Постановка задач

Программная система ModTech позволяет решать методами математического моделирования следующие типы задач:

1. Стационарные
2. Квазициклические
3. Нестационарные задачи движения подземных вод в
   • Слоистых
   • Пластовых
   • Квазитрехмерных
     • изотропных
     • анизотропных в плане средах

Водоносные горизонты могут быть анизотропными в плане; при этом оси анизотропии не обязательно должны совпадать с направлением осей координат; коэффициент анизотропии может изменяться в пространстве; таким образом, например, реализуется движение подземных вод в трещиноватых и закарстованных породах;

Принятая в ModTech постановка задач в значительной мере аналогична той, которая используется в широко распространенных пакетах гидрогеодинамического моделирования (например, в пакете MODFLOW, разработанном специалистами геологической службы США (U.S.G.S.)). Однако, возможности ModTech значительно шире в части описания процессов перетекания в нестационарных постановках, когда пренебрежение емкостными свойствами слабопроницаемых слоев недопустимо. Отличительной особенностью является также значительно более широкие, чем это принимается обычно, возможности схематизации рассматриваемых горизонтов, что позволяет с минимальными затратами как в части обеспечения модели необходимыми исходными данными, так и собственно в части решения, получать оптимальное решение весьма сложных задач.

Возможности схематизации водоносных горизонтов:

• напорный слой с постоянной (кусочно-однородной в плане) проводимостью и с упругим (жестким) режимом фильтрации в нестационарных задачах;
• безнапорный однородный (кусочно-однородный в плане и однородный по вертикали) с постоянным коэффициентом фильтрации и, соответственно, переменной проводимостью с гравитационным режимом фильтрации в нестационарных задачах;
• напорно-безнапорный (на отдельных участках территории или в отдельные периоды времени) с переменным гравитационным или жестким режимом фильтрации в нестационарных задачах:
  • слой с постоянной (кусочно-однородной в плане) проводимостью для задач с упругим режимом фильтрации
  • слой однородный (кусочно-однородный в плане и однородный по вертикали) с постоянным коэффициентом фильтрации и, соответственно, переменной проводимостью на безнапорных участках или при безнапорном (т.е. гравитационном или жестком) режиме фильтрации и с постоянной (кусочно-однородной в плане) проводимостью на напорных участках.

Возможности схематизации разделяющих слабопроницаемых слоев:

• напорный с постоянным (кусочно-однородным в плане) коэффициентом перетекания и упругим (жестким) режимом фильтрации в нестационарных задачах;
• безнапорный однородный (кусочно-однородный в плане и однородный по вертикали) с постоянным коэффициентом вертикальной фильтрации и, соответственно, переменным коэффициентом перетекания с безнапорным режимом фильтрации в нестационарных задачах;
• напорно-безнапорный (на одних участках территории или в отдельные периоды времени) с переменным напорным и безнапорным режимом фильтрации в нестационарных задачах:
  • с постоянным (кусочно-однородным в плане) коэффициентом перетекания.
  • однородный (кусочно-однородный в плане и однородный по вертикали) с постоянным коэффициентом вертикальной фильтрации и, соответственно, переменным коэффициентом перетекания на безнапорных участках или при безнапорном режиме фильтрации с постоянным (кусочно-однородным в плане) коэффициентом перетекания на напорных участках.

В программной системе предусмотрены два варианта задания инфильтрационного питания подземных вод:

• "классический", при котором интенсивность инфильтрационного питания является независимой переменной (т.е. не зависит от результатов моделирования).
• в виде функциональной (экспоненциальной) зависимости интенсивности инфильтрационного питания от глубины залегания уровня грунтовых вод первого от поверхности водоносного горизонта. Эта зависимость характеризуется тремя параметрами: потенциалом инфильтрации, интенсивностью эвапотранспирации, зависящими, прежде всего, от климатических и ландшафтных условий местности, и коэффициентом характеризующим степень изменения инфильтрации с глубиной залегания уровня; таким образом, реализуется, например, "перехват" эвапотранспирации в процессе водоотбора и, связанного с ним, водопонижения;

Возможности задания разгрузки подземных вод:

• родники с учетом сокращения и полного перехвата;
• склоновый сток с учетом сокращения и полного перехвата;
• высачивание в бортах речных долин с учетом сокращения и полного перехвата;
• разгрузка в овражной сети с учетом сокращения и полного перехвата;
• разгрузка в горные выработки; при этом учитывается возможность частичной или полной инверсии разгрузки.

Моделирование работы водозаборных скважин может осуществляться с учетом:

• гидравлического несовершенства по характеру вскрытия водоносного горизонта;
• дополнительного фильтрационного сопротивления геометрического расположения внутри ячейки расчетной сетки модели;
• дополнительного фильтрационного сопротивления обобщенных систем скважин.

В результате моделирования могут быть получены не только значения уровней подземных вод в узлах расчетной сетки модели, но и в самих водозаборных скважинах.

При моделировании безнапорного и напорно-безнапорного движения подземных вод в проницаемых слоях учитывается возможность их полного осушения.

При моделировании взаимосвязи водоносных горизонтов между собой учитывается, что слабопроницаемые отложения на отдельных площадях могут полностью отсутствовать, образуя так называемые "гидрогеологические окна", через которые водоносные горизонты оказываются гидравлически связанными напрямую.

При моделировании вертикального движения подземных вод через слабопроницаемые слои учитывается, что эти слои могут так же иметь напорный, безнапорный или напорно-безнапорный характер; таким образом, например, может быть получено "истинное" положение уровня первого от поверхности водоносного горизонта, если это уровень залегает в толще слабопроницаемых покровных отложений; такой подход позволяет учитывать частичное или полное осушение слабопроницаемых разделяющих слоев и рассчитывать интенсивность вертикальных перетоков в зависимости от обводненной мощности слабопроницаемых отложений.

Любой параметр или характеристика могут быть переменными во времени; это относится не только к граничным условиям или дебиту водозаборных скважин, но и к таким параметрам, как, например, проводимость водоносного горизонта в плане или вертикальная проницаемость слабопроницаемых толщ, интенсивность инфильтрационного питания подземных вод, отметки уровней воды в реках, отметки кровель водоносных горизонтов и т.д.; такой подход особенно важен при решении гидрогеологических задач, связанных с горной добычей или гидротехническим или гражданским строительством. Использование подобных возможностей позволяет реализовать "подвижные" граничные условия и системы дренажа, например, при моделировании проходки горных выработок и строительстве линий метрополитена.

Любой водоносный или слабопроницаемый горизонт может быть при необходимости разбит на произвольное количество подгоризонтов.

Количество водозаборных скважин, ячеек сетки с дренажем, наблюдательных скважин (контрольных точек) не лимитировано.