Способ определения коэффициента приливной эффективности водоносного горизонта

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИЛИВНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА, включающий вскрытие водоносного горизонта скважиной и измерение уровня воды в ней, отличающийся тем, .что, с целью упрощения технологии, снижения затрат и повышения точности опре деления коэффициента приливной эффективности , измеряют уровень воды в скважине при герметизированном устье, при этом одновременно замеряют атмосферное давление, а коэффициент приливной эффективности определяют из отношения изменения уровня воды в скважине за определенный промежуток времени к изменению атмосферного давления за .этот же промежуток времени.

..SU„„1121410

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

IWIOTIN

РЕСПУБЛИК

ЗСЮ Е 21 В 47/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3608346/22-03 (22) 24.06.83 (46) 30.10.84. Бюл. К- 40 (72) В.О.Волейшо (71) Всесоюзный научно-исследователь. ский институт гидрогеологии и инженерной геоЛогии (53) 550.84(088.8) (56) 1. P. де Уист. Гидрогеология с основами гидрологии суши. М., "Мир", т.1, 1969, с. 164. ,2, Мироненко В.А., Шестаков В.М.

Основы гндрогеомеханики. М., "Недра", с. 171. (54) (57) СПОСОБ ОНРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИЛИВНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА, включающий вскрытие водоносного горизонта скважиной и измерение уровня воды в ней, ъ отличающийся тем,,что, с целью упрощения технологии, снижения затрат и повышения точности опре деления коэффициента приливной эффективности, измеряют уровень воды в скважине при герметизированном устье, при этом одновременно замеряют атмосферное давление, а коэффициент приливной эффективности определяют из отношения изменения уровня воды в скважине за определенный промежуток времени к изменению ат мосферного давления за,этот же проме- жуток времени.

1I 11

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано

:для изучения и прогноза изменения уровня подземных вод под влиянием статических и динамических природных и искусственных нагрузок. Задача прогноза изменения первоначального уровня подземных вод под влиянием дополнительных внешних нагрузок (раэгрузок — создание котлованов) может быть решена при помощи коэффициента приливной эффективности

Н вЂ”вЂ” Н 1Р С, где Н вЂ” прогнозное положение уровл ня подземных вод, НŠ— естественное положение уровня подземных вод, P — дополнительная внешняя нагрузка1

С вЂ” коэффициент приливной эффективности.

Известны способы определения коэф фициента приливной эффективности водоносного горизонта, основанные на измерении коэффициента сжимаемости скелета водовмещающей породы и вклю. чающей ее жидкости, а также на расчетах Я .

Однако трудоемкость их значительна, а информативность низкая, поскольку определение коэффициентов сжимаемости породы и жидкости требует выполнения опытно-фильтрационных исследований не менее чем по двум скважинам. При этом из-за несовершен ства способа их определения точность получаемых параметров оказывается низкой.

Расчетный способ основан на уравненни, выведенном для случая, когда водоносный горизонт представлен кварцевым песком:

С=1-В

2 где С вЂ” коэффициент приливной эффективности;

 — коэффициент барометрической эффективности.

Использование этого способа ограничено напорным водоносным горизонтом, представленным кварцевым песком

Для водоносных горизонтов, представленных другими породами, а также для грунтовых вод этот способ не применим. Кроме того, использование этого способа требует определения коэффициента барометрической эффективности.

Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффици

2! л10 2 ента приливной -эффективности водоносного горизонта, включающий вскрытие водоносного горизонта скважиной и измерение уровня воды в ней (2) .

При осуществлении этого способа

5 необходимо определение высоты приливной океанической волны или паводковой волны. Поскольку точность определения этой величины невысокая, то при расчете коэффициента приливной эффективности неизбежны значительные погрешности. Кроме того, этот способ является трудоемким, так как требует устройства специальных водомерных постов.

Таким образом, известному способу помимо недостаточной надежности

bP т

Г изменение атмосферного давления; изменение вертикального эффективного напряжения в водоносном горизонте под влиянием изменения атмосферного давления; изменение гидростатичес кого давления в водонос ном горизонте; присуща также повышенная трудоемкость. В отсутствии водоемов с изменяющимся урОвнем воды указанный спо20 соб не применим .

Цель изобретения — упрощение технологии, снижение затрат и повыше ние точности определения коэффициента приливной эйхЬективности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэ р-i фициента приливной эффективности водоносного горизонта, включающему вскрытие водоносного горизонта скваЗ0 жиной и измерение уровня воды в ней, измеряют уровень воды в скважине при герметизированном устье, при этом одновременно замеряют атмосферное давление, а коэффициент приливной эффективности определяют из отноше35 ния изменения уровня воды в скважине за определенный промежуток времени к изменению атмосферного давления за этот же промежуток времени.

Эксперименты, выполненные в системе атмосферное давление — закрытая или открытая скважина — водоносный горизонт показывают, что в системе сохраняется баланс, описываемый уравнением

3 11 о — безразмерный коэффициент, зависящий от геометричес кой формы порового пространства.

Изменение уровня воды в открытой скважине этой системы численно равна изменению вертикального эффективного напряжения, (происходящему в водоносном пласте под влиянием перепада атмосферного давления, а колебание уровня в закрытой скважине численно равно дополнительному гидростатическому давлению, возникающему при этом в том же горизонте. Заменив в равенстве (1) первое слагаемое через равное .ему по значению изменение уровня воды в открытой скважине(Ь ), а второе слагаемое через равное ему по значению величиной изменения уров. ня воды в закрытой скважине ($ A ll ), получим уравнение гидростатического равновесия в пласте при изменяющемся атмосферном давлении, выраженное через изменения уровней воды в открытой и закрытой скважинах

hIà1 - Ь Ь "о+ЬЬЬЭ. (2)

Уравнение (2) можно переписать в . виде

Ь Ь "о. о Ь" з

i= — +b —. (g)

АТ

Первый член правой части выражения (3) представляет собой коэффициент барометрической эффективности, а второй — константу пропорциональности между колебанием уровня воды в скважине и вариациями океанических и земных приливов, которые производят эти колебания в скважине, определяемую как коэффициент приливной эффективности (С). Заменив в уравнении (31 слагаемые члены через равные им значения барометрической и приливной эффективности, найдем характер взаимосвязи этих параметров между собой

В+ЬС=1.

Коэффициент приливной эффективности может быть представлен как параметр, характеризующий величину изменения гидростатического давления в водоносном пЛасте, если действующие на пласт дополнительные внешние нагрузки изменяются на единицу.

Таким образом, экспериментально установлено, что коэффициент приливной эффективности, получаемый по результатам наблюдений в открытой

21410 ° 4 скважине за колебанием уровня воды, происходящего под воздействием океанических и земных приливов или паводков, аналогичен параметру, полу5 чаемому по данным измерений в закрытой скважине изменений статического

40 уровня воды в зависимости от поведения атмосферного давления.

Способ определения коэффициента приливной эффективности водоносного горизонта осуществляется следующим образом.

Водоносный горизонт вскрывают скважиной и измеряют уровень воды

15 в ней. Для этого уровнемер, закрепленный на крепежном крюке крышки, опускают в скважину, которую герметично закрывают этой крьш кой. В качестве крышки используют ниппельные или муфтовые соединения, заглушен20 ные с одного конца сваркой. С помощью уровнемера записывают поведение статического уровня воды во времени под влиянием изменяющегося ат25 мосферного давления. Одновременно с помощью метеорологического барографа записыВают эти изменения атмосфер ного давления.

По окончании наблюдений производят обработку резульТатов. По лимниграмме и барограмме находят величины изменения уровня воды в скважине и атмосферного давления для одина ковых периодов времени. По этим данным определяют величину коэффициента приливной эффективности ЯЬ hq

С=- — — —, АТ где С вЂ” барометрическая эффектив.ность водоносного горизонта; — объемный вес воды в скважине;

Ь h - изменение уровня воды в

Э скважине за промежуток

45 времени +, отсчитываемый с момента начала изменения уровня до момента его стабилизации; РАт — изменение атмосферного

50 давления за промежуток вре мени

Продолжительность наблюдений обуславливается характером .изменения ат мосферного давления. При монотонном изменении барометрического давления продолжительность наблюдений составляет не более 5 ч, а при резких перепадах давления продолжительност сокращается до 3 ч.

112 )4!0

Продолжени таблицы

20

5 40

25

I

)71

155 78

1О

20

60

57

20

Составитель И.Карбачинская

Редактор М.Недолуженко Техред Т.Фанта

К ар рек то р И. Му ск а

Заказ 7901/25 Тираж 564

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для сопоставления результатов определения коэффициента приливной эффективности, полученных известным и предлагаемым способами, выполнены экспериментальные почасовые исследования на месторождении минеральных вод.

Одна скважина расположена на расстоянии 3 км от реки, которое исключало влияние на уровень изменения воды в реке в период прохождения паводка, а другая скважина — в непосредс венной близости от реки (!5 м}.

Результаты наблюдений, выполненных по двум скважинам, вскрывшим аллювиальный водоносный горизонт, приведены в таблице °

-4 — — — 4

Коэффициент приливной эффективности, определяемый согласно извест ному (Ст)и предлагаемому способам (С,)> равен

t5 86

С =--- =0 5

) )71

78

С =- — =05

Использование предлагаемого способа снижает затраты, так как не требует устройства водомерных постов

) достаточно одного барографа), при этом повышается надежность результатов за счет упрощения технологии.

25 При определении коэффициента приливной эффективности аллювиального водоносного горизонта известным способом фактические затраты на установку одного репера составляют

137 руб. Таким образом, при среднем количестве определений коэффициента приливной эффективности порядка

150 в год условный годовой экономический эффект составляет более

20 тыс. руб.