-4.8 настоящей инструкции.

4.1.11.Гидрогеологическое прогнозирование включает прогноз изменения гидрогеологических условий в период строительства сооружения оценка водопритоков в котлован, влияние дренажа и др.) и прогноз изменения гидрогеологических условий в период эксплуатации сооружения оценка возможного барражного эффекта, оценка влияния пристенного и пластового дренажей, оценка возможности подтопления территории и др.). Гидрогеологическое прогнозирование осуществляется на основе геофильтрационных моделей с использованием данных, полученных при анализе и обработке материалов инженерно-геологических изысканий, а также фондовых материалов.

...

4.3.Особенности инженерно-геологических изысканий при реконструкции зданий

...

4.3.17.На основе гидрогеологических и гидрохимических исследований должны быть установлены: уровень и режим подземных вод, химический состав и характеристики агрессивности подземных вод по отношению к материалу фундаментов и других конструкций подземной части СНиП 2.03.11), а также дан прогноз изменения гидрогеологических условий площадки в связи с реконструкцией здания.

...

4.5.Особенности инженерно-геологических изысканий для подземных и заглубленных сооружений

...

4.5.10.Гидрогеологические исследования следует выполнять в соответствии с пп. 4.1.10 и 4.1.11. Для подземных и заглубленных сооружений, строительство которых сопровождается устройством противофильтрационных завес и дренажных систем, коэффициент фильтрации грунтов необходимо определять полевыми методами ГОСТ 23278).

При проектировании подземных и заглубленных сооружений, перекрывающих частично или полностью отдельные горизонты подземных вод, а также изменяющих условия и пути их фильтрации, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологических условий площадки строительства, в частности прогноз возможного образования барражного эффекта и подтопления окружающей территории п. 4.1.11).

...

4.5.13.Для определения зоны влияния подземного строительства и проведения расчетов деформаций оснований существующих зданий и сооружений необходимо выполнять прогноз изменений напряженно-деформированного состояния грунтового массива пп. 4.2.4 и 4.2.11), а также гидрогеологического режима подземных вод п. 4.5.10). Для выполнения этих прогнозов рекомендуется привлекать специализированные организации по геотехнике.

...

5.Геоэкологические изыскания

5.2.Эколого-гидрогеологические исследования

...

5.2.3.Гидрогеоэкологическое прогнозирование

5.2.3.1.Гидрогеоэкологическое прогнозирование осуществляется на основе геофильтрационных и геомиграционных моделей. Размеры моделируемой области геофильтрации и геомиграции не должны ограничиваться строительной площадкой и должны определяться размером области возможного влияния объекта на изменение уровней и загрязнение подземных и поверхностных вод. В область влияния должны быть включены располагающиеся по соседству со строительной площадкой водоохранные зоны рек, зеленые насаждения, парки, пруды, жилые массивы, площадки отдыха и другие природные и социальные объекты.

5.2.3.2.При выборе положения нижней границы области влияния в гидрогеологическом разрезе необходимо учитывать сложность геологического строения и гидрогеологических условий территории, глубину заложения фундамента, этажность подземной части здания. В том случае, если на территории застройки выявлены участки уменьшения мощности и нарушения сплошности слабопроницаемых отложений регионального водоупора - верхнеюрских глин, нижняя граница области должна проводиться по кровле слабопроницаемых отложений - среднеюрских глин и мергелей верхнего карбона.

5.2.3.3.Границы области возможного влияния объекта на подземные и поверхностные воды и растительность в плане и разрезе, методика проведения прогнозных расчетов должны определяться и уточняться на стадии разработки проектной документации специалистами или организацией, специализирующейся на выполнении прогнозных гидрогеоэкологических расчетов.

5.2.3.4.Для информационного обеспечения моделей используются:

1. картографические материалы, которые должны быть получены в результате анализа и обработки материалов эколого-гидрогеологических исследований и представлены в отчетных материалах:
   • аэрофотоснимок территории масштаба 1:2500-1:30000;
   • карта-схема территории исследований с указанием в единой системе координат границ участка планируемой застройки, разведочных, гидрогеологических, режимных, мониторинговых скважин, мест расположения зданий, зеленых насаждений, прудов, ручьев, поверхностных водотоков, долин, заключенных в подземные коллекторы рек, участков заболачивания и подтопления территории, автотрасс, промышленных зон, свалок бытовых отходов и других потенциальных источников загрязнения;
   • карта абсолютных отметок поверхности земли с указанием абсолютных отметок урезов воды в прудах, реках, искусственных водоемах, абсолютных отметок выходов родников;
   • литологическая карта современных отложений с указанием их мощности;
   • карта мощности слабопроницаемых суглинков;
   • карта дочетвертичных отложений с рельефом кровли юрских и каменноугольных отложений;
   • карта мощности слабопроницаемых юрских отложений;
   • гидрогеологическая карта;
   • гидрогеологические разрезы;
   • карты абсолютных отметок уровней подземных вод водоносных горизонтов и глубин залегания подземных вод;
   • карта защищенности подземных вод от проникновения загрязняющих веществ с поверхности земли;
2. фондовые материалы инженерно-геологических и геоэкологических изысканий на строительной площадке и прилегающей территории:
   • буровые колонки скважин с указанием водопроявлений;
   • гранулометрический состав водовмещающих отложений;
   • коэффициенты фильтрации водовмещающих отложений, полученные лабораторными способами и при проведении опытно-фильтрационных работ;
   • результаты геофизических исследований;
   • данные режимных наблюдений за уровнем подземных вод;
   • химический состав подземных и поверхностных вод;
   • литологическое строение зоны аэрации;
   • коэффициенты фильтрации грунтов зоны аэрации.

...

Одним словом, «Инструкции...» совершенно замечательные, а еще есть вот такой замечательный документ: СП 50-101-2004 "Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений". Но о нем поговорим в следующий раз.

Гидрогеологический прогноз и СРО

У меня периодически спрашивают: нужно ли участие в СРО для выполнения гидрогеологических прогнозов. Увы, как это обычно у нас бывает, однозначного ответа у меня нет Уже есть — читайте заметку до конца. Нет его и у законодателей, которые внесли пункт 2.4. Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий в «Перечень видов работ по инженерным изысканиям, по подготовке проектной документации, по строительству, реконструкции, капитальному ремонту объектов капитального строительства, которые оказывают влияние на безопасность объектов капитального строительства», т.е. списка работ, для выполнения которых необходимо участие в СРО. Тонкость момента заключается в том, что нигде не регламентировано — относится ли гидрогеологический прогноз к гидрогеологическим исследованиям или нет. Если рассуждать логически, то вроде бы как относится, но с другой стороны, раньше, еще до введения понятия СРО и когда действовала система лицензирования, гидрогеологическое моделирование относилось в научной деятельности и лицензированию не подлежало.

Одним словом, если вас в экспертизе прижали отсутствием у вас свидетельства СРО, то отбрехаться с помощью нашего законодательства — увы, не получится. А кого-то могут и не прижать — все зависит от того, как к вам относится конкретный эксперт.

P.S.: Коллега совершенно справедливо указал мне в письме, что в упомянутом выше документе есть еще такой пункт:

5.4.Физическое и математическое моделирование взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой (выполняется в составе инженерно-геотехнических изысканий).

Более того, есть даже какой-то внутренний документ, в котором конкретно указано, что гидрогеологическое моделирование на все 100% соответствует этому пункту. Одним словом, для выполнения геофильтрационных прогнозов ваша организация должна иметь свидетельство о членстве в изыскательском СРО с разрешением на выполнение соответствующих работ.

Кстати, тут попутно возник такой вопрос: а если в небольшой изыскательской компании нет своего гидрогеолога, то может ли она легально получить такое свидетельство?

О качестве инженерно-геологических изысканий

Просто две ссылки и предложение поразмыслить над сложившейся в отрасли ситуации.

1. Ссылка нумеро уно.
2. Ссылка нумеро дуо.

Processing MODFLOW. Параметры.

К параметрам модели относятся:

• Горизонтальный коэффициент фильтрации и Проводимость Horizontal Hydraulic Conductivity and Transmissivity.
  Коэффициент фильтрации должен быть задан для безнапорных и напорно/безнапорных слоев с переменной проводимостью (тип 1 и 3). Проводимость может быть задана для напорных и напорно/безнапорных слоев с постоянной проводимостью (тип 0 и 2).
  Горизонтальный коэффициент фильтрации в общем случае характеризует проницаемость вдоль модельных строк. Проницаемость вдоль модельных столбцов получается путем умножения этой величины на коэффициент горизонтальной анизотропии (anisotropy factor, задается в диалоговом окне Layer Property dialog box).
  Для безнапорного слоя проводимость считается как произведение коэффициента фильтрации на разность уровня воды и подошвы слоя (если в том же Layer Property dialog box явно не задана опция user-specified transmissivity).
  Важно понимать, что «внутре» MODLFOW всегда коэффициент фильтрации пересчитывает в проводимость. Просто в случае с безнапорным слоем проводимость уточняется на каждой итерации (точно не помню, но кажется этот момент тоже настраивается — можно пересчитывать проводимость не на каждом расчетном шаге).
• Перетекание и вертикальный коэффициент фильтрации Vertical Leakance and Vertical Hydraulic Conductivity.
  Параметр перетекания расчитывается MODFLOW по формуле:
  VCONT=\frac{2}{\frac{m_k}{(k_z)_{k,i,j}}+\frac{m_{k+1}}{(k_{z})_{k+1,i,j}}}
  где:
  m_k - мощность k-ого слоя;
  (k_z)_k,i,j - его вертикальный коэффициент фильтрации.
  Вы можете задать VCONT явно (Vertical Leakance), либо в виде коэффициента фильтрации (Vertical Hydraulic Conductivity). Казалось бы, зачем в здравом уме заниматься ручным расчетом перетекания, если можно не мучаться и задать коэффициент фильтрации — однако, есть ряд задач, где это необходимо.
• Коэффициент вертикальной анизотропииVertical Anisotropy.
  Ну, тут все просто — это отношение горизонтального коэффициента фильтрации к вертикальному. Поддерживается версиями MODFLOW-2000 и старше. Сильно упрощает процесс решения обратных задач геофильтрации — подбирая проницаемость толщи не приходится синхронизировать значения коэффициентов фильтрации по разным осям.
• Эффективная пористость Effective Porosity.
  Не буду напоминать определение эффективной пористости — она есть в любом учебнике. Отмечу лишь, что на решение задач геофильтрации этот параметр не влияет, в отличие от миграционных задач.
• Упругая емкость (породы) Specific Storage, Упругая емкость пласта Storage Coefficient и Гравитационная емкость Specific Yield.
  Эти параметры используются при работе с нестационарными моделями. Упругая емкость пласта — это упругая емкость, умноженная на мощность пласта, и вы ее можете задать явно, либо предоставить выполнение операции умножения программе. Для безнапорных и напорно/безнапорных слоев надо еще задать гравитационную емкость Specific Yield.

За подробностями и определениями отправляю вас к литературе:

1. Wen-Hsing Chiang: “Processing Modflow PRO”, April 6, 2006;
2. Simcore Software: “Processing Modflow. An Integrated Modeling Environment for the Simulation of Groundwater Flow, Transport and Reactive Processes”, July 5, 2012;
3. Шестаков В.М.: «Гидрогеодинамика», 1995 г.

Гидрогеологический дайджест

Прошу прощения за длительное отсутствие. Работы много.

• Hydrogeology - A Global Perspective. Сборник статей о гидрогеологии, доступный для бесплатного скачивания. 
• MODFLOW-USG (UnStructured Grids): A Game Changer for Groundwater Modeling. Теперь MODFLOW умеет не только ортогональные сетки. Последние преимущества у конечно-элементных моделей отнимают.
• Aquifer Testing Reference List. Подборка ссылок на статьи и книги, посвященные опытно-фильтрационным работам. 

Моделирование в понижениях

Коллега в телефонной беседе напомнил про один очень полезный и неочевидный трюк. Как известно, нестационарные модели очень чувствительны к начальному распределению напоров. Получить это распределение можно двумя путями: интерполяцией фактически наблюденных напоров в наблюдательных точках (скважинах); либо с помощью откалиброванной стационарной модели. Очевидны недостатки обоих подходов: для первого не всегда хватает исходных данных, а второй чреват ошибками (все упирается в качество решения обратной задачи).
Однако, существует массивный пласт задач, для которых совершенно не обязательно знание о распределении напоров. К примеру: определение водопритока к котловану. Нам совершенно неважно какой там напор, в качестве результата нас устроит достигнутое понижение и расход.
В этом случае допустим такой приём: заменяем в нашем расчете термин «напор» на термин «понижение». Таким образом, «начальный напор» становится «начальным понижением», которое, очевидно, равно нулю. Все модельные слои должны быть напорными (Confined), даже если они не являются таковыми. Важно помнить: изолинии и массивы результатов, получаемые при таком расчете, будут показывать не напоры, а понижения. Расходы будут такими же, как и при расчете в термине «напор».
Совершенно ясно, что и этот подход не лишен недостатков и ограничений. Так, без дополнительных ухищрений невозможно учесть эффект осушения пластов, а величины расходов могут оказаться существенно завышенными для безнапорных горизонтов, как это всегда бывает, если их задать напорными.

Симуляция откачек на сеточных численных моделях

Когда я только начинал карьеру гидрогеолога, мне попалась достаточно интересная задача — надо было более или менее автоматизировать процесс обработки экспресс-откачек. Ясное дело, что там все элементарно можно было сделать с помощью аналитических формул и «экселя», но я не стал искать легких путей и зарядил все это дело в MODFLOW. Результатом трудов стала статья в сборник работ института «ВОДГЕО», ознакомиться с которой вы можете по ссылке: Определение фильтрационных параметров по данным экспресс-откачек с использованием численного моделирования.pdf.
Недавно обнаружил, что я не один такой «хитрый»: Rushton, K. R. & Chan, Y. K., 1976, A numerical model for pumping test analysis, Proc. Instn Civ. Engrs, Part 2, 61, pp. 281-296 and Barrash, W. and M.E. Dougherty, 1997, Modeling axially symmetric and nonsymmetrical flow to a well with MODFLOW, and application to Goddard2 well test, Boise, Idaho, Ground Water ,Vol. 35, No. 4: pp. 602-611 — http://info.ngwa.org/gwol/pdf/972062742.PDF

Modflow.ru

Скиберсквотил вкусный домен: modflow.ru. Что делать с ним - пока не решил. Пока поставил заглушку. Со временем планирую там сделать более или менее полноценный сайт-визитку, но это дело не ближайших месяцев.
Если кому нужен почтовый ящик типа ваше_имя@modflow.ru, пишите на water+blog@alick.ru, или заполните форму на сайте.

Гидрогеологический дайджест

An Alternative to Low Flow Groundwater Sampling: HydraSleeves. Оказывается, даже в такой консервативной области, как отбор проб воды из скважин, могут быть новые разработки. Как вспомню, как мы желонкой 50-метровую скважину «прокачивали» — в дрожь бросает.

Benefits of the HydraSleeve:

• You can sample for all compounds (not just VOCs)
• You can sample a well in less than 15 minutes
• You can cut costs by 50% to 80%
• You can reduce purge water to a big fat goose egg

Additional benefits of the HydraSleeve can be found here: http://www.hydrasleeve.com/learn-about-the-hydrasleeve.

Groundwater Sampling in a Snap. Еще одна ссылочка на вышеобозначенную тему.

Back in March, I wrote a post on the Joys of Low Flow Groundwater Sampling (or not). Instead, I reviewed an alternative to this procedure — the Hydrasleeve. At the same time, I came across another option for those of you out there that get as much enjoyment from low flow sampling as you do paper cuts, thistles, and flaming dog poo: The Snap Sampler.

Modeling Salt Water Intrusion: the Freshwater/Salt Water Interface. Меня тут недавно спрашивали об особенностях моделирования потока соленых и пресных вод. так вот, MODFLOW в чистом виде для этого не годится. Нужны другие модели. Типа той, о которой идет речь в этой заметке.

Due to the difference in density, there is a fairly sharp interface between freshwater and sea water in the subsurface. Thus, as freshwater flows out to the sea, it floats on top of a sea water wedge. The region of mixing at this interface is quite thin, leading to fairly sharp devide between the two fluids. In general, the brackish water that develops in this mixing zone flows outward to sea, rather than contaminating the freshwater. Under steady-state conditions, this situation is fairly stable, but pumping freshwater from the aquifer can change the pressure regime of the subsurface. This may lead to seawater being drawn into the freshwater aquifer and permanently degrading the aquifer’s water quality.

World average annual evapotranspiration web map now available! В то время, пока наши ФГУПы и ТИСИЗЫ секретят и ДСПсят все что только можно и нельзя, мериканцы выложили во всеобщий доступ интерактивную карту величин среднегодовой эвапотранспирации. Посмотрел цифры для Москвы и области — вроде правдоподобные.

Most of us understand the hydrologic cycle in terms of the visible paths that water can take: rainstorms, rivers, waterfalls, swamps, etc.  However, an even larger volume of water flows through the air all around us in two invisible paths: evaporation and transpiration. They claim 61% of all terrestrial precipitation, and together are referred to as evapotranpsiration. In order to better understand this important process, Esri’s Mapping Center has produced a web map showing the world’s average annual evapotranspiration.

Carlos Molano’s YouTube Channel on Groundwater Modeling Spreadsheets. Я давно слежу за творчеством Карлоса Молано. Когда-то я наивно считал себя чуть ли не гуру расчетов в Excel-е. Как же я ошибался: по сравнению с Карлосом я вообще ничегео не умею.

Last year, I wrote about the groundwater modeling spreadsheets developed by hydrologist Carlos Molano.  Molano has published a series of these spreadsheets on his personal website.

I recently learned that Molano also has a youtube channel, where he discusses using spreadsheets to solve groundwater modeling problems.

Ссылки

SUTRA, an open-source option for modeling groundwater flow on a mesh. Вот, еще одна моделька появилась.

UTRA is a groundwater modeling code published by the United States Geological Survey. In many ways, it is similar to MODFLOW. SUTRA solves equations that simulate groundwater flow, solute transport with adsorption and decay, and thermal energy transport in groundwater. SUTRA can handle both steady-state or transient simulations. Physical properties can be projected on nodes or elements, or can be represented as a functions. Fluid density and viscosity are functions of temperature and solute concentration. Unsaturated flow properties are handled by a subroutine, UNSAT. Each node and element passes properties to and from UNSAT, which models flow through a series of unsaturated flow functions. Like MODFLOW, SUTRA communicates with input and output text files and runs in Fortran.

MODFLOW-USG, coming soon. А скоро и еще одна будет.

MODFLOW-USG (unstructured grid) is a new version of MODFLOW being developed by Sorab Panday of GMS.

According to the Aquaveo forum, MODFLOW-USG will probably be fully released at some point in 2012.

Водопровод. Интересный сайт с заметками о водоснабжении, в том числе и о гидрогеологическом моделировании. Вроде как блог, но логики в навигации сильно недостает.

Моделирование водозаборных скважин

При моделировании водозаборов или скважинного водопонижения часто возникает необходимость (да что там часто — почти всегда) в получении точного уровня воды в действующей скважине. Очевидно, что просто взяв напор в блоке со скважиной, мы получим недостаточно точное значение. Как же перейти от напора в модельном блоке к напору непосредственно в скважине. Достаточно просто, процитирую статью Р.С.Штенгелова «Поиски и разведка подземных вод»:

...остановимся на моделировании работы водозаборов. Оно применяется, если необходимо учесть выявленные при разведке особенности неоднородного распределения параметров, сложные граничные условия, структуру потока и др., которые явно не удается безболезненно упростить для аналитических расчетов. Принципиально моделирование "водозаборных" задач ничем не отличается от других. Специфика состоит лишь в обязательном наличии водозаборных скважин (хотя они могут быть и в других задачах - дренажи, закачка промстоков, подземное выщелачивание и т.п.).

Основная особенность моделирования скважин: если в блок модели подать дебит скважины Q₀ , то в нем при решении будет получен напор H_B(или понижение S_B), не отвечающий реальному напору (понижению) в скважине H_c(S_c). Почему ?

В природе поток в непосредственной близости от скважины имеет практически радиальный характер, а распределение напоров подчиняется логарифмике Дюпюи:

(1) H^{*} - H_{c} = \frac{Q_{c}}{2\pi T}ln\frac{\Delta x}{r_{c}}

В отличие от этого, на модели "приток" к водозаборному блоку происходит в виде линейных потоков из четырех смежных блоков (см. рисунок); расход каждого из таких потоков:

Q=KFI=Km\Delta x\frac{H^*-H_{B}}{\Delta x}

Так как Q=\frac{1}{4}Q_c, то:

(2) H^* - H_{B} = 0.25\frac{Q_c}{T}

Если теперь почленно вычесть (2) из (1), то:

(3) H_{B}-H_{c}=S_{c}-S_{B}=\frac{Q_c}{T}\left(\frac{1}{2\pi}ln\frac{\Delta x}{r_{c}}-0.25\right)

Таким образом, к напору/понижению, получаемому в «скважинном» блоке, следует сделать поправку по формуле (3). Особенно об этом надо помнить при работе с «чужими» программами численного моделирования, для которых, как правило, нет внятного описания многих деталей построения расчетных алгоритмов. Решить эту проблему (а это действительно проблема, так как разность может быть весьма значительной) можно только путем тестирования программы по аналитическим решениям.

При конструировании модельной сетки следует стремиться к квадратной разбивке в области расположения скважин, стараясь «посадить» скважины в узлы блоков.

Еще одно замечание: если в один блок сетки модели попадают несколько работающих водозаборных скважин, то их приходится объединять в одну эквивалентную, т.е. заменять их «большим колодцем» с суммарным дебитом, рассчитав его радиус по вышерассмотренным зависимостям.

Характер притока к водозаборной скважине в РЕАЛЬНОМ (синие стрелки) фильтрационном потоке и на СЕТОЧНОЙ МОДЕЛИ (черные стрелки)

Из выражения (3) так же следует, что если вы не хотите каждый раз пересчитывать «сеточный» напор в «скважинный», то размер блока модели\Delta x, при котором теоретически H_{B}=H_{c}, следует задавать таким:

\Delta x=e^{0.5\pi}r_{c}\approx 4.81r_{c}

Таким образом, если радиус нашей скважины составляет r_c=125 мм, то размер «скважинного блока» модели должен быть равен приблизительно 0.6 м. Не очень то много — так дробить сетку не каждая модель позволит.

P.S.: в книге “FINITE-DIFFERENCE MODEL FOR AQUIFER SIMULATION IN TWO DIMENSIONS WITH RESULTS OF NUMERICAL EXPERIMENTS” By P. C. Trescott, G. F. Pinder, and S. P. Larson на 9 и 10 странице приводится похожее решение этой задачи.

Сколько метров в градусе

У моего блога небольшой юбилей — 100-я запись. Чуть более назад, когда я начинал это дело, мне и в голову не могло придти, что рубеж в сотню постов вообще будет преодолен. В голове тогда было идей на пару десятков записей, а вот поди ж ты. А поделиться в этот «зднаменательный» пост я хотел небольшим “know how”, которое будет очень полезно тем, кто столкнулся с реальными задачами, а не тестовыми примерами из обучающих наборов.
Большая часть программ для гидрогеологического моделирования с географическими координатами, выраженными в градусах, работать либо не умеют, либо умеют, но так, что лучше бы не умели вовсе. В то же время, общедоступные подборки векторных карт от сообщества OpenStreetMap, которые очень удобно использовать в качестве подложек для моделей, на беду представлены именно в градусной координатной сетке (Longitude/Latitude WGS84, если «выражаться» в терминах MapInfo). Так что же делать? Надо поменять градусную координатную сетку на метровую. В том же MapInfo это делается путем пересохранения нужного слоя в проекции Universal Transverse Mercator WGS84. Главное тут — не ошибиться сильно с зоной (Москва, в частности, находится в 37-й зоне), но в этом вопросе поможет разграфка зон UTM (via: Часто задаваемые вопросы по координатам, проекциям, системам координат).

Коллегам на заметку

Местная система координат города Железнодорожный отличается от Московской местной системы координат сдвигом точки отсчета ровно на 28 км на восток и на 6 км на север.

Мальчик, девочка — да какая разница

«Непосвященные» и даже некоторые специалисты смежных специальностей часто путают две науки: гидрогеологию и гидрологию. Так вот, это разные науки. Взаимосвязанные, но разные. Причем в МГУ их вообще на разных факультетах преподают. Гидрогеологию — на геологическом, а гидрологию — на географическом. Вот, две цитаты из Википедии:

1. Гидрогеоло́гия (от др.-греч. ὕδωρ «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

2. Гидроло́гия (греч. Yδρoλoγια, от др.-греч. Yδωρ — вода + λoγoς — слово, учение) — наука, изучающая природные воды, их взаимодействие с атмосферой и литосферой, а также явления и процессы, в них протекающие (испарение, замерзание и т. п.).

Что характерно, в этой же статье указано, что:

Предмет изучения
Все виды вод гидросферы в океанах, морях, реках, озёрах, водохранилищах, болотах, почвенные и подземные воды.

Так вот, гидрология в отечественном понимании этого термина подземными водами не занимается, за исключением особенностей их взаимосвязи с поверхностными водами — основным предметом изучения этой науки. А вот на Западе часто гидрологию и гидрогеологию объединяют в одну дисциплину, отсюда и такие неточности в Вики. С моей точки зрения, кстати, правильно делают, что объединяют: круговорот воды на планете пока никто не отменял и «выкусывать» из него отдельные куски для отдельного изучения не очень то хорошая идея. Да и не получается, на самом деле.

Пара ссылок

Interactive Ground Water. И такая есть программа для гидрогеологического моделирования. Установил я её и если честно — так и не понял, как с ней работать.
Explain it to me: Fracking. Подборка видеоклипов, в которых наглядно объясняется, что такое гидроразрыв и с чем его кушать. На английском, но язык не сложный.

Развенчивая мифы

Среди начинающих гидрогеологов бытует мнение, что для обучения гидрогеологическому моделированию достаточно в подробностях изучить какой-либо из имеющихся инструментов и всё — специалист-модельер готов. К сожалению, это не так. Владение инструментом — необходимое, но недостаточное условие. Более того, доскональное знание всех особенностей программы, приводящее к зацикливанию на технической стороне решения проблемы, зачастую даже мешает. Как я уже говорил, модель — это некая визуализация представлений о реальности, возникших в голове специалиста. Очевидно, что если этих представлений в голове специалиста не возникает, то и модель ничего общего с реальностью иметь не будет. Еще чаще случается так, что представления хоть и есть, но неверные.

Ключ к решению — только опыт. Опять же, представляется очевидным, что на начальном этапе карьеры, когда опыта нет и быть не может, его придется позаимствовать. Словом, ищите наставника. Причем вовсе не обязательно, чтоб он сам занимался моделированием — просто опытный гидрогеолог подойдет не хуже.

p.s.: А мне повезло, я учился у лучших.

Ссылки

Groundwater Science Textbook. Еще один вариант обработки откачек с помощью Excel.
EPA on-line tools for deliniating plumes and site assessment. Замечательная подборка онлайновых (даже так!) модулей с миграционными расчетами:

Formulas:

• Hydraulic Gradient
• Vertical Gradient
• Moisture Content
• Solubility, Vapor Pressure, Henry’s Constants for petroleum hydrocarbons estimated from the SPARC Performs Automated Reasoning in Chemistry
• Henry’s Law Constants for a variety of chemical types
• Retardation Factor
• Estimated Longitudinal Dispersivity
• Estimated Diffusion Coefficients
• Darcy’s Law 
• Seepage Velocity
• Effective Solubilities 
• Temperature-Dependent Effective Solubility
• Mass Distribution 

Models

• Plume Diving
• Borehole Concentration Averaging
• Steady State Plume Length
• One-Dimensional Transport from a Continuing or Pulse Source
• Concentration Uncertainty Calculator
• Domenico Steady-State, Centerline Model
• Domenico Unsteady Three-dimensional Model

Задание геометрии слоев

Не знаю как для вас, но для меня самая, если можно так выразиться, нелюбимая часть моделирования — это процесс задания рельефа кровель и подошв водоносных и водоупорных слоев. Основные сложности возникают с выклиниванием (MODFLOW как известно не поддерживает разрывов слоев по простиранию и слоев нулевой мощности) и экстраполяцией (ну, т.е. когда имеющиеся скважины пробурены не на всю площадь моделирования — приходится иногда фантазировать).
Однако, с опытом набирается некий запас хитростей и know-how по решению таких задач. Выклинивающийся слой можно сделать околонулевой мощности — слой как-бы останется, но на решение уже влиять не будет. Другой вариант: в выклинившемся слое задать параметры аналогичные подстилающему или надстилающему слою — это сложнее, но с методологической точки зрения более грамотно. Важно помнить, что логичное казалось бы действие: сделать слой неактивным за границей выклинивания, приведет к образованию глухой непроницаемой границы для вертикального перетока. Само собой, это актуально для моделирования многослойной толщи и когда выклинивающийся слой находится посередине. Окажись он сверху или снизу — этот метод вполне применим. С экстраполяцией сложнее: приходится внимательно изучать геологические карты района, смотреть разрезы, выискивать архивные скважины. Творческая задача, одним словом.
У тех, кто работает с горно-складчатыми областями свои погремушки: bedrock folding, when not to use interpolation.

Немного юмора

Эх, а в старые добрые времена геологи работали в поле.

Скачать программы для гидрогеологического моделирования

У меня очень часто спрашивают, где можно скачать (или хотя бы посмотреть) программы для гидрогеологического моделирования. Добавил соответствующий раздел в FAQ и для надежности продублирую тут.

• Бесплатная версия PMWIN 5.3 — http://www.simcore.com/pm53
• Пробные версии PMWIN 7 и 8 — http://www.simcore.com/download
• Разные варианты Visual Modflow — http://www.swstechnology.com/groundwater-software/groundwater-modeling
• Aquaveo GMS — http://www.aquaveo.com/gms
• ModelMuse — http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
• mflab — http://code.google.com/p/mflab/
• Interactive Ground Water — http://www.egr.msu.edu/igw/igw_download.html
• Geolink ModTech — http://www.geolink-consulting.ru/products/modtech/download.html
• AnAqSim — http://www.fittsgeosolutions.com/index.html
• Groundwater Vistas — http://www.groundwater-vistas.com/gwv/product_info.php?products_id=43
• Leapfrog Hydro — http://www.leapfrog3d.com/products/leapfrog-hydro

Поля в Саудовской Аравии и пара ссылок

Процитирую оригинальную запись со странички журнала «Популярная механика» в социальной сети Google Plus:

Эта зеленая мозаика - ложно-цветное изображение полей в Саудовской Аравии с системой кругового полива, полученное со спутника. Каждый круг около километра в диаметре. Для орошения используется "ископаемая" вода, скрытая на глубине со времен последнего ледникового периода. Водоносные горизонты залегают в километре под песками пустыни. Гидрогеологи (испр. мое) полагают, что этих запасов хватит на полвека. (Изображение в высоком разрешении: http://goo.gl/4DkG2, NASA Earth Observatory)

Кстати сказать, соседи СА, сидящие на том-же артезианском бассейне, крайне ими недовольны. По большому счету, орошаемое земледелие для СА, при их то финансах, — просто блажь, а вот горизонт осушается очень быстро и соседям уже скоро пить будет нечего. Кое где и сейчас уже проблемы: уровень воды понизился и имеющиеся скважины пересохли.

И чтоб два раза не вставать, еще пара интересных ссылок:
Large dams should go underground say scientists. Масштабная затея с захоронением запасов подземных вод вместо строительства поверхностных водоемов. Удобно и практично: нет потерь от испарения (а для Австралии это ого-го проблема) и дополнительный фильтр для загрязненной воды. Интересно, как там по деньгам выходит. Дамбу то — один раз построил и все, а тут постоянно воду закачивать придется.

Managed aquifer recharge – the injection or infiltration of excess surface water into underground aquifers – could help secure the nation’s water supplies for an uncertain future, say researchers from the National Centre for Groundwater Research and Training (NCGRT).

Groundwater pumping leads to sea level rise, cancels out effect of dams: study. Еще со школы все помнят о круговороте воды в природе. Так вот оказывается, что выкачивая подземную воду, мы нарушаем естественный ход событий: не вся выкачанная подземная вода просачивается обратно в почву, но еще и испаряется и стекает в реки. А в результате: повышение уровня мирового океана.

As people pump groundwater for irrigation, drinking water, and industrial uses, the water doesn't just seep back into the ground – it also evaporates into the atmosphere, or runs off into rivers and canals, eventually emptying into the world's oceans. This water adds up, and a new study calculates that by 2050, groundwater pumping will cause a global sea level rise of about 0.8 millimeters per year.

Комплексное гидрогеолого-гидравлическое моделирование

Я как-то уже упоминал свою диссертацию. По вине собственной лени (в большей степени) и страха выступлений перед большим скоплением народа (в меньшей), я так и не защитил её. Хотя сделано было немало: разработана методика, реализовано несколько проектов (коммерческих, кстати), написано несколько статей. По большому счету, там оставалось самое муторное — скомпоновать имеющиеся материалы в единое целое, переплести и защитить. Подозреваю, что 90% всех заброшенных диссертаций и докторских были заброшены именно на этом этапе.
На днях получил электронное письмо от Александра Владилиновича Расторгуева, под чьим руководством в стенах тогда еще ФГУП «НИИ Водгео» я можно сказать сформировался как специалист в гидрогеологическом моделировании. И он мне посоветовал сделать рубрику в блоге, посвященную теме моей диссертации. Идея здравая, как мне кажется. В конце-концов, может хоть так у меня самого в голове утрамбуется весь тот сумбур, что в ней образовался. Тут, как говорится, надо просто начать. Будем считать эту запись анонсом новой рубрики.

Дабы соответствовать заголовку, попробую в двух словах описать суть моей диссертации. Надеюсь, смогу сделать это, что называется, «на пальцах». Полное название моей диссертации звучит так: «Комплексные расчеты водозаборов подземных вод в сложных гидрогеологических условиях», а суть ее достаточно проста: скважины крупного водозабора, объединенные общим водоводом (или даже более сложной сетью водоводов), взаимно влияют друг на друга не только под землей, но и над. Причем традиционно расчет работы водозабора происходит в два этапа: на первом специалисты гидрогеологи считают подземную часть задачи, а на втором полученные распределения напоров и расходов используются как заданные специалистами гидравликами.
Однако такой подход не позволяет учесть тот факт, что водозаборы подземных вод представляют собой комплекс водозаборных сооружений и сооружений системы подачи воды от скважин, все элементы которого гидравлически взаимосвязаны. Эта связь проявляется в том, что производительность водоподъемного оборудования зависит от положения динамических уровней воды в скважинах, а те, в свою очередь, определяются количеством отбираемой воды из скважин. Иными словами, уровень воды в скважинах зависит от их дебита, а дебит — от уровня. Q~H и H~Q, причем как в гидравлической, так и в гидрогеологической постановке.
Созданная нами комплексная гидравлико-гидрогеологическая модель позволяет в достаточной мере учесть интерференцию скважин, как в подземном пространстве, так и по трубам на поверхности.
Вот, как-то примерно так.

GeoSolid3D

Кажется, в полку бесплатных препроцессоров к MODFLOW прибыло: GeoSolid3D — блог разработчика, результаты трудов которого можно скачать с сайта geosolid3d.sourceforge.net. Будем следить за развитием проекта, надеюсь у автора хватит сил и терпения довести программу до рабочего состояния.

Правильная засыпка дрены

Наиболее применяемая конструкция дренажа (кликабельно)

Любой специалист по водопонижению вам подтвердит, в дренаже самое главное — его реализация. Даже идеально рассчитанный и спроектированный дренаж может быть реализован на месте так, что перестанет работать через месяц после начала начала эксплуатации.

Тем более удивительно, что некоторые т.н. специалисты умудряются публиковать в интернете советы по засыпке дренажа, прямо противоречащие всем нормам и здравому смыслу. В первую очередь это касается вопроса обмотки дренажной трубы геотекстилем (у нас его еще называют дорнит или дарнит). Так вот, никаких фильтрующих обмоток трубы быть не должно. Это безграмотно! Труба с фильтрующей обмоткой применяется только для осушения сельхозугодий, т.к. фильтровых обсыпок там не применяют и труба лежит в коренном грунте. Эти системы работают короткое время (1-3 года, не более). Геотектиль обматывается вокруг призмы из щебня, предотвращая таким образом её заиливание.

За помощь в создании этой заметки хочу поблагодарить специалистов проектного отдела ЗАО «ДАР/ВОДГЕО».

Запасы подземной воды в Африке

Оригинальная статья: Quantitative maps of groundwater resources in Africa. Все конечно не столь радужно, как поспешили расписать в СМИ.

ООПТ в Москве

Ставлю себе памятку на будущее, авось еще кому-нибудь пригодится: если считаете гидрогеологический прогноз влияния подземной части сооружения, дренажа или строительного водопонижения на подземные воды, обращайте внимание на ближайшие парки и рекреационные зоны. Дело в том, что они вполне могут оказаться т.н. Особо Охраняемыми Природными Территориями (ООПТ) и в итоговом отчете нужно отдельно о них упомянуть. В частности, надо оценить последствия проектируемых мероприятий на растительный и животный мир, а так же на водный режим территории.

Мосводоканал — молодцы

Качество московской воды теперь можно проверить онлайн. У меня был небольшой опыт сотрудничества с Мосводоканалом, достаточно давно, правда. Не скажу, что особо успешный, но впечатление осталось в целом положительное — специалисты там работают заинтересованные и компетентные.

Мосводоканал запустил на своем сайте новый сервис — онлайн-проверку качества воды. Фактически это интерактивная карта Москвы. В специальной графе нужно указать адрес — под картой появится таблица, где описаны состав воды, цвет, pH, мутность, содержание вредных веществ, наличие железа и микробов. В следующем столбце прописаны требования СанПиН к качеству воды. Кроме того, указан источник воды и станция водоподготовки.

Экспертиза при строительстве жилья станет необязательной

В.Путин: Экспертиза при строительстве жилья станет необязательной. Ну, а что я говорил? Это, правда, строительная экспертиза, а не экспертиза инженерно-геологических изысканий, но они там рука об руку ходят.

В будущем Россия может отказаться от обязательной экспертизы при строительстве жилья, заявил сегодня премьер-министр Владимир Путин на открытии совещания по жилищному строительству в подмосковном городе Истра.

Русско-английский гидрогеоэкологический словарь

Тут у меня недавно спрашивали, где достать упомянутый мною гидргеологический англо-русский словарь. Я в ответ написал, что про существование такого не слышал. Однако, добрые люди указали мне на оплошность и прислали таки русско-английский гидрогеоэкологический словарь. Не англо-русский, конечно, но всяко лучше, чем ничего. Он немного неудобен в использовании — там все внутренние ссылки ведут на внешний сервер, который сейчас недоступен, я в ближайшее время это исправлю, а пока качайте как есть.

Негосударственная экспертиза проектной документации и результатовинженерных изысканий

Процитирую новость с Портала проектировщиков:

С 1 апреля 2012 года вступили в силу изменения, внесенные Федеральным Законом РФ от 28.11.2011 N 337-ФЗ.

Данные изменения касаются введения негосударственной экспертизы проектной документации и результатов инженерных изысканий как альтернативы государственной экспертизе. При этом предусмотрено, что только государственной экспертизе подлежит проектная документация объектов:

• строительство, реконструкцию, капитальный ремонт которых предполагается осуществлять на территориях посольств, консульств и представительств Российской Федерации за рубежом, в исключительной экономической зоне Российской Федерации, на континентальном шельфе Российской Федерации, во внутренних морских водах, в территориальном море Российской Федерации, объектов обороны и безопасности, иных объектов, сведения о которых составляют государственную тайну, автомобильных дорог федерального значения, объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) федерального значения (при проведении капитального ремонта в целях их сохранения), особо опасных, технически сложных и уникальных объектов, объектов, связанных с размещением отходов I-IV классов опасности;
• строительство, реконструкцию, капитальный ремонт которых планируется осуществлять на особо охраняемых природных территориях;
• финансируемых за счет бюджетных средств.

Вводится запрет для органов государственной власти и подведомственных им учреждений, проводящих государственную экспертизу, на проектирование. Также запрещается проводить негосударственную экспертизу тем же органам, которые разрабатывали проектную документацию, представленную на негосударственную экспертизу. Нарушение данного запрета влечет за собой аннулирование аккредитации на право проведения негосударственной экспертизы.

Негосударственные эксперты подлежат аттестации.

Установлен срок для обжалования заключения экспертизы - 3 года в комиссию при Минрегионе РФ. Также возможно судебное обжалование решения данной комиссии.

Устанавливается требование к организации, проводящей негосударственную экспертизу, о наличии аккредитации и не менее 8 работников по основному месту работы, аттестованных на право проведения экспертизы проектной документации и (или) результатов инженерных изысканий. Аттестация экспертов осуществляется экспертно-квалификационной комиссией в порядке, установленном Министерством регионального развития Российской Федерации.

Введена норма о создании государственных реестров физических и юридических лиц, осуществляющих экспертизу. Срок действия квалификационного аттестата составляет 5 лет. Минрегион ведет реестр экспертов. Он общедоступен, должен размещаться в Интернете.

В перечень документов для выдачи разрешения на строительство внесен пункт, касающийся предоставления копии свидетельства об аккредитации юридического лица, проводившего негосударственную экспертизу.

Ну что тут можно сказать. С одной стороны, новость конечно замечательная, негосударственная экспертиза — первый шаг к добровольной экспертизе и ответственному бизнесу, а с другой, страшно представить какая вакханалия может начаться пока все это устаканится.

И еще разок о граничных условиях

Наткнулся на замечательную статью на сайте USGS (это уже становится традицией, не находите) о граничных условиях в геофильтрационном моделировании: System and Boundary Conceptualization in Ground-Water Flow Simulation — там внизу найдете ссылку на 3-меговую pdf-ку. С удивлением узнал, что разделение граничных условий по родам имеет место и в англоязычной литературе. Раньше мне это как-то в глаза не бросалось.

Как ускорить работу MapInfo

Думаю, для тех, кто много работает с этой программой, мой следующий совет новостью не станет, хотя лично я о этой функции частенько забываю. Так вот, если вы заметили, что MapInfo начал ни с того ни с сего заметно подтормаживать в процессе отрисовки карты при зуммировании или перетаскивании, то вам поможет функция Table\Maintenance\Pack Table, «натравленная» на самые большие открытые таблицы. Скорость работы возрастает на порядки. Не забудьте предварительно сохранить все таблицы и рабочее пространство (особенно его, т.к. в процессе «упаковки» таблицы будут закрыты).

Сертификат соответствия для Modflow

Есть у наших доблестных экспертов и представителей СРО такой пунктик: требовать от гидрогеологов сертификат соответствия и лицензию на расчетные программы. Вообще, согласно нашему законодательству, сертификация программных средств является добровольной и экспертам рекомендовано интересоваться наличием этих самых сертификатов соответствия. Насколько я помню, из всей массы программ для геофильтрационного моделирования сертификат есть только у Geolink ModTech, да и то не факт, что он до сих пор действителен. Modflow, являясь некоммерческой разработкой Геологической Службы США, такой сертификации не проходил. Кроме того, почему-то сертифицируют у нас не сам расчетный модуль (что было бы логично), а т.н. пре- и постпроцессоры. Вот, две полезные ссылки по теме:

1. http://csert.ru/doc/r3.htm
2. http://csert.ru/doc/letter.htm

Так что же делать, если эксперт требует этот несчастный сертификат. Первым делом — насторожиться, поскольку по моему личному опыту такой вопрос чаще всего возникает в случаях, когда эксперту поручено «зарезать» отчет. В качестве отписки могу лишь посоветовать отправить эксперту нижеследующий текст — иногда срабатывает. А вот что делать, если в уставе СРО прописано обязательное использование исключительно сертифицированных программных средств, я не знаю.

Справка об используемых программных средствах

В настоящее время наиболее разработанными и широко используемыми во всем мире для решения задач связанных с моделированием движения подземных вод являются программа MODFLOW и связанные с ней программы MODPATH, MT3DMS,PEST и некоторые другие. Начало разработки этого пакета программ положено более 20 лет и в настоящее время он является наиболее оттестированным и надежным. MODFLOW и связанные с ней программы фактически являются мировым стандартом для решения задач фильтрации и массопереноса. Большая часть задач, связанных с поземной гидросферой, решается на основе использования этих моделей. При порождении международных экспертиз часто требованием экспертов является именно использование этих программ.
В США MT3D и MODFLOW рекомендуются к использованию Агентством окружающей среды и Геологической службой. На сайтах этих организаций представлены тестовые примеры, подтверждающие правильность результатов расчетов, выполненных с помощью MODFLOW и связанных с ней программ.
Согласно Федеральному закону от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании»: сертификация делится на обязательную и добровольную. Программные средства для гидрогеологических расчетов не включены «Перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации». Таким образом, сертификация таких программ является добровольной.
В России MODFLOW и связанные с ней программы широко применяются в таких уважаемых организациях как: ГИДЭК, МГУ, СПГУ, НИИ ВОДГЕО, Гидропроект и многих других. Для подготовки данных и визуализации результатов расчетов при использовании MODFLOW и связанных с ней программ в нашей организации используется следующее программное обеспечение:

• PMWIN 5.1 — распространяется бесплатно.
• ModelMuse 2.13.0.0 — распространяется бесплатно.

Что же касается лицензий на дорогостоящие программные комплексы типа PMWIN 8.0, Visual MODFLOW, GMS и т.п., то все что я могу посоветовать — это купить их. Других вариантов у меня нет.

Важное дополнение! На сайте сертификационного центра выложен список сертифицированных программ: http://csert.ru/list.php. Вот цитата из него:

Обозначение программной продукции	Название программной продукции	№ сертификата соответствия и срок его действия.	Нормативные документы, на соответствие которым выдан сертификат соответствия
Подкласс 2.41. Защита от опасных геофизических воздействий.
Программа PMWIN. Версия 5.3	Геофильтрационные и геомиграционные расчеты на основе численных методов конечных элементов.	РОСС RU.СП15.Н00551 (28.11.2012 – 27.11.2014)	СНиП 2.04.02-84*, СНиП 22-02-2003, СП 116.13330.2012 (СНиП 22-02-2003), СНиП 2.06.15-85

Таким образом, у одной из версий PMWIN (древней, но к счастью бесплатной) таки есть сертификат. Осталось раздобыть где-нибудь его копию, дабы от экспертов отвязаться раз и навсегда.

Расчет самозатопления карьера

Решил поделиться одной своей наработкой из области горной гидрогеологии. Заранее оговорюсь: этот подход совершенно неуниверсален и крайне маловероятно, что получится его применить еще где-нибудь.

Постановка задачи:

Есть карьер, расположенный склоне небольшой горы (высотой примерно 800 метров). Глубина карьера составляет 550 м (абсолютная отметка дна карьера равна 410 м). Под горой протекает река с абсолютной отметкой уреза — 450 м. Расстояние от карьера до реки в среднем составляет 80 м. Периметр подгорной части карьера равен 100 м. Особенности рельефа нагорной части позволяют утверждать, что все атмосферные осадки в пределах области водосбора за вычетом испарения будут поступать только в карьер при любом уровне воды в нем. Области подземного и поверхностного водосбора совпадают. Водоупор находится на глубине 550 м и что важно — рельеф его кровли полностью повторяет рельеф поверхности.

Задача:

Надо посчитать за какой срок после окончания разработки и процедур осушения карьер наполнится водой и до какой отметки.

Решение:

Ну, с водопритоком с нагорной части все понятно:

Q_n=\left (\omega -\varphi \right )\cdot S...(1)
где:

• ω – среднегодовые атмосферные осадки;
• φ – испарение;
• S – площадь водосбора.

Воде на склоне некуда деваться и она либо поверхностным, либо подземным стоком неминуемо притечет в карьер. Чтоб увязать Q_n и q₁ из рисунка — надо разделить Q_n на периметр нагорной части карьера, но для расчета это не нужно.

Водоприток с подгорной части происходит за счет фильтрации подземных вод в/из реки. Приток (отток) подземных вод связан с уровнем воды в реке следующим выражением (при отсутствии поверхностнго стока, см. рисунок):

q_2=k\frac{h_{0}+h_{L}}{2}\cdot\frac{H_0-H_L}{L}-\frac{b(\omega -\varphi )}{2}L...(2)
где:

• q₂ – удельный расход потока;
• k – коэффициент фильтрации;
• h₀ – мощность потока вблизи карьера;
• h_L – мощность потока вблизи ручья;
• H₀ – уровень воды в карьере;
• H_L – уровень воды в ручье;
• L – расстояние между карьером и ручьем;
• b – коэффициент стока.

В данном выражении я увязал вместе две известных зависимости для фильтрации между двумя разноуровенными водоемами: при наклонном водоупоре и при наличии инфильтрации.

Формула приведена для расчета удельного расхода потока, для получения величины водопритока (Q_p) в карьер удельный расход должен быть умножен на периметр подгорной части карьера (P):

Q_p=q \cdot P...(3)

Дальше, казалось бы, задача превращается в очевидную: приравнять выражения (1) и (2) с учетом (3), но увы, тут нас ждет подвох. Дело в том, что выражении (2) присутствует величина H₀ (уровень воды в карьере), которая вообще-то зависит от объема притекшей на заданный момент времени воды в карьер, т.е. эта величина динамически изменяется в зависимости от текущего соотношения Q_p и Q_n. К тому же h₀ ( мощность потока вблизи карьера) равна в нашем безнапорном случае:

h_0 = H_0 - H_v...(4)
где:

• H_v – абсолютная отметка кровли водоупора на краю карьера, обращенном к реке;

Таким образом, мы приходим к классической ситуации: расход зависит от напора, а напор от расхода. Решение я опущу в силу его громоздкости, но поясню суть (если кому интересно, xls-ку можно скачать по ссылке: drive.google.com..., только не просите меня объяснить, как оно работает). Основные положения:

1. Зависимость уровня от объема поступившей воды — ступенчатая, в силу ступенчатости бортов карьера (на рисунке этого не видно, я поленился рисовать уступы).
2. Между «ступеньками» эта зависимость — линейная. Ну, тоже понятно, борта уступов почти линейны и имеют небольшой наклон. Тут я просто вытряс из проектировщиков объемы карьера на заданных отметках (кромках уступов) — предложил было аппроксимировать борт карьера усеченным конусом, но получил по рогам.
3. Выбираем шаг по времени Δt.
4. По формулам (1) и (2,3) считаем объем воды (Q_n + Q_p), поступивший в карьер к моменту времени Δt.
5. По выявленной ранее зависимости уровня воды в карьере от объема поступившей в него воды получаем новый уровень H₀.
6. Считаем водоприток, подставляя в выражение (2) уже новое значение H₀. Объем поступившей воды в карьер соответствует моменту времени 2Δt.
7. Повторяем последние два пункта пока не достигнем «стационара», т.е. до того момента, пока водоприток в нагорной части не уравняется с оттоком в сторону реки. Получаем искомую равновесную отметку воды в карьере и момент времени nΔt, когда произошло это радостное событие.
8. Попутно отмечаем момент, когда q₂ в выражении (2) меняет знак, т.е. подземный приток от реки сменяется на отток.

Краткий итог:

• Насколько я знаю, такая схема называется явной. Очевидно, она чувствительна к выбору шага по времени Δt.
• Важно помнить, что равновесный уровень воды в карьере теоретически может оказаться выше нижней кромки карьера, т.е. вода просто начнет переливаться через край и уйдет в реку поверхностным стоком (у меня на одном из карьеров так и случилось), и тут возникает большая неприятность с величиной ω-φ, но учитывать еще и это мне показалось совсем уж крохоборством.
• А еще там периметр P зависит от H₀ (при подъеме уровня в образующемся озере, очевидно, растет и его периметр) — это я тоже не стал учитывать, а вообще следовало бы т.к. результат оказался очень чувствителен к этому параметру.
• Этот нехитрый расчет вроде бы не очень сложно запихнуть в тот же MODFLOW, но я пока не обдумывал детали — наверняка всплывет какая-нибудь заковыка.

Вот и все. Если что непонятно — спрашивайте. Заметили ошибки — ругайте.

О языках

Уважаемые начинающие гидрогеологи-моделисты и им сочувствующие, всеми святыми заклинаю вас — учите английский язык. Без него вы гарантированно не состоитесь, как специалисты. К величайшему сожалению, отечественная школа геогидродинамики (одним из маленьких разделов которой и является фильтрационное моделирование) умерла вместе с Мироненко и Шестаковым. Но, как говорили классики, «заграница нам поможет»! Вы не представляете, сколько интересных статей публикуется в англоязычной научной периодике — у нас даже в лучшие годы не было и 10% от этого объема. А ныне и говорить даже не хочется. А как невообразимо прекрасны гидрогеологические группы в LinkedIn — но этом я уже говорил. Они закрыты, поэтому ссылку давать бестолку: ищите в поиске по запросу "MODFLOW","Groundwater Modeling", "Hydrogeology" и т.п.
Так что не надо спрашивать у меня ссылку на русское руководство к Modflow — даже если бы знал, не сказал. Учите язык. К счастью, гидрогеологический англо-русский словарь весьма прост в освоении.

Wanted: горные гидрогеологи

Уважаемые читатели моего блога, если среди вас присутствуют горные гидрогеологи или вы, паче чаяния знакомы с такими специалистами, убедительная просьба: свяжитесь со мной в комментариях к этой записи или по емейлу: water+blog@alick.ru. Есть несколько вопросов и возможно предложение о сотрудничестве.

С Днем Геолога!

Поздравляю всех коллег и сопричастных с профессиональным праздником!

Обожаю СНиП-ы

Перечитываю на досуге наш основной документ, дающий хлеб немалому количеству моих коллег — СП 11-105-97 Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Цитата:

8.4.18. Прогноз изменения гидрогеологических и инженерно-геологических условий на территориях развития подтопления при разработке проектной документации должен составляться в соответствии с требованиями пп. 6.7 и 6.20 СНиП 11-02-96, пп. 5.13 и 7.19 СП 11-105-97 (часть I) ), а также пп. 8.1.6, 8.2.12, 8.3.6, 8.3.7 и 8.3.15 настоящего свода правил.

Начинаем просматривать указанные ссылки, доходим до последней и вот что видим:

8.3.15. Прогнозы изменений гидрогеологических условий при изысканиях для разработки предпроектной документации на территориях развития подтопления должны выполняться в соответствии с пп. 8.1.6, 8.2.12, 8.3.6, 8.3.7 и приложением Л.

Замечательно. При всем уважении, всегда считал людей, пишущих СНиП-ы, обладателями весьма странного склада ума. Впрочем, еще более странным складом ума обладают писатели т.н. «пособий к СНиП-ам». Ведь предполагается, что они разобрались в содержании того документа, к которому пишут пособие. Это вообще за гранью добра и зла.

Откачки при ИГ-изысканиях

Иногда так случается, что у изыскателя внезапно возникает необходимость в проведении опытно-фильтрационных работ на площадке будущего строительства. Если в штате фирмы нет гидрогеолога, то проблема рискует превратиться в серьезную. Особенно в свете того факта, что нынче в составе МГЭ завелась неведомая туча экспертов, перешедших туда из почившего «Гидропроекта». Уж в чем в чем, а в откачках они разбираются очень хорошо.
Итак, что же делать. Проще всего найти знакомого гидрогеолога, который поможет вам провести откачку и напишет соответствующую главу в отчет об изысканиях. В принципе, ничего сложного в этом нет, если знаешь «как». И если работать в частном порядке, то это совсем недорого получится. Специализированные предприятия конечно же цену заломят (особенно любят ломить цены фирмочки, связанные с вышеупомянутыми экспертами).
А так, все конечно зависит от ситуации, но в общем случае надо выполнить следующие пункты:

1. На основе имеющихся данных о гидрогеологических условиях надо составить программу откачек — сколько качать, где качать, с какой глубины качать и как долго.
2. Пробурить в отмеченных местах гидрогеологические скважины. Скорее всего придется их обсадить.
3. Провести откачки согласно программе. Потребуется насос и уровнемер (уровнемеры, если откачка кустовая). Рекомендую разориться на электроуровнемер — они удобнее особенно при замере уровня в скважине, оборудованной насосом. Есть еще ультразвуковые, но они стоят как самолет.
4. Обработать результаты откачек. Сложного тут ничего нет — всего пяток формул, но только опытный специалист знает — которую из них нужно применить.
5. Написать главу в отчет. Там буквально одна страница обычно получается, если не считать обязательного приложения в виде журнала откачки и графиков обработки.

P.S.: я не отношу себя к гуру опытно-фильтрационных работ, поэтому вполне мог что-то забыть или перепутать, поэтому если у вас есть дополнения — буду рад увидеть их в комментариях.

Обо мне

Добавил самую важную страницу в любом блоге — страничку о себе. Если вы относите себя к постоянным читателям этого блога, то буду рад, если вы представитесь там в комментариях. Разумеется, я не настаиваю, если не хотите, то можете сохранить инкогнито.