Программа курса (syllabus) по дисциплине «Теоретические основы оценки напора и водопонижения»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахский национальный исследовательский технический университет имени

Институт Геологии и нефтегазового дела имени К. Турысова

Кафедра «Гидрогеология и инженерная геология»

«УТВЕРЖДАЮ»

Директор института

__________

«  »  2015 г.

ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)

по дисциплине «Теоретические основы оценки напора и водопонижения»

Специальность 6D075500 - «Гидрогеология и инженерная геология»

Форма обучения – докторантура

Всего 3 кредита

Курс - 1

Семестр - 1

Лекций - 30 часов

Лабораторные занятия - 15 часов

СРД - 225 часов

СРДП - 45 часов

АЛМАТЫ 2015

Программа курса «Теоретические основы оценки напора и водопонижения» составлена доктором геолого-минералогических наук, профессором Жапархановым Слямханом Жапархановичем для докторантуры.

Рассмотрена на заседании кафедры «Гидрогеология и инженерная геология» КазНИТУ им .

«28» августа 2015 г., Протокол № 1

Зав. кафедрой ГиИГ                                                        Әуелхан Е. С.

Одобрено научно - методическим Советом института «Геологии инефтегазового дела» им.

«01» сентября 2015 г. Протокол № 1

Председатель н. м. совета

д. г-м. н., профессор                                                        

Сведения о преподавателе: Жапарханов Слямхан Жапарханович, доктор геолого–минералогических наук, профессор, лауреат Государственной премии РК в области науки и техники, Почетный разведчик недр Казахстана, академик Международной Академии информатизации.

Офис: кафедра «Гидрогеология и инженерная геология»

Адрес: этаж, № 000 каб.

Телефон: [phone]

1 Цель и задачи изучения дисциплины.

Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины является изучение актуального вопроса гидрогеологии по теоретическим основам оценки напора и водопонижения. Эти вопросы имеют важное научно-теоретическое и практическое  значение  в изучении использования подземных вод, в особенности в аридных зонах Казахстана.

Задачи изучения дисциплины

Задача преподавания курса состоит в изучении следующих аспектов и познания дисциплины.

- Знать теоретические основы организации и наблюдения за использованием подземных вод, составления мониторинга и наблюдения за его изменением во времени и пространстве.

- Знать методы исследования использования и охраны подземных вод, их мониторинга в результате происходящих различных процессов в подземной гидросфере.

- Изучение и анализ состояния рационального использования ресурсов подземных вод в различных условиях водопотребления в питьевых, промышленных и сельскохозяйственных и других целях, в частности  в республике Казахстан.

1.3. Пререквизиты: Водные ресурсы Казахстана, гидрогеологические исследования, режим и баланс подземных вод, гидрогеохимия.

1.4. Постреквизиты: написание докторской диссертации.

2. Система оценки знаний

2.1. Контроль и оценка знаний

Таблица 1. Распределение рейтинговых % по видам контроля

Вид контроля	Виды контроля	%
Устный	итоговый контроль	100
Рубежный контроль	100
Текущий контроль	100

Таблица 2. Календарный график сдачи всех видов контроля.

недели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Виды контроля	ср	л	ср	л	ср	л	ср	рк	ср	л	ср	л	ср	л	рк
Недельное количество контроля	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Виды контроля : Л – лабораторная работа, СР – самостоятельная работа, РК – рубежный контроль

Таблица 3. Оценка знаний студентов

оценка	Буквенный эквивалент	В %	В баллах
отлично	А	95-100	4
А-	90-94	3,67
хорошо	В+	85-89	3,33
В	80-89	3,0
В-	75-79	2,67
Удовлетворительно	С+	70-74	2,33
С	65-69	2,0
С-	60-64	1,62
Д+	55-59	1,33
Д	50-54	1,0
неудовлетворительно	F	0-49	0

Содержание дисциплины Распределение часов по видам занятий

№	Наименование темы	лекции	лабораторные	СРДП	СРД
1	Введение. Общая физическая характеристика водонасыщенных пород	2	1	3	15
2	Основы  подземной гидростатики	2	1	3	15
3	Основной закон  фильтрации и проницаемость горных пород	2	1	3	15
4	Математические основы изучения процессов фильтрации подземных вод	2	1	3	15
5	Дифференциальные уравнения упругого режима фильтрации	2	1	3	15
6	Свойства дифференциальных уравнений и методы их решения	2	1	3	15
7	Основы теории плоско-параллельной  и плановой фильтрации	2	1	3	15
8	Потоки с инфильтрационным питанием и испарением	2	1	3	15
9	Закон преломления фильтрационных токов. Гидродинамическая  сетка и ее свойства	2	1	3	15
10	Основы теории притока воды к скважинам. Совершенные скважины	2	1	3	15
11	Несовершенные скважины.	2	1	3	15
12	Метод фильтрационных сопротивлений	2	1	3	15
13	Групповая работа водозаборных скважин	2	1	3	15
14	Численные методы  решения дифференциальных уравнений.	2	1	3	15
15	Моделирование динамики подземных вод	2	1	3	15
ИТОГО	30	15	45	225

Содержание лекции

1. Введение. Общая физическая характеристика водонасыщенных пород. Геометрия пор и трещин в горных породах. Виды воды в горных породах с позиции задач динамики подземных вод.  Водонасыщенные горные породы как сплошная среда.

2. Основы подземной  гидростатики. Подземная гидростатика. Напряжения в водонасыщенных  породах. Емкостные свойства  горных пород.

3. Основной закон фильтрации и проницаемость горных пород.

Закон Дарси. Коэффициент фильтрации и коэффициент проницаемости. Ограничения на закон Дарси.

4. Математические основы изучения процессов фильтрации подземных вод.  Основные предпосылки и уравнения движения подземных вод. Основные уравнения  состояния фильтрационной среды.

5 . Дифференциальные уравнения упругого режима фильтрации.

Упругие свойства горных пород. Вывод дифференциальных уравнений нестационарной упругой фильтрации.

6. Основные  методы решения дифференциальных уравнений.

Принципы решения задач динамики подземных вод. Прямые и обратные задачи.

7. Основы теории плоско-параллельной и плановой фильтрации.

Особенности плоско-параллельной фильтрации остановка задач. Одномерная установившаяся  фильтрация. Потоки в неоднородных пластах.

8. Потоки с инфильтрационным питанием и испарением.

Потоки с инфильтрационным питанием и испарением. Вертикальная одномерная фильтрация.

9. Закон преломления фильтрационных токов.

Уравнения преломления фильтрационных токов. Гидродинамическая  сетка и ее свойства.

10. Основы теории водопритока к скважинам. Совершенные скважины.

Стационарная радиальная фильтрация. Нестационарная радиальная фильтрация. Квазистационарная фильтрация.

11. Несовершенные скважины. Основные расчетные схемы и математические модели.  Уравнения сферической фильтрации к несовершенной скважине.  Уравнения плоско-вертикальной фильтрации, водоприток к несовершенным скважинам.

12. Метод фильтрационных сопротивлений.  Методика оценки  фильтрационных сопротивлений.  Построение расчетных зависимостей для несовершенных скважин по методу фильтрационных сопротивлений.

13. Групповая работа водозаборных скважин. Планово-радиальная фильтрация. Учет прямолинейных границ пласта в плане. Метод обобщенных систем скважин.

14. Численные методы  решения дифференциальных уравнений. Понятие о методе сеток. Вывод  уравнения  в  конечных  разностях.

15. Моделирование динамики подземных вод. Моделирование как метод изучения  ГДС. Теория и критерии подобия. Численное  моделирование.

Содержание лабораторных занятий.

1. Основной закон фильтрации, исследование границ применимости закона  Дарси.

По опытным данным провести исследования применимости линейного закона фильтрации. Определить коэффициент фильтрации и область отклонения от линейного закона. 

2. Определение коэффициента  фильтрации методом Каменского.

По опытным данным определить среднее значение коэффициента фильтрации. Дать  оценку точности опытов. Установить  область отклонения от линейного закона.

3. Определение расхода  подземных вод  и  построение  депрессионной кривой при горизонтальном и наклонном залегании водоупора.

По данным измерений уровня воды в скважинах и известном коэффициенте фильтрации  расчетным путем установить расход грунтового потока, построить кривые депрессии при горизонтальном и наклонном залегании водоупора.

4. Определение расхода грунтового потока подземных вод в междуречном массиве, установление наличия водораздела и построение депрессионной кривой.

По данным измерений уровня воды в граничных водотоках,  известном коэффициенте фильтрации  и интенсивности  инфильтрации установить расход грунтового потока, построить кривую депрессии и установить точку водораздела при горизонтальном и наклонном залегании водоупора.

5. Движение напорного и напорно-безнапорного потока в пластах постоянной и переменной мощности.

По уровням воды в 3-х скважинах в области напорного движения подземных вод, известном коэффициенте фильтрации установить единичный расход напорного потока. Определить положение уровня на расстоянии х от 2-й скважины, установить гидравлические уклоны при заданном изменении мощности водоносного пласта

6. Определение расхода грунтового потока и построение депрессионной кривой при движении подземных вод в слоистых отложениях.

Определить расход грунтового потока при трехслойном сложении водоносных грунтов. Построить депрессионную кривую.

7. Определение подпора грунтовых вод.

Построить депрессионную кривую при подпоре в междуречье при известных: коэффициенте фильтрации, интенсивности  инфильтрации и изменениях отметок уровней в водотоках.

8. Движении подземных вод к грунтовой и  артезианской скважинам.

Построить схему движения потока к грунтовой и напорной скважинам, кривые дебита скважин в зависимости от водопонижения.. Определить дебит  скважин при их взаимодействии.

Содержание СРДП

1. Физические свойства воды в горных  породах.

2. Коэффициент фильтрации и способы его определения.

3. Основные виды движения подземных вод.

4. Уравнение неразрывности, вывод дифференциального уравнения движения подземных вод.

5. Емкостные свойства горных пород.

6. Вывод дифференциальных уравнений нестационарной фильтрации. Постановка задачи и решение дифференциальных уравнений. Силы гидростатического взвешивания, напряжения в водонасыщенных горных породах.

7. Схемы одномерной фильтрации. Примеры решения инженерных задач.

8. Движение фильтрационного потока в неоднородных и многослойных пластах.

9. Моделирование инфильтрации. Фильтрация на массивах орошения. Прогноз подъема  уровня грунтовых вод.

10. Гидродинамическая  сетка и ее свойства. Примеры построения гидродинамических сеток.

11. Движение подземных вод к грунтовой и артезианской скважинам. Построение кривой депрессии.

12. Модели притока подземных вод к несовершенным скважинам.         Построение кривой депрессии.

13. Групповая работа водозаборных скважин. Линейный подземный водозабор.

14. Уравнения радиальной нестационарной  фильтрации. Квазистационарная фильтрация.

15. Принципы изучения фильтрации подземных вод на основе уравнений в конечных разностях.

Содержание СРД

1. Гидрогеодинамические системы и их свойства. Потоки подземных вод и их гидрогеологическая характеристика.

2. Фильтрационные свойства  пород. Способы определения коэффициента филь-трации. Проницаемость пород и связь ее с коэффициентом фильтрации.

3. Проницаемость и емкостные свойства горных пород. Способы получения компрессионной и декомпрессионной кривой.

4. Пространственная изменчивость фильтрационных свойств среды и принципы ее оценки. Методы изучения гидродинамики

5 Основной закон фильтрации и пределы его применимости.

6. Математические модели «жесткого» и упругого режима фильтрации. Область использования этих моделей.

7. Одномерная плоскопараллельная стационарная фильтрация. Типы расчетных схем и особенности фильтрации. Потоки в однородных пластах. Потоки в неоднородных пласта.

8. Инфильтрационные потоки. Вертикальная стационарная фильтрация. Изучение гидродинамики естественных потоков.

9. Основы моделирования движения грунтовых вод.

10. Установившееся движение радиального потока подземных вод к совершенным скважинам.

11.Уравнения радиальной нестационарной фильтрации. Квазистационарная фильтрация.

12. Гидродинамика потоков в зоне несовершенных скважин. 

13. Применение метода фильтрационных сопротивлений для расчета несовершенных  скважин

14. Групповая работа водозаборных скважин. Учет прямолинейных границ пласта в плане. Метод обобщенных систем скважин.

15. Численные методы решения линейных дифференциальных уравнений фильтрации. Метод сеток. Решение в конечных разностях.

График проведения занятий

№	Дата	Время	Наименование тем
1	2	3	4
А) Лекции
1		Введение. Общая физическая характеристика водонасыщенных пород.
2		Основы подземной  гидростатики.
3		Основной закон фильтрации и проницаемость горных пород.
4		Математические основы изучения процессов фильтрации подземных вод.
5		Дифференциальные уравнения упругого режима фильтрации.
6	Основные  методы решения дифференциальных уравнений.
7	Основы теории плоско-параллельной и плановой фильтрации.
8		Потоки с инфильтрационным питанием и испарением.
9	Закон преломления фильтрационных токов. Гидродинамическая сетка.
10	Основы теории водопритока к скважинам. Совершенные скважины.
11		Несовершенные скважины.
12		Метод фильтрационных сопротивлений.
13	Групповая работа водозаборных скважин
14	Численные методы  решения дифференциальных уравнений
15	Моделирование динамики подземных вод.
Б) Лабораторные занятия
1	1. Основной закон фильтрации, исследование границ применимости закона  Дарси.
2		2. Определение коэффициента  фильтрации методом Каменского
3	3. Определение расхода  подземных вод  и  построение  депрессионной кривой при горизон-тальном и наклонном залегании водоупора.
4	4. Определение расхода грунтового потока подземных вод в междуречном массиве, установление наличия водораздела и построение депрессионной кривой
5	5. Движение напорного и напорно-безнапорного потока в пластах постоянной и переменной мощности.
6	6. Определение расхода грунтового потока и построение депрессионной кривой при движении подземных вод в слоистых отложениях.
7	7. Определение подпора грунтовых вод.
8	8. Движение подземных вод к грунтовой и  артезианской скважинам.

Учебно-методические материалы по дисциплине.

Основная литература.

Гидрогеодинамика.- М.: Недра, 1988. – 348 с. Динамика подземных вод. - М.: Недра, 1983.- 357 с.

Дополнительная литература.

Гидрогеодинамика. Под ред. - Новосибирск, Издательство «Наука» СО  2, 1983.- 241с. Гидравлика (Техническая механика жидкости). – Л. Энергоатомиздат, 1982.- 672 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Цель и задачи изучения дисциплины………………………………………..3 Цель преподавания дисциплины……………………………………………..3 Задачи изучения дисциплины………………………………………………..3 Пререквизиты……………………………………………………………….…3 Постреквизиты……………………………………………………………..….3 Система оценки знаний……………………………………………………….3   Контроль  и оценка знаний……………………………………………….…..3 Содержание дисциплины………………………………………………….….5 Распределение часов по видам занятий…………………………………..…5 Содержание лекций…………………………………………………………...5 Содержание лабораторных занятий…………………………………………6 Содержание СРДП…………………………………………………………....7 Содержание СРД………………………………………………………..…….8 График проведения занятий……………………………….…………………8 Учебно-методические материалы по дисциплине……………………...…..9