Основание для «стены в грунте»

Как я уже писал ранее, т.н. «стена в грунте» — далеко не всегда оказывается надежной преградой для фильтрации грунтовых вод в котлован. Тогда я отмечал качество строительных работ. Однако, это не единственная проблема при использовании этого метода защиты от подтопления.
Бывает так, что не только строители оказываются виноваты в возникновении бассейна на том месте, где ожидается подземный гараж. Весьма распространенная ошибка гидрогеолога-модельера заключается в неправильном выборе грунта основания для проектируемой «стены в грунте». Стена, заглубленная на метр-полтора в суглинки или супеси, не защитит котлован от подземных вод. Поток «ныряет» под стену и благополучно разгружается восходящей фильтрацией внутри периметра. В то же время, инженерную задачу укрепления стен котлована такая стена решает в полной мере.
Особенно коварны в этом плане широко распространенные в Москве отложения волжского яруса верхней юры (J₃v), представленные суглинками и глинами с частыми прослоями водонасыщенных песков. Практически всегда эти отложения подстилаются глинами оксфордского яруса (J₃ox). Коллеги часто допускают ошибку, задавая в качестве нижней (непроницаемой) границы модели волжские суглинки. При калибровке модели эта ошибка практически никогда не всплывает, т.к. вклад этого «горизонта» в плановую фильтрацию практически незаметен. Затем гидрогеолог без тени сомнения задает на модели стену в грунте до кровли волжских отложений, постулируя их непроницаемость. Но суглинки может и были непроницаемые при типичных градиентах плановой фильтрации в 0,005, но когда градиент достигает величины 5 и более, тут кто угодно «зафильтрует». Если мы хотим с помощью «стены в грунте» защититься от подземных вод, то «ставить» её надо только на мощные водоупорные отложения (региональный водоупор из оксфордских глин - хороший кандидат), заглубляясь туда на несколько метров, увеличивая путь обходной фильтрации.
Последнее слово всегда остается за проектировщиками и строителями, но уже на этапе изысканий (а гидрогеологические прогнозы делаются именно на этом этапе) должно быть четко отмечено: «стена в грунте» на суглинках - плохая преграда для подземных вод. И если проектировщик выбирает именно такую конструкцию, то он сразу должен проектировать и дренаж (кольцевой, а лучше пластовый), если не хочет бассейна на месте котлована. Я в своих отчетах этот момент всегда подчеркиваю, чтоб потом ни у кого не возникало желания повесить на меня всех собак — типа не предупредил, не сказал, что стена не стена и т.п.

Гидрогеологические исследования в местах развития ММП

Волею судеб занесло меня на месяц на Чукотку. Собственно говоря, я пока отсюда не уехал — пишу практически «из горящего танка». Занимаюсь оценкой гидрогеологических условий на будущем большом карьере (точнее не скажу, т.к. «коммерческая тайна»). Основных сложностей две:

1. За работу взялись очень поздно — предварительная программа работ была готова только в апреле, когда зимник, по которому сюда можно привезти серьезное оборудование, уже растаял.
2. Рудоносный массив пород, по всей видимости, характеризуется крайне низкой водопроницаемостью — простейшая прокачка желонированием привела к полному осушению скважины, а восстановление уровня по предварительным прикидкам займет больше месяца.

Ежедневно приходится придумывать новые способы оптимизации процесса изысканий, чтоб и опыт представительный сделать, и буровиков поскорее на следующую скважину перевести, дабы простоев не было. Очевидно, что в условиях отсутствия должного оборудования (в частности, лебедки и компрессора для эрлифта), такая оптимизация становится весьма творческой задачей.
Но не подумайте, что я жалуюсь. О таком поле я давно мечтал и знал на что иду.

О разделении труда

На днях пришло письмо от проектировщика ВК (водоснабжение и канализация) с просьбой помочь в расчете водопритока к дренажу с «верховодки». У человека явно серьезные проблемы с понятийным аппаратом (не потому что дурак, а потому что не учат у нас проектировщиков гидрогеологии, и правильно делают), но надо формулу найти и надо как-то ее применить. Нашли формулу, но из формулы стало ясно, что ничего не ясно — водоприток то с «верховодки» целиком и полностью определяется формой и размерами линзы водоупора, на котором образовалась эта «верховодка». Отсюда возникает необходимость в дополнительных инженерно-геологических изысканиях. В общем, все грустно.
И вот так оно везде. Для меня навсегда останется загадкой: почему проектировщиков регулярно заставляют заниматься гидрогеологическими расчетами, тогда как гидрогеологов довольно редко просят что-то проектировать. Хотя и такое случается, особенно в области лицензирования месторождений подземных вод. С довольно закономерным результатом, надо заметить. Уверен, что любой настоящий проектировщик будет со слезами от смеха смотреть на все эти «писульки», что называются у нас «проектом» водозабора или разработки месторождения.

Обновления FAQ

Вопрос #14:
Для моделирования работы деталей элементов мелиоративных систем мне понадобится существенно сгущать сетку и тут есть ограничения на на размеры соседних ячеек. В текстах про Visual MODFLOW вычитал, что не более чем 1,5 раза и соотношение сторон ячейки не более чем 1:10. В некоторых примерах сетки видел нарушения этих ограничений, может не такое строгое оно?

Ответ:
Это ограничение не строгое. Это рекомендованное соотношение, которое можно нарушать (если честно, у меня нет ни одной реальной модели, где бы оно не было нарушено). Важно понимать, что в этих зонах часто не очень правдоподобно рисуются гидроизогипсы и могут быть ошибки при определении уровня в ячейках или скважинах. Т.е. в тех зонах, где для нас критична точность решения и рядом с существенными границами (особенно, где предполагаются существенные градиенты потока), сетку желательно дробить плавно.

Вопрос #15:
Где можно раздобыть примеры решения задач на Modflow для самостоятельного обучения моделированию?

Ответ:
В составе программного комплекса Processing Modflow (где скачать — см. выше) есть примеры и пошаговое руководство по созданию модели. Что насчет моих собственных примеров, то тут все довольно сложно. Специального набора примеров у меня нет, а «рабочие» модели либо слишком сложны, либо являются коммерческой тайной моих заказчиков, а часто и то и другое.

Граничное условие I-рода

Что такое граничное условие I-рода применительно к геофильтрационной схематизации — это граница с заданной на ней функцией изменения напора во времени H(t). В частном случае, когда напор постоянен и неизменен H(t)=const (если расчет ведется «в понижениях», то на такой границе понижение dH(t) = 0).
В природе границ I-рода не бывает. Вообще никогда. II-рода, кстати, тоже. Есть только III-род (т.е. граница с заданной на ней зависимостью расхода от напора Q=(Hг-H)/С), а все остальные граничные условия — это лишь частные случаи и упрощения. Ноги у этих упрощений растут из тех времен, когда расчеты велись с помощью аналитических формул. Конечно, третий род тоже считался аналитически, но вспомните как усложняются расчеты, когда возникает сопротивление на границе, а если оно нелинейно, то тогда вообще «тушите свет». Для академических упражнений в математике это может и семечки, но когда дело доходит до практики — не до изысков.
С появлением численных методов дело существенно упростилось, но все-равно исследователи продолжали по-возможности упрощать третий род до второго или первого, поскольку это позволяло иногда довольно существенно ускорить расчет.
Современный инструментарий гидрогеолога-модельера позволяет вовсе не использовать границы первого рода (со вторым чуть сложнее) — General Head Boundary с высоким значением проницаемости (Conductance) в принципе ничем не отличается от границы с заданным напором, а в случае чего — эту Conductance можно и скорректировать (только не забудьте это обосновать).

Гидрогеологический дайджест

Depletion of Central Valley's groundwater may be causing earthquakes. Снижение уровня подземных вод может служить причиной землетрясений. И наоборот, кстати.

For years, scientists have wondered about the forces that keep pushing up California's mighty Sierra Nevada and Coast Ranges, causing an increase in the number of earthquakes in one part of Central California.

Можно ли использовать воду из скважины в коттеджном поселке для питья? Добротная порция «страшилок» от уважаемого коллеги из Питера. Жаль, что в статье не приведена статистика о том, сколько коттеджных поселков водоснабжаются из нелегальных скважин. Подозреваю, что эта цифирь должна вселять железобетонную уверенность в завтрашнем дне у специалистов, занимающихся оценкой запасов подземных вод — без работы они точно не останутся. Разумеется, если у нас вдруг законодательство не изменится.

В соответствии с действующим законодательством, эксплуатирующая организация должна самостоятельно подавать отчетность об объемах добычи подземных вод, положении уровней в питьевом водоносном горизонте и качестве подземных вод в контролирующие органы. Однако, если управляющая организация не получила лицензию на право добычи подземных вод, надзорные органы могут не подозревать о существовании водозаборной скважины в том или ином коттеджном поселке.
То есть, подобного рода скважины используются нелегально, без лицензии, что при проведении плановой проверки сотрудниками Роспотребнадзора или Росприроднадзора может повлечь за собой штраф до 1 миллиона рублей (статья 7.3 КОАП РФ) или полный запрет на эксплуатацию скважины и требование об ее ликвидации.

MOD16 for actual evapotranspiration measurement. Карта величины эвапотранспирации, полученных со спутниковых датчиков. Карты лежат на ftp-сервере в форматах GeoTIFF и hdf (т.е. легко подгружается в любой более или менее современных GIS-пакет).

This project is part of NASA/EOS project to estimate global terrestrial evapotranspiration from earth land surface by using satellite remote sensing data. MOD16 global evapotranspiration product can be used to calculate regional water and energy balance, soil water status; hence, it provides key information for water resource management.

Australian groundwater modelling guidelines. Кратенькое (всего-то 200 страниц) руководство по гидрогеологическому моделированию из далекой Австралии. Очень толковое, должен заметить: мне особенно понравились советы по построению диаграммы сопоставления наблюденных и расчетных значений — узнал несколько полезных приемов.

Groundwater models are computational methods that simulate the profile of an underground water system. They have proven to be useful tools to provide insight into complex water system behaviour; to address a range of groundwater problems; and to support decision-making processes.

Решение обратных задач с помощью Visual Modflow

На днях со мной связался автор одной очень любопытной программы, предназначенной для автоматизации решения обратной задачи геофильтрации с помощью Visual Modflow. С любезного согласия автора я выложил саму программу и её описание у себя на соответствующей странице (она всегда доступна в меню справа).

От себя добавлю, что лично мне кажется такой подход к решению ОЗ не отличается «физичностью» результата. Да, в результате получается очень похожая на фактическую модельная карта гидроизогипс, но это крайне редко бывает самоцелью. Считать какие-либо прогнозы на такой модели следует крайне осторожно. Тем не менее, в качестве первого приближения к решению обратной задачи такой подход имеет все права на существование.

Гидрогеологический дайджест

Прошу прощения за долгое молчание. Дел навалилось — не почать и край.

Уникальные геологические объекты России. Интересный ресурс для любителей побродить по геологическим достопримечательностям родного края.

Здесь представлена информация о геологических достопримечательностях России: сейчас в системе более 2600 уникальных геологических объектов (геологических памятников природы) и около 3800 стратиграфических объектов, т.е. стратотипов (типовых разрезов) и опорных стратиграфических разрезов.

Хочу представить интересный гидрогеологический блог: Gidahatari. Насколько я понял, это корпоративный блог перуанской фирмы, занимающейся гидрогеологическими работами. Вот, примеры последних записей:

• How to do a groundwater flow model with your company logo. Как сделать геофильтрационную модель с логотипом вашей фирмы. Не бином Ньютона, но результат вполне симпатичный — сойдет для украшения презентации.
• Feflow or Modflow? A recurrent question. А вот это уже более серьезная тема. Кстати, а в нашей стране есть гидрогеологи, активно использующие Feflow?