Назначение и типы прогноза режима подземных вод. Методические основы прогнозов режима уровней и расходов подземных вод

Прогнозы минимальных расходов рек для целей судоходства, лесосплава и гидроэнергетики (для рек, меженный сток которых обеспечен в основном их подземным питанием, например, в Беларуси).

5) Прогнозы возможностей активизации некоторых инженерно-геологических процессов и явлений (например, оползней).

Типизация прогнозов режима подземных вод проводится по различным критериям: а) генезису прогнозируемых элементов; б) заблаговременности составления прогнозов; в) масштабу прогнозируемых элементов; г) составу прогнозируемых параметров.

По генезису прогнозируемых элементов режима прогнозы подразделяются на прогнозы естественного режима, слабонарушенного режима, искусственного режима.

Требования к достоверности прогнозов и методов их составления зависят, в основном, от: заблаговременности прогнозов, практического их назначения, физической и методической возможности их составления.

По заблаговременности составления прогнозов они подразделяются на экстренные (1 – 15 суток), краткосрочные (0,5 – 1,5 месяца), сезонные (1,5 – 12 месяцев), долгосрочные (1 – 3 года) и сверхдолгосрочные (свыше 3 лет). Точность и методы составления таких прогнозов различны. Так экстренные прогнозы составляются на связях с уже наблюдающимися факторами с учетом лишь времени запаздывания их воздействия. Краткосрочные прогнозы –базируются на связях с факторами, по которым составляются прогнозы гидрометеорологической службой. Сезонные прогнозы основаны на существующих связях между известной на момент составления прогнозов и неизвестной частями режимообразующих факторов, и инерционных свойствах водоносных горизонтов. Долгосрочные и сверхдолгосрочные прогнозы строятся на инерционных свойствах водоносных систем, установленных закономерностях формирования многолетнего режима подземных вод или выявленных тенденций в основных режимообразующих процессах.

Помимо перечисленных временных или календарных прогнозов выделяются вероятностные прогнозы, характеризующие возможные изменения уровней или расходов подземных вод без указания конкретного срока их наступления, базирующихся на статистическом анализе гидрогеологических наблюдений.

По масштабу прогнозируемых явлений прогнозы подразделяют на точечные (то есть для отдельных скважин, родников и т. п.) и площадных. При этом площадные делятся на локальные, региональные и глобальные.

По составу прогнозы могут быть однопараметрическими (например, только среднегодовые или максимальное весеннее значение уровня) и прогнозы могут быть комплексными (уровни, температуры, химический состав).

По назначению прогнозы могут быть общие и специализированные, то есть предназначенными для разностороннего использования и предназначенными для отдельных конкретных потребителей применительно к их частным запросам.

5.2 Методические основы прогнозов режима уровней и расходов подземных вод

Методы прогнозов подразделяются на гидродинамические, вероятностно-статистические, балансовые и методы аналогии.

5.2.1 Гидродинамические методы

Наиболее многочисленные. Рассмотрим некоторые из них:

а) метод Майэ-Буссенеска используется для прогноза независимого спада дебитов или уровней подземных вод.

Снижение дебита источника описывается уравнением

,                                                  (5.1)

где       – дебит источника на любой момент независимого режима;

  –  дебит источника в начальный момент его спада;

   –   коэффициент истощения водоносного горизонта;

    –  продолжительность спада дебита.

           ,                                                          (5.2)    где          – коэффициент фильтрации;

  – средняя мощность водоносного горизонта;

    – водоотдача пород;

    – расстояние от источника до водораздела.

Закономерности спада уровней по аналогии с (5.1) можно вычислить по уравнению

                                                              (5.3)

где   – искомое превышение уровня грунтовых вод над базисом их разгрузки;

 – наблюдавшееся превышение уровня грунтовых вод относительно того же уровня базиса разгрузки;

 – промежуток времени между наблюдавшимся и прогнозируемым уровнем грунтовых вод.

 – коэффициент истощения

                                              (5.4)

где  и  – мощности водоносного горизонта в любые наблюдавшиеся промежутки времени      и   ;

б) метод Бочевера применяется для гидродинамических прогнозов подъема уровней подземных вод под влиянием подпора в прибрежных зонах. Граничные условия при этом схематизируются полуограниченным пластом с мгновенным изменением уровня на границе. Расчетная формула имеет вид:

                                                     (5.5)

(пояснения см. в курсе динамики подземных вод, 6-ой семестр);

в) метод моделирования (будет рассмотрен в 9-м семестре).

5.2.2 Вероятностно-статистические методы

Они получили наибольшее распространение. Выделяются:

а) метод парной корреляции с метеорологическими факторами;

б) метод множественной корреляции с метеорологическими факторами;

в) кросс-корреляционный анализ, представляющий собой серию расчетов парных корреляционных связей между двумя рядами  и с постоянно увеличивающимся лагом ;

г) автокорреляционный метод (рисунок 5.1);

Рисунок 5.1 – Иллюстрация к процедуре автокорреляционного анализа [2]

а – сопоставление отдельных фрагментов хронологического графика