П. Ю. Клизас (Вильнюсский университет), Н. Г. Максимович (Пермский университет)

ЭЛЕКТРОМОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ В СВЯЗИ С ХИМИЧЕСКИМ ДОУПЛОТНЕНИЕМ ГИПСОНОСНЫХ ПОРОД ОСНОВАНИЯ КАМСКОЙ ГЭС

Основание Камской ГЭС сложено гипсоносными породами нижней перми. Для предотвращения выщелачивания гипса предусмотрена русловая цементационная противофильтрационная завеса, однако удовлетворительная плотность ее не была достигнута даже после дополнительной цементации. Эффективность завесы со временем уменьшилась, падение напора в 1968 г. на некоторых участках не превышало 2- 4%, при проектной величине 33% (Долгополов, Голубниченко и др., 1975).

В настоящее время производится инъекционное химическое доуплотнение цементационной завесы щавелевоалюмосиликатным раствором, обладающим высокой проникающей способностью (Воронкевич, Евдокимова, Сергеев, 1978).

Создание химической завесы существенно меняет гидрогеологическую обстановку. Для оценки изменения движения потока и выявления целесообразности создания боковых противофильтрационных завес производилось электромоделирование на сплошных моделях ЭГДА.

При исследовании распределения поля скоростей и расходов потока была принята профильная задача. Линия профиля проходила по центру плотины. Моделирование проводилось в трех вариантах - для условий до создания цементационной завесы, с цементационной завесой и с химической завесой.

В профильной задаче замоделирован (сверху вниз) шешминский и верхнесоликамский водоносные горизонты, «относительный водоупор», по которому идет интенсивное перетекание из нижнесоликамского водоносного горизонта, подстилаемого водоупорной толщей гипсов и ангидритов. Коэффициенты фильтрации вычислены по данным гидравлических опробований. Размеры завес, проницаемость химической завесы приняты проектные, ввиду отсутствия других данных. Проницаемость цементационной завесы установлена по данным гидравлических опробований, причем в схему модели вносилась не определенная величина, а ее минимальное значение, тем самым мы рассматривали максимальный эффект изменения гидрогеологических условии после создания завесы.

При моделировании решалась стационарная задача. Пространственная структура потока была принята профильной (плоский в разрезе поток), так как ширина долины реки Камы много больше мощности моделируемой толщи. Контуры верхнего и нижнего бьефов рассматривались как границы с заданным напором, т. е. границы первого рода. Границы по контуру гидросооружения и по кровле гипсово-ангидритовой водонепроницаемой толщи задавались как непроницаемые, т. е. границы второго рода. Боковые границы на расстоянии 2-3 мощностей моделируемой толщи также задавались как непроницаемые, что не вносит существенных изменений, поскольку получаемая ошибка не превышает точности моделирования.

Влияние боковых завес учитывалось в плановой задаче по верхнесоликамскому водоносному горизонту, который определяет гидрогеологическую обстановку района. В этой задаче моделировались условия до создания противофильтрационной завесы, после создания цементационной завесы и после ее химического доуплотнения, которые сравнивались с условиями при наличии как только цементационных, так и химически доуплотненных боковых завес.

Обоснование схемы плановой модели проводилось по тому же принципу, что и для профильной задачи.

Анализируя результаты различных вариантов модели установлено, что создание цементационной завесы сократило более чем в два раза общий расход, существовавший до сооружения каких-либо противофильтрационных устройств, Химическое уплотнение должно уменьшить расход еще з 1,3 раза, при этом надо учитывать, что моделировалась минимальная проницаемость цементационной завесы. В действительности завеса довольно неоднородна. Средняя ее проницаемость на порядок превышает минимальное значение, а максимальное значение выше на два порядка.

Минимальные скорости фильтрации получены для так называемого относительного водоупора, максимальные - для верхнесоликамского горизонта. Наиболее неблагоприятными являются краевые участки завесы. Максимальный процент гашения напора отмечен в центральной части завесы. Результаты моделирования показывают необходимость создания цементационных боковых завес с дальнейшим доуплотнением их щавелевоалюмосиликатным раствором, поскольку создание только русловой завесы дает значительно меньший гидродинамический эффект.

Данная работа является первым этапом изучения изменения режима фильтрации при химическом уплотнении пород в основании Камской ГЭС. В дальнейшем надо производить моделирование с использованием в расчетных схемах не проектных, а действительных значений мощности и проницаемости завесы, полученных по натурным наблюдениям.