- •Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
- •Дисциплины) Учебная программа для специальности
- •Пояснительная записка
- •Содержание учебного материала
- •Раздел 1 Гидродинамические основы геофильтрации
- •Тема 1.1 Исходные представления динамики подземных вод, основы гидравлики
- •Тема 1.2 Емкостные свойства горных пород
- •Тема 1.3 Основной закон фильтрации
- •Тема 1.4 Потоки подземных вод
- •Тема 1.5 Основные дифференциальные уравнения геофильтрации
- •Тема 1.6 Краевые условия, структура и режим геофильтрационного потока, постановка геофильтрационных расчетов
- •Тема 1.7 Основы методики расчетов плановой стационарной
- •Тема 1.8 Фильтрация подземных вод вблизи водоемов и водотоков
- •Тема 1.9 Дифференциальные уравнения и краевые условия
- •Тема 1.10 Аналитические методы решения задач нестационарной плановой фильтрации
- •Тема 1.11 Формирование упругого режима под действием геодинамического фактора
- •Тема 1.12 Влагоперенос в зоне аэрации
- •Тема 1.13 Одиночные скважины в изолированном пласте при
- •Тема 1.14 Влияние перетекания на работу скважин в слоистых
- •Тема 1.15 Методика определения гидрогеологических параметров неограниченного изолированного пласта по данным
- •Тема 1.16 Методика определения гидрогеологических
- •Раздел 2 Гидродинамические основы теории миграции подземных вод
- •Тема 2.1 Основные физико-химические законы миграции подземных вод
- •Тема 2.2 Миграция подземных вод в различных гидрогеологических условиях
- •Тема 2.3 Макродисперсия в неоднородной среде
- •Тема 2.4 Методы определения миграционных параметров
- •Тема 2.5 Методика гидрогеологических расчетов загрязнения подземных вод
- •Раздел 3 Моделирование геофильтрационных и геомиграционных процессов
- •Тема 3.1 Основы численного моделирования геофильтрационных
- •Тема 3.2 Методы решения геофильтрационных задач по неявной схеме на эвм
- •Тема 3.3 Геофильтрационная схематизация гидрогеологических
- •Тема 3.4 Обоснование достоверности и точности модели и результатов моделирования
- •Тема 3.5 Решение обратных задач методом моделирования
- •Тема 3.6 Схематизация процессов массопереноса в подземных водах
- •Тема 3.7 Моделирование двухмерного конвективно-дифффузионного переноса
- •Учебно-методическая карта
- •Информационно-методическая часть
- •Рекомендуемые формы контроля знаний
- •Рекомендуемые темы контрольных работ
- •Рекомендуемая литература Основная
- •Дополнительная
Тема 3.4 Обоснование достоверности и точности модели и результатов моделирования
Понятие о достоверности и точности результатов моделирования. Критерии достоверности. Виды погрешностей, их возникновение и оценка. Выбор и краткая характеристика методов обоснования достоверности модели. Первая и вторая группы методов. Метод решения обратных задач и его составляющие: метод модельных элементов; метод стационарных полей фильтрации; комплексный метод нестационарных полей. Метод факторно-диапазонного анализа. Факторно-диапазонный анализ на основе рационального планирования эксперимента.
Тема 3.5 Решение обратных задач методом моделирования
Назначение обратных задач. Принципиальная схема оптимального решения обратных задач. Оценка качества исходной информации, формулировка назначения и выбор критериев геологического подобия. Критерии ограничения. Критерии согласования. Макет схемы достоверности: ключевые участки, где водопроводимость известна по кустовым откачкам; эталонные участки, где водопроводимость задана в диапазоне значений. Выбор и построение исходной геолого-математической модели.
Обоснование геологической достоверности модели водно-балансовым методом (геологическая регуляризация модели). Система воднобалансовых уравнений. Балансовая проверка модели. Выбор метода решения обратной задачи и критериев оптимизации. Динамические критерии уровней и расходов потока. Диагностический критерий выделения однородных зон. Подбор и обоснование модели эпигнозным моделированием. Оценка достоверности построенной модели и выбор оптимального варианта.
Тема 3.6 Схематизация процессов массопереноса в подземных водах
Необходимость упрощения математической схемы миграции. Пути упрощения модели миграции: ранжирование по степени значимости того или иного процесса; понижение мерности модели; использование асимптотических приближений. Этапы миграционной схематизации: 1) фильтрационная схематизация условий миграции; 2) схематизация процесса массопереноса (собственно миграционная схематизация). Задачи, стоящие перед геофильтрационной схематизацией. Основные аспекты миграционной схематизации.
Тема 3.7 Моделирование двухмерного конвективно-дифффузионного переноса
Дифференциальное уравнение конвективно-диффузионного переноса. Метод характеристик: декомпозиция временных изменений концентрации; способ блуждающей точки; способы численного определения скоростей фильтрации; ограничения на шаг по времени; достоинства и недостатки метода характеристик. Метод случайных блужданий (Монте-Карло), преимущества и недостатки метода случайных блужданий. Метод конечных элементов: алгоритм вычислительного процесса, восьмиточечный биквадратный четырехугольный элемент.
Учебно-методическая карта
Номер раздела, темы, занятия |
Номер раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов |
Всего часов |
Количество аудиторных часов |
Материальное обеспечение занятия (наглядные, методические пособия и др.) |
Литература |
Формы контроля знаний |
|||
Лекции |
Практические занятия |
Лабораторные занятия |
СУРС |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1 |
Раздел 1 Гидродинамические основы геофильтрации |
46 |
22 |
14 |
- |
10 |
|
|
|
1.1 |
Исходные представления динамики подземных вод, основы гидравлики 1 Динамика подземных вод как фундамент специального гидрогеологического образования 2 Необходимость схематизации гидрогеологической обстановки 3 Необходимость использования дифференциальных уравнений 4 Основные свойства воды как жидкости |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3]
|
|
1.2 |
Емкостные свойства горных пород 1 Виды воды в горных породах 2 Водонасыщенные горные породы как сплошная среда 3 Гравитационная емкость 4 Упругая водоотдача |
4 |
2 |
- |
2 |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Контрольная работа |
1.3 |
Основной закон фильтрации 1 Закон Дарси 2 Коэффициенты фильтрации и проницаемости как параметры, их размерности и численные значения 3 Ограничения на закон Дарси 4 Начальный градиент фильтрации |
6 |
2 |
4 |
- |
- |
Трубки Дарси |
[1] [2] [3] [4] [8] |
Защита отчетов по практическим работам |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1.4 |
Потоки подземных вод 1 Понятие потока подземных вод 2 Места формирования водораздельных потоков, области питания и разгрузки 3 Роль А. Н. Мятиева в схематизации структуры водораздельных потоков 4 Потоки в речных долинах |
6 |
- |
4 |
- |
2 |
Грунтовый лоток |
[1] [2] [3] [4] [8] |
Контрольная работа Защита отчетов по практической работе |
1.5 |
Основные дифференциальные уравнения геофильтрации 1 Дифференциальные представления основных физических закономерностей: уравнение движения, уравнения состояния, уравнения неразрывности 2 Расчетная модель жесткого режима фильтрации 3 Расчетная модель упругого режима фильтрации 4 Коэффициент пьезопроводности, его численные значения и размерность |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
|
1.6 |
Краевые условия, структура и режим геофильтрационного потока, постановка геофильтрационных расчетов 1 Необходимость задания краевых условий при решении дифференциальных уравнений фильтрации 2 Граничные и начальные условия как составляющие краевых 3 Геофильтрационная схематизация гидрогеологических условий 4 Прогнозные и эпигнозные геофильтрационные задачи |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Групповая консультация
|
1.7 |
Основы методики расчетов плановой стационарной фильтрации 1 Принципы составления расчетных зависимостей для плановых потоков 2 Основные схемы строения потока по вертикали 3 Формулы удельного расхода планового потока для различных схем строения пласта по вертикали, переходы между схемами 4 Прямые задачи для инфильтрационных потоков с типовыми схемами фильтрационного строения пласта |
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Контрольная работа
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
1.8 |
Фильтрация подземных вод вблизи водоемов и водотоков 1 Условия возникновения свободной фильтрации из водоема 2 Подпертый режим фильтрации из водоема и в водоем 3 Дифференциальное уравнение, описывающее процесс перетекания подземных вод в водоем 4 Коэффициент перетекания, фактор перетекания, как гидрогеологические параметры
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
|
1.9 |
Дифференциальные уравнения и краевые условия нестационарной фильтрации 1 Балансовая структура бесконечно малого элемента безнапорного планового потока 2 Балансовая структура бесконечно малого элемента планового напорного потока 3 Учет начальных условий с использованием функции приращения напоров 4 Граничные условия на контурах плановых потоков, внешние и внутренние границы, взаимные переходы граничных условий второго и третьего рода
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Групповая консультация |
1.10 |
Аналитические методы решения задач нестационарной плановой фильтрации 1 Аналитические решения для линеаризированного дифференциального уравнения 2 Общее решение уравнения Фурье при ступенчатом изменении уровня на границе х=0 3 Общее решение уравнения Фурье при ломаном законе изменения уровня на границе х=0 4 Определение геофильтрационных параметров по данным режимных наблюдений: определение коэффициента уровнепроводности; оценка сопротивления ложа водоема
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1.11 |
Формирование упругого режима под действием геодинамических факторов 1 Возникновение режима «псевдосвязи» напорных подземных вод с поверхностными водотоками 2 Синхронность связи между колебаниями уровней подземных вод и атмосферного давления 3 Палеогидродинамические расчеты консолидации разделяющих пластов 4 Оценка влияния отжатия воды из глинистого пласта на перетекание между водоносными горизонтами
|
2 |
- |
-
|
-
|
2
|
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Контрольная работа
|
1.12 |
Влагоперенос в зоне аэрации 1 Гидродинамические основы теории влагопереноса 2 Типичные кривые зависимости проницаемости от влажности и всасывающего давления 3 Дифференциальное уравнение нестационарного вертикального влагопереноса 4 Определение параметров влагопереноса
|
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
Контрольная работа
|
1.13 |
Одиночные скважины в изолированном пласте при стационарном и нестационарном режимах фильтрации 1 Совершенные и несовершенные скважины 2 Уравнение Дюпюи 3 Решение основной задачи нестационарной планово-радиальной фильтрации Ч. Тейсом 4 Радиус влияния гидрогеологической скважины
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1.14 |
Влияние перетекания на работу скважин в слоистых системах, несовершенные скважины 1 Гидродинамическая структура фильтрационного потока в слоистых системах 2 Решение Джейкоба-Хантуша для случая постоянства и равенства напоров в соседних горизонтах 3 Расчетные модели несовершенных скважин для пласта неограниченной мощности 4 Источнок-сток и несовершенная скважина в полуограниченном по мощности пласте при стационарном режиме фильтрации
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [8] |
|
1.15 |
Методика определения гидрогеологических параметров неограниченного изолированного пласта по данным опытно-фильтрационных работ 1 Схемы опытно-фильтрационного опробования горных пород 2 Обработка результатов кустовой откачки из неограниченного изолированного напорного пласта способами эталонной кривой, временного, площадного и комбинированного прослеживания 3 Определение степени несовершенства центральной скважины, из которой проводилась откачка 4 Определение гидродинамических параметров по данным конечного этапа восстановления уровня в наблюдательной и центральной скважинах
|
6 |
2 |
4 |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [7] [8] [9]
|
Защита отчетов по практическим работам |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
1.16 |
Методика определения гидрогеологических параметров безнапорных пластов и слоистых систем по данным опытно-фильтрационных работ 1 Типовой график снижения уровня в наблюдательной скважине в условиях перетекания, при откачек из центральной скважины с постоянным дебитом 2 Использование способа эталонной кривой для определения фильтрационных параметров по данным стационарного режима фильтрации 3 Определение коэффициентов фильтрации разделяющих слоев по материалам кустовых откачек 4 Графики снижения уровня при откачке в безнапорном пласте и характерных участки на этих графиках |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[1] [2] [3] [7] [8] [9]
|
Защита отчета по практической работе |
|
Итого в 5 семестре часов: |
46 |
24 |
14 |
|
8 |
|
|
|
2 |
Раздел 2 Гидродинамические основы теории миграции подземных вод |
18 |
6 |
- |
- |
4 |
|
|
|
2.1 |
Основные физико-химические законы миграции подземных вод 1 Понятие «миграции подземных вод» 2 Конвективный перенос 3 Диффузионно-кондуктивный перенос 4 Гидродисперсия
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [4] [6]
|
|
2.2 |
Миграция подземных вод в различных гидрогеологических условиях 1 Диффузионный вынос солей через разделяющий слой 2 схема расчета конвективного теплопереноса через разделяющие слои 3 Дисперсия границы раздела жидкостей в однородных водоносных пластах 4 Дифференциальное уравнение микродисперсии
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [4] [6]
|
Групповая консультация |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
2.3 |
Макродисперсия в неоднородной среде 1 Упорядоченная и неупорядоченная неоднородность пластов 2 Расчетная схема равномерно-слоистого пласта с чередующимися хорошо и слабопроницаемыми слоями 3 Блоковая модель мозаичного строения с двойной емкостью 4 Общее уравнение солепереноса в проницаемых каналах и блоках |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [4] [6]
|
|
2.4 |
Методы определения миграционных параметров 1 Лабораторное определение параметров микродисперсии 2 Лабораторные опыты в колонне постоянного сечения 3 Определение эффективной пористости 4 Полевые определения миграционных параметров |
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты, фильтрационные трубки |
[3] [4] [6]
|
Контрольная работа
|
2.5 |
Методика гидрогеологических расчетов загрязнения подземных вод 1 Расчеты области захвата подземных вод водозаборами 2 Уравнения Коши-Римана 3 Методика расчетов времени распространения загрязнения в подземных водах 4 Конвективная миграция загрязнения в инфильтрационном потоке |
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты |
[3] [4] [6]
|
Контрольная работа
|
3 |
Раздел 3 Моделирование геофильтрационных и геомиграционных процессов |
26 |
12 |
10 |
- |
4 |
|
|
|
3.1 |
Основы численного моделирования геофильтрационных процессов 1 Понятие модель, моделирование 2 Последовательность решения геофильтрационных задач на ЭВМ 3 Конечно-разностная форма дифференциального уравнения фильтрации 4 Исходные представления о схемах численного моделирования геофильтрации на ЭВМ: явная схема, неявная схема, явно-неявная схема |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
3.2 |
Методы решения геофильтрационных задач по неявной схеме на ЭВМ 1 Метод прогонки и его применение к нестационарной одномерной фильтрации 2 Сущность итерационного метода Гаусса-Зейделя 3 Сокращение количества итераций в методе верхней релаксации 4 Экономичные методы расчетов гидрогеологических задач |
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
|
3.3 |
Геофильтрационная схематизация гидрогеологических условий 1 Задачи типизации и схематизации гидрогеологических условий: понятие типизации гидрогеологических условий; понятие схематизации гидрогеологических условий 2 Требования к схематизации при решении задач методом моделирования 3 Последовательность схематизации гидрогеологических условий 4 Принципы схематизации гидрогеологических условий: упрощение структуры и формы потока; схематизация основных источников формирования водного баланса пласта; схематизация границ и граничных условий; схематизация начальных условий; схематизация фильтрационной неоднородности и строения пласта в целом
|
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
Контрольная работа |
3.4 |
Обоснование достоверности точности модели и результатов моделирования 1 Критерии достоверности 2 Виды погрешностей, их возникновение и оценка 3 Выбор и краткая характеристика методов обоснования достоверности модели 4 Факторно-диапазонный анализ на основе рационального планирования эксперимента
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
3.5 |
Решение обратных задач методом моделирования |
10 |
4 |
6 |
- |
- |
|
|
|
3.5.1 |
1 Принципиальная схема оптимального решения обратных задач 2 Оценка качества исходной информации, формулировка назначения и выбор критериев геологического подобия 3 Критерии согласования 4 Макет схемы достоверности: ключевые участки, где водопроводимость известна по кустовым откачкам; эталонные участки, где водопроводимость задана в диапазоне значений
|
8 |
2 |
6 |
- |
- |
Плакаты |
[3] [4] [5] [9] [10]
|
Защита отчета по практической работе |
3.5.2 |
1 Обоснование геологической достоверности модели вводно-балансовым методом (геологическая регуляризация модели) 2 Выбор метода решения обратной задачи и критериев оптимизации 3 Подбор и обоснование модели эпигнозным моделированием 4 Оценка достоверности построенной модели и выбор оптимального варианта
|
2 |
2 |
- |
- |
- |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
|
3.6 |
Схематизация процессов массопереноса в подземных водах 1 Необходимость упрощения математической схемы миграции 2 Пути упрощения модели миграции: ранжирование по степени значимости того или иного процесса; понижение мерности модели; использование асимптотических приближений 3 Этапы миграционной схематизации: 1) фильтрационная схематизация условий миграции; 2) схематизация процессов массопереноса (собственно миграционная схематизация) 4 Основные аспекты миграционной схематизации
|
2 |
- |
- |
- |
2 |
Плакаты |
[3] [5] [9] [10]
|
Контрольная работа |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
3.7 |
Моделирование двухмерного конвективно-диффузионного переноса 1 Дифференциальное уравнение конвективно-диффузионного переноса 2 Метод характеристик: декомпозиция временных изменений концентрации; способ блуждающей точки; способы численного определения скоростей фильтрации; ограничения на шаг по времени; достоинства и недостатки метода характеристик 3 Метод случайных блужданий (Монте-Карло), преимущества и недостатки метода случайных блужданий 4 Метод конечных элементов: алгоритм вычислительного процесса, восьмиточечный биквадратный четырехугольный элемент |
6 |
2 |
4 |
- |
- |
Плакаты |
[3] [4] [5] [9] [10]
|
Защита отчета по практической работе |
|
Итого в 6 семестре часов: |
36 |
18 |
10 |
- |
8 |
|
|
|
|
Итого по спецкурсу часов: |
82 |
40 |
24 |
- |
18 |
|
|
|