CC BY
11
Вкник Дншропетровського унiверситету. CepÍM: геологiя, географiя. 2016. 24 (1), 27-31. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria geologia, geographia Dnipropetrovsk University Bulletin. Series geology, geography. 2016, 24 (1), 27-31.
doi: 10.15421/111604
http ://geology -dnu.dp. ua
УДК 556.491:622
Удосконалення концепцн сучасного гiдрогеологiчного монiторингу локального рiвня
Г. П. бвграшкша, О. G. Калинкiна, В. В. Проценко
Дтпропетровський нацюнальний утверситет шет Олеся Гончара, Дтпропетровськ, Украгна, e-mail: olga_miraclesabadash@,mail. ru
Обгрунтовано доповнення до теорй" гвдрогеолопчного мошторингу. BiH розглядаеться як багатоступенева динам1чна природно-техн1чна, просторово-часова система контролю i керування режимом пвдземних вод 3i зворотним зв'язком мiж контролем i керуванням. Його складов^ 1 - режимна спостережна мережа; 2 - ешгнозна задача, прогнозна задача; 3 - розроблення комплексу природоохоронних заходiв на основi аналiзу результатiв прогнозу; 4 - втшення розроблених заходiв; 5 - режимш спостереження для оцiнки ефективностi i достатностi заходiв, ix корегування; 6 -прогноз у новш гвдрогеолопчнш ситуаци, полiпшенiй захисними заходами. Тут мае мкце зворотний зв'язок: повернення до першого пункту у нових пдрогеолопчних умовах.
Ключов1 слова: г1дрогеолог1чний монторинг, режимт спостереження, етгноз, прогноз, природоохоронт заходи
Improvement of the concept of modern hydrogeological monitoring local level G. P. Yevgrashkina, O. E. Kalinkina, V. V. Procenko
Oles Honchar Dnipropetrovsk national university, Dnipropetrovs 'k, Ukraine, e-mail: olga_miraclesabadash@mail. ru
Justified additions to the theory of hydrogeological monitoring. It is considered as multistage of dynamic natural-technical, space-time system monitoring and control regime of groundwater feedback between of the control and management. On the based analysis, generalization and improvement of previous studies the author's offer version of the hydrogeological monitoring, which consists of such parts. 1. Study of changes in the groundwater regime in space and time on the technologically impaired territory where created monitoring observation. She is the first mandatory and the most important part, initial source of information for the organizations of a permanent monitoring each of the three levels - global, regional and local. For the scientific basis her structure used hydrodynamic methods. 2. Complex calculations, which consists with inverse and direct, epignozn and prognosis, inductive, inverse and generalized hydrogeological tasks. 3. Development of environmental protection measures on basis of the hydrogeological areas of multivariate prognosis studies. 4. The embodiment of developed actions. 5. The regime observations for assess the effectiveness and adequacy measures. 6. Adjustment measures prognosis in new hydrogeological situation improved protective measures. Again, monitoring observations and their analysis. Here have the feedback and return to the first item in new hydrogeological conditions. The focus is on solving the inverse task numerical method using the equations filtration and mass transfer in finite difference form of explicit and implicit schemes. The made conclusions that numerical methods make it possible to determine the design parameters of generalizing. In the inverse task explicit and implicit schemes are characterized by the same accuracy, but the results are different, because the explicit scheme characterizes the dispersion of the beginning in the billing period, and implicit in his end.
Keywords: hydrogeological monitoring, monitoring observations, epignoz, prognosis, environmental protection measures
Вступ. Концепщя мошторингу на початку 1970 poKÍB розвивалась у його до^вному розумшш -як спостереження за станом навколишнього сере-довища (Tjutjunova, 1987). Але вже в 1979 рощ Ю. А. 1зраель (Izrajel', 1979) трактуе це поняття як цшеспрямовану програму спостережень, оцшки i прогнозу антропогенних змш природного середовища. Подальшого розвитку теорiя мониторингу набула у працях (Gamburtsev, 1994; Kajakin, 1999; Mironenko 1998) та шших.
На основi анатзу, узагальнення i удосконалення попередшх дослщжень пропонуемо автор-ський варiант (Yevgrashkina, 2003) пдрогеолог-пчного мошторингу, який складаеться з таких частин:
1. Вивчення змши режиму шдземних вод у просторi i чаш на техногенно порушенш територп, де створюеться спостережна мережа свердловин.
2. Комплекс розрахунюв, який складаеться з шверсних, прямих - епiгнозних i прогнозних та iнших гiдрогеологiчних задач.
3. Розроблення природоохоронних заходiв пдрогеолопчного спрямування на основi багато-варiантних прогнозних дослiджень.
4. Втiлення розроблених заходiв.
5. Режимнi спостереження для оцiнювання ефективностi i достатност заходiв.
6. Корегування заходiв, прогноз у новш гiдрогеологiчнiй ситуаци, полшшенш захисними заходами. Знову режимнi спостереження i !х аналiз. Тут мае мюце зворотний зв'язок:
V =
повернення до першого пункту у нових пдрогеолопчних умовах.
Матерiали i методи дослiджень. Джерелом початково! шформацп для оргашзаци постiйно дiючого мошторингу кожного з трьох рiвнiв -глобального, репонального i локального - е режимна спостережна мережа - перша, обов'язкова i найважливiша його складова. Вона дае можливють розв'язати шверсш фiльтрацiйнi i мiграцiйнi задачi з визначення гiдрогеологiчних параметрiв у другш частинi монiторингу. Для визначення швидкост фшьтрацп V застосовуемо закон Дарск
-К —
дх'
(1)
Коефщент пдродисперси D доцiльно розрахувати з рiвняння руху i збереження маси речовини
виду:
о дд— — v— = m—
дх2 дх дt'
(2)
У рiвняннях (1) - (2) використано таю позначення:
V - швидюсть фшьтраци, м/добу; К - коефщент фшьтраци, м/добу; Н - гiдродинамiчний напiр, м; D - коефiцiент пдродисперси, м2/добу; С - мiнералiзацiя пiдземних вод, г/дм3; х - просторова координата, м; t - часова координата, доба; т - активна пористють, частки одиницi.
Результати i 1х аналiз. Розв'язання шверсно1 задачi розглянуте на прикладi територи, прилегло1 до ставка-накопичувача «Балка Таранова». Ствiр спостережних свердловин (рис. 1) розташований за токовою лiнiею. Результати режимних спостережень наведено у таблиц 1. Визначення параметрiв виконуемо чисельним методом. Рiвняння (1) i (2) записуемо у кшцево-рiзницевiй формi для усiх семи свердловин створу.
V = —К-
-¡- V -
v6_7 = —К
(3)
де Н_ь Нь Нь Н2, Н3, Н4 - абсолютнi вщм^ки 2, 6, 7, м; хи - координати розрахункових рiвня пiдземних вод у загальному виглядi з точок у загальному вигляд^ м; Дх^, Дх6,7 -iндексами 7-1, 7, та у конкретних свердловинах 1, вщсташ мiж вщповщними свердловинами, м.
Рис. 1. Схема режимно1 спостережноl мережi на дшянщ «Балка Таранова»
Для розрахунюв коефщента пдродисперсп Результати розрахунюв наведено в таблицi 2 i на D складаемо систему кшцево^зницевих рiвнянь рисунку 2. (4) - (8) i розв'язуемо И вщносно параметра D.
с -сг _С2 -С3 . ^ 3 ^ -„3 = (4)
Л -V Л -V I О Аг М- '
о,
О3
О
4,5
О&
> ЬХ1,2 ЬХ2,3 ,
'гт+1 гт+1 С2 С3 гт+1 гт+1 С3 С#
, ЬХ2,3
'гт+1 гт+1 С3 С# с1+1-с1+1
, Ьхз#
'с1+1-с1+1 с1+1-с1+1
с1+1-с*+1
\ . Ьх2,3+Ьх3, # лг С2+1-С4 + 1 _ С3 + 1-С3
) " 2 У2$1Х—!КХ~ = т~(5)
) ^ Ьх3,# + Ьх#,% _ у С3+1-С5 + 1 = т С4 + 1-С4 (6)
) ' 2 3,5 1\х3л+£х#% Ы ' ( )
Г 2 у влх4,5+лх5, 6 = т—¿Т~' (7)
) ^ ¿х5, в+Ьхв,7 _ С%+1-С*+1 =тС£+1-С£ (8)
) 2 5,1 Ьх%}6+Ахв,7 М ' у '
де Ах - вщстань мiж свердловинами, м; Вони свщчать, що для дослщжувано!
At - штервал спостережень у часi, доб.; територп характерна розрахункова схема
т, т+1 - часовi iндекси; «макродиспершя». Коефiцiент макродисперси
Сь С2, С3, С4, С5, С6, С7 - мшералiзащя води у максимальний б^ ставка i зменшуеться в бш вiдповiдних свердловинах, г/дм3. рiчки. У чаш вш збiльшуеться.
Таблиця 1
Режимш спостереження по створу ставок «Б. Таранова» - свердл. 23072
4
Дата спостережень Значення мшерал1заци С, г/дм3
Свердловини
21910 14950 14951 22467 22319 22320 23072
Умовний номер свердловин
1 2 3 4 5 6 7
10.IV.81 10,6 4,3 2,7 2,2 2,0 1,9 1,85
11.XI.81 11,1 4,7 2,9 2,3 2,0 1,9 1,85
25.Х.82 16,6 8,4 5,9 2,8 2,6 2,5 2,4
24.IV.83 11,4 8,8 6,2 3,0 2,7 2,6 2,4
28.XII.84 11,3 7,85 6,16 4,2 3,3 2,0 1,05
06.IV.90 11,4 9,5 8,9 7,4 6,2 5,0 2,9
21.XII.90 11,5 9,9 9,1 7,5 6,3 5,0 2,9
14.XI.91 11,03 6,20 7,52 8,93 11,49 3,22 -
09.IV.92 10,24 6,06 7,20 8,14 13,35 - -
22X93 11,10 5,39 5,74 7,07 12,10 2,16 -
30.XI.94 9,54 5,10 6,14 6,55 10,57 11,09 -
10X95 9,73 4,72 4,90 5,67 7,01 2,27 -
12.VIII.97 9,11 4,66 4,52 5,34 7,5 - -
Вщстань м1ж свердловинами 150 330 140 200 170 250
Таблиця 2
Рeзультaти визнaчeнь кoeфiцieнтa гiдpoдиcпepciï
Дaтa cпocтepeжeнь Умoвний нoмep cвepдлo-вини Мiнepaлiзaцiя вoди С, г/дм3 Biдcтaнь ]шж cвepдлo-винaми Ах, м Швидкicть фiльxpaцiï V, м/дoбy Iнтepвaл cпocтepeжeнь y Haci At, дoбa К^ф^ент гiдpoдиcпepciï D, м2/дoбy
т т+1 т т+1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10.IV.81 11.XI.81 1 10,6 11,1 150 330 140 200 170 250 0,0297 215 9,95 4,94 3,71 2,57 1,6 1,09
2 4,3 4,7 0,0297 215
3 2,7 2,9 0,0221 215
4 2,2 2,3 0,008 215
5 2,0 2,0 0,008 215
6 1,9 1,9 0,008 215
7 1,85 1,85 215
25.X.82 24.IV.83 1 16,6 11,4 150 330 140 200 170 250 0,0297 183 15,7 8,3 6.97 4.98 2,92 1,80
2 8,4 8,8 0,0221 183
3 5,9 6,2 0,008 183
4 2,8 3,0 0,008 183
5 2,6 2,7 0,008 183
6 2,5 2,6 0,008 183
7 2,4 2,4 183
D, м2/дoб
Рие. 2. Змт пapaмeтpa D y пpocтopi xa чaci:
1, 2 - вiдпoвiднo пoпepeднiй i нacxyпний мoмeнxи чacy
Bиcнoвки
1. Чиcлoвi мeтoди дaють мoжливicть визнaчити yзaгaльнeнi poзpaхyнкoвi пapaмeтpи.
2. В iнвepcнiй зaдaчi явш тa нeявнi cхeми хapaктepизyютьcя oднaкoвoю тoчнicтю, aлe peзyльтaти вiдpiзняютьcя, тому щo явнa cхeмa хapaктepизye poзciювaння нa пoчaтoк po3paxy^ кoвoгo пepioдy, a нeявнa - нa того кiнeць.
3. Чиcлoвi мeтoди визнaчeння мiгpaцiйних пapaмeтpiв мaють пepeвaги пepeд aнaлiтичними в тoмy, щo для пpямoï зaдaчi зacтocoвyeтьcя тaкe caмe piвняння, як i для i^ep^oi'.
4. Beличинa пapaмeтpa D пpямo ^o-пopцiйнo зaлeжить вiд мiнepaлiзaцiï пiдзeмних вoд.
Biö^iorpa^iHHi nocn.iaHHH
Tjutjunova, F. M., 1987. Gidrogeohimija tehnogeneza [Hydrogeochemistry technogenesis]. M.: Nauka, 375, (in Russian).
Izrajel', Ju. A., 1979. Global'naja sistema nabljudenij: prognoz i ocenka izmenenij sostojanija okruzha-jushhej sredy. Osnovy monitoringa. [Global Observing System: forecast and assessment of environmental changes. Based monitoring]. Meteorology and hydrology. Moscow, 7, 54-67, (in Russian).
Gamburtsev, A. G., 1994. Koncepcija monitoringa prirodno-tehnicheskih. [The concept of monitoring of natural-technological systems]. Geoecology. M.: Nauka, 12-19, (in Russian).
Kajakin, A. O., 1999. Prognoz chrezvychajnyh situacij, svjazannyh s tehnogenno-prirodnymi processami i obespecheniem bezopasnosti objektov. [Prognosis of emergencies related to technogenic-natural processes and security provision of objects]. Geo-ecology. - M.: Nauka, 101-110, (in Russian).
Mironenko, V. A., 1998. Problemy gidrojekologii [Problems of Hydrogeology]. M.: MSU, (3), (in Russian).
Yevgrashkina, G. P., 2003. Vlijanie gornodobyvajushhej promyshlennosti na gidrogeologicheskie i pochvenno-meliorativnye uslovija territorij [The impact of mining on the hydrogeological and soil-reclamation conditions of the territory]. Dnipro-petrovsk, Monolit, 200, (in Russian).
Hadiurnia do редкoмегii 23.12.2015
