Способ определения коэффициента приливной эффективности водоносного горизонта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОИЧИЮьеснииРЕСПУБЛИК 3(59 Е 21 В 47/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследователь ский институт гидрогеологии и инженерной геологии(54) (57) СПОСОБ ОНРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИЛИВНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА, включающий вскрытие водоносного горизонта скважиной и измерение уровня воды в ней,ъ о т л и ч а ю щ и й с я темчто, 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 проме- И жуток времени.1 11Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано:для изучения и прогноза изменения уровня подземных вод под влияниемстатических и динамических природных и искусственных нагрузок. Задача прогноза изменения первоначального уровня подземных вод под влиянием дополнительных внешних нагрузок 1 раэгрузок - создание котлованов) может быть решена при помощи коэффициента приливной эффективностиН=Н Р С,где 11 - прогнозное положение уровлня подземных вод,Н - естественное положениеуровня подземных вод,Р - дополнительная внешняянагрузка 1С - коэффициент приливной эффективности.Известны способы определения коэф фициента приливной эффективности водоносного горизонта, основанные на измерении коэффициента сжимаемости скелета водовмещающей породы и вклю чающей ее жидкости, а также на расчетах Я .Однако трудоемкость их значительна, а информативность низкая, поскольку определение коэффициентов сжимаемости породы и жидкости требует выполнения опытно-фильтрационных исследований не менее чем по двум скважинам. При этом из-за несовершен ства способа их определения точность получаемых параметров оказывается низкой.Расчетный способ основан на уравненни, выведенном для случая, когда водоносный горизонт представлен кварцевым песком:С=1-В2где С - коэффициент приливной эффективности;В - коэффициент барометрическойэффективности,Использование этого способа ограничено напорным водоносным горизонтом, представленным кварцевым песком Для водоносных горизонтов, представленных другими породами, а также для грунтовых вод этот способ не применим. Кроме того, использование этого способа требует определения коэффициента барометрической эффективности.Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффици.2410ента приливной эффективности водоносного горизонта, включающий вскрытие водоносного горизонта скважинойи измерение уровня воды в ней 12 .При осуществлении этого способа5необходимо определение высоты приливной океанической волны или паводковой волны. Поскольку точностьопределения этой величины невысокая,то при расчете коэффициента приливной эффективности неизбежны значительные погрешности. Кроме того,этот способ является трудоемким, таккак требует устройства специальныхводомерных постов.15Таким образом, известному способу помимо недостаточной надежности 40 деРАт50 Г изменение атмосферногодавления;изменение вертикальногоэффективного напряженияв водоносном горизонтепод влиянием измененияатмосферного давления;изменение гидростатического давления в водоносном горизонте; присуща также повышенная трудоемкость. В отсутствии водоемов с изменяющимся урОвнем воды указанный способ не применим.Цель изобретения - упрощениетехнологии, снижение затрат и повышение точности определения коэффициента приливной эйфективности.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения коэф-фициента приливной эффективности водоносного горизонта, включающемувскрытие водоносного горизонта скваЗ 0 жиной и измерение уровня воды в ней,измеряют уровень воды в скважине пригерметизированном устье, при этомодновременно замеряют атмосферноедавление, а коэффициент приливнойэффективности определяют из отношения изменения уровня воды в скважинеза определенный промежуток временик изменению атмосферного давления заэтот же промежуток времени.Эксперименты, выполненные в системе атмосферное давление - закрытая или открытая скважина - водоносный горизонт показывают, что в системе сохраняется баланс, описываемыйуравнением3 11о - безразмерный коэффициент,зависящий от геометрической формы порового пространства.Изменение уровня воды в открытой скважине этой системы численно равна изменению вертикального эффективного напряжения, (происходящему в водоносном пласте под влиянием перепада атмосферного давления, а колебание уровня в закрытой скважине численно равно дополнительному гидростатическому давлению, возникающему при этом в том же горизонте. Заменив в равенстве 1) первое слагаемое через равное ему по значению изменение уровня воды в открытой скважинеЬ 11 ), а второе слагаемое через равное ему по значению величиной изменения уров ня воды в закрытой скважинеЬЬ), получим уравнение гидростатического равновесия в пласте при Изменяющемся атмосферном давлении, выраженное через изменения уровней воды в откры. той и закрытой скважинахЬР 1, = Ь 1 +ЬЬпЭ, (2)Уравнение (2) можно переписать в . видеХЬ "о. У Ь" з1- - +Ъ - , фАТПервый член правой части выражения (3) 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 (31 слагаемые члены через равные им значения барометрической и приливной эффективности, найдем характер взаимосвязи этих параметров между собойВ+ЬС=1,Коэффициент приливной эффективности может быть представлен как параметр, характеризующий величину изменения гидростатического давления в водоносном пЛасте, если действующие на пласт дополнительные внешние нагрузки изменяются на единицу.Таким образом, экспериментальноустановлено, что коэффициент приливной эффективности, получаемый по результатам наблюдений в открытой214104скважине за колебанием уровня воды, происходящего под воздействием океанических и земных приливов или паводков, аналогичен параметру, получаемому по данным измерений в закрытой скважине изменений статического 40 уровня воды в зависимости от поведения атмосферного давления.Способ определения коэффициентаприливной эффективности водоносногогоризонта осуществляется следующимобразом.Водоносный горизонт вскрываютскважиной и измеряют уровень воды15в ней. Для этого уровнемер, закрепленный на крепежном крюке крышки,опускают в скважину, которую герметично закрывают этой крьшкой. В качестве крышки используют ниппельныеили муфтовые соединения, заглушен 20ные с одного конца сваркой. С помощью уровнемера записывают поведение статического уровня воды во времени под влиянием изменяющегося ат 25мосферного давления. Одновременно спомощью метеорологического барографа записыВают эти изменения атмосферного давления.По окончании наблюдений производят обработку резульТатов. По лимниЗ 0 грамме и барограмме находят величины изменения уровня воды в скважинеи атмосферного давления для одинаковых периодов времени. По этимданным определяют величину коэффици 35 ента приливной эффективностиЯЬ ЬзС=- --- ,АТгде С - барометрическая эффектив.ность водоносного горизонта;- объемный вес воды в скважине;Ь й - изменение уровня воды вЭскважине за промежуток45времени . , отсчитываемыйс момента начала изменения уровня до момента егостабилизации;РАт - изменение атмосферного50 давления за промежуток времениПродолжительность наблюдений обуславливается характером .изменения атмосферного давления. При монотонномизменении барометрического давления55 продолжительность наблюдений составляет не более 5 ч, а при резких перепадах давления продолжительностсокращается до 3 ч.( 171 55 78 86 10 Коэффициент приливной эффективности, определяемый согласно известному ( Ст)и предлагаемому способам20 соба снижает затраты, так как нетребует устройства водомерных постовдостаточно одного барографа), приэтом повышается надежность результатов за счет упрощения технологии.25 При определении коэффициента приливной эффективности аллювиальноговодоносного горизонта известным способом фактические затраты на установку одного репера составляют137 руб. Таким образом, при среднемколичестве определений коэффициентаприливной эффективности порядка150 в год условный годовой экономический эффект составляет более20 тыс. руб. 42 29 Составитель И,КарбачинскаТехред Т,Фанта орректор И. Муска едактор М.Недолуже Заказ 7901/ 5 Тираж 564ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб д. одписное П "Патент", г. Ужгоро Проектная, 4 Для сопоставления результатов определения коэффициента приливной эффективности, полученных известным и предлагаемым способами, выполнены экспериментальные почасовые исследования на месторождении минеральных вод,Одне скважина расположена на Расстоянии 3 км от реки, которое исключало влияние на уровень измененияводы в реке в период прохождения паводка, а другая скважина - в непосредственной близости от реки (5 м),Результаты наблюдений, выполненных по двум скважинам, вскрывшималлювиальный водоносный горизонт,приведены в таблице.