Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ РАВНИННЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ НА
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ 10
1.1. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 10
-
Анализ методов расчетов фильтрации из водоемов 15
-
Оценка методов моделирования В гидрогеологии 16
-
исследования о влиянии водоотбора на оседание земной поверхности 22
-
Оценка воздействия крупномасштабных нагрузок на гидрогеосферу 24
-
Анализ исследований о влиянии колебаний барометрического давления на
динамику подземных вод 28
Выводы к первой главе 36
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТОРОЕНИЯ И
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ АЗОВО-КУБАНСКОГО
АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА 37
2.1. Оценка изученности геологического строения и гидрогеологических
УСЛОВИЙ 37
-
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ 39
-
ИЗУЧЕННОСТЬ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 44
-
Анализ естественных условий формирования режима по'дземных вод АКАБ 54
-
Оценка искусственных условий и факторов формирования режима
подземных вод 55
2.6. Краткое описание условий Краснодарского водозаборного узла 59
Выводы ко второй главе 62
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРАСНОДАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
НА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИЛЕГАЮЩИХ
ТЕРРИТОРИЙ И ПОДТОПЛЕНИЕ ЗА СЧЕТ ИНФИЛЬТРАЦИИ ЧЕРЕЗ
ДАМБЫ И ДНО , 64
-
Краткая характеристика Краснодарского водохранилища 64
-
Оценка уровенного режима работы водохранилища 67
-
Анализ оценки влияния Краснодарского водохранилища на
гидрогеологические условия прилегающих территорий, выполненный
институтом «Кубаньводпроект» 67
3.4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДРЕНАЖНОЙ ЗАВЕСЫ ВОКРУГ КРАСНОДАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
НА УСЛОВИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ 71
3.5. Анализ расчета фильтрации из Краснодарского водохранилища ЛИГОФ
КубГАУ 73
Выводы К третьей главе 77
4. ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВЕННОГО РЕЖИМА НАПОРНЫХ ВОД АЗОВО-
КУБАНСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА И ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НА
НЕГО КРАСНОДАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА 78
4.1. Обоснование выбора расчетного створа и методика обработки данных
натурных наблюдений за колебанием уровней подземных вод АКАБА и в
Краснодарском водохранилище 78
4.2. Оценка влияния Краснодарского водохранилища на гидрогеологические
условия Азово-Кубанского артезианского бассейна 80
Выводы к четвертой главе 95
5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ КРАСНОДАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА НА
НАПОРНЫЕ ВОДОНОСНЫЕ ГОРИЗОНТЫ 97
5.1. Математические модели 97
-
Влияние водохранилища на напорные воды как периодической гидростатической нагрузки 97
-
Совместное влияние водохранилища и водозаборов на напорные воды 104
-
Влияние водохранилища на подтопление прилегающих территорий 106
5.2. Компьютерные модели 109
-
Моделирование распределения напоров в естественных условиях ПО
-
Оценка влияния Краснодарского водохранилища на акчагылъский водоносный комплекс 116
-
Разработка компьютерной модели совместного влияния на акчагылъский комплекс Краснодарского водохранилища, Краснодарского и Троицкого водозаборных узлов 121
-
Исследование влияния Краснодарского водохранилища на условия Краснодарского водозаборного узла 122
-
Сравнение результатов модвлирования с натурными данными 131
5.3. Методика определения воздействия равнинных водохранилищ на напорные
водоносные горизонты 135
ВывОды к пятой главе 138
ВЫВОДЫ к ДИССЕРТАЦИИ 140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 142
Введение к работе
Актуальность темы. К настоящему времени в России построено 1200 водохранилищ, полный объем которых составляет 142 км^. По масштабам воздействия на природу, сооружение водохранилищ относится к наиболее крупным проявлениям техногенеза, оказывающим глобальное влияние на биосферу нашей планеты. Большинство исследований водохранилищ посвящено вопросам переработки берегов и заиления. Анализ воздействия на уровни и режим подземных вод проведен недостаточно.
Все существующие методы учета влияния водохранилищ на гидрогеосферу прилегающих территорий основаны на определении распространения подпора подземных вод первого водоносного горизонта, устанавливаемого по уравнениям фильтрации. Расчет влияния связан, обычно, с построением кривых фильтрации через дамбы и ложе водохранилища. Определения зон влияния водохранилища на основе такого подхода дают сравнительно небольшие величины. Изучение накопленных к настоящему времени данных режимных наблюдений за колебанием уровней подземных вод предполагает куда более мощное воздействие равнинных водохранилищ на гидрогеосферу.
До конца не разработан математический аппарат учета изменения напряжений от действия крупномасштабных (площадных) нагрузок на глубинные слои земли и подземные воды. Хотя эта проблема существенна и с точки зрения оценки воздействия глубоких котлованов, вскрыши открытых разработок ископаемых, и при анализе воздействия городских застроек на общие осадки местности.
Цель работы. Оценить влияние равнинных водохранилищ как переменной во времени гидростатической нагрузки на напорные водоносные горизонты. Установить изменение условий водоотбора Краснодарского водозаборного узла и увеличение запасов Краснодарского месторождения пресных вод после создания Краснодарского водохранилища.
Задачи настоящих исследований.
Оценка масштабов воздействия равнинных водохранилищ на уровен-ный режим прилегающих территорий на базе обработки существующего натурного материала по режиму подземных вод.
Исследование воздействия режима эксплуатации водохранилища на динамику уровней глубинных водоносных горизонтов. Оценка передачи давлений на изменение режима подземных вод в отдаленных от водохранилища районах.
Разработка компьютерных моделей совместного влияния Краснодарского водохранилища, Краснодарского и Троицкого водозаборных узлов на акча-гыльский водоносный комплекс. Оценка изменения условий Краснодарского водозаборного узла.
Изучение возможного влияния равнинных водохранилищ на подтопление, удаленных от водохранилища территорий.
Защищаемые положения:
Влияние равнинных водохранилищ на гидрогеосферу прослеживается на расстояниях значительно превышающих все существующие результаты фильтрационных расчетов воздействия водохранилищ на грунтовые воды и составляет десятки километров в плане.
Эффект воздействия водохранилища как переменной во времени площадной нагрузки, сказывается на глубину всего изученного гидрогеологического разреза и отмечается на глубине сотен метров.
Методика оценки воздействия водохранилищ за счет передачи давлений на слои фильтрующего грунта, перекрытого водоупорами и учета изменения условий водозаборов, расположенных в зоне влияния водохранилища.
Методика и результаты компьютерного моделирования влияния Краснодарского водохранилища и водозаборов на уровенный режим акчагыльского водоносного комплекса, позволяющие количественно оценивать влияние водохранилища.
Методика исследований. Решение поставленных задач осуществлялось на основе критического анализа и обработки, с использованием компьютерного моделирования, фактического материала наблюдений за режимом подземных вод за период 1963-1998 гг. и данных о колебаниях уровня воды Краснодарского водохранилища за 1973-1998 гг.
Научная новизна.
В диссертации рассмотрено воздействие равнинного водохранилища на гидравлически изолированные от него напорные водоносные горизонты как периодической (переменной во времени) гидростатической нагрузки, действие которой при многолетнем режиме эксплуатации намного превосходит однолетнее воздействие.
Впервые выявлены масштабы воздействия Краснодарского водохранилища на гидрогеосферу Азово-Кубанского артезианского бассейна (АКАБа) и проведен расчет совместного влияния водоотбора и водохранилища на гидрогеологические условия акчагыльского водоносного комплекса.
Оценено влияние Краснодарского водохранилища на условия Краснодарского водозаборного узла. Качественно рассмотрено влияние водохранилища на подтопление, удаленных от него территорий.
Практическая значимость работы.
В результате проведенных исследований оценены границы влияния Краснодарского водохранилища на уровенный режим подземных вод АКАБа.
С целью решения методической задачи построены компьютерные модели влияния Краснодарского водохранилища и водозаборов на условия акчагыльского водоносного комплекса (глубина залегания от 200 до 380 м). В моделях учтены особенности естественных условий комплекса, неравномерность работы водозаборов, реальное изменение уровней водохранилища. Использова- ние модели позволяет корректировать и прогнозировать работу водозаборов при различных режимах работы водохранилища.
Проведен расчет увеличения запасов Краснодарского месторождения пресных вод (по акчагыльскому комплексу) по учтенным в модели групповым централизованным водозаборам г. Краснодара в результате воздействия Краснодарского водохранилища.
Разработана методика по определению воздействия равнинных водохранилищ на глубинные водоносные горизонты.
Исходные материалы. В основу диссертационной работы положен фак тический материал за период 1963-1998 гг. по режиму подземных вод собранный Краснодарской геологоразведочной экспедицией (КГРЭ). Данные по уровенному режиму напорных водоносных горизонтов в 1998 г. по Краснодарскому наблюда тельному посту получены в результате замеров уровней воды в скважинах при непосредственном участии автора. Общее количество использованных в диссер тации данных замеров уровней за 38 летний период наблюдений за режимом 45 скважин составляет 47121 замеров при 1047 замеров в среднем по каждой сква жине. Частота замеров уровней воды в скважинах колеблется от ежедневных до 3-4 раз в неделю. »
Достоверность полученных результатов и выводов данной работы основана на репрезентативном фактическом материале, положенном в основу компьютерных моделей воздействия водохранилища на режим подземных вод. Погрешность замера уровней применяемыми в КГРЭ рулетками не превышает 2-3 см, что является достаточно малой величиной для рассматриваемых задач.
Реализация результатов. Результаты работы использованы: в отчете «Гидрогеологические исследования в пределах Краснодарского края для нефте-проводной системы Каспийского трубопроводного консорциума», в рамках ТЭО строительства нефтепроводной системы КТК, 1998 г., и в госбюджетной научно- исследовательской работе кафедры оснований и фундаментов КубГАУ, отчете «Разработка принципов подготовки раздела ОВОС при проектировании», 1997 г.
Получено положительное решение об использовании разработанной методики оценки влияния водохранилищ на напорные водоносные горизонты при проведении переоценки запасов Краснодарского месторождения пресных вод (в настоящее время работа начата в ГУП «Кубаньгеология»).
Решается вопрос о переводе постоянно действующей компьютерной модели АКАБа, реализованной на ЕС, на персональный компьютер, при этом модель будет доработана с учетом результатов данной работы.
Апробация работы. Основные выводы и теоретические положения доложены автором на Второй краевой школе-семинаре молодых ученых «Научное обеспечение сельскохозяйственного производства» в 1997 г., где доклад был отмечен дипломом победителя. А так же на ежегодных (с 1995 по 2001 гг.) научно-практических конференциях гидромелиоративного и инженерно-строительного факультетов Кубанского государственного аграрного университета (КГАУ).
В полном объеме работа обсуждалась на расширенном заседании кафедр Южно-Российского государственного технического университета (ЮРГТУ) и Новочеркасской гидромелиоративной академии (НГМА) в 2000 г. и на кафедре геоэкологии, гидрогеологии и инженерной геологии ЮРГТУ в 2001 г.
Полный доклад по теме диссертации состоялся в 2001 г. на кафедре оснований и фундаментов Кубанского госагроуниверситета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 и находятся в печати еще 2 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов. Содержит 150 страниц компьютерного текста, 30 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 105 наименований.
Работа выполнена в период обучения автора в очной аспирантуре на кафедре оснований и фундаментов Кубанского государственного аграрного уни- верситета 1995-1998 гг. и во время работы в ГУП «Кубаньгеология» с 1998 по 1999 гг.
Работа выполнена в период обучения автора в очной аспирантуре на кафедре оснований и фундаментов Кубанского государственного аграрного университета 1995-1998 гг. и во время работы в ГУП «Кубаньгеология» с 1998 по 1999 гг.
Благодарности. Самую большую благодарность хочу вынести своему научному руководителю, д.г.-м.н., профессору, академику Константину Шагеновичу Шадунцу, за постоянную поддержку и помощь на протяжении всей работы над диссертацией. Так же хочу поблагодарить первого заместителя генерального директора ГУП «Кубаньгеология», к.-г.-м.н. Владимира Михайловича Шереметьева за ценные советы по диссертации и помощь в подборе данных для компьютерной модели и по уровенному режиму подземных вод, д.т.н., профессора Аникина Василия Станиславовича] за помощь в создании математической и компьютерных моделей и ценные советы по диссертации и ассистента нашей кафедры Дерябина Александра Владимировича за помощь в создании компьютерных моделей.
