Modelowanie matematyczne przepływu wód podziemnych

W zagadnieniach hydrogeologicznych badania modelowe stosowane są w Polsce od połowy lat 60-tych XX w. Jako podstawowa metoda badawcza w procesach przepływu wód podziemnych i migracji zanieczyszczeń jest stosowana w naszej firmie od początku jej istnienia. Jej założyciele i część starsza naszej załogi brała pionierski udział w ich rozwoju i zastosowaniu w Polsce, zwłaszcza przy stworzeniu biblioteki programów HYDRYLIB stosowanych od lat 70-tych XX wieku (patrz Publikacje). Biblioteka ta jest nadal stosowana w naszej firmie mimo istnienia już innych pakietów programowych, między innymi pakiet Visual Modflow firmy Waterloo Hydrogeologic, a także Groundwater Vistas firmy Environmental Simulations Inc. (ESI), które także są przez nas wykorzystywane m.in. dla rozwiązywania zagadnień z modelowania regionalnego głównych zbiorników wód podziemnych i oceny zasobów odnawialnych i dyspozycyjnych zlewni oraz zasobów ujęć wód podziemnych.

Programy symulacyjne z biblioteki HYDRYLIB

Biblioteka programowa zorganizowana jest w postaci pakietów umożliwiających wybór programu w zależności od przyjętej schematyzacji warunków hydrogeologicznych i rodzaju rozwiązywanego problemu. Podstawowe schematy warunków hydrogeologicznych wykorzystywane w modelowaniu zasobów wód podziemnych programami biblioteki HYDRYLIB przedstawiono na rysunku.

Każdy z pakietów stwarza możliwości przygotowania danych potrzebnych do obliczeń symulacyjnych, ich przeprowadzenia oraz prezentacji uzyskanych rezultatów. Podstawowymi pakietami programowymi są:

PAKSP

przeznaczony do symulacji przepływu wód podziemnych w ustalonych warunkach filtracji dla pojedynczej warstwy wodonośnej.

PAKEPD

umożliwia symulację przepływu w warunkach nieustalonych dla pojedynczej warstwy wodonośnej.

PAKAR

wykorzystywany do symulacji przepływu wody w pojedynczej warstwie wodonośnej z uwzględnieniem wpływu strefy aeracji na przebieg infiltracji efektywnej.

PAKSW

umożliwiający symulację przepływu wody w ustalonych warunkach filtracji dla układu kilku warstw wodonośnych przedzielonych warstwami słabo przepuszczalnymi.

PAKSWOR

modyfikacja pakietu PAKSW dopuszczająca możliwość całkowitego odwodnienia pierwszej warstwy wodonośnej.

PAKEW

przeznaczony do modelowania przepływu wody w warunkach filtracji nieustalonej dla układu kilku warstw wodonośnych przedzielonych warstwami słabo przepuszczalnymi.

PAKEWN

stanowi modyfikację programów obliczeniowych z pakietu PAKEW uwzględniającą zjawiska zachodzące w nadkładzie pierwszej warstwy wodonośnej. Zakłada się, że w tym fragmencie obszaru filtracji (warstwie słabo przepuszczalnej) formuje się swobodne zwierciadło wód podziemnych, którego stan jest uzależniony od zmian powierzchnioŹwego zasilania pochodzącego z infiltracji opadów atmosferycznych oraz od zmian stanu wód w warstwie wodonośnej.

PAKEWP

modyfikacja pakietu

PAKEW

uwzględniająca szczególną rolę warstw słabo przepuszczalnych. Programy z tego pakietu stosuje się, gdy współŹczynniki inercji tych warstw są znaczne i proces stabilizacji przepływu w ich obrębie zachodzi ze znacznym opóĄnieniem.

PAKOD2

wykorzystywany do symulacji przepływu wody w nieustalonych warunkach filtracji, dla układu dwóch warstw wodonośnych przedzielonych warstwą słabo przepuszczalną, z możliwością jej osuszenia w wyniku intensywnej eksploatacji ujęć.

PAKOD3

przeznaczony do modelowania nieustalonego przepływu filtracyjnego w układzie trzech warstw wodonośnych przedzielonych warstwami słabo przepuszczalnymi z możliwością osuszenia pierwszej i drugiej warstwy w wyniku intensywnej eksploatacji ujęć.

PAKSCH

pakiet programów obliczeniowych przeznaczonych do symulacji transportu zanieczyszczeń rozpuszczalnych w wodzie, w warunkach nieustalonych na bazie ustalonego stanu hydrodynamicznego, dla pojedynczej warstwy wodonośnej.

PAKECH

pakiet przeznaczony do symulacji rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń rozpuszczalnych w wodzie w reżimie nieustalonym, przy jednoczesnej symulacji nieustalonego przepływu wody dla układu jednej warstwy wodonośnej.

PAKSWCH

pakiet programów symulacyjnych wykorzystywanych do prognozy rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń rozpuszczalnych w wodzie w warunkach nieustalonych na bazie ustalonego zwierciadła wody dla układu kilku warstw wodonośnych rozdzielonych warstwami słabo przepuszczalnymi.

Parametry modelu zorganizowane są w postaci tablic o wymiarach odpowiadających przyjętej siatce dyskretyzacyjnej (liczba wierszy, liczba kolumn). W bibliotece HYDRYLIB do operacji wczytywania, poprawiania i wizualizacji tablic parametrów wykorzystywany jest program o nazwie KRET.

Są to z reguły modele wielowarstwowe, wielkoobszarowe tworzone na bazie regionalnego rozpoznania regionów kraju. Przy pomocy programów biblioteki biblioteki HYDRYLIB stworzono większość modeli matematycznych dla zlewni i regionów hydrogeologicznych oraz ujęć wód podziemnych, a od początków XXI wieku również z serii Modflow. W ramach firmy Hydroconsult od 1990r. z użyciem tych programów stworzono modele matematyczne :

• zlewni: regionu Poznańskiego Dorzecza Warty, górnej Warty do ujścia Liswarty, Regi, Wieprzy i Grabowej, lewobrzeżnej zlewni Dolnej Odry, Radomki, Pilicy – 3 modele; Jeziorki, Tążyny oraz Baudy; Wysoczyzna średzko-gnieźnieńska - 2 modele; zlewni Górnej Noteci - Warty; zlewni Gwdy; zlewni Wierzycy; zlewni Orzyca, Omulwii i Orza, Zlewni Prawobrzeżnej Wisły od Wieprza po Kanał Żerański, Zlewni Wisły od ujścia Zgłowiączki do ujścia Brdy,
• regionów hydrogeologicznych: niecki wrocławskiej, międzyrzecza Prosny-Warty, pradoliny warszawsko-berlińskiej na odcinku Kościan – Wolsztyn;
• głównych zbiorników wód podziemnych: GZWP nr 122 – Dolina Kopalna Szczecin, GZWP nr 138 – Pradolina Toruń – Eberswalde (E), GZWP nr 224 – Podlasie; GZWP nr 144 (6 modeli), GZWP nr 304 zbiornik międzymorenowy Zbąszyń (Przemęt), GZWP nr 126 Szczecinek, GZWP nr 120 Bobolice, GZWP nr 123 Stargard - Goleniów, GZWP nr 218 Pradolina rz. Supraśl, GZWP nr 136 Zbiornik międzymorenowy Dobiegniew, GZWP nr 139 Dolina kopalna Smogulec - Margonin, GZWP nr 127 Subzbiornik Złotów - Piła - Strzelce Krajeńskie, GZWP nr 140 Subzbiornik Bydgoszcz, GZWP nr 305 Zbiornik międzymorenowy Leszno, GZWP 307 Sand Leszno, GZWP nr 151 Zbiornik Turek - Konin - Koło, GZWP GZWP nr 435 Zbiornik rz. Dunajec, GZWP nr 436 Zbiornik warstw Istebna; GZWP nr nr 324 Dolina kopalna Kluczbork, GZWP nr 347 Dolina rzeki Górna Wisła, GZWP nr 348 Zbiornik warstw Godula (Beskid Śląski), GZWP nr 445 Zbiornik warstw Magura (Babia Góra);
• rejonów ujęć miast: Bydgoszczy, Piły, Grodziska Wlkp., Poznania – ujęcia Gruszczyn, Promienko; Szczecina, Gniezna, Chodzieży, Wągrowca, Lwówka Wlkp., Krotoszyna – Zduny, Nakło n. Notecią, Śremu, Pleszewa – Turska, Gliwic, Kalisz-Lis, Góra, Gostynia, Koła, a także zakładów przemysłowych;

 

Modele matematyczne dla projektów odwodnień, piętrzeń wód i stawów infiltracyjnych.
Ważniejsze:

• dla odwodnień budowy kanalizacji rejonu Kostrzyna Wlkp.;
• wpływu projektowanego zbiornika Nieszawa na środowisko gruntowo- wodne, ujęcia wód podziemnych i ich jakość;
• wstępny projekt ujęcia wody ze stawów infiltracyjnych w Czyżkówku dla m. Bydgoszczy;
• model zalewania odkrywki Lubstów KWB Konin;
• model odwodnienia pola E odkrywki Władysławowo KWB Adamów S.A.;
• model zalania odkrywki Kazimierz N dla KWB Konin S.A.
• model ujęcia infiltracyjnego i funkcjonowania zbiornika Piaski-Szczygliczka dla potrzeb rekreacji Ostrowa Wielkopolskiego;
• model dla Elektrowni Dolna Odra.

• Modele dla potrzeb wyznaczenia stref ochronnych ujęć komunalnych, w tym dla miast: Poznania-ujęcie Mosina, Gruszczyn i Promienko; Bydgoszczy – Las Gdański, Szczecinka, Nakła n. Notecią, , Chełmży, Śremu, Grodziska Wlkp., Gniezna, Kalisza, Pleszewa, Gostynia, Koła.

Należy pamiętać, że:

• ze względu na czasochłonność i koszty, badania te winny być wcześniej projektowane i uzgadniane z wykonawcą;
• projektowane i uzgadniane z wykonawcą;
• firma nasza zatrudnia pracowników, którzy tworzą modele matematyczne od końca lat 60 - tych XX w., współtworzyli bibliotekę HYDRYLIB oraz są autorami poradnika metodycznego „Metodyka modelowania matematycznego…” co gwarantuje wiarygodne, fachowe opracowania. Rozwiązujemy również problemy nietypowe dla ustalenia zasobów ujęć i ich stref ochronnych, bezpiecznej lokalizacji składowisk odpadów i inne.