ПРЕДИСЛОВИЕ
В дополнение к качественным характеристикам явлений во всех науках, в том числе и в гидрогеологии, прочно завоевали место количественные характеристики.
Направленность в развитии наук в настоящее время кратко можно определить так:
измерение — вычисление — прогноз — управление.
Идя по такому пути, современные науки достигли блестящих успехов. Последние основаны на знании процессов, умении их рассчитать и организовать соответствующие мероприятия.
Если в области гидрогеологии известна физическая сущность процесса и количественные характеристики всех определяющих его факторов, то возможен прогноз процесса и управление им.
Без расчетов в гидрогеологии нельзя обойтись. Фильтрационные расчеты составляют необходимый и весьма важный раздел практической деятельности гидрогеолога в любой области работы: в вопросах режима и баланса подземных вод, их генезиса, в практических вопросах водоснабжения, ирригации, осушения, добычи полезных ископаемых, минеральных вод, гидротехнического строительства и других.
Среди различных методов расчетов за последнее время большое значение приобрели методы, основанные на аналогиях. Их изучение в высших учебных заведениях стало необходимым.
В 1955 г. в учебную программу студентов-гидрогеологов Московского университета был введен специальный практикум по ознакомлению с фильтрационными расчетами по двум методам аналогий: методу гидравлических аналогий проф. В. С. Лукьянова и методу электрогидродинамических аналогий акад. Н. Н. Павловского. На кафедре гидрогеоло-
гии организована учебная лаборатория методов аналогий, в которой имеются: два одномерных гидравлических интегратора системы В. С. Лукьянова — односекционный на 20 расчетных точек ИГ-2 (рис. 13) и малый демонстрационный на 10 расчетных точек ИГ-3 (рис. 43); установка ЭГДА конструкции П. Ф. Фильчакова и В. И. Панчишина (рис. 73) и 4 упрощенных установки (рис. 74).
Спецпрактикум для студентов-гидрогеологов IV курса включал лекции (20 часов), в течение которых студенты знакомились с основами методов, и практические занятия (100 часов), в течение которых студенты осваивали аппаратуру, приемы работы и выполняли ряд учебных задач. Студенты V курса занимались в лаборатории в выборочном порядке в том случае, если в их дипломные работы входили расчеты фильтрации, требующие применения методов аналогий.
Цель практикума — познакомить с указанными методами в такой мере, чтобы студенты умели:
1) определить, можно ли и нужно ли решать стоящую перед ними задачу одним из рассматриваемых методов,
2) сформулировать, поставить и решить задачу,
3) критически читать и слушать сообщения о решенных задачах,
4) оценить сделанные допущения.
При прохождении практикума остро ощущался недостаток соответствующей литературы и руководств, особенно по методу гидравлических аналогий. В качестве первой попытки восполнить этот пробел предлагается настоящее учебное пособие, которое написано на основе лекций и практических занятий со студентами за период с 1955 г. по 1960 г.
При составлении лекций, практических занятий и настоящего руководства использованы литературные данные, формулировки авторов, разработавших названные методы, богатый опыт лаборатории проф. В. С. Лукьянова во Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строительства и личный опыт авторов.
В пособии уделено внимание некоторым вопросам и терминам из области динамики подземных вод, ясное понимание которых является необходимой предпосылкой правильности расчетов.
Настоящее пособие составили:
Введение, характеристику методов (разделы I и III) и заключение— доц. М. А. Вевиоровская; практические занятия по методу гидравлических аналогий (раздел II) —ст. лабор. И. П. Кравченко при участии доц. М. А. Вевноровской; прак-
тические занятия по методу ЭГДА (раздел IV) —лабор, С. А. Румянцев при участии доц. М. А. Вевиоровской. Фото графин выполнил И. И. Зардиашвили.
К настоящему пособию приложены номограммы для расчетов развития подпора грунтовых вод и фильтрации из каналов в условиях неустановившегося движения (см. § 50 и приложение VI).
Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность проф. В. С. Лукьянову за ценные указания и научное редактирование, которые улучшили книгу.
Замечания и пожелания по данной работе просим направлять по адресу: Москва, В-234, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет, кафедра гидрогеологии.
Авторы
Москва, август, 1960 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие Введение
Глава I. Различные виды потоков грунтовых вод и некоторые уравнения фильтрации ..........
§ 1. Потоки «плоский» и радиальный.......
§ 2. Потоки и задачи одномерные, двух- и трехмерные
§ 3. Движение грунтовых вод установившееся и неустановившееся ..............?
§ 4. Одномерная неустановившаяся фильтрация. Дифференциальные уравнения и их физическое содержание
§ 5. Неустановившаяся фильтрация двухмерная в плане
§ 6. Установившаяся фильтрация. Дифференциальные уравнения ...............
Глава II. Понятие о методах аналогий.......
§ 7. Аналогия и аналогичные процессы......
§ 8. Сущность методов аналогий. Их преимущества
7 11
II 11
12
18
19 22
22 24 24
24
ЧАСТЬ I
МЕТОД ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АНАЛОГИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К НЕУСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ
Раздел I. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА
Глава III. Основы метода гидравлических аналогий .... 31 § 9. Возникновение и общая характеристика метода. Принципиальная схема гидравлического интегратора .... 31
§ 10. Некоторые гидрогеологические формулы..... 33
§11. Вывод аналогии. Формула масштаба времени ... 35
§ 12. Масштаб высот. Масштаб расходов. Масштаб объемов' 42
Глава IV. Постановка задачи по расчету неустановившейся
фильтрации............ 44
§ 13. Условия однозначности......... 44
§ 14. Начальные условия........... 45
§ 15. Граничные условия I и II рода....... 47
§ 16. Определение расчетной схемы........ 48
§ 17. Переход от сплошной области фильтрации к сосредоточенным параметрам............ 53
§ 18. Эквивалентная гидравлическая цепочка на интеграторе.
Взаимно-однозначное соответствие....... 54
§ 19. Расчет гидромодели.......... 55
§ 20. Выбор масштаба времени и масштаба высот ... 58 § 21. Основные зависимости движения грунтовых вод и движения воды в гидравлическом интеграторе..... 59
Глава V. Гидравлический интегратор........ 63
§ 22. Существующие интеграторы........ 63
§ 23. Блок-схема гидравлического интегратора..... 64
§ 24. Описание одномерных гидравлических интеграторов ИГ-2
и ИГ-3............... 65
Секция............... 66
Установка для задания граничных условий ..... 74
Отличительные черты интегратора ИГ-3...... 80
Глава VI. Требования к интегратору и некоторые приемы работ 83
§ 25. Проверки............. 83
§ 26. Рабочая жидкость............ 84
§ 27. Требования в отношении чистоты прибора ... 84
§ 28. Учет изменения вязкости воды при выполнении расчета 84
§ 29. Осуществление граничных условий I и II рода ... 90
§ 30. Учет инфильтрационного питания грунтовых вод . . 93
Глава VII. Выполнение расчета.......... 98
§ 31. Последовательность действий при подготовке и проведении расчета (перечень) ........... 98
§ 32. Поверочное тарирование цепочки сопротивлений. Введение поправок............. 100
§ 33. Проверка устойчивости депрессионной кривой . . . 106
§ 34. Расчет линейных и нелинейных задач..... 106
§ 35. Переход от одной разбивки к другой. Увязка их . . 111 § 36. Обработка результатов. Точность расчетов. Причины погрешностей .............. 112
Глава VIII. Возможность обобщений. Типы зада.ч..... 115
§ 37. О возможности обобщения единичного решения на группу случаев.............. 115
§ 38. Понятие о подобии явлений....... . 117
§ 39. Типы задач . ... ........ 119
Глава IX. Расчеты осесимметричной и двухмерной фильтрации . 121
§ 40. Фильтрация осесимметричная........ 121
§ 41. Фильтрация двухмерная в плане....... 125
§ 42. Фильтрация двухмерная в разрезе...... 127
Раздел П. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО МЕТОДУ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ
§ 43. Предварительное ознакомление с устройством гидравли-
• ческого интегратора ........... 131
§ 44. Знакомство с трубкой сопротивления и ее поверочное тарирование .............. 131
§ 45. Учебная задача № 1. Расчет влияния паводка на поток
грунтовых вод (линейная задача)....... 143
§ 46. Учебная задача № 1а. Расчет развития подпора грунтовых вод (линейная задача, мгновенное заполнение водохранилища) .............. 151
5 47 Учебная задача № 2. Расчет развития подпора грунто-вых вод (нелинейная задача, мгновенное заполнение водохранилища) ..............
6 48. Учебная задача № 3. Расчет влияния паводка на поток грунтовых вод с учетом инфильтрации (линейная задача) 174
§ 49. Учебная задача № 4. Расчет водоотлива из шахты (нелинейная задача)............186
$ 50. О расчетах неустановившейся фильтрации с помощью
номограмм..............194
ЧАСТЬ и
МЕТОД ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АНАЛОГИИ (ЭГДА) ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ
Раздел III. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДА
Глава X. Основы метода электрогидродинамических аналогий для
напорной фильтрации .......... 197
§ 51. Возникновение и общая характеристика метода . . . 197 § 52. Аналогия между установившейся напорной фильтрацией в пористой среде и стационарным движением электричества
в проводнике.............198
§ 53. Общая характеристика моделирования.....199
§ 5.4. Схема прибора — интегратора ЭГДА......202
Глава XI. Постановка задач по расчету установившейся напорной
двухмерной в разрезе фильтрации......206
§ 55. Необходимые условия моделирования.....206
§ 56. Основные понятия и термины........207
§ 57. Выполнение простейших расчетов. Задачи прямые и «обращенные» ..............208
§ 58. Случай трех и более водопроницаемых границ . . . 211 § 59. Гидродинамическая сетка установившейся напорной двухмерной в разрезе фильтрации. Определение характеристик
потока...............212
§ 60. Неоднородная среда..........215
§ 61. Подбор депрессионных кривых и участка высачивания . 217 § 62. Условия подобия. Взаимно-однозначное соответствие . 224 Глава XII. Основы и применение метода ЭГДА для изучения
плановой фильтрации со свободной поверхностью . 225 § 63. Аналогия между установившейся фильтрацией со свободной поверхностью в пористой среде и стационарным движением электричества в проводнике........225
§ 64. Применение метода ЭГДА к расчетам плановой фильтрации для безнапорных потоков........228
Раздел IV. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО МЕТОДУ ЭГДА
§ 65. Учебная задача № 1. Расчет фильтрации под плотиной в однородной толще............229
§ 66. Учебная задача № 2. Расчет фильтрации под плотиной в однородной толще при наличии шпунта.....232
§ 67. Учебная задача № 2а. Расчет фильтрации под плотиной
в однородной толще при наличии шпунта.....234
§ 68. Учебцая задача Л"» 3. Расчет фильтрации под плотиной
в двухслойной толще...........235
§ 69. Учебная задача № 4. Расчет фильтрации через тело земляной плотины.............237
§ 70. Учебная задача № 5. Расчет обходной фильтрации у плеча плотины.............241
§ 71. Практические указания.........248
Общее заключение............249
Литература . . •............251
Предметный указатель.............254
Графические приложения по методу гидравлических аналогий (I—V)..........
Приложение 1. Учебная задача № 1. Расчет влияния паводка на поток грунтовых вод (линейная задача) .... Приложение II. Учебная задача № 1а. Расчет развития подпора грунтбвых вод (линейная задача, мгновенное заполнение водохранилища) . . ......
Приложение III. Учебная задача № 2. Расчет развития подпора грунтовых вод (нелинейная задача, мгновенное заполнение водохранилища)........
Приложение IV. Учебная задача № 3. Расчет влияния паводка на поток грунтовых вод с учетом инфильтрации (линейная задача) ..........
Приложение V. Учебная задача № 4. Расчет водоотлива из шахты
(нелинейная задача) .........
Приложение VI. Номограммы для расчетов развития подпора грунтовых вод и фильтрации из каналов в условиях неустановившегося движения.......
Цена: 150руб.
