Материалы для моделирования

Вопрос, который часто задают заказчики: какие материалы необходимы для создания модели по оценке воздействия здания на подземные воды и определения величины водопритоков в котлован?
Отвечаю:

1. Проектные решения, связанные с воздействием на подземные воды
2. Топоснова
3. Разрезы
4. Данные опытно-фильтрационных работ
5. Данные изысканий на сопредельных территориях (фондовые, как правило)
6. Отчет по инженерно-геологическим изысканиям
7. Колонки скважин

Наличие первых трех пунктов — критично. Остальные пункты указаны в порядке уменьшения важности.

Признание

Попал мне в руки один отчет, написанный коллегой, посвященный борьбе с распространением загрязнения от одной из многочисленных подмосковных свалок ТБО. Отчет в целом неплохой, хотя есть корявые моменты в схематизации и проблемы с четкость формулировок, но вот что бросилось в глаза: структура отчета и текст почти всех глав очень похожи на мои «творения». Одна глава так и вовсе слово в слово списана с моей.
Подозреваю, что кто-то где-то использует мои отчеты в качестве примера. Скорее всего при обучении специалистов, либо в экспертизе показывают «как надо».
Приятно, черт возьми. И да, хоть я и не против такого использования своих наработок, но не уверен, что со мной согласятся мои заказчики, являющиеся фактическими владельцам всех прав (кроме авторских, разумеется) на эти, с позволения сказать, произведения.

Гидрогеологический дайджест

• Нормативные документы: откачка воды из скважины. Шикарная библиотека. Практически, все что нужно.
• 10 reasons why a hydrogeologist should know MODFLOW. Если вы гидрогеолог и все еще сомневаетесь: стоит ли изучать MODFLOW, то вот вам 10 причин это сделать.
• Guidelines for Groundwater Modelling to Assess Impacts of Proposed Natural Resource DevelopmentActivities. Внушительное руководство по моделированию в горной гидрогеологии. 
• On model complexity in Geotechnical Engineering. Статья об избыточном усложнении геотехнических моделей. Вполне актуальна и для гидрогеологических расчетов.
• FieldMove Clino. Любопытное приложение для Android — что-то типа усовершенствованного геологического компаса. Довольно удобная штука, должно быть. Вот только сенсоры ориентации не у всех смартфонов работают на достаточном уровне.
• Законное использование водозаборных скважин. Часть I. Как и у кого получить разрешение. Часть II. Согласование с Роспотребнадзором. Часть III. Получение лицензии на скважину. Наворотили бюрократии наши законотворцы, продыху нет.

Расчет-недорасчет

Заметка уже не актуальна.
Бывает так, что нормативная база входит в противоречие со здравым смыслом. Скажем больше, в отдельных областях хозяйственной деятельности такое положение вещей является скорее нормой, чем исключением. В нашем случае такое тоже случается. К примеру, по московским нормативам, если подземная часть проектируемого здания будет заглублена более чем на 10 метров от поверхности земли, то для такого здания надо делать расчет влияния на грунтовые воды. Даже если вода залегает на 25 метрах и даже в страшном сне не поднимается до отметок, сопоставимых с дном котлована. А «гидропрогноз» делать надо, никуда не денешься, иначе экспертизу не пройдешь. Что делать?
Что делать, что делать. Выкручиваться. Естественный уровень грунтовых вод в течение года «гуляет» вверх-вниз с амплитудой примерно в 1-2 метра. Соответственно, если от дна котлована до УГВ меньше метра, то можно посчитать прогноз для повышенных (паводковых) уровней подземных вод, задав повышенную инфильтрацию, к примеру. Котлован естественно затопит, с чем мы доблестно будем бороться методами открытого водоотлива и даже будем знать примерную величину водопритока. Ерунда, конечно, но формально требования законодательства мы выполнили.
Однако бывает так, что никакими сезонными колебаниями не заставишь подземные воды затопить котлован. В этом случае я даю прогнозную картинку с «паводковыми» уровнями, показываю на ней, что даже в случае ужасного паводка котлован останется сухим. Далее для наукообразия делаю простой расчет: Δω=ω∙S, где: ω — величина инфильтрации, а S — площадь здания, ну а Δω, соответственно, — величина дефицита инфильтрации, возникающего в результате строительства. Халтура, но опять же, формально влияние здания на подземные воды учтено.

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.