Modelowanie hydrogeologiczne zaliczenie

Spadek na rzece odwzorowuje się przez moduł Models Modflow River w tablicy Head in the River, czyli rzędna zwierciadła wody w rzece Hrz w [m n.p.m.]. W celu odwzorowania spadku na rzece, przy którym odbywa się przepływ wód powierzchniowych, wszystkim blokom obliczeniowym modelującym rzekę przypisuje się odpowiednie wysokości. Najczęściej, wobec braku odpowiednich pomiarów geodezyjnych, potrzebne informacje można uzyskać z map topograficznych (w skali 1: 50 000 i dokładniejszych), na których zaznaczone są zniwelowane na brzegach rzek punkty z podaną średnią z wielolecia wysokością zwierciadła wody. Pozwala to, poprzez właściwą interpolację tych danych, określić wartości przypisane poszczególnym komórkom modelującym rzekę. W praktyce, rzędne zwierciadła wody w cieku mogą być obliczone w sposób przybliżony, uwzględniający tylko ilość bloków modelujących rozpatrywany odcinek rzeki

W wyniku badań symulacyjnych powstają:mapa dokumentacyjna badań modelowych, obrazująca obszar filtracji z podziałem na bloki obliczeniowe wraz z istotnymi elementami rozpoznania hydrogeologicznego (studnie, piezometry, cieki i zbiorniki powierzchniowe, granice występowania utworów wodonośnych i słabo przepuszczalnych),mapa głównego parametru filtracyjnego (przewodności lub współczynnika filtracji),mapa położenia zwierciadła wody w modelowanych piętrach wodonośnych,mapy prognostyczne zwierciadła wód podziemnych oraz zmian jego położenia (depresji i impresji) w stosunku do odtworzonego na modelu stanu rzeczywistego bądź warunków naturalnych, niezakłóconych oddziaływaniem obiektów hydrotechnicznych,mapy przewidywanych skutków działań inwestycyjnych na obszarze badań modelowych, zmieniających dotychczasowe warunki środowiskowe (tereny podtopień, osuszeń) lub wyznaczających nową klasyfikację dla użytkowania gruntów (strefy ochronne ujęć wód podziemnych, zasięgi lejów depresji),mapy miąższości warstwy suchej (strefy aeracji),mapy głębokości do zwierciadła wody,mapy miąższości warstwy wodonośnej.Dodatkowo powstają także:przekrój hydrogeologiczny wraz z ideowym odwzorowaniem modelowanych warstw wodonośnych, słabo przepuszczalnych i izolujących oraz istniejących między nimi zależności,schemat warunków brzegowych realizowanych na modelu we wszystkich fazach obliczeń symulacyjnych.

Warunki brzegowe I rodzaju zadaje się w tablicy Grid Boundary Condition IBOUND (Modflow) poprzez wpisanie w odpowiednie bloki wartości „-1”.Warunkiem brzegowym I rodzaju modelowane są rzeki o dobrym kontakcie hydraulicznym z warstwą wodonośną, stanowiące zwłaszcza zewnętrzne granice przyjętego obszaru badań. Sposób symulacji warunkami I rodzaju może być również stosowany w przypadku rzek występujących wewnątrz obszaru, z zastrzeżeniem, aby ciągła linia bloków z zadanym warunkiem I rodzaju nie doprowadziła do sztucznego podziału obszaru filtracji na dwa niezależne fragmenty. Przy takim sposobie modelowania rzeki bardzo ważną rolę spełnia kontrola ilości wody pochodzącej z wymuszonego warunku H=const. Zaniechanie kontroli może doprowadzić do sytuacji, w której ilość wody zasilającej lub drenującej warstwę wodonośną jest większa od rzeczywistego przepływu w rzece.Warunkiem brzegowym I rodzaju modelowane są niezakolmatowane rowy odwadniające lub dreny wykonane jako urządzenia dogłębione, których głębokość założenia odpowiada głębokości zalegania stropu warstwy nieprzepuszczalnej. W blokach modelujących utrzymuje się wartość H=const. Taki sposób symulacji rowów (drenów) wymaga bieżącej kontroli dopływów wody, aby nie dopuścić do sytuacji, w której bloki odwzorowujące rów (dren) zmieniają swój charakter, stając się źródłem nieistniejącego w rzeczywistości zasilania warstwy wodonośnej.

Symulacja pracy studni warunkiem brzegowym II rodzaju (Q=const) realizowana jest przez moduł Models Modflow Well. Symulację pracy studni we wskazanej komórce przeprowadza się poprzez wprowadzenie jej wydajności wraz z odpowiednim znakiem („-” w przypadku poboru wody, „+” gdy modelowane jest zatłaczanie wody do warstwy). Przy takim sposobie modelowania studni, koniecznością jest określenie w niej rzeczywistej wielkości depresji. Koniecznością jest także kontrola możliwości odbioru wody przez studnię.Wymuszanie wydajności studni w obrębie bloku obliczeniowego jest najczęściej stosowanym sposobem uwzględniania tego rodzaju obiektów hydrotechnicznych w obliczeniach symulacyjnych

Modelowania stopnia spiętrzającego dokonuje się w tablicy River. Dokonuje się zmian wysokości zwierciadła wody. Na odcinku od stopnia do miejsca, gdzie sięgać będzie cofka zbiornika, wprowadza się stałą rzędną piętrzenia wody Hp. Zmiana wysokości zwierciadła wody w rzece obejmuje wszystkie komórki modelu położone od stopnia wodnego w górę rzeki, w których dotychczasowa rzędna była mniejsza od wysokości piętrzenia. Zmianie nie ulegają wysokości zwierciadła poniżej stopnia i powyżej końca cofki.Badania symulacyjne na modelu hydrogeologicznym umożliwiają obliczenie wielkości zmian położenia zwierciadła wód podziemnych, wywołanych oddziaływaniem urządzeń i budowli hydrotechnicznych (studni i ujęć wód podziemnych, rowów i drenów melioracyjnych, zapór wodnych i stopni piętrzących i in.). Wielkość przewidywanych zmian powinna być określona w stosunku do wysokości piezometrycznego zwierciadła wody w naturalnych warunkach przepływu strumienia filtracyjnego. Stan naturalny zwykle jest możliwy do odtworzenia na modelu hydrogeologicznym poprzez wykonanie obliczeń wykonanych w wariancie zakładającym zaniechanie wszelkich wymuszeń związanych z działaniami o charakterze antropogenicznym (np. studnie, drenaż, piętrzenie, itp.). Przy opracowaniu mapy depresji należy pamiętać, że program nie oblicza zmian położenia zwierciadła wody w blokach z zadeklarowanym warunkiem brzegowym I rodzaju, przyjmując dla nich wartość =0. W niektórych sytuacjach, pojawiających się np. przy modelowaniu piętrzenia wody w rzece, może wystąpić konieczność korekty wyników (Resalt Extractor->Drawdown) poprzez „ręczne” wprowadzenie rzeczywistych wartości depresji w blokach z warunkiem I rodzaju, w miejsce wartości zerowych.

Przeprowadzenie obliczeń symulacyjnych dla przyjętego obszaru filtracji staje się możliwe z chwilą realizacji na modelu warunków granicznych rozwiązania. Stanowią je warunki początkowe i brzegowe. Warunki początkowe- określają wartości funkcji H (położenie zwierciadła wody, wysokość hydrauliczną) na całym obszarze filtracji w momencie czasu t0 przyjmowanym jako początek rozwiązania.H= f(x,y,z,t0) Przyjęcie tych warunków jest konieczne w przypadku prowadzenia obliczeń filtracji zmiennej w czasie (nieustalonej). Dla ruchu stałego warunki początkowe nie spełniają istotnej roli, gdyż nie wpływają na końcowy rezultat, stanowią tylko wysokość zwierciadła, od której rozpoczyna się proces obliczeniowy.Warunki brzegowe- stanowią przyjęte w obliczeniach zasady zmian naporu hydrostatycznego i wydatku strumienia wód podziemnych na granicach zewnętrznych, bądź wewnątrz obszaru filtracji.W zależności od elementu rozpoznania hydrogeologicznego, z którym są związane mogą mieć charakter:Punktowy (np. eksploatowane studnie), Liniowy (np. przebieg rzek),Powierzchniowy (obszar zasilania opadami atmosferycznymi)

Prognozowanie przemieszczania się masy substancji chemicznych z wykorzystaniem metod numerycznych stosuje się przy ocenie zagrożenia jakości zasobów wodnych bądź skutkow podjętych lub projektowanych działań technicznych o charakterze prewencyjnym. W stosunku do modelowania dynamiki wód podziemnych, symulowanie procesów migracji zanieczyszczeń wymaga dodatkowo rozpoznania tła hydrogeochemicznego, ognisk skażeń i parametrów filtracji. Wszystkie z nich wymagają właściwie przeprowadzonej schematyzacji, uwzględniającej cel modelowania, skalę zjawisk i warunki stawiane przez wybrany program obliczeniowy.Mechanizm transportu zanieczyszczeń w wodach podziemnych zachodzi w oparciu o liczne czynniki i procesy, z których najważniejsze to: Adwekcja (konwekcja)- podstawowy proces migracji oznaczający transportzanieczyszczenia przez proste unoszenie wraz z płynącą wodą podziemną, zprzeciętną jej prędkością (tzw. wypieranie „tłokowe”). Dyfuzja- proces wyrównywania się stężeń składników w mieszaninie;przepływ substancji zanieczyszczeń w kierunku zgodnym z gradientemstężeń.Dyspersja hydrodynamiczna- rozproszenie substancji zanieczyszczonej wskutek zróżnicowania prędkości poszczególnych strug wody w kanalikachporowych.Sorpcja- gromadzenie się cząstek substancji rozpuszczonej na powierzchnifazy stałej lub koloidalnej (adsorpcja) oraz desorpcja, czyli odłączenie(uwolnienie) od sorbentów uprzednio zatrzymanych cząstek.Reakcje fizykochemiczne i biochemiczne- procesy zachodzące zapośrednictwem mikroorganizmów, wywołujące rozpad (w tym rozpadpromieniotwórczy) i/lub biodegradację zanieczyszczeń.

Rozpoznanie warunków środowiskowych,Schematyzacja systemu wodonośnego, Czynniki modyfikujące pole hydrodynamiczne,Podział obszaru filtracji na bloki obliczeniowe, Warunki początkowe i brzegowe obliczeń symulacyjnych,Pionowa wymiana wody w obrębie systemu odonośnego.