Исследование влияния фильтрации из водохранилищ на подтопление населенных пунктов

Во втором сценарии изучался вопрос подтопления территории города в междуречье рек при фильтрации из водохранилища. Примером является водораздельный участок междуречья рек Цна и Лесной Тамбов (рисунок 2), на котором вследствие фильтрации из Тамбовского водохранилища наблюдается подтопление г. Котовск.

За основу модели принят участок территории междуречья площадью 58 км². Северная и южная границы модели проведены по линиям скважин, соответственно 359-360 и 336-337. Западная и восточная границы проведены по рекам. Модель включает всю территорию города и створ плотины гидроузла водохранилища. Изменение режима подтопления территории можно предусмотреть, используя в основе метод электрогидродинамической аналогии (ЭГДА) [1, 2], в такой последовательности:

- распределение фильтрационных потоков водоносного горизонта до наполнения водохранилища;

- влияние водохранилища, наполненного до отметки 126,0 м и до отметки 127,0 м, на подтопление города.

Рисунок 2. Схема модели исследуемого участка

Исходя из этого, первый опыт проводился для случая, когда восточная граница модели проходила по руслу реки (120,1 м), т. е. до наполнения водохранилища. Исследуемый участок моделировался в соответствии с законом подобия. При постановке опытов за граничные условия принимались: шина с потенциалом = 100 %, которая прикреплялась к электропроводной бумаге по северной границе модели (между скважинами 359 и 360), и шина с потенциалом = 0 %, прикрепленная к электропроводной бумаге вдоль русла реки (рисунок 2).

Потенциалы, подаваемые на южную (скв. 336 и 337) и западную (русло реки) границы модели, рассчитывались следующим образом. Расчетный напор определяется как разность отметки северной границы модели (135,0 м) и отметки уреза реки (113 м): м.

Тогда потенциал, подаваемый на русло реки, определяется как отношение:

Помимо граничных шин на модели применялась проволочная линейная шина с переменным потенциалом, которая проходила между скважинами, расположенными на водоразделе. Расчет потенциалов для падающей шины приведен в таблице 1.

Таблица 1. Расчетные потенциалы, подаваемые на шину, проходящую по профилю III-III

Потенциал, подаваемый на южную границу модели, равен:

Моделирование русла рек производилось путем приклейки на электропроводную бумагу тонкой медной проволоки толщиной = 0,2 мм при помощи клеевого состава с электропроводящими свойствами с последующим прикатыванием.

В первом опыте проволока повторяла контур рек с западной стороны и реки с восточной стороны, в остальных трех - только реки с восточной стороны.

Результаты исследований данного опыта представлены на рисунке 3 при уровне воды в водохранилище 128,0 м. Исходя из этого, первый опыт проводился для случая, когда восточная граница модели проходила по руслу реки (120,1 м), т. е. до наполнения водохранилища.

Во втором опыте учитывалось наполнение водохранилища на реке до отметки 126,0 м. Третий опыт относится к случаю, когда водохранилище наполнено до отметки 127,0 м. В этом случае расчетные потенциалы приняли следующие значения: 63 %, 64 %. Четвертый опыт выполнялся для случая наполнения водохранилища до отметки 128,0 м - 68,18 % (рисунок 3).

Получены результаты моделирования подпора грунтовых вод для профиля II-II (скв. 313, 303, 312, 392, 305) и профиля III-III (скв. 4 и 5), скважины 389, а также скважин 316 и 317 (таблица 2).

Анализ результатов показывает, что отметки уровня грунтовых вод в десяти пьезометрических скважинах увеличиваются вследствие фильтрации при повышении уровня воды в водохранилище до УВ = 126, 127, 128 м.

При этом изменение уровней грунтовых вод от уреза водохранилища происходит в сторону повышения до 2000-2500 м в зависимости от уровня воды в водохранилище, а затем снижается в районе города (таблица 2).

Рисунок 3. Схема распределения уровня грунтовых вод на водоразделе и в городе при уровне воды в водохранилище 128,0 м

Таблица 2. Результаты исследований подпора грунтовых вод

В соответствии с этими данными наибольшее подтопление грунтовыми водами происходит в районе скважин 312, 389 и 5 и скважины 316 при изменении отметок УВБ водохранилища со 126 до 128 м. Это обусловлено достаточно низкими отметками поверхности территории в данных районах, не превышающими 121,05 м.

Выводы