Раздел 3. Водная среда города 153

3 .14.4. Моделирование гидрогеологических процессов

Прогнозирование изменения гидродинамического и гидрохимического режима территории может осуществляться разными методами, с использова­ нием разных моделей. Л, ' •_

Для приближенных оценок или при отсутствии данных, необходимых для использования более точных методов прогноза, прибегают к методу аналогий. Метод аналогий основан на переносе на прогнозируемый объект результатов анализа гидрогеологических данных, получаемых на территории с близкими гидрогеологическими условиями и характером техногенного воздействия.

Методы физического моделирования используют в случаях, когда отсут­ ствуют математические модели (например, фильтрация сопровождается суф­ фозией и т.п.) или недостаточны гидрогеологические данные для использо­ вания математического аппарата. Физическое моделирование может быть лабораторным и проводиться на моделях, сохраняющих природу явлений (на­ пример, трубка Дарси), либо натурным. Натурное моделирование заключает­ ся в проведении экспериментов на специально оборудованных скважинах в производственных условиях. *■■ ^; •;.:.•'•

Группа методов математического моделирования предполагает замену физической сущности гидродинамического процесса его математическим описанием. Здесь могут быть выделены несколько направлений. Метод гид­равлических аналогий предусматривает замену природной области фильтра­ции гидравлической моделью и основан на математическом выражении зако­на Дарси. Метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) основан на ма­тематической аналогии процесса движения жидкости в пористой среде и тока в проводнике. Близкие математические выражения закона Дарси и закона Ома позволяют проводить аналогии между напором и потенциалом тока, фильтрационным и электрическим сопротивлением, расходом воды и силой тока. С учетом рассчитанных масштабных коэффициентов набирают по трем координатам электрическую модель фильтрационной среды с заданными гра­ницами фильтрационного поля. Моделирование проводят на сеточных моде­лях либо на сплошной среде, которой служит электропроводная бумага. Ос­новными недостатками методов ЭГДА являются необходимость построения новой модели для каждого конкретного объекта и внесение дополнительных погрешностей в результаты за счет побочных эффектов модели (неоднород­ность электропроводной бумаги, шаг сетки и т.п.).

Метод численного моделирования с использованием ЭВМ основан на ре­шении основного гидрогеологического уравнения баланса вод, которое пре­образуется для определенных гидрогеологических условий. Так, для устано­вившегося гидрогеологического режима водоносного пласта выражение ба­ланса будет иметь вид:

dx \ dx ) dy\dy) '

где Н— напор, м; W — объем инфильтрации, м³/сут.; Т — водопроводность пласта, м²/сут.; х и у — пространственные координаты, м. ...

154 Экология города

Т = К-т, где К— коэффициент фильтрации, м/сут.; т — мощность слоя, м. При у — const уравнение приобретает вид:

d x )

что позволяет решать линейные задачи, связанные с фильтрацией, по гидро­геологическому профилю.

Принципиально большие возможности методов моделирования на ЭВМ трудно реализуемы в большинстве случаев из-за недостаточной гидрогеоло­гической информации и неуниверсальности модели, которая может подхо­дить лишь для конкретного объекта.

Наиболее эффективно используется компьютерное моделирование для построения постоянно действующих гидрогеологических моделей крупных территориальных комплексов. Так, например, разработана гидрогеологичес­кая модель Бердянска, отражающая взаимосвязь поверхностных и подземных вод, в том числе интрузию морских вод в подземные. Аналогичные модели разработаны для Днепровско-Донецкого артезианского бассейна, горноруд­ных районов, крупных городских водозаборов и хозяйственных объектов.

Контрольные вопросы

1. Виды водных объектов в городской черте и их использование.

2. Показатели и нормативы качества воды.

3. Источники загрязнения водных объектов.

4. Городские системы водоотведения.

5. Принцип работы и состав городских очистных сооружений.

6. Виды очистных сооружений для небольших населенных пунктов.

7. Основные методы физико-химической очистки производственных сточных вод.

8. Требования к производственным сточным водам, сбрасываемым в городскую систему водоотведения.

9. Требования к сточным водам, сбрасываемым в водные объекты.

10. Формирование, отведение и очистка поверхностного стока с городской территории.

11. Механизм самоочищения поверхностных вод.

12. Процессы эвтрофирования поверхностных водных объектов.

13. Методы и средства охраны водных объектов от загрязнения и истощения.

14. Методы и средства интенсификации внутриводоемных процессов.

15. Основные типы математических моделей качества воды.

16. Причины истощения подземных вод урбанизированных территорий.

17. Методы и средства охраны подземных вод от загрязнения и истощения.

18. Характеристика зон санитарной охраны поверхностных и подземных источников питьевого водоснабжения.

19. Моделирование процессов формирования подземных вод.