2. Методи обробки результатів відкачок

Визначення гідрогеологічних параметрів здійснюється, як ми вже відзначали, на основі обробки даних про поводження рівнів і дебітів у процесі відкачок [1, 8, 14, 15]. При цьому методи обробки дослідних даних засновані на використанні аналітичних рішень у різних їх модифікаціях відповідно до характеру повноти отриманої інформації. Вірогідність визначення параметрів визначається ступенем відповідності обраної для обробки дослідних даних фільтраційної схеми реальним умовам фільтрації в процесі досліду. Складність і розмаїтість гідрогеологічних умов, складний характер формування режиму підземних вод при дослідних відкачках, коли однакові закономірності зміни рівнів і витрат можуть бути викликані впливом різних факторів (як природних, так і штучних), істотно утрудняють вибір фільтраційної схеми і вимагають обов'язкового всебічного аналізу умов проведення досліду і обґрунтованої інтерпретації даних дослідно-фільтраційних робіт. Кінцевою метою цього обов'язкового етапу робіт є обґрунтований вибір розрахункової інтерпретаційної схеми, що враховує з оптимальною повнотою і надійністю природні і технічні умови проведення досліду.

При проведенні дослідних відкачок з метою визначення гідрогеологічних параметрів особливу увагу необхідно приділяти питанням джерел формування підземних вод, оцінці впливу особливостей будови водовміщуючих порід і меж області фільтрації та різного роду інших специфічних факторів на закономірності і особливості поводження рівнів і дебітів свердловин. Це забезпечує обґрунтований вибір фільтраційної схеми, достовірне визначення розрахункових гідрогеологічних параметрів і надійність інженерних оцінок і прогнозів.

Режим руху підземних вод при дослідних відкачках визначається гідрогеологічними умовами (будовою водовміщуючої товщі і граничних умов її в плані та у розрізі), природним режимом підземних вод і технічними умовами проведення досліду. В перший період відкачки рух підземних вод має різко виражений неусталений характер. Але уже через порівняно невеликий період часу навколо дослідної свердловини починає розвиватися зона із квазіусталеним характером режиму (криві депресії в цій зоні переміщаються паралельно самим собі). У міру подальшого розвитку депресійної воронки на її формування можуть вплинути перетікання води із суміжних у розрізі водоносних горизонтів, додаткові джерела живлення, границі горизонтів у в плані та інші фактори. Залежно від характеру дії цих факторів режим руху підземних вод може стабілізуватися (при відкритих границях і додатковому живлені) або залишатися неусталеним (при закритих границях і відсутності додаткових джерел живлення). Відповідно до цього і визначення параметрів за даними відкачки варто проводити з урахуванням особливостей того або іншого режиму фільтрації і характеру діючих у процесі відкачки факторів.

В умовах стабілізації режиму руху підземних вод у процесі досліду визначення гідрогеологічних параметрів можна проводити як за формулами неусталеної і квазіусталеної фільтрації, використовуючи перший період відкачки, так і за формулами усталеної фільтрації на основі спостережень у період стабілізації руху підземних вод.

Сучасні методи визначення гідрогеологічних параметрів за даними відкачок базуються, в основному, на рівняннях неусталеного руху (в окремих випадках – на формулах квазістаціонарної і стаціонарної фільтрації).

Залежно від характеру використовуваної дослідної інформації методи визначення параметрів умовно розділяються на дві групи.

Методи першої групи використовують дані того періоду відкачок, при якому закономірності зміни рівня в процесі досліду визначаються тільки фільтраційними і ємнісними властивостями горизонту (вплив границь водоносного горизонту в плані та у розрізі ще не позначається).

Методи другої групи використовують інформацію того періоду досліду, коли закономірності зміни рівнів підземних вод у часі і просторі визначаються не тільки фільтраційними і ємнісними властивостями горизонту, але й умовами на його границях. Відповідно до цього в першому випадку для визначення параметрів використовуються рівняння, що описують закономірності руху підземних вод до свердловин у необмежених ізольованих водоносних горизонтах, у другому – рівняння, що враховують закономірності припливу води до свердловин в умовах впливу границь (обмежені горизонти і схеми з перетіканням). Методи другої групи поряд з основними гідрогеологічними параметрами горизонтів (Т, μ, μ*, α) дозволяють визначати такі параметри, як коефіцієнт перетікання, недосконалість врізу русла водойми та ін., але вони більше трудомісткі для інтерпретації, у зв'язку із чим, там де це можливо, варто віддавати перевагу методам першої групи. До використання схем обмежених водоносних горизонтів варто прибігати лише при необхідності визначення параметрів перетікання і взаємозв'язків підземних вод з поверхневими.

При визначенні гідрогеологічних параметрів використовують дані про зниження рівня в різних точках горизонту в якийсь момент часу, або дані про зміну рівня підземних вод у якій-небудь точці горизонту в часі. При цьому вірогідність визначення параметрів підвищується із збільшенням кількості точок спостереження за зміною рівня.

Залежно від характеру гідрогеологічної інформації та прийомів її обробки на практиці для визначення гідрогеологічних параметрів використовують різні методи: підбору, характерних точок, еталонних кривих, простеження рівня в часі і по площі (графоаналітичні методи), аналітичні та ін. З позиції вірогідності визначення цих параметрів найкращими є графоаналітичні методи простеження рівня і метод еталонних кривих: менш достовірні і інформативними – методи, засновані на використанні обмеженої гідрогеологічної інформації (методи підбору, характерних точок, аналітичні та ін.).

Нижче розглянуті різні методи і способи обробки результатів відкачок при випробуванні головним чином прісних і слабо мінералізованих вод, коли не потрібно враховувати вплив таких специфічних факторів, як зміна температури, прояв газової складової, гідравлічних втрат на подолання опорів по стовбуру свердловини і деяких інших.

На практиці, з огляду на незначну тривалість відкачок, для визначення гідрогеологічних параметрів використовується схема відкачки із артезіанських або ґрунтових досконалих (або недосконалих) свердловин, розташованих в умовно однорідних ізольованих в розрізі і необмежених у плані водоносних горизонтах, коли залежність між зниженням рівня S і часом t описується відповідно рівняннями Тейса:

, (1.2)

де: Q – постійний у часі дебіт свердловини, Т – водопровідність; W(u) – функція свердловини, що відповідає інтегральному экспоненціалу – E_i (-u); і – аргумент функції свердловини, рівний u= r²/4at (r – відстань від свердловини, в якій проводиться відкачка, до точки, у якій визначається зниження рівня S); Н_е – природна товщина потоку ґрунтових вод.

В умовах квазіусталеної фільтрації формула Тейса видозмінюється, тому що при значенні аргументу u=r²/4at<0,09÷0,15 функція свердловини W(u) з точністю 5-10% може бути представлена у вигляді її логарифмічного наближення W(u)≈ln(2,25at/r²), і залежності (1.1) здобувають вид:

(1.3)

Рівняння (1.3) аналогічні формулам Дюпюї для стаціонарної фільтрації (у них – приведений радіус впливу). Це дозволяє використовувати традиційні прийоми теорії усталеної фільтрації для визначення параметрів в умовах квазіусталеного режиму фільтрації підземних вод.