ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Математическое моделирование геофильтрационных процессов.

В каких нормативных документах установлена необходимость выполнения численного моделирования?

Кто может проводить построение численных моделей геофильтрации?

Математическое моделирование является одним из важных методов решения гидрогеологических задач. С помощью численного моделирования геофильтрационных процессов можно оценить изменение естественного режима подземных вод в результате строительства зданий и сооружений, определить водоприток к проектируемым подземным сооружениям, правильно рассчитать дренажную систему или параметры противофильтрационной завесы, рассчитать режим работы подземного водозабора.

С недавних пор, требование о построении численных геофильтрационных моделей стали выдвигаться Государственной экспертизой при проверке результатов инженерных изысканий и проектных материалов.

В каких нормативных документах установлена необходимость выполнения численного моделирования?

Требование о применении численного моделирования при возведении зданий и сооружений установлено в СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» .

В п. 5.4.3 СП 50-101-2004 указано, что прогноз изменения гидрогеологических условий должен выполняться для сооружений I и II уровней ответственности с использование метода математического моделирования геофильтрации с учетом изменений факторов, участвующих в формировании многолетнего режима подземных вод.

В п. 5.4.14 СП 50-101-2004 указано, что при строительстве подземных сооружений следует учитывать возможность возникновения барражного эффекта, который проявляется в подъеме уровня подземных вод перед преградой. Для количественной оценки барражного эффекта и обоснования защитных мер необходимо выполнять прогноз, используя методы математического моделирования.

Пункт 9.12 СП 50-101-2004 гласит, что при проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом или скальном массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства. Прогноз изменений гидрогеологического режима следует выполнять путем математического моделирования фильтрационных процессов численными методами.

Помимо этого, необходимость проведения гидрогеологического моделирования установлена п. 11.1.11 раздела 11.1 Водопонижение СП 50-101-2004.

Необходимость построения гидрогеологических моделей также регламентирована территориальными строительными нормами.

Так, например, требования о построении математических моделей установлены в ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге» .

Пункт 8.14 ТСН 50-302-2004 гласит: «При проектировании подземных сооружений (оказывающихся в зоне риска для соседней застройки), перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнить расчет изменений гидрогеологического режима площадки строительства.

Расчет изменений гидрогеологического режима следует выполнять путем математического моделирования фильтрационных процессов численными методами. При расчете должна оцениваться безопасность соседней застройки.»

Также, необходимость построения моделей указана в п. 17.6 и 18.5 ТСН 50-302-2004, посвященных организации дренажа и сооружению противофильтрационных завес и экранов.

Другим территориальным нормативом, в котором установлены требования о выполнении численного моделирования, являются Московские городские строительные нормы МГСН 2.07-01 "Основания, фундаменты и подземные сооружения". Пункты 4.1.11 и 5.2.3.1 в разделах Инженерно-геологические изыскания и Гидрогеоэкологические изыскания.

Таким образом, действующими нормативными документами однозначно установлены требования о проведении специальных гидрогеологических исследований и построении численных моделей при возведении зданий и сооружений высокого уровня ответственности, при проектировании подземных сооружений, организации дренажей и противофильтрационных завес.

Кто может проводить построение численных моделей геофильтрации?

Необходимо понимать, что, само по себе, численное моделирование не является панацеей, способной ответить на любые вопросы. На сегодняшний день, численное моделирование получило широкое распространение в виду наглядности конечного результата, ведь по окончании расчетов мы получаем достаточно подробную карту распределения напоров подземных вод в водоносном горизонте, которая показывает нам, куда направлен поток и сколько воды проходит через расчетные сечения. При этом сам процесс построения и калибровки модели остается за кадром и заказчик, не разбирающийся в гидрогеологии, не может оценить правильности полученного результата.

Никакая компьютерная программа не может заменить собой оператора и выполнить расчет за специалиста. Если за моделирование принимается человек далекий от гидрогеологии - математическая модель не будет соответствовать реально наблюдаемым гидрогеологическим процессам. С тем же успехом можно дать микрокалькулятор аборигену, не знакомому с арифметикой.

Провести разработку гидрогеологической модели и оценить правильность результатов математического моделирования может только опытный гидрогеолог, который хорошо разбирается как в методах построения численных моделей, так и в реальных гидрогеологических условиях, наблюдаемых на объекте. Человек, который не способен выполнить гидрогеологические расчеты на бумаге, просто физически не может построить полноценную математическую модель и провести правильные гидродинамические расчеты.

Помимо наличия профильного образования и определенных навыков, для построения правильной численной модели квалифицированному специалисту необходимы исходные данные, которые могут быть получены только в результате проведения специальных исследований на объекте. Для построения достоверных моделей необходимо определить фильтрационные свойства пород, слагающих водоносную толщу, а также оценить параметры упругоемкости породного массива.

Получить достоверные значения этих параметров можно только путем сооружения специальных гидрогеологических скважин и проведения опытно-фильтрационных работ, включающих одиночные и кустовые откачки. Также, необходимо располагать данными режимных наблюдений за изменением уровня подземных вод на изучаемом участке в течение достаточно длительного периода времени.

На сегодняшний день, задача проведения инженерных изысканий и сбора исходных данных возложена на инженерно-геологические организации. Как показывает практика, большинство инженеров-геологов не способны правильно организовать опытно-фильтрационные работы на объекте и, тем более, провести обработку опытных данных с расчетом гидродинамических параметров водоносных горизонтов. Это обусловлено вполне объективным причинами - ведь ранее этим специалистам в процессе их профессиональной деятельности не приходилось сталкиваться с проведением полного профиля гидрогеологических работ.

Поэтому, очень часто, замеры уровня подземных вод, выполненные в близко расположенных инженерно-геологических скважинах, могут отличаться на несколько метров, что противоречит здравому смыслу. Нередко, опытные откачки на площадке не проводятся, либо расчеты по результатам выполненных работ выполняются формально, без тщательного анализа результатов опыта. И, наконец, в подавляющем большинстве случаев, значения гидрогеологических параметров водоносных горизонтов принимаются по данным справочников и бывают весьма далеки от реальных значений.

Полноценное проведение гидрогеологических исследований на объекте требует от специалиста наличия глубоких теоретических знаний в области выполнения гидродинамических расчетов, большого опыта в части постановки, проведения и обработки результатов опытно-фильтрационных работ, а также совершенных навыков в части обоснования, построения и калибровки численных геофильтрационных моделей. Поэтому, полноценные гидрогеологические работы, требования о проведении которых установлены действующими нормативными документами в сфере проектирования фундаментов зданий и сооружений, могут быть проведены только высококвалифицированными специалистами-гидрогеологами.

 

Заказать работы по численному гидрогеологическому моделированию

 

Наверх