автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Прогнозы образования и расчеты дренажей техногенных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях

На правах рукописи

КУМОВ Петр Валентинович

Прогнозы образования и расчеты дренажей

техногенных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях

Спвральность 05.23.07 - гидротехническое строительство

«

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2003

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии -ордена Трудового Красного Знамени комплексном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ФГУП «НИИ ВОДГЕО»),

Защита состоится «29» октября 2003 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 303.004.01 в ФГУП «НИИ ВОДГЕО» Госстроя России по адресу:

119992, Москва Г-48, Комсомольский проспект, 42, строение 2. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «НИИ ВОДГЕО».

Автореферат разослан «27» сентября 2003 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Специализированного Совета, а отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу

ФГУП «НИИ ВОДГЕО», Москва, Г-48, Комсомольский проспект, 42, строение 2, 119992.

Научный руководитель

кандидат технических наук A.B. Расторгуев

доктор технических наук, профессор Н.П. Куранов

Научный консультант

Официальные оппоненты

доктор технических наук Г.И. Покровский кандидат технических наук Ю.С. Шевлягин

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям (ПНИИИС).

Ведущая организация

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

¡Jdifjtcd

Ю.В. Кедров

Актуальность работы: Проявление ряда опасных геологических процессов (ОГП) (подтопление, оползни, суффозия, карст и др.) нередко связано с факторами и процессами, приводящими к обводнению ненасыщенных фунтов, образованию верховодки или новых техногенных горизонтов. Развитие процессов обводнения фунтов (в определённых инженерно-геологических условиях) значительно увеличивает риск возникновения опасных явлений, повышает степень опасности и масштабы их воздействия (повреждаются автострады, железные дороги, промышленные предприятия, жилая и другая государственная и частная собственность и т. п.). Изучение опасных природных и природно-техногенных процессов (ОПТП) является актуальными в связи с освоением новых территорий, увеличением техногенной нафузки на уже освоенных участках. Часто возникает необходимость проектирования и строительства сооружений, основная задача которых - предотвращение причин возникновения таких проявлений.

По данным Госстроя России в 2001 г. в той или иной степени подвержены воздействию подтопления 960 городов, а в тройку самых «популярных» на территории нашей страны ОПТП, помимо подтопления, входят оползни и наводнения - процессы, которые нередко являются либо следствием, либо причиной подтопления (см. рис. 1). Причем за последние 10-15 лет суммарная площадь развития ОПТП увеличилась в пределах урбанизированных территорий на 50-60%, что отразилось на росте общего количества чрезвычайных ситуаций. Налицо активизация процессов подтопления, которая сопровождается повышением экологической и социальной напряженности в различных регионах.

1200

1000

600 -,

200

ЯОПОЛЗНИ ■ СЕЛИ

□ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ аНАВОДНЕНИЯ ■ПОДТОПЛЕНИЕ КАРСТ

.. Рис. 1. Диаграмма распространенности ОПТП.

¡АЦНОНАЛЬНАя! БИБЛИОТЕКА | С.Петербург /<ГгА

оэ хю5««т413 I

Тенденция увеличения площадей развития и потерь от ОПТП характерна не только для России, но и для большинства других стран. Согласно мировым статистическим данным, количество пострадавших от ОПТП ежегодно повышается на 4%, на 10,4% растут экономические потери.

В этой связи прогнозирование процессов обводнения фунтов в различных, часто весьма сложных, гидрогеологических условиях, совершенствование и разработка методов количественных оценок развития процессов подтопления приобретает особое значение.

Прогнозное направление остается приоритетным и при образовании вблизи потенциально опасных участков каких-либо техногенных источников питания подземных вод (каналы, трассы аодонесущих коммуникаций, пруды и т.д.).

Важнейшую роль играют математические прогнозные модели подтопления, способные включаться в общие модели прогнозирования того или иного ОПТП и позволяющие,, таким образом, учитывать влияние поведения фунтовых вод на развитие опасного процесса в целом.

По расчетам международных экспертов и ученых страны затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к защите от ОПТП в 10-15 раз меньше предотвращенного ущерба, что указывает не только на актуальность, но и на экономическую эффективность прогнозных исследований. 1

Целью диссертационной работы является разработка методики прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов, верховодки, а также методов расчета систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий а этих условиях.

Основные задачи диссертационной работы включают:

— анализ и обработку материалов по подтоплению застраиваемых территорий;

— математическую постановку задач прогнозирования образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки при строительном освоении территорий;

— получение точных решений некоторых задач в указанной выше математической постановке, в т.ч. с подвижной фаницей типа Стефана;

— разработку методов упрощения математической постановки задач прогноза образования техногенных водоносных горизонтов и верховодки для получения инженерных решений;

— оценку точности разработанных приближенных методов расчетов кривой депрессии и подвижной границы промачивания фунтов;

— получение расчетных зависимостей для прогнозирования образования новых техногенных горизонтов и верховодки;

— получение расчетных зависимостей для оценки эффективности дренажей в условиях образования новых техногенных горизонтов;

— анализ основных особенностей численной реализации задач прогноза образования новых водоносных горизонтов и верховодки;

— разработка методики прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов, верховодки и систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий на примере строительного освоения некоторых территории г. Москвы.

Методика исследований. При выполнении работы использовались различные методы исследований, которые способствовали решению основных задач диссертационной работы. В частности, они включали:

— сбор и анализ литературных и архивных источников по формированию техногенных водоносных горизонтов на застроенных территориях;

— изучение математических моделей и методов решения задач фильтрации с подвижными границами;

— анализ материалов по изучению особенностей фильтрации в районе гидротехнических сооружений и приемов упрощения количественного описания этих процессов;

— изучение численных методов описания фильтрационных процессов и их компьютерную реализацию;

— проведение численных экспериментов при оценке точности приближенных методов расчета;

— обобщение фактических данных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на конкретных объектах;

— обработку экспериментальных данных, данных натурных наблюдений для оценки параметров, входящих в математические модели;

— наблюдение за работой систем вертикальных и горизонтальных дренажей.

Научная новизна и основные результаты работы:

— получен новый класс точных решений задач типа Стефана, описывающих процесс формирования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки на застраиваемых территориях;

— сформулированы основные гипотезы, ведущие к упрощению сложных математических моделей, к получению различных инженерных решений для составления гидрогеологических прогнозов и расчетов дренажей;

— получены новые расчетные зависимости для вычисления кривой депрессии и границы промачивания при действии источников различной конфигурации и интенсивности в сухих грунтах;

— найдены новые решения задач фильтрации к дренажным устройствам для обоснования проектных решений систем инженерной защиты от подтопления в условиях образования новых техногенных горизонтов;

— проведен комплекс исследований на реальном объекте по прогнозу образования техногенного горизонта и обоснованию систем инженерной защиты от подтопления, который может быть принят за основу разработки соответствующих методических указаний.

Практическая ценность работы состоит в разработке методов прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки в сложных гидрогеологических условиях и расчетов систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий, когда формирование водоносного горизонта происходит вслед за строительным освоением территории. Полученные результаты исследований могут быть использованы при составлении соответствующих нормативных документов, а так же непосредственно в практике изысканий и проектирования систем инженерной защиты территорий.

На защиту выносятся:

— математические модели и точные решения некоторых задач фильтрации в сухих фунтах;

— основные упрощающие гипотезы, допустимые при изучении процессов формирования новых техногенных горизонтов и верховодки;

— расчетные зависимости для широкого круга задач подтопления застраиваемых территорий при образовании верховодки;

— расчетные зависимости для оценки эффективности специальных гидротехнических сооружений (дренажей различного типа) в условиях образования новых техногенных горизонтов;

— комплекс исследований по прогнозу образования техногенного горизонта и системы инженерной защиты от подтопления территории городка ОМОН в г. Москве.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы доложены на Международной конференции «Анализ и оценка природных рисков в строительстве» (Москва, 1997); Международной конференции «MODFLOW98 and the Other Modeling Odysseys Conference» (Golden, Colorado, 1998); Годичной сессии научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (Москва, 2001);

Публикации: Основные положения диссертационной работы отражены в 7 научных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения, основных выводов и приложений.

Основное содержание работы

Для правильного выбора направлений научных исследований, целью которых является обоснование проектных решений по предотвращению последствий неблагоприятного воздействия изменения режима фунтовых вод в первой главе проведен обзор и анализ существующих методов прогнозирования новых техногенных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях. Описаны основные направления развития построения прогнозных моделей применительно к проблеме подтопления застроенных территорий. К этим направлениям относятся: региональная и локальная оценка потенциальной подтопляемости на основе метода аналогий; прогнозы подтопления городских территорий численными методами, основанные на разработке математических моделей фильтрации в пределах рассматриваемых территорий; прогнозы подтопления застроенных территорий аналитическими методами. Каждое из отмеченных направлений в различные годы

имело свою область применения и успешно реапизовывалось на практике, во многом благодаря работам зарубежных и отечественных ученых, среди которых следует отметить С.К. Абрамова, С.Ф. Аверьянова, Ф.М. Бочевера, Б.В. Боревского, C.B. Васильева, H.H. Веригина, И.К. Гавич, Б.М. Дегтярева, Е.С. Дзекцера,

A.B. Лёхова, В.А. Мироненко, С.Н. Нумерова, Г.И. Покровского, В.Г. Румынина, С.П. Позднякова, В.М. Шестакова, Д.Ф. Шульгина и др.

Выполнен анализ наиболее прогрессивных исследований прошлых лет, современных подходов, которые связаны, так или иначе, с рассматриваемой проблемой. Среди отечественных исследователей, за которыми был и остается приоритет в данной области научного знания, следует отметить работы Г.И. Баринблатта, П.Я. Полубариновой-Кочиной, H.H. Веригина, В.М. Шестакова,

B.C. Шержукова, А.Ж. Муфтахова, Н.П. Куранова, H.H. Лапшина, A.B. Расторгуева, В.И. Сологаева и др. Следует также отметить отдельные работы, появившиеся в последние годы за рубежом (Lockington D.A., Parlang J.-Y., Parlang M.B., Selker J.).

Проведенный анализ показывает, что, наименее изученными остаются вопросы образования техногенных горизонтов и верховодки. В настоящее время

намечены лишь подходы к прогнозированию этих процессов, которые, впрочем, иногда противоречат друг другу. В связи с этим необходимо развитие количественных методов прогноза, расширение круга зависимостей для расчета показателей обводненной области, в том числе, расчета дренажей в условиях образования новых техногенных горизонтов.

Выполненный анализ и обобщение результатов исследований в данной области позволил доказать, что получение количественных закономерностей связано с решением задач типа Стефана с условием на подвижной границе обводнения:

Здесь и в дальнейшем приняты следующие обозначения: ц - недостаток насыщения фунта; к - коэффициент фильтрации обводняемых грунтов;

кй - коэффициент фильтрации слабопроницаемого прослоя, на котором формируется техногенный горизонт;

(1)

т0 - мощность этого слабопроницаемого прослоя;

со - инфильтрационное питание, поступающее в зоне фильтрации на свободную

поверхность; h - уровень фунтовых вод (УГВ);

R = R(t) - неизвестная подвижная фаница растекания жидкости по водоупору; RH - начальное положение фаницы промачивания.

Вторая глава посвящена получению расчетных зависимостей для выполнения прогнозных расчетов образования новых техногенных горизонтов и верховодки на основе точных аналитических решений. В этой главе рассмотрены вопросы схематизации изучаемых процессов. Выделены следующие три типа задач: задачи фильтрации в фунт при непроницаемом водоупоре (задачи I типа); стационарные задачи фильтрации при относительном (слабопроницаемом) водоупоре (задачи If типа); нестационарные задачи фильтрации при слабопроницаемом основании (задачи Ш'типа).

Задачи I типа впервые были рассмотрены П.Я. Полубариновой-Кочиной (1956 г.), однако представляют интерес для исследований и до настоящего времени.

Задачи II типа впервые рассматривались Н.П. «урановым , А.Ж. Муфтаховым (1984 г.).

Задачи III типа являются обобщением задач I и II типов и подробно рассматриваются в настоящей работе.

Несмотря на то, что задачи I и II типов являются частными случаями задач III типа, они рассмотрены отдельно и выделены в отдельные классы, поскольку предельные переходы из III типа к I типу (¿0 -»0) и из III типа ко II типу (/-»«) имеют ряд специфических особенностей.

В задачах I типа жидкость, поступающая в область фильтрации, не перетекает через основание водоупора в подстилающую область, а полностью растекается по водоупору (см. рис.2). Это обстоятельство приводит к тому, что при постоянном источнике питания фильтрация всегда носит неустановившийся характер, т.е. стационарный режим фильтрации не наступает (при t -> °о; R(t) ->оо).

Условия на подвижной фанице промачивания для задач I типа приобретают

вид:

л=°; д(°)=*о (2)

I I I I I I II

Условные обозначения:

- Источник питания (водоемы, каналы и т.п.);

- Необводненная зона;

- Зона фильтрации;

- Слабопроницаемый грунт;

- Уровень фунтовых вод;

V - .х . ■ -V

///////

У / /S А

- Обводненный элемент, прилегающий к границе промачивания;

- Подстилающий, хорошо проницаемый слой

Рис. 2. фильтрация из совершенного источника в обводненный,

хорошо проницаемый грунт

Особенностью задач II типа является то, что количество жидкости, поступающее в зону фильтрации, совпадает с количеством жидкости, перетекающем через слабопроницаемый прослой в подстилающие фунты. Это приводит к тому, что область фильтрации фиксируется, т.е. фаница растекания жидкости по водоупору и сам процесс фильтрации перестают зависеть от переменной времени.

Для этого типа задач условия на подвижной фанице трансформируются в выражения:

dh dx

V к

const

(3)

Основным фактором г проведенном анализе задач I, II и III типов, который определяет специфику рассматриваемого класса задач, является тот факт, что

бесконечно малое изменение параметра к0 (имеется в виду от нуля до любой малой величины) приводит к конечному изменению решения (изменение величины Л при /-»■оо от бесконечности до какой-то конечной величины , определяемой решением стационарной задачи). Такие задачи относятся к классу задач особых возмущений (Ван Дайк, Найфэ и др.), которые в теории геохимической гидродинамики впервые рассматривались в работах Н.П. Куранова. Таким образом, усложняющими элементами при решении краевых задач, описывающих процесс образования новых техногенных горизонтов или верховодки, являются нелинейность уравнения Буссинеска, наличие неизвестной подвижной границы промачивания (задачи типа Стефана) и особые возмущения типа Ван Дайка.

Преодолеть эти трудности и получить точное решение рассматриваемого класса задач удалось в данной работе на примере следующей краевой задачи:

с краевыми условиями (2) и й| = .

Решение задачи (4) найдено методом составных разложений, который является одним из наиболее разработанных методов в газовой динамике для задач особых возмущений.

Суть его состоит в том, что решение ищется в виде некоторого разложения по малому параметру. При этом вид разложения индивидуален для каждого класса задач и его нахождение зависит, главным образом, от искусства исследователя. В работе доказано, что для рассматриваемого класса задач это разложение имеет вид:

где А0; А,; к2; Л0; Я,; Л, - неизвестные функции, которые могут быть найдены последовательно одна через другую в результате решения более простых краевых задач, вытекающих из (4); е, 5 - некоторые характерные для рассматриваемого

класса задач, так называемые, малые параметры. Причем доказано, что для данного класса задач малые параметры в разложениях (5) имеют вид:

(4)

Л = Л0 -ь + <У2Л2 +

(5)

г-

e = f; S = (6)

где a - константа, определяемая при решении конкретных краевых задач.

Как видно из (6), малый параметр е представляет собой отношение коэффициентов фильтрации слабопроницаемого основания и водовмещающих пород. Для задач I типа этот параметр равен нулю. В остальных случаях г«1. Другой малый параметр 3 - суть функция времени, которая из-за малости s также

мала и при е->0 £-»0(в этом случае, отношение —>at).

Е

Вместе с тем малый параметр д имеет ту особенность, что при t -> оо (задачи II типа) этот параметр перестает быть малым, т.к. в этом случае S 1.

Изложенный выше анализ разложений (5) указывает на связь между задачами I, II и III типов, точные решения которых получены как отдельно для каждого типа,

S

так и путем предельных переходов из III в I (к„ ->0, й->0, —>са) и из III в II

е

(*-»«, е*0, 8'-1).

Точное решение задач образования новых техногенных горизонтов и верховодки с неизвестной подвижной границей обводнения позволяет провести количественный анализ изучаемых процессов. Однако получение аналитических решений возможно лишь для некоторых тестовых задач, а для большинства задач, имеющих важное практическое значение, сильно усложняется (а чаще всего -просто невозможно). Это связано с тем, что в реальных условиях процесс обводнения происходит в сложных гидрогеологических условиях, что приводит к большому усложнению математических моделей.

В практике гидрогеологических расчетов чаще применяются инженерные методы решения подобного рода задач, например, численные методы, линеаризация дифференциальных уравнений, описывающих процесс движения фунтовых вод и др. Вопросам разработки приближенных методов и получению на основе этого приближенных решений рассматриваемого класса задач фильтрации, а также вопросам оценки точности приближенных методов посвящена третья глава диссертации.

В работе предложено два различных подхода к упрощению математических моделей. Первый из них (прямой метод) основан на известных классических подходах и состоит в традиционной линеаризации уравнения Буссинеска и

i представлении в уравнении (1) скорости фильтрации в виде обратной

пропорциональной зависимости от искомой функции R = R(t) - подвижной границе

I области фильтрации:

i

! К = = (7)

дх R R

где а0— некоторый поправочный коэффициент, принимающий различные значения для задач I, I! и III типов.

Выражение (7) является основной гипотезой, используемой для упрощения математических моделей в данном подходе. Оно позволяет справиться с трудностями, связанными с эффектом Стефана. Помимо основной гипотезы используется также предположение о том, что изменение напора во времени зависит, главным образом, от времени и, в меньшей мере, меняется по координате. Этот факт подробно был исследован в ряде работ для разных классов задач фильтрации.

* Предложенный приближенный подход позволяет получить общее решение

уравнения фильтрации (4) с краевыми условиями (2). При наличии общего решения

> уравнения получение искомых прогнозных зависимостей конкретных краевых задач

не представляет трудностей. В работе получены приближенные решения как тестовой задачи (4) при совершенном источнике питания с постоянным напором, так и целого ряда других задач (несовершенный источник питания, переменный во времени напор на границе и т.п.) Все полученные решения имеют простой вид и выражаются через элементарные функции.

Второй приближенный подход к получению расчетных зависимостей задач типа (4) разработан на основе метода составных разложений и состоит в том, что приближенное решение любой задачи рассматриваемого класса ищется в виде (5), но при этом остаются только главные члены, а именно:

h = ht+Shx\ Л = (8)

Неизвестные функции Л0, Л,, Л0 и параметр а, входящий в (6), находятся в процессе решения конкретной задачи. При этом рабочей остается и гипотеза (7).

Такой подход позволяет существенно упростить процесс нахождения каждого из четырех указанных выше неизвестных и, по сути дела, позволяет строить

решение задач III типа на основе решений более простых задач I и II типов, о которых говорилось выше.

В работе проиллюстрировано получение решения ряда задач на основе гипотезы (8), в т.ч. тестовой задачи (4). Этот метод, заключенный в составлении решений сложной задачи из нескольких простых, назван методом сращивания.

Когда речь заходит о методах получения приближенного решения любой задачи, то неизменно встает вопрос о точности получаемых этим методом решений. Рассматриваемые задачи фильтрации не являются исключением в этой части, и поэтому в работе уделено большое внимание оценке точности приближенных зависимостей. Степень приближения решений, полученных «прямым» методом и методом «сращивания», оценивалась путем сравнения их с точными решениями.

О высокой точности обоих приближенных методов говорит тот факт, что для задач I и II типов имеет место полное совпадение точного и приближенного выражений для расчета плановых границ области фильтрации, т.е. для расчета границы промачивания фунтов.

Анализ расчетных зависимостей и тестовые расчеты для уровней фунтовых вод показывают, что как «прямой» метод, так и метод «сращивания» дают *

достаточно хорошее совпадение результатов во всем диапазоне изменения параметров. Однако пофешности «прямого» метода несколько выше (до 10-13% по i

уровням фунтовых вод).

Кроме того, оба метода имеют заметные пофешности (до 5%) при небольших значениях времени, меньше г^ , т.е. критерием использования приближенных зависимостей является выражение:

Т>г„

(9)

где г =

10 вР

'Я>-

\2

kt , jxh0'

е-Л;

_ "о т„

В целом можно считать, что приближенные решения, полученные в работе, в подавляющем большинстве случаев имеют пофешности, не более 7-8%. В силу этого, изложенные приближенные приемы могут быть с успехом использованы для решения рассматриваемых классов задач. Тем более, что при этом пофешности в расчетах плановых границ области замачивания грунтов исчезающе малы, т.е., как правило, менее одного процента.

При проведении прогнозных расчетов и расчетов дренажей в современной практике обоснования инженерных решений используются обычно компьютерные технологии. В настоящее время можно считать хорошо проработанными вопросы моделирования фильтрации подземных вод в напорных водоносных горизонтах. Безусловным лидером в этом является программа Геологической службы США МСЮПСМ, реализующая неявную консервативную аппроксимацию уравнения трехмерной фильтрации. В случае безнапорных условий, особенно когда свободная поверхность пересекает слабопроницаемые отложения, являющиеся подошвой слоя, надежных, универсальных алгоритмов моделирования фильтрации подземных вод не существует. Этим объясняется и необходимость разработки специальных приемов и методов численной реализации моделей для решения задач образования верховодки (т.е. безнапорной фильтрации на слабопроницаемом основании при наличии подвижной границы промачивания и маломощных обводненных зон).

Вопросы численного моделирования безнапорной фильтрации, методики прогноза и обоснования системы инженерной защиты от подтопления застроенных территорий при образовании новых техногенных горизонтов и верховодки, рассматриваются в четвертой главе диссертации.

Формирование верховодки на слабопроницаемом основании, рельеф которого является функцией координат, описывается уравнением Буссинеска, которое может быть представлено в виде (4) или в более общем виде:

я а к (1°)

дх " ду та

где х, у и /-плановые и временная координаты, /л - недостаток насыщения, со-инфильтрационное питание, Ъ -положение подошвы водоносного горизонта относительно плоскости сравнения, кх и ку -коэффициенты фильтрации в направлениях хи у.

Метод численного решения уравнений типа (10) (для случая растекания поверхностного стока) был предложен Махановым С.С. и Семеновым А.Ю., 1995. При этом использована неявная итерационная разностная схема с аппроксимацией межблочной проводимости с направленными против потока разностями.

Расширение схемы Маханова-Семенова для случая формирования верховодки на слабопроницаемом основании может быть представлено следующим образом:

2-Ду,

п1-\/Х]кх

/+1

+ 2-Ах,

¡.п-1 . (\j--l К]) , ь«-1 . _

Ду,+Ду,+, АУ]+Ау1+,

(11)

- -"ук + )• Ри ■ Д*.- •АУ, +

Л" -Л'"*

где / и у- индексы блоков, Дхи Ду- размеры прямоугольных блоков в направлениях хи у, Ы-размер временного шага, »-номер итерационного шага, ¿-мощность верховодки без временного индекса относится к текущему шагу.

Кщ = КиГ,- 1/2,у +11 - К1

^+1/2,; = |\у?н-|ду + ~ Ум/г,] К+1,; ]>

=ку-.Г,.у-1/2 + (1-Г^на Ку]' ~ + (1_ //,/+1/2 Ху+1 ]•

Случай у,.^ =у|<1/2^ =гм--|/2 =1\л*чг =0-5 соответствует центрально-разностной

аппроксимации. Аппроксимация разностями ориентированными против потока достигается тогда, когда:

У¡-мг,] Ум/г,] ~

/¡. у-1/2 =

0, в противном случае

1,

О, в противном случае О, в противном случае

О, в противном случае

Входящие в (11) скорости потока определяются, используя информацию о рельефе слабопроницаемого слоя, по которому распространяется верховодка:

УЮС, уг1=к, -2 Ъ<~х-> ~Ъи ; ШХмп , = к, и1

УНУ■ к .2 ~Ь,'< ; УКГ1М2=к .

Основная сложность, возникающая при численной реализации задач безнапорной фильтрации по слабопроницаемому основанию - возникновение отрицательных обводненных мощностей.

Отрицательные значения к появляются либо из-за сложной конфигурации кровли слабопроницаемого слоя, либо из-за перетока через слабопроницаемые отложения.

Первое обстоятельство устраняется использованием схемы с ориентацией вверх по потоку межблочных значений мощности. Второе затруднение разрешается, если размеры временных шагов ограничиваются условием:

Д/ < тт

К,

(12)

где Аяи - пренебрежимо малая мощность верховодки, не представляющая интереса для практических расчетов, например Н^ » 0,01 м.

Для проверки (11) были проведены тестовые расчеты. Способность численных моделей решать задачи формирования верховодки проверялась с помощью точных аналитических решений, полученных в настоящей работе.

Помимо модели (11) была протестирована программа МООРШ\Л/, результаты расчетов по которой показали плохое совпадение результатов моделирования с аналитическим решением. В отличие от программы Геологической службы США, предлагаемая в работе модель (11), использующая аппроксимацию проводимости вверх по потоку при соблюдении ограничений на временной шаг дает практически полное совпадение с аналитическим решением.

Разработанная модель в дальнейшем была использована для обоснования проекта инженерной защиты городка ОМОН в Строгино в г. Москве.

/

Для решения вопросов, связанных с отводом подземных поверхностных вод, поступающих с прилегающих участков, и осушением территории в целом, проводились инженерно-геологические изыскания, целью которых было детальное изучения геологического строения и гидрогеологических условий, в том числе мощности техногенного водоносного горизонта, литологического состава водовмещающих пород, направления движения подземных вод техногенного горизонта, условий разгрузки, глубины залегания кровли водоупора, его мощности, а также фильтрационных свойств дренируемых грунтов.

По результатам изысканий было выявлено, что комплекс зданий городка ОМОН подтапливается подземными водами первого от поверхности надморенного водоносного горизонта, водовмещающими породами которого являются, в основном, техногенные песчаные фунты. Надморенный горизонт залегает на слабопроницаемых моренных суглинках, низкие фильтрационные свойства которых и привели к образованию техногенного надморенного горизонта. Вблизи зданий городка ОМОН техногенный горизонт имеет офаниченное распространение. На юго-западе территории моренные суглинки отсутствуют и техногенный водоносный горизонт разфужается в залегающий ниже региональный надъюрский водоносный горизонт.

В качестве основных водоотводных мероприятий были рекомендованы дренажные водопоглощающие скважины. Сооруженный опытный участок скважин показал эффективность такой системы инженерной защиты. Для обоснования системы инженерной защиты от подтопления участка городка ОМОН с помощью водопоглощающих скважин, были проведены геофильтрационные расчеты на основе конечноразностной схемы (11).

Работы по проектированию и строительству системы инженерной защиты от подтопления территории городка ОМОН, включая моделирование и расчеты проводились в следующей последовательности:

— калибровка модели по материалам изысканий (до строительства системы инженерной защиты);

— проведение прогнозных расчетов для оценки динамики подтопления территории с разработкой рекомендаций по созданию опытно-производственного участка системы инженерной защиты;

— моделирование работы участка опытного дренажа для оценки его эффективности с последующим строительством и наблюдением за работой опытно-производственной дренажной системой;

j

' — корректировка модели по результатам опытных работ;

— проведение многовариантных расчетов с выбором наиболее эффективного решения и разработкой рекомендаций по проектированию.

Численная реализация принятой методики работ проводилась с помощью программы «Линза», написанной на языке FORTRAN. Для проведения моделирования область фильтрации, прилегающая к комплексу зданий ОМОН, была покрыта сеткой с прямоугольными ячейками. Количество ячеек 100x40 вдоль оси х и у соответственно.

Результаты режимных наблюдений были использованы для определения фильтрационных параметров путем решения обратной задачи. В результате прогнозных расчетов получено прогнозное распределение уровней во всех ячейках модели (рис. 3).

Рис. 3. Прогнозная карта глубин залегания фунтовых вод на территории

городка ОМОН

i

' Сопоставление фактических и модельных уровней приведено на рис. 4. В

результате решения обратной задачи установлены средние значения фильтрационных параметров (к = 6,7 м/сут; к0 = 10"4 м/сут, ш= 1,2-10-3 м/сут).

Система опытно-производственного дренажа, которая была запроектирована и построена состояла из 18 водопоглощающих скважин.

I

Рис. 4. Сопоставление фактических и модельных уровней

Результаты моделирования, отражающие реальную ситуацию после введения в строй опытного участка дренажа приведены на рис. 5.

Рис. 5. Карта глубин залегания фунтовых вод на территории городка ОМОН после создания опытного участка дренажа При проведении многовариантных расчетов системы инженерной защиты от подтопления рассматривалось различное количество водопоглощающих скважин в сочетании с горизонтальной системой дренажа. В результате расчетов была

рекомендована комплексная система дренажа, дополняющая систему опытно-производственного дренажа еще 23 водопоглощающими скважинами и горизонтальным дренажем, общей протяженностью 988 м.

Результаты работы этой системы дренажа представлены на рис. 6.

Рис. 6. Карта глубин залегания фунтовых вод на территории городка ОМОН после создания системы инженерной защиты

Результаты расчетов убеждают, что составленная на основе схемы (11) профамма может быть использована для расчетов динамики образования верховодки и новых техногенных горизонтов, а также для оценки эффективности работы системы инженерной защиты от подтопления, состоящей из различных видов дренажей или иных защитных средств. Она может рассматриваться как предпрограмма для М00р1_0\л/.

В работе приведены также некоторые материалы внедрения результатов настоящих исследований в НИИ ВОДГЕО и ЗАО «ДАР\ВОДГЕО» на ряде других объектов в г. Москве (оползневой склон р. Коршуниха, многофункциональный центр на ул. Косыгина, Российско-Корейский центр на Мичуринском проспекте и др.).

Основные выводы и предложения

1. В процессе строительного освоения территорий часто происходит резкое изменение гидрогеологической обстановки, в результате чего сухие фунты становятся обводненными. В настоящее время в мировой практике составления прогнозов подтопления застроенных и застраиваемых

территорий нет сложившегося подхода к прогнозированию образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки, что ведет к серьезным ошибкам в инженерной подготовке территорий для строительства.

2. Основная сложность в разработке методики выполнения прогнозных расчетов ] при образовании новых техногенных горизонтов и верховодки состоит в том, !

I

что неизвестными являются границы обводненной области, которые со I

временем изменяются. Это обстоятельство накладывает особенности на математические модели, которые могут использоваться при выполнении прогнозных расчетов. При этом возникают серьезные математические сложности в реализации таких моделей, приходится решать задачи фильтрации типа Стефана с неизвестной подвижной границей.

3. Сформулированы некоторые частные математические модели образования новых техногенных горизонтов на слабопроницаемом основании и найдены точные решения этих задач. Получены расчетные зависимости для построения кривой депрессии и границ области обводнения фунтов.

4. Точные решения задач образования новых техногенных горизонтов и верховодки удается найти только для узкого круга гидрогеологических условий, в которых происходит формирование этих водоносных горизонтов. Изучение особенностей формирования новых техногенных горизонтов позволило сформулировать некоторые гипотезы, характерные для процессов, которые существенно упрощают математическую постановку задач и позволяют значительно расширить возможности получения аналитических и численных решений этого класса задач.

5. Выполнен комплекс исследований, который подтверждает высокую точность приближенных решений. Оценка точности приближенных методов расчета, основанных на упрощающих гипотезах, выполнена на основе сравнения точных и приближенных решений в широком диапазоне изменения параметров, отражающих особенности гидрогеологических условий, в т.ч. источников подтопления территорий. > |

6. Найдены новые расчетные зависимости для широкого круга практических задач, которые позволяют прогнозировать процессы образования новых техногенных водоносных горизонтов и подтопления застраиваемых , | территорий в этих условиях.

7. Выделены особенности моделирования образования верховодки на слабопроницаемых основаниях для широкого круга практических задач, а

также обоснования проектных решений по инженерной защите от подтопления застраиваемых территорий путем строительства гидротехнических сооружений специального назначения - дренажей различных типов для этих условий.

8. Выполнены прогнозные расчеты образования нового техногенного горизонта городка ОМОН в районе Строгино в г. Москве. Даны рекомендации по проектированию опытного участка дренажа на этой территории. Обработаны материалы наблюдений за режимом фунтовых вод на опытном участке и дана оценка фильтрационных параметров путем решения обратных задач с использованием результатов, полученных в данной работе.

9. Комплекс исследований и численных расчетов, выполненный для территории застройки городка ОМОН, позволил обосновать систему инженерной защиты зданий и сооружений, находящихся в пределах подтапливаемой территории. Проведенные исследования для городка ОМОН могут быть приняты за основу при разработке методических рекомендаций по- выполнению прогнозных расчетов и обоснованию систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий в условиях образования новых техногенных горизонтов и верховодки.

10. Результаты работы внедрены на ряде объектов, в т.ч. при проектировании Российско-Корейского центра в г. Москве, строительного освоения территории вблизи оползневого склона оврага р. Корнушиха, многофункционального комплекса по ул. Косыгина в г. Москве. Направление дальнейших исследований автор видит в дальнейшей

разработке компьютерной технологии проектирования систем инженерной защиты от подтопления с учетом ряда процессов, таких как неполное насыщение и др.

Кроме того, необходимо совершенствовать нормативную базу по проектированию систем инженерной защиты от подтопления в этих условиях.

Результаты научных исследований, изложенных в диссертации, опубликованы в 7 работах:

1. Куранов Н.П., Кумов П.В., Расторгуев A.B. О прогнозах образования

верховодки и новых техногенных горизонтов на слабопроницаемых

основаниях. Материалы международной конференции «Анализ и оценка природных рисков в строительстве». М„ 1997, с. 23-24.

!

i

I

2. Rastorgouev A.V., Kouranov N.P., Koumov P.V. Modeling Saturated Mound Development On Low-permeable Strata: Pre-program For MODFLOW. Proceedings of the MODFLOW'98. Conference, Golden, Colorado, October 4- 8, 1998, Volume 2, pp. 801-807.

3. Н.П. Куранов, A.B. Расторгуев, А.П. Шевчик, С.И. Куксин, П.В. Кумов, П.Н. Куранов, E.H. Леонова Инженерная защита городов Поволжья от подтопления на примере г. Саратова. Материалы конференции «Возрождение Волги». Н. Новгород, 2000 г.

4. Куранов Н.П., Расторгуев A.B., Кумов П.В. Модельное обоснование дренирования техногенных линз с помощью сбросных скважин. Сергеевские чтения. Выпуск 3/ Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (22-23 марта 2001) - М.:ГЕОС, 2001 .-379-384 с.

5. Куранов Н.П., Расторгуев A.B., Кумов П.В. Модельное обоснование мероприятий по снижению рисков подтопления фунтовыми водами объектов подземной гидросферы. Сб. докладов «Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций». Уфа, 2001.

6. Куранов Н.П., Куранов П.Н., Кузьмин В.В., Кумов П.В., Криксунов Ю.Я., Леонова E.H., Расторгуев A.B. Современные методы расчета систем инженерной защиты or подтопления застроенных и застраиваемых территорий. Стройклуб, № 5,2001.

7. Куранов Н.П., Расторгуев A.B., Кумов П.В. Различные методы прогнозирования образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях. Сб. трудов «Проблемы инженерной геоэкологии». Выпуск 2. М., 2002, с. 72-76.

Выражение признательности Автор выражает глубокую признательность:

— своему научному руководителю - к.т.н., с.н.с. Расторгуеву A.B. за неоценимую помощь в работе и учительское сподвижничество;

— научному консультанту - д.т.н„ проф. Куранову Н.П за офомную помощь и поистине отеческое долготерпение, ощущавшиеся автором на протяжении всей исследовательской деятельности;

— сотрудникам лаборатории инженерной геоэкологии ФГУП «НИИ ВОДГЕО» за помощь и заботу, которую автор чувствовал в течение всего времени обучения в аспирантуре;

— за оказанную помощь в проведении эксперимента по численному моделированию;

— ЗАО «ДАР/ВОДГЕО» за финансовую поддержку, оказанную при выполнении данной работы.

Подписано в печать 2&. ОР 2003года. Заказ № . Формат 60х90/16. Усл. печ. л. . Тираж /ОО экз. Отпечатано на ризографе в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ методов прогнозирования образования новых техногенных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях.

1.1. Обзор существующих методов прогнозов новых техногенных горизонтов и верховодки.

V 1.2. Общие подходы к описанию процессов фильтрации при образовании новых техногенных горизонтов и верховодки.

1.2.1. Уравнения фильтрации и условие на свободной поверхности.

1.2.2. Условия на подвижной границе промачивания.

2. Точные аналитические решения некоторых задач образования новых

4- техногенных горизонтов и верховодки.

2.1. Образование нового техногенного горизонта при утечках из гидротехнических сооружений и водонесущих коммуникаций на непроницаемом водоупоре.

2.2. Образование нового техногенного горизонта при утечках из гидротехнических сооружений и водонесущих коммуникаций на слабопроницаемом основании.

2.2.1. Стационарная фильтрация в грунт при слабопроницаемом основании.

2.2.2. Нестационарная фильтрация в грунт при слабопроницаемом основании.

3. Приближенные методы решения задач образования новых техногенных горизонтов и верховодки.

3.1. Методы упрощения математических моделей фильтрации.

3.1.1. Основные гипотезы упрощения математических моделей.

3.1.2. Упрощение уравнения фильтрации и его общее решение для задач растекания грунтовых вод по слабопроницаемому водоупору.

3.2. Оценка точности инженерных методов расчета фильтрации при образовании новых техногенных горизонтов.

3.2.1. Оценка точности инженерных методов при расчетах плановых границ верховодки.

3.2.2. Оценка точности инженерных методов при расчетах уровней грунтовых вод.

3.3. Получение расчетных зависимостей образования новых техногенных горизонтов и верховодки для разных классов задач.

3.3.1. Расчет образования техногенных горизонтов на слабопроницаемом основании.

3.3.1.1. Фильтрация в сухой грунт при известном переменном уровне в источнике подтопления.

3.3.1.2. Фильтрация в сухих грунтах с питанием из несовершенного источника подтопления.

3.3.1.3. Образование верховодки при интенсивном инфильтрационном питании.

3.3.2. Расчеты образования техногенных горизонтов на непроницаемых основаниях.

3.3.2.1. Фильтрация в сухой грунт при переменном уровне в источнике подтопления.

3.3.2.2. Фильтрация в сухих грунтах с питанием из несовершенного источника подтопления.

3.3.2.3. Образование верховодки при интенсивном инфильтрационном питании.

4. Методика прогноза и обоснования системы инженерной защиты от подтопления застроенных территорий при образовании новых техногенных горизонтов и верховодки.

4.1. Особенности моделирования верховодки на слабопроницаемых основаниях.

4.2. Рекомендации по проектированию комплексной системы инженерной защиты от подтопления городка ОМОН в Строгино г. Москва.

4.2.1. Анализ инженерно-геологических условий и разработка математической модели.

4.2.2. Оценка образования техногенного горизонта до работы дренажа.

4.2.3. Моделирование работы опытного вертикального дренажа.

4.2.4. Оценка работы вертикального дренажа.

4.2.5. Оптимизационные расчеты комплексной системы дренажа зданий городка ОМОН.

4.3. Опыт выполнения работ по прогнозированию подтопления территорий с образованием техногенных горизонтов и верховодки.

4.3.1. Геофильтрационные расчеты в районе строительства жилого дома вблизи оползневого склона оврага р. Коршуниха.

4.3.2. Прогнозные расчеты подтопления Корейско-Российского торгового центра в г. Москве.

4.3.3. Основные результаты расчетов подтопления территории проектируемого многофункционально общественно-жилого комплекса по ул. Косыгина в г. Москве.

Проявление ряда опасных геологических процессов (ОГП) (подтопление, оползни, суффозия, карст и др.) нередко связано со случайными явлениями, приводящими к обводнению ненасыщенных грунтов, образованию верховодки или новых техногенных горизонтов. Развитие процессов обводнения грунтов (в определённых инженерно-геологических условиях) значительно увеличивает риск возникновения этих процессов, повышает степень опасности и масштабы их проявления (повреждаются автострады, железные дороги, промышленные предприятия, жилая и другая государственная и частная собственность и т. п.).

Актуальность работы: Проявление ряда опасных геологических процессов (ОГП) (подтопление, оползни, суффозия, карст и др.) нередко связано с факторами и процессами, приводящими к обводнению ненасыщенных грунтов, образованию верховодки или новых техногенных горизонтов. Развитие процессов обводнения грунтов (в определённых инженерно-геологических условиях) значительно увеличивает риск возникновения опасных явлений, повышает степень опасности и масштабы их воздействия (повреждаются автострады, железные дороги, промышленные предприятия, жилая и другая государственная и частная собственность и т. п.). Изучение опасных природных и природно-техногенных процессов (ОПТП) является актуальными в связи с освоением новых территорий, увеличением техногенной нагрузки на уже освоенных участках. Часто возникает необходимость проектирования и строительства сооружений, основная задача которых - предотвращение причин возникновения таких проявлений.

По данным Госстроя России в 2001 г. в той или иной степени подвержены воздействию подтопления 960 городов, а в тройку самых «популярных» на территории нашей страны ОПТП, помимо подтопления, входят оползни и наводнения - процессы, которые нередко являются либо следствием, либо причиной подтопления (см. рис. 1). Причем за последние 10-15 лет суммарная площадь развития ОПТП увеличилась в пределах урбанизированных территорий на 50-60%, что отразилось на росте общего количества чрезвычайных ситуаций. Налицо активизация процессов подтопления, которая сопровождается повышением экологической и социальной напряженности в различных регионах.

1200

ОПОЛЗНИ ■ СЕЛИ

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ □НАВОДНЕНИЯ ■ПОДТОПЛЕНИЕ □ КАРСТ

Рис. 1. Диаграмма распространенности ОПТП

Тенденция увеличения площадей развития и потерь от ОПТП характерна не только для России, но и для большинства других стран. Согласно мировым статистическим данным, количество пострадавших от ОПТП ежегодно повышается на 4%, на 10,4% растут экономические потери.

В этой связи прогнозирование процессов обводнения грунтов в различных, часто весьма сложных, гидрогеологических условиях, совершенствование и разработка методов количественных оценок развития процессов подтопления приобретает особое значение.

Прогнозное направпение остается приоритетным и при образовании вбпизи потенциально опасных участков каких-либо техногенных источников питания подземных вод (канапы, трассы вод о несущих коммуникаций, пруды и т.д.).

Важнейшую роль играют математические прогнозные модели подтопления, способные включаться в общие модели прогнозирования того или иного ОПТП и позволяющие, таким образом, учитывать влияние поведения грунтовых вод на развитие опасного процесса в целом.

По расчетам международных экспертов и ученых страны затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к защите от ОПТП в 10-15 раз меньше предотвращенного ущерба, что указывает не только на актуальность, но и на экономическую эффективность прогнозных исследований.

Целью диссертационной работы является разработка методики прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов, верховодки, а также методов расчета систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий в этих условиях.

Основные задачи диссертационной работы включают: анализ и обработку материалов по подтоплению застраиваемых территорий; математическую постановку задач прогнозирования образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки при строительном освоении территорий; получение точных решений некоторых задач в указанной выше математической постановке, в т.ч. с подвижной границей типа Стефана; разработку методов упрощения математической постановки задач прогноза образования техногенных водоносных горизонтов и верховодки для получения инженерных решений; оценку точности разработанных приближенных методов расчетов кривой депрессии и подвижной границы промачивания грунтов; получение расчетных зависимостей для прогнозирования образования новых техногенных горизонтов и верховодки; получение расчетных зависимостей для оценки эффективности дренажей в условиях образования новых техногенных горизонтов; анализ основных особенностей численной реализации задач прогноза образования новых водоносных горизонтов и верховодки; разработка методики прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов, верховодки и систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий на примере строительного освоения некоторых территории г. Москвы.

Методика исследований. При выполнении работы использовались различные методы исследований, которые способствовали решению основных задач диссертационной работы. В частности, они включали: сбор и анализ литературных и архивных источников по формированию техногенных водоносных горизонтов на застроенных территориях; изучение математических моделей и методов решения задач фильтрации с подвижными границами; анализ материалов по изучению особенностей фильтрации в районе гидротехнических сооружений и приемов упрощения количественного описания этих процессов; изучение численных методов описания фильтрационных процессов и их компьютерную реализацию; проведение численных экспериментов при оценке точности приближенных методов расчета; обобщение фактических данных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на конкретных объектах; обработку экспериментальных данных, данных натурных наблюдений для оценки параметров, входящих в математические модели; наблюдение за работой систем вертикальных и горизонтальных дренажей.

Научная новизна и основные результаты работы: получен новый класс точных решений задач типа Стефана, описывающих процесс формирования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки на застраиваемых территориях; сформулированы основные гипотезы, ведущие к упрощению сложных математических моделей, к получению различных инженерных решений для составления гидрогеологических прогнозов и расчетов дренажей; получены новые расчетные зависимости для вычисления кривой депрессии и границы промачивания при действии источников различной конфигурации и интенсивности в сухих грунтах; найдены новые решения задач фильтрации к дренажным устройствам для обоснования проектных решений систем инженерной защиты от подтопления в условиях образования новых техногенных горизонтов; проведен комплекс исследований на реальном объекте по прогнозу образования техногенного горизонта и обоснованию систем инженерной защиты от подтопления, который может быть принят за основу разработки соответствующих методических указаний.

Практическая ценность работы состоит в разработке методов прогноза образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки в сложных гидрогеологических условиях и расчетов систем инженерной защиты от подтопления застраиваемых территорий, когда формирование водоносного горизонта происходит вслед за строительным освоением территории. Полученные результаты исследований могут быть использованы при составлении соответствующих нормативных документов, а так же непосредственно в практике изысканий и проектирования систем инженерной защиты территорий.

На защиту выносятся: математические модели и точные решения некоторых задач фильтрации в сухих грунтах; основные упрощающие гипотезы, допустимые при изучении процессов формирования новых техногенных горизонтов и верховодки; расчетные зависимости для широкого круга задач подтопления застраиваемых территорий при образовании верховодки; расчетные зависимости для оценки эффективности специальных гидротехнических сооружений (дренажей различного типа) в условиях образования новых техногенных горизонтов; комплекс исследований по прогнозу образования техногенного горизонта и системы инженерной защиты от подтопления территории городка ОМОН в г. Москве.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены на Международной конференции «Анализ и оценка природных рисков в строительстве» (Москва, 1997); Международной конференции «MODFLOW'98 and the Other Modeling Odysseys Conference» (Golden, Colorado, 1998); Годичной сессии научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии «Сергеевские чтения» (Москва, 2001);

Публикации: Основные положения диссертационной работы отражены в 7 научных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения, основных выводов, и списка литературы (98 наименований). Работа содержит 164 страницы, 48 рисунков и графиков и 12 таблиц.

10. Результаты работы внедрены на ряде объектов, в т.ч. при проектировании Российско-Корейского центра в г. Москве, строительного освоения территории вблизи оползневого склона оврага р. Коршуниха, многофункционального комплекса по ул. Косыгина в г. Москве.

Направление дальнейших исследований автор видит в дальнейшей разработке компьютерной технологии проектирования систем инженерной защиты от подтопления с учетом ряда процессов, таких как неполное насышение и др.

Кроме того, необходимо совершенствовать нормативную базу по проектированию систем инженерной защиты от подтопления в этих условиях.

1. Абрамов С.К., Дегтярев Б.М., Дзекцер Е.С. и др. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве. М., Стройиздат, 1978.

2. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве.-М., Стройиздат, 1973.-280 с.

3. Аверьянов С.Ф. Зависимость водопроницаемости почво-грунтов от содержания в них воздуха. // Доклады АН СССР.-М., 1949.-Т. 69.-Вып. 2-С. 141-144.

4. Анализ гидрогеологических условий участка. Рекомендации по инженерной защите от подземных вод территории и объектов Корейско-Российского торгового центра на стадии ТЭО. Отчет о НИР. ЗАО «ДАР\ВОДГЕО». М„ 1997.

5. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде.-М: Гостехтеориздат, 1953. -616 с.

6. Бадов В.В., Киселев А.А. Совместное движение грунтовых вод и влаги зоны аэрации. Водные ресурсы, 1982, №1, с. 16-26.

7. Баренблатт Г.И. О некоторых неустановившихся движениях жидкости и газа в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1952. Т. 16. Вып. 1. С. 67-78.

8. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984. 211 с.

9. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. .: Наука, 1987. 600 с.

10. Ю.Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев А.В., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов. М., Недра, 1969.

11. Бэр Я., Заславский Д., Ирмей С. Физико-механические основы фильтрации воды. М., Мир, 1971.

12. Брычков Ю.А., МаричевО.И., Прудников А.П. Интегралы и ряды. М.:Наука, 1981.798 с.

13. Ван-Дайк М. Методы возмущений в механике жидкости. М., Мир, 1967.

14. Веригин Н.Н. О течениях грунтовых вод при местной усиленной инфильтрации. ДАН СССР, т.20, 1950, №5.

15. Веригин Н.Н. Вопросы геогидродинамики, актуальные для зоны влияния каналов и водохранилищ. Сб. «Прогнозы подтопления и проектирования мероприятий по его предотварщению». М., ВНИИ ВОДГЕО, 1986.

16. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Сарксян В.С, Шержуков Б.С. Методы фильтрационных расчетов гидромелиоративных систем. М.:Колос, 1975. 178с.

17. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Саркисян B.C., Шержуков Б.С. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород. Изв. Недра, 1977.

18. Веригин Н.Н. Нагнетание вяжущих растворов в горные породы. Изв. АН СССР, ОТН, 1952, №5.

19. Веригин Н.Н. О фильтрации из каналов в сухой грунт. Доклады АН СССР, 1951, 79, №4.

20. Веригин Н.Н. Потери на фильтрацию и подпор грунтовых вод в каналах и водохранилищах СССР. Сб. «Прогноз подтопления и проектирование мероприятий по его предотвращению». М., ВНИИ ВОДГЕО, 1986.

21. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Разумов Г.А., Шержуков Б.С. Фильтрация из водохранилищ и прудов. М., Колос, 1975.

22. Веригин Н.Н., Шестаков В.М. Методы расчета движения грунтовых вод в двухслойной среде. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1954.

23. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1977. 440 с.

24. Гидрогеологическое прогнозирование. 1988. -М.: "Мир".

25. Дегтярев Б.М., Дзекцер Е.С., Муфтахов А.Ж. Защита оснований зданий и сооружений от воздействия подземных вод. М.:Стройиздат, 1985. 264с.

26. Заключение об инженерно-геологических условиях строительства нового комплекса МГУ им. М.В. Ломоносова (стадия ТЭО). Инженерно-методический центр Объединения «Росстройизыскания». М., 1991.

27. Исследования грунтов основания на площадке строительства Корейско-Российского Торгового Центра. Отчет о НИР, МГСУ, М., 1996. Книга 1, 2.

28. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. 512 с.

29. Климентов П.П., Кононов В.М. Методика гидрогеологических исследований. -М.: Высшая школа, 1989.

30. Ковалевский B.C. Исследование режима подземных вод в связи с их эксплуатацией. -М.: "Недра", 1986.

31. Крашин И.И. и др. Методика изучения, оценки и прогноза изменений экологического состояния подземных вод с использованием математического моделирования. -М.: ВСЕГИНГЕО, 2000.

32. Куранов Н.П. Линейные модели гидродинамической теории фильтрации. Доклады АН СССР. М„ Наука, т. 278, 1984, №2.

33. Куранов Н.П. О растекании воды по глинистым слоям в сухих грунтах. Изв. АН СССР, МЖГ, 1985, №5.

34. Куранов Н.П., Муфтахов А.Ж., ШевчикА.П., Бывальцев И.М. Последствия подтопления застроенных территорий и способы их дренирования. Сб. «Итоги науки и техники: Гидрогеология». М., ВИНИТИ, 1991, т.13.

35. Куранов Н.П. О связи гидродинамической и гидравлической теорий фильтрации и способах их линеаризации при исследовании вопросов подтопления территорий грунтовыми водами. Сб. «Инженерная защита территорий». М„ ВНИИ ВОДГЕО, 1982.

36. Куранов Н.П. Прогноз формирования верховодки на непроницаемых и слабопроницаемых породах. Сб. «Прогноз подтопления и проектирование мероприятий по его предотвращению». М., ВНИИ ВОДГЕО, 1986.

37. Куранов Н.П. Прогнозы подтопления и дренирования застроенных территорий. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1986.

38. Куранов Н.П. Гидродинамическая теория миграции загрязнений в грунтовых водах. М.:АН, 1989. №5.

39. Куранов Н.П., Расторгуев А.В., Шевчик А.П., Куксин С.И.,. Кумов П.В, Куранов П.Н., Леонова Е.Н. Инженерная защита городов Поволжья от подтопления на примере г. Саратова. Материалы конференции «Возрождение Волги». Н. Новгород, 2000 г.

40. Куранов Н.П., Расторгуев А.В., Кумов П.В. Различные методы прогнозирования образования новых техногенных водоносных горизонтов и верховодки на урбанизированных территориях. Сб. трудов «Проблемы инженерной геоэкологии». Выпуск 2. М., 2002, с. 72-76.

41. Куранов Н.П., Куранов П.Н., Кузьмин В.В., Кумов П.В., Криксунов Ю.Я., Леонова Е.Н., Расторгуев А.В. Современные методы расчета систем инженерной защиты от подтопления застроенных и застраиваемых территорий. Стройклуб, № 5, 2001.

42. Куранов Н.П., Кумов П.В., Расторгуев А.В. О прогнозах образования верховодки и новых техногенных горизонтов на слабопроницаемых основаниях. Материалы международной конференции «Анализ и оценка природных рисков в строительстве». М., 1997, с. 23-24.

43. Лехов М.В. Гидрогеомеханические расчеты оползневых склонов. «Инженерная геология», М., 1989, №1.

44. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации. М.: Недра, 1976. 408 с.

45. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989. 608 с.

46. БО.Маскет М. Течение однородных жидкостей в пористой среде. М.; Л.:

47. Гостоптехиздат, 1949. 628 с.

48. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. М., Недра, 1974.

49. Москва: геология и город. Гл.ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО "Московские учебники и Картолитография", 1997.

50. Муфтахов А.Ж. Гидродинамические основы прогноза подтопления промплощадок и фильтрационные расчеты защитного дренажа всложных гидрогеологических условиях. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М„ ВНИИ ВОДГЕО, 1975.

51. МуфтаховА.Ж. О влиянии интенсивности дополнительной инфильтрации на динамику уровней грунтовых вод при подтоплении территорий. Сб. «Инженерная защита территорий». М., ВНИИ ВОДГЕО, 1982.

52. Муфтахов А.Ж. О фильтрации подземных вод к двухлинейным дренажам в двухслойных водоносных пластах со свободной поверхностью. Изв. АН СССР, МЖГ, 1970, №4.

53. МуфтаховА.Ж. Приток подземных вод к кольцевому несовершенному горизонтальному дренажу. Изв. АН СССР, МЖГ, 1969, №1.

54. Найфэ. Методы возмущений. М., Мир, 1976.

55. Основы гидрогеологических расчетов / Ф.М. Бочевер, И.В. Гармонов, А.В. Лебедев, В.М. Шестаков. М.: Недра, 1969. 368 с.

56. Отчет о комплексных инженерно-геологических изысканиях Оползневой склон Воробьевых гор в районе Метромоста. Фундаментпроект. М., 2002 г.

57. Оценка воздействия на окружающую среду. Раздел. ЗАО «Центр практической геоэкологии О плюс К». М., 2002 г.

58. Подтопление застраиваемых территорий грунтовыми водами и их инженерная защита. Тезисы докладов. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1978.

59. Полубаринова-Кочина П.Я. О перемещении языка грунтовых вод при фильтрации из канала. Доклады АН СССР. М., т.82, 1952, №6.

60. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М., Наука, 1977.

61. Прогноз подтопления городских территорий грунтовыми водами и комплекс мероприятий по защите. Тезисы докладов координационного совещания по программе ГКНТ СССР 0.85.01, задание 08.06. М., ВНИИ ВОДГЕО, 1983, ДСП.

62. Процессы подтопления застроенных территорий грунтовыми водами (прогноз и защита). Тезисы докладов. Новосибирск, 1984.

63. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР (1961-1967). Под ред. П.Я. Полубариновой-Кочиной. М., 1969.

64. Разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости проектируемого жилого дома и прилегающей территории по Севастопольскому проспекту вл. 13. 2 кн. ОАО «Гипроречтранс», Москва, 2002 г.

65. Разработка проекта комплексной системы инженерной защиты от подтопления городка ОМОН в Строгино. Пояснительная записка. Рабочий проект. ЗАО «ДАРШОДГЕО», М., 2000.

66. Рошаль А.А. Программная система GWFS для моделирования движения подземных вод в многослойных толщах. Докл. межд. науч. семин. "Геософт-Истлинк".-М., 1994.

67. Сологаев В.И. Фильтрационные расчеты и компьютерное моделирование при защите от подтопления в городском строительстве: Монография-Омск: Изд-во СибАДИ, 2002.—416 с.

68. Техническое заключение об инженерно-геологических условиях участка строительства проектируемого многофункционального общественно-жилого комплекса по ул. Косыгина, дом 19. ЗАО г.Москвы, ГУП «МОСГОРГЕОТРЕСТ», Москва, 2002 г.

69. Техническое заключение об инженерно-геологических условиях участка строительства проектируемого 14-этажного жилого дома по Севастопольскому пр-ту, вл.13 ЮАО г.Москвы, ГУП «МОСГОРГЕОТРЕСТ», Москва, 2001 г.

70. Шержуков B.C. Оценка формирования зон загрязнения подземных вод при равновесном массообмене. Труды института ВНИИ ВОДГЕО. «Защита подземных вод от загрязнения и истощения». М., 1989.

71. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. -М.: изд. МГУ, 1995.

72. Шестаков В.М. Задачи геофильтрации при взаимодействии поверхностных и подземных вод. Водные ресурсы, №1, 1991.

73. Хейгерман Л., ЯнгД. Прикладные итерационные методы М., Мир, 1986

74. Bear, J., 1972. Dynamics of Fluids in Porous Media, American Elsevier Publishing Co., New York, 763 pp.

75. Boussinesq J. Recherches thtioriques sur I'ticoulement des nappes d'eau infiltriies dans le sol et sur le dfibit des sources. C.R. Acad. Sci. Paris. J. Math, pures et appl., 1903-1904. 0. P. 5-78, 363-394.

76. Chiang W.-H. and Kinzelbach W. Processing MODFLOW for Windows Version 5.0, Hamburg, 1998

77. Chiang, W.-H., Kinzelbach, W., 3D-Groundwater Modeling with PMWIN. A Simulation System for Modeling Groundwater Flow and Pollution. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2001

78. Chen Z.-H., Bodvarssan G.S., Witherspoon P.A., YortsosY.C. An integral equation formulation for the unconfined flow of groundwater with variable intel conditions. Trans Porous Media, 1995,18

79. Lenhard, R.J. and Parker, J.C., 1988. Experimental validation of the theory of extending two-phase saturation-pressure relations to three-fluid phase systems for monotonic drainage paths. Water Resour. Res. 24(3): 373-380.

80. Lockington D.A. Response of unconfined aquifer to sudden change in boundary head. J Irrig. Drainage Engng., 1997, 123.

81. Lockington D.A., Parlang J.-Y., Parlang M.B., SelkerJ. Similarity solution of the Boussinesq equation. Advansed in Water Resources, 2000, 23.

82. McDonald, M. C. and Harbaugh, A. W. 1988. MODFLOW, A modular three-dimensional finite difference ground-water flow model, U. S. Geological Survey, Open-file report 83-875.

83. Parker, J.C., 1989. Multiphase flow and transport in porous media. Reviews of Geopysics, AGU, 27(3): 311-328.

84. Parker, J.C., Lenhard, R.J., and Kuppusamy, Т., 1987. A parametric model for constitutive properties governing multiphase fluid flow in porous media. Water Resour. Res., 23(4): 618-624.

85. Parker, J.C., and R.J. Lenhard, 1989. Vertical integration of free phase flow equations for analisys of light hydrocarbon plume movement. Transport in Porous Media, 1989, 5 187-206.

86. Parlang J.-Y. On solving the flow equation in unsaturated soils by optimization: Horizontal infiltration. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 1975, 39.

87. Parlang J.-Y., Barry D.A., Parlang M.В., Hogarth W.L., Haverkamp R., Ross P.J., Ling L., Steenhuis T.S. New approximate analytical technique to solve Richards equation for arbitrary surface boundary conditions. Water Resources Res., 1997, 33.

88. Parlang J.-Y., Hogarth W.L., Govindaraju R.S., Parlang M.B., Lockington D.A. On an exact analytical solution of the Boussinesq equation. Trans Porous Media, 2000.

89. Parlang M.B., Prasad S.N., Parlang J.-Y., Romkens M.J.M. Extension of the Heaslet-Alksne technique to arbitrary soil water diffusivities. Water Resources Res., 1992, 28.

90. Pollock, D.W., 1994, Source Code and Ancillary Data Files for the MODPATH Particle Tracking Package of the Ground-Water Flow Model MODFLOW -Version 3, Release 1: U.S. Geological Survey Open-File Report 94-463, 2 p., two 3.5-inch diskettes.

91. Rastorgouev A.V., Kouranov N.P., Koumov P.V. Modeling Saturated Mound Development On Low-permeable Strata: Pre-program For MODFLOW. Proceedings of the MODFLOW'98. Conference, Golden, Colorado, October 48, 1998, Volume 2, pp. 801-807.

92. U.S.EPA, 1991. Seminar publication: Site characterization for subsurface remediation, EPA/625/4-91/026, U.S.EPA, R.S. Kerr Environ. Res. Lab., Ada, OK, 259 pp.

93. Van Genuchten, M.Th., 1980, A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils: Soil Sci. Soc. Amer. J., 44, p. 892898.

94. Wang C., N.Z. Sun, W.W-G. Yen. 1986. An Upstream Weight Multiple-Cell Balance Finite Method for Solving Three-Dimensional Convection-Dispersion Equations. October 1986. Water Resources Research, vol. 22, N 11, pp.15751589.