Способ определения коэффициента приливной эффективности водоносного горизонта Советский патент 1984 года по МПК E21B47/10 

Изобретение относится к гидрогео логии и может быть использовано .:для изучения и прогноза изменения уровня подземных вод под влиянием статических и динамических природных и искусственных нагрузок.Задача прогноза изменения первоначаль ного уровня подземньгх вод под влиянием дополнительных внешних нагрузок (разгрузок - создание котлованов) может решена при помощи коэффициента приливной эффективностин,, где II„ - прогнозное положение уровня подземных вод, естественное положение уровня подземных вод, дополнительная внешняя нагрузка} коэффициент приливной эффективности . Известны способы определения коэ фициента приливной эффективности во доносного горизонта, основанные на измерении коэффициента сжимаемости скелета водовмещающей породы и вклю чающей ее жидкости, а также на расчетах П . Однако трудоемкость их значитель на, а информативность низкая, поскольку определение коэффициентов сжимаемости породы и жидкости требу ет выполнения опытно-фильтрационных исследований не менее чем по двум скважинам. При этом из-за несоверше ства способа их определения точност получаемых параметров оказывается низкой. Расчетный способ основан на урав нении, выведенном для случая, когда водоносный горизонт представлен кварцевым песком: ,, где С - коэффициент приливной эффек тивности ; В - коэффициент барометрической эффективности. Использование этого способа огра ничено напорным водоносным горизонтом, представленным кварцевым песко Для водоносных горизонтов, представ ленных другими породами, а также дл грунтовых вод этот способ не применим. Кроме того, использование этого способа требует определения коэф фициента барометрической эффективности. Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффиц 0 .2 ента приливной эффективности водоносного горизонта, включающий вскрытие водоносного горизонта скважиной и измерение уровня воды в ней 2j . Ери осуществлении этого способа 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 присуща также повьшшнная трудоемкость. В отсутствии водоемов с изменяющимся уровнем воды указанный способ не применим. Цель изобретения - упрощение технологии, снижение затрат и повыше ние точности определения коэффициента приливной э(ЬФективности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения коэффициента приливной эффективности водоносного горизонта, включающему вскрытие водоносного горизонта скважиной 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 отношения 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 м йР, где йР изменение атмосферного давления; изменение вертикального эффективного напряжения в водоносном горизонте под влиянием изменения атмосферного давления; изменение гидростатичес кого давления в водонос ном горизонте;

3-1

b - безразмерный коэффициент зависящий от геометричес кой формы порового пространства.

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

ЬГ. (2) Уравнение (2) можно переписать в

виде

, fibo Yuh

()

1 --- -(-Ъ-г

uPftT

Первый член правой части выражения (З) 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 (З) слагаемые члены через равные им значения барометрической и приливной эффективности, найдем характер взаимосвязи этих параметров между собой

.

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

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

14

10- 4

скважине за колебанием уровня воды, происходящего под воздей.ствием океанических и земных приливов или паводков, аналогичен параметру, получаемому по данным измерений в закрытой скважине изменений статического 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 в ней. Для этого уровнемер, закрепленный на крепежном крюке крьшки, опускают в скважину, которую герметично закрывают этой крьшгкой. В качестве крьщ1ки используют ниппельные или муфтовые соединения, заглушенные с одного конца сваркой. С помощью уровнемера записывают поведение статического уровня воды во времени под влиянием изменяющегося атмосферного давления. Одновременно с помощью метеорологического барографа записывают эти изменения атмосферного давления.

По окончании наблюдений производят обработку результатов. По линииграмме 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

.

ДР

AT

где С

- барометрическая эффектив.ность водоносного горизонта;

|j - объемный вес воды в скважине ;

Ah

а - изменение уровня воды в скважине за промежуток времени , отсчитываемый с момента начала изменения уровня до момента fero стабилизации; ДРдт - изменение атмосферного

давления за промежуток вре.. мени t .

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

i

Для сопоставления результатов определения коэффициента приливной эффективности, полученных известным и предлагаемым способами, вьтолнены 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 непосредственной близости от реки (15 м)

Результаты наблюдений, вьшолненных по двум скважинам, вскрьюшим аллювиальный водоносный горизонт, приведены в таблице.

20 30 10

40 60 20

5 21 29

I2I4IO

ПродолжеиИа таблиггы

Коэффициент приливной эффективности, определяемый согласно извест ному С C-j и предлагаемому способам (С„), равен

С - 0 5

г 171

г 78 „. п Т5Г° Использование предлагаемого спо0 соба снижает затраты, так как не

требует устройства водомерных постов (достаточно одного барографа, при этом повышается надежность результатов за счет упрощения технологии,

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

0 3 руб. Таким образом, при среднем количестве определений коэффициента приливной эффективности порядка 150 в год условный годовой экономический эффект составляет более 20 тыс. руб,

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 ат- мосферного давления за .этот же промежуток времени.